Аннотация: Ввиду существующих проблем устаревших методов сбора данных и отсутствия методов мониторинга состояния производства в цехах по производству сельскохозяйственной техники, было изучено прикладное решение на основе технологии радиочастотной идентификации (RFID). Во-первых, на основе анализа текущего состояния производства предприятия была предложена схема сбора данных и архитектура сетевой поддержки на основе технологии RFID; во-вторых, была разработана система отслеживания состояния незавершенного производства с использованием платформы Visual Studio 2017 и языка C#; наконец, в качестве объекта исследования был выбран измельчитель кукурузы. В ходе исследования было проведено развертывание оборудования на производственной площадке и эксперименты на его производственном процессе; экспериментальные примеры показывают, что система может работать быстро и стабильно, помогая компании осуществлять сбор данных в режиме реального времени и визуальный мониторинг состояния производства, подтверждая осуществимость и эффективность предложенного метода. Ключевые слова: цех по производству сельскохозяйственной техники; радиочастотная идентификация; сбор данных; визуальный мониторинг


Радиочастотная идентификация (RFID) — это бесконтактная технология автоматической идентификации, позволяющая автоматически идентифицировать стационарные или движущиеся объекты, снабженные электронными метками. Как важная часть Интернета вещей, она привлекает большое внимание как в стране, так и за рубежом, и глубоко изучается отечественными и зарубежными учеными в таких областях, как управление складом, распознавание личности и управление производством. Кроме того, по сравнению с традиционной технологией сканирования штрих-кодов, технология RFID обладает такими характеристиками, как идентификация партий на большом расстоянии, высокая скорость обработки информации и высокая адаптивность к окружающей среде, что делает ее преимущества в сборе данных в производственных цехах, мониторинге производственных процессов и других областях все более очевидными, оказывая огромное влияние на развитие информатизации в традиционном дискретном производстве [1]. В настоящее время отечественные и зарубежные ученые провели ряд теоретических исследований по применению технологии RFID: в литературе [2] обобщена модель применения технологии RFID в дискретном производстве. В литературе [3] обобщена суть применения RFID: мониторинг изменений состояния производственных ресурсов и сбор связанных с этими изменениями данных; и предложена модель сбора данных о незавершенном производстве на основе RFID. В соответствии со структурой кода EPC в электронной метке, в литературе [4] предлагаются правила кодирования для сопоставления производственных ресурсов с целью достижения статического и динамического сопоставления процесса обработки производственных ресурсов. В литературе [5-6] предлагается алгоритм оптимизации развертывания RFID-считывателя, который может использоваться в ограниченных условиях для достижения максимальной зоны покрытия в пространстве. В литературе [7] предложено сочетание технологии RFID и системы управления складом, а также разработан алгоритм выбора в системе управления запасами RFID для максимизации эффективности обработки материалов и снижения эксплуатационных расходов. В вышеупомянутой литературе предлагаются различные модели применения и исследования алгоритмов моделирования на основе технологии RFID, но все они сосредоточены на теоретических исследованиях и не учитывают реальные производственные проблемы предприятий. Поэтому наблюдается явление «прикладные исследования отстают от теоретических». На основе исследований вышеупомянутых ученых, с учетом производственного состояния предприятия по производству сельскохозяйственной техники в Синьцзяне, предлагается решение по применению RFID для цехов по производству сельскохозяйственной техники. Конфигурация оборудования и сбор данных в реальном времени с использованием RFID-технологии были реализованы с учетом технологического процесса и производственных партий в рамках незавершенного производства, а для визуального мониторинга производственного процесса была разработана платформа мониторинга на основе архитектуры C/S с использованием платформы Visual Studio 2017.

2. Анализ состояния производства и требований к применению 2.1 Анализ состояния производства Компания «Синьцзян М» — предприятие, занимающееся производством сельскохозяйственной и животноводческой техники. После исследования и анализа было установлено, что производственный процесс измельчителя кукурузы в основном состоит из физической обработки и сборки. Процесс сборки в основном делится на четыре рабочих участка. Сначала на сборочной линии устанавливается каркас корпуса. На каждом этапе сборки рабочие устанавливают соответствующие детали в соответствии с требованиями, пока сборка не будет завершена. Процесс сборки сложен, и используется множество различных материалов. Существуют две основные проблемы: (1) Метод сбора данных устарел. Оборудование старое, а уровень информатизации низкий. Ответственному за рабочий участок необходимо вручную записывать информацию о сборке, когда изделие сходит с линии. Невозможно получить данные о производственном процессе в режиме реального времени, и невозможно проанализировать производственную мощность, анализируя исторические данные. Например, разный уровень квалификации рабочих приводит к большим различиям во времени выполнения каждого процесса, что приводит к несбалансированной работе производственной линии. (2) Вопросы контроля за ходом производства в режиме реального времени. Руководители цехов не могут в режиме реального времени отслеживать информацию о ходе производства текущей продукции и вынуждены постоянно проверять состояние производственной линии, что приводит к низкой эффективности работы, потере времени и средств. 2.2 Анализ потребностей в применении Все больше ученых и предприятий осознают важность сочетания теоретического анализа с условиями производства предприятия. Поэтому в данной работе мы изучаем управление информацией о производственном процессе посредством сочетания технологии RFID и самого производственного процесса. Конкретное содержание следующее: (1) Сбор данных о производственном процессе в режиме реального времени с помощью технологии RFID для обеспечения безбумажной передачи данных о продукции в процессе производства. Информатизация. Устранение несвоевременности и ошибок, характерных для традиционных методов ручного сбора данных. (2) Различный уровень квалификации работников приводит к значительным различиям во времени обработки, а время обработки на каждой станции не может быть стандартизировано, что приводит к потере времени и средств. Получение данных о времени обработки в режиме реального времени с помощью технологии RFID обеспечивает поддержку данных для последующего анализа производственных мощностей компании. (3) Обеспечить единое управление данными путем создания системы поддержки сети цехов, разработать платформу отслеживания хода работ и обеспечить визуальный мониторинг производственного процесса.

3. Разработка прикладного решения на основе RFID.
3.1 Разработка схемы сбора данных Сбор данных в режиме реального времени является основой для отслеживания состояния продукции в процессе производства в режиме реального времени, и процесс сбора данных сопровождает весь производственный процесс. Конкретные идеи сбора данных следующие:
3.1.1 Этап подготовки к работе Перед началом работы необходимо подготовить материалы и RFID-метки. Сначала в RFID-метку необходимо внести информацию о продукте и технологическом процессе, присвоить продукту временный идентификатор для уникальной идентификации и завершить инициализацию RFID-метки. Затем наклеить метку на модель продукта. После успешного ввода информации можно приступать к работе в онлайн-режиме.
3.1.2 Этап сборки. На каждом этапе процесса устанавливаются точки сбора данных, то есть устанавливаются RFID-антенны. Когда обрабатываемые изделия поступают на сборочную станцию, считыватель считывает информацию о процессе с метки через RFID-антенну и получает информацию о текущем состоянии обработки. Когда рабочий завершает процесс и результат проверки качества «удовлетворительный», данные на метке автоматически обновляются в соответствии с информацией о процессе. Вышеописанный процесс повторяется до завершения всех процессов, после чего начинается этап отладки. 3.1.3 Этап отладки. После завершения сборки обрабатываемого изделия начинается этап отладки всего оборудования. Если отладка не удалась, состояние обработки обрабатываемого изделия обновляется до «Переделка». После завершения переделки начинается этап отладки до тех пор, пока отладка не будет успешной; если отладка прошла успешно, информация о состоянии обработки обновляется до «Отладка пройдена».
3.1.4 Завершение работы После завершения всех сборочных операций и успешной отладки всей машины данные автоматически передаются на сервер базы данных через промежуточное программное обеспечение для хранения. Все метки восстанавливаются, и информация о метках одновременно удаляется для повторного использования. (далее следует описание процесса).

3.2 Принцип отслеживания состояния материалов Информация об отслеживании состояния материалов [8] включает основную информацию о материалах и информацию о состоянии материалов. Основная информация о материалах, такая как наименование материала, код материала, модель спецификации, производственная партия и т. д.; информация о состоянии материалов, такая как информация о состоянии сборки, информация о рабочей станции, время, необходимое для завершения процесса и т. д. Путем установки точек сбора данных RFID на каждой рабочей станции можно фиксировать изменяющуюся информацию о состоянии продукта во время производства на этой рабочей станции до завершения всех процессов. Весь процесс обеспечивает синхронизацию физического потока и информационного потока.

3.3 Архитектура поддержки системной сети На основе схемы сбора данных RFID разработана архитектура поддержки системной сети [9], как показано на Рис. 3. Уровень сбора данных напрямую взаимодействует с производственной площадкой цеха через терминалы сбора данных RFID для реализации сбора и хранения производственных данных. Затем исходные данные загружаются на сервер базы данных через промежуточное ПО RFID и локальную сеть цеха; уровень обработки данных обеспечивает поддержку данных для прикладного уровня после завершения обработки исходных данных; корпоративный прикладной уровень используется для поддержки функциональных модулей, таких как мониторинг производственного процесса и запрос исторической информации. Данные производственного процесса также могут предоставляться другим системам через веб-сервис или расширяемый язык разметки (XML). Руководители предприятия могут напрямую или косвенно получать производственную информацию в режиме реального времени посредством интеграции с системами MES. 272 ​​Фань Юйсинь и др.: Исследование применения технологии радиочастотной идентификации в цехах по производству сельскохозяйственной техники Выпуск 5 Рисунок 3 Архитектура поддержки системной сети Рис.3 Архитектура поддержки системной сети

4. Реализация системы. На основе описанной выше схемы сбора данных и структуры системы, с использованием платформы Visual Studio dio2017 и языка программирования C#, а также со ссылкой на файл конфигурации API, предоставленный разработчиком оборудования [10], была разработана платформа отслеживания состояния незавершенного производства в цехе по производству сельскохозяйственной техники, использующая базу данных SQL Server для хранения производственных и технологических данных. Для обеспечения работы в режиме реального времени и безопасности данных система разработана с использованием архитектуры C/S. Функциональные модули системы показаны на рисунке 4. Они в основном включают модуль сбора данных, мониторинг состояния производства, статистику информации в реальном времени и запросы к историческим данным. Рисунок 4. Схема функциональной архитектуры системы. 4.1 Модуль сбора данных. Сбор данных является ядром системы, включая инициализацию тегов и сбор данных. То есть, собранные данные сохраняются в базе данных через устройство сбора данных, а затем посредством анализа и обработки данных обеспечивается поддержка мониторинга состояния производства. 4.2 Мониторинг состояния производства. Когда помеченный продукт попадает в зону сканирования антенны, получают основную информацию и информацию о состоянии производства продукта, а также в режиме реального времени отслеживают состояние незавершенного производства; план производства передается в режиме реального времени через номер производственной партии незавершенного производства. 4.3 Статистика информации в режиме реального времени: статистика в режиме реального времени по общему количеству операций в режиме онлайн, количеству завершенных изделий и количеству изделий, находящихся в процессе сборки на всей сборочной линии; статистика по количеству различных продуктов в соответствии с рабочими станциями, категориями продуктов и планами производства. 4.4 Запрос исторических данных. Статистика исторических данных о произведенных продуктах на основе времени завершения, технических характеристик и моделей продуктов, номеров планов и кодов продуктов. 5. Проверка на примере. В качестве примера эксперимента используется процесс сборки измельчителя для кукурузы. Конфигурация RFID-оборудования производственной линии показана на рисунке 5. Считыватель собирает и записывает данные на метку, подключаясь к RFID-антенне, а затем подключается к главному компьютеру для формирования локальной сети. Главный компьютер осуществляет настройку параметров аппаратного устройства RFID и передачу данных со считывателем. RFID-считыватель/записыватель RFID-метка Главный компьютер Измельчитель кукурузы RFID-антенна Рисунок 5 Схема конфигурации RFID-площадки Рис. 5 Схема расположения RFID-площадки Измельчитель кукурузы имеет четыре сборочных участка, каждый из которых оснащен RFID-антенной. В качестве объекта исследования взят процесс сборки измельчителя, код материала, соответствующий измельчителю, — 202031506250001, спецификация модели — QS-3150, а производственный план — 202006-01. Соответствующая таблица технологических маршрутов показана на рисунке 6. Следует отметить, что из-за сложности условий на месте конфигурация RFID-оборудования будет зависеть от этого. Для обеспечения эффективности считывания RFID-антенны на боковой стороне корпуса, близкой к антенне, прикреплена электронная метка, чтобы обеспечить возможность считывания на каждом этапе сборки. Рисунок 6. Блок-схема процесса сборки измельчителя для кукурузы. Рисунок 7. Интерфейс управления системой. Перед сборкой измельчителя необходимо прикрепить RFID-метку и ввести начальную информацию, такую ​​как название продукта, код, номер производственного плана и т. д. После завершения инициализации метки устройство готово к онлайн-производству. Когда продукт поступает на первый этап обработки, RFID-метка считывает информацию с метки и получает информацию о текущем местоположении и состоянии. Одновременно регистрируется время начала. После завершения процесса измельчителем происходит автоматическое обновление информации о метке, регистрируется время завершения и так далее до завершения отладки. Собранные данные сохраняются в базе данных, а метки в конечном итоге утилизируются. Интерфейс управления программой отображает весь вышеупомянутый процесс в режиме реального времени, а также может точно отображать статус завершения текущего процесса и производственного плана, подсчитывать время завершения каждого процесса, количество онлайн-заказов каждой модели продукта, общее количество готовых изделий и другую информацию.