岳玉鳳　王昌文

摘要：為了實現(xiàn)車間制造數(shù)字化管控，將RFID和Hadoop云存儲兩種技術結(jié)合到一起，提出數(shù)字化車間制造系統(tǒng)設計研究。該系統(tǒng)選擇超高頻段技術作為RFID作業(yè)頻段，在Hadoop云存儲架構(gòu)基礎上，搭建多層次車間制造系統(tǒng)。其中，各個層次信息通過Internet網(wǎng)絡進行傳遞。系統(tǒng)測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠提高車間制造效率，可以為用戶提供良好的產(chǎn)品成型管理、產(chǎn)品庫信息管理、檢驗管理、入庫管理、售后服務管理、信息共享服務，有助于車間制造數(shù)字化發(fā)展。

關鍵詞：Hadoop云存儲 RFID 車間制造數(shù)字化

中圖分類號：TP27文獻標識碼：A? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2022）07（a）-0000-00

Research on Digital Workshop Manufacturing System Based on RFID and Hadoop Cloud Storage

YUE Yufeng1WANG Changwen2

（1.GansuDangchangVocational Secondary School，Longnan，Gansu Province，748500 China;2.Gansu Nonferrous Metallurgy Vocational and Technical College，Jinchang，Gansu Province，737100China）

Abstract：In order to realize the digital control of workshop manufacturing， RFID and Hadoop cloud storage technologies are combined， and the design and research of digital workshop manufacturing system is proposed. The system selects UHF technology as RFID operation frequency band， and builds a multi-level workshop manufacturing system based on Hadoop cloud storage architecture. Among them， the information at all levels is transmitted through the Internet network. The system test results show that the system can improve the manufacturing efficiency of the workshop， provide users with good product molding management， product library information management， inspection management， warehousing management， after-sales service management and information sharing services， and contribute to the digital development of workshop manufacturing.

Key Words： Hadoop cloud storage; RFID;Workshop manufacturing; Digitization

目前，大部分生產(chǎn)車間操控和管理仍然依靠人力資源，每一個環(huán)節(jié)的操作與管理需要相關工作人員負責，將當日的工作信息在下班時交接給下一位負責人[1]。這種操控和管理模式信息時效性較差，缺乏信息調(diào)度功能，與車間高效制造管理理念不符。隨著科學技術的快速發(fā)展，傳統(tǒng)車間制造逐漸向數(shù)字化車間制造發(fā)展，如何有效運用現(xiàn)代化科學技術，打造數(shù)字化車間制造系統(tǒng)，成為了當前重點研究內(nèi)容[2]。由于該系統(tǒng)的研究時間比較短，取得的研究成果不多，在系統(tǒng)開發(fā)技術的選取、系統(tǒng)設計方面存在較大提升空間[3]。該文嘗試選取RFID技術作為核心技術，借助Hadoop云存儲工具，開發(fā)一套新的數(shù)字化車間制造系統(tǒng)方案。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)設計

本系統(tǒng)建立在Hadoop云存儲架構(gòu)基礎上，搭建多層次車間制造系統(tǒng)，從而為車間制造信息共享創(chuàng)造有利條件。圖1為系統(tǒng)總體架構(gòu)設計方案。

該框架結(jié)構(gòu)分為2個部分，分別是車間產(chǎn)品制造業(yè)務層、設備控制層。其中，制造業(yè)務層又分為產(chǎn)品設計、數(shù)字化制造兩部分。該系統(tǒng)產(chǎn)品設計使用到的主要軟件技術有CAD/CAM/CAE、MPM/CAPP、PLM/ODM、MBD。數(shù)字化制造作用體現(xiàn)在APS排產(chǎn)、質(zhì)量管理、試驗管理3個方面。借助互聯(lián)網(wǎng)平臺，實現(xiàn)信息共享，全面展開各項管理工作，包括車間執(zhí)行管理、資源齊套管理、車間調(diào)度管理、計劃管理、車間物料管理、工裝工具管理、工時績效管理、綜合看板管理。另外一部分設備控制模塊的設計，采用了各項通信技術、驅(qū)動控制技術，根據(jù)生產(chǎn)制造需求，下達相應控制命令，利用車間制造現(xiàn)場核心處理器，驅(qū)動各個設備，從而高效高質(zhì)量完成車間制造任務。

2系統(tǒng)詳細設計

2.1 系統(tǒng)硬件設備的選取

數(shù)字化車間制造系統(tǒng)的核心硬件設備包括電子標簽、閱讀器，本文將重點討論這兩個硬件的選取方法。

2.1.1閱讀器的選取

該系統(tǒng)引入RFID技術開發(fā)系統(tǒng)的通信功能和閱讀信息功能，為了保證系統(tǒng)功能可靠性，需要合理選取閱讀器作業(yè)頻段。通常情況下，閱讀器作業(yè)頻段分為4個頻段模式，分別是微波頻段、超高頻段、高頻段、低頻段[4]。其中，微波頻段應用較少;低頻段讀寫距離比較短，作業(yè)效率較低，不支持內(nèi)存空間需求較高的服務;高頻段技術較為成熟，但是讀寫距離不是很大，未能滿足大部分信息管理需求;超高頻段技術不僅具有較強的抗干擾能力，而且讀寫距離較大，通信協(xié)議較強。所以，本研究選擇超高頻段技術作為RFID作業(yè)頻段。以SLR5100模塊作為系統(tǒng)讀寫控制輔助工具，作業(yè)頻率設置為920～950MHz。

2.1.2電子標簽的選取

根據(jù)數(shù)字化車間制造控制需求，需要為系統(tǒng)選取一種非接觸式的電子標簽，支持高頻環(huán)境作業(yè)[5]。在滿足該條件的基礎上，選取成本較低的ISO15693高頻標準卡作為系統(tǒng)電子標簽。該裝置支持100cm范圍內(nèi)的操控，符合車間制造操控功能開發(fā)需求?？紤]到車間制造信息量較大、作業(yè)命令較多，采取同步標定方式，來為各信息和作業(yè)命令配備標簽。由于該芯片存在唯一標識符，所以系統(tǒng)作業(yè)期間不會出現(xiàn)標簽混淆情況，有助于車間制造系統(tǒng)控制的有序運行。

2.2 系統(tǒng)軟件設計

2.2.1系統(tǒng)云存儲結(jié)構(gòu)模型設計

信息共享作為本系統(tǒng)的重要功能，需要借助Hadoop云存儲結(jié)構(gòu)進行開發(fā)，通過創(chuàng)建訪問通道，按照數(shù)據(jù)信息類型不同加以管理，構(gòu)建數(shù)據(jù)管理層和存儲層，形成完整的系統(tǒng)云存儲結(jié)構(gòu)模型[6]。利用該模型開啟數(shù)字化車間管理，同時管控多個車間生產(chǎn)流水線作業(yè)情況，并為用戶提供物料查詢功能，根據(jù)車間作業(yè)狀況發(fā)出預警，從而提高車間制造安全性。按照功能不同，可以將模型劃分為4個層次，由高到低依次為訪問層、應用接口層、數(shù)據(jù)管理層、存儲層。

2.2.2 系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)設計

該系統(tǒng)軟件的開發(fā)，以C/S模型體系作為開發(fā)工具，通過搭建生產(chǎn)網(wǎng)絡體系，根據(jù)車間制造數(shù)字化管控需求，為其配備數(shù)據(jù)庫，從而為用戶提供高質(zhì)量服務。如圖2所示為系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)。

該系統(tǒng)通過Internet網(wǎng)絡建立訪問連接，利用搭建的系統(tǒng)庫，對車間制造產(chǎn)品成型加以管控，共享產(chǎn)品庫信息，同時檢驗生產(chǎn)質(zhì)量達標情況，運用數(shù)據(jù)化技術，為用戶提供產(chǎn)品入庫管理和售后服務功能。

3 系統(tǒng)測試分析

為了檢驗該系統(tǒng)設計方案能夠滿足系統(tǒng)開發(fā)需求，以該研究為例，對系統(tǒng)功能進行測試。設定兩者不同外部數(shù)據(jù)對比數(shù)、目標對比數(shù)實驗，測試中標數(shù)目和所需時間。

測試結(jié)果顯示，該系統(tǒng)標定目標數(shù)目較少，能夠在短時間內(nèi)找到與車間制造相關性更大的數(shù)據(jù)。隨著外部數(shù)據(jù)和目標對比數(shù)的增加，該系統(tǒng)耗費時間增加12s，而傳統(tǒng)系統(tǒng)需要耗費22s。由此看來，該系統(tǒng)作業(yè)效率較高。

另外，此次測試還對系統(tǒng)軟件功能進行測試，結(jié)果如表1所示。

表1中統(tǒng)計結(jié)果顯示，該系統(tǒng)各項功能運行良好，可以為用戶提供車間制造自動化管控服務，能夠提高車間制造控制水平。

4 結(jié)語

該文圍繞數(shù)字化車間制造系統(tǒng)設計方案展開探究，該系統(tǒng)建立在Hadoop云存儲架構(gòu)基礎上，運用RFID技術，數(shù)字化車間制造體系，為用戶提供車架制造數(shù)字化管理工具。系統(tǒng)測試結(jié)果顯示，該系統(tǒng)能夠在短時間內(nèi)找到與車間制造相關性更大的數(shù)據(jù)，可以提高數(shù)據(jù)信息利用率，各項軟件功能運行良好，符合系統(tǒng)開發(fā)需求。

參考文獻

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基金項目：2021年度甘肅省高等學校創(chuàng)新基金項目“基于區(qū)塊鏈的智能物流數(shù)據(jù)分析平臺研究與構(gòu)建”（項目編號：2021B-544）;2021年金昌市青年人才基金項目“區(qū)塊鏈技術在智慧物流中的應用研究”（項目編號：2021CZFXGP）。

作者簡介：岳玉鳳（1986—），女，本科，講師，研究方向為大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈。