RFID技术在大型压力容器焊接生产线上的应用研究

胡晓兵，李现春，郭磊，周原令



RFID技术在大型压力容器焊接生产线上的应用研究

胡晓兵1，李现春1，郭磊2，周原令1

（1.四川大学 制造科学与工程学院，四川 成都 610056；2.浙江亿利达风机股份有限公司，浙江 台州 318056）

通过对大型压力容器焊接生产线的生产监控和管理模式的现状分析，指出目前大型压力容器车间的整体生产管理粗放模式已跟不上现代制造企业信息化发展的进程，设计了一种基于RFID的生产线监控系统，把RFID技术应用于生产环境复杂恶略的焊接车间，可以有效满足压力容器焊接产线对信息化的需求、改善焊接产线生产状况、提高企业的生产效率，并实例验证系统的可行性和有效性。

RFID；压力容器；焊接生产线；生产监控

随着市场竞争的日益激烈，制造行业的产品呈现市场变化快、生命周期短等特性，现有生产线尤其环境恶略的焊接生产线信息管理现状已强不能满足日益加剧的信息化需求，对于制造行业来说只有通过寻求新的信息化手段来武装自己，才能在激烈的竞争中占有一席之地。

近年来，国内外学者对RFID技术在制造业车间方面的应用研究日益增多，取得一定成果。仲元昌等[1]应用RFID技术实现汽车生产线的实时数据采集和质量监控的可行性和先进性；许周详等[2]应用RFID采集方式代替条形码来完成制造信息的采集，达到减员增效、提高企业竞争力、实现制造智能化的目的；何龙[3]通过RFID事件来研究刀具管理方法；Hwang, Nam-Seong[4]以实例论证采用RFID技术使生产率提高50%以上，证明RFID的必要性和有效性；Navon R、Berkovich O[5]以工程施工材料为例开发了一种基于自动或半自动数据收集材料管理和控制的模型，自动启动和管理材料的订购，监测施工现场的材料实际流量和现有库存。

1 RFID技术

RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）是一种无线通信技术[6]，由信号发射设备、信号接收设备、编程器、发射接收天线等部分组成[7]。可通过射频信号的空间电磁涡合实现无任何机械接触或光学接触的特定目标的信息传递，并通过所传递的信息实现物体的自动识别，操作便捷、无需接触、自动化程度高；耐用可靠，使用寿命长且可重复使用；识别速度快，也适用于高速运动的物体，也可对多标签同时识别；读取距离大，只要在读写器辐射范围内都可以被读取识别；存储容量大。可以适用于多种工作环境，广泛应用于物流和供应链、超市、交通自动收费系统、图书馆、电子支付、车间制造等领域。

2 压力容器生产监控RFID应用需求

2.1 大型压力容器生产监管理现状

在压力容器焊接生产过程信息采集方面，缺乏快速有效的生产数据信息采集手段。国内焊接装配线采集信息大多采用条码技术，甚至有些仍采用手工记录信息、然后再批量录入到管理信息中，导致数据具有一定的滞后性，信息使用效率较低，为ERP、MES系统在焊接车间的应用带来障碍。

在产线监管方面，监管力度不足。由于焊接过程信息不透明，不能对产线上的压力容器进行实时信息跟踪，对及时掌握生产状况、质量控制方面带来困难，从而影响生产效率。

信息不能及时反馈，造成产线管理难以做到精细化。管理计划层和车间执行层之间的信息容易脱节，完成的生产任务往往达不到生产计划要求的标准，车间整体的生产任然是粗放型模式。图1、图2为目前某大型压力容器焊接车间的传统焊接工艺线路和车间布局。

图2 大型压力容器焊接车间布局

2.2 需求分析

数据采集是大型压力容器制造过程监控和跟踪的基础，目前我国大多数大型压力容器生产监控仍处于人工记录或条形码为主的管理模式。由于信息采集手段的落后，企业信息管理系统难以实现，不能实时准确高效的获取信息，致使企业管理人员不能及时的掌握生产车间的实际情况，不能根据车间实际的生产状况制定行之有效的作业计划，最终导致缺乏可靠依据来解决生产车间的实际问题。对于混线生产的产线上尤为明显，如果不及时跟踪管理一些特殊的生产订单，很有可能出现漏装、错装零部件，造成产品一次下线合格率降低，极大影响生产计划的进行。

在大型压力容器生产中引入RFID技术来解决生产监控的问题。利用RFID标签对大型压力容器每个部件进行标记，利用设置在焊接流水线上的RFID阅读器读取移动RFID标签，可以轻松跟踪到每一个零部件，并将获取的信息集成传送到企业现有的ERP系统或MES系统中，不需要对制造执行系统进行更改，即可实现数据信息的可靠准确跟踪，帮助工作人员及时准确了解产线整体生产情况，以做出相应的计划变更和排产安排。

3 基于RFID技术的大型压力容器生产监控系统的设计

3.1 系统总体架构的搭建

本系统开发采用B/S架构技术，仅需要在客户机上安装浏览器（Browser）、在服务器上安装数据库（Server），便可以方便地通过浏览器访问数据库，实现数据库浏览器的交互，简化了系统的开发、使用和维护流程，并且保障客户的访问效率。

图3为系统的总体框架图：标签部署层主要是将标签部署在压力容器上或其他设备上，用来实现识别跟踪；物理层是部署包括RFID阅读器、天线、路由器、计算机硬件等的现场设备，以实现数据的采集监控和设备的驱动控制；阅读器在电子标签中采集到的信息，通过中间件进行处理后，反馈到企业应用层，企业应用层进一步对信息处理，得到车间生产情况的真实反馈信息。

图3 大型压力容器生产线监控系统总体框架

3.2 系统的功能体系

大型压力容器生产监控系统主要利用射频识别技术采集生产信息，向MES提供生产现场的实时信息，以实现整个生产进程管理和控制。系统的功能主要设计有系统管理、设备管理、车间状态监控、综合查询和统计以及数据采集等五大模块，如图4所示。

图4 大型压力容器RFID生产线监控系统功能图

4 RFID生产监控系统的分析与实现

4.1 数据采集点布置

综合考虑RFID技术的性能和成本，依据采集点选择的基本原则，根据焊接生产的整个过程，选择关键工序，对同一工序的状态和工序间的状态进行合并，合理布置RFID数据采集点，如图5所示。在压力容器合适位置安装RFID标签，在焊接线的上下线处及关键合并控制点安装RFID阅读器，在上线处将压力容器基本信息写入标签，在焊接过程中利用关键控制点的RFID阅读器对工序焊接中的信息进行自动监控，与现场的设备控制系统通信（如图6所示），以适当调整压力容器上线速度和生产队列的编组，在焊接下线处也要实现自动采集标签，实现焊接件的自动跟踪监控。

图5 信息采集点布置

4.2 系统的实现

RFID生产监控系统包括硬件环境的搭建和软件环境的开发两大部分。综合考虑代码规范性和开发效率，本系统的软件部分开发是采用C#面向对象的语言进行代码编写，采用基于JQuery基础扩展的EasyUI来设计显示界面。数据传输采用Ajax异步数据的传输（HTTP请求）从服务器获得需要的数据，异步JavaScript和XML技术使数据和呈现过程分离，实现网页的部分更新，提高系统界面的人机友好交互，在浏览器和WEB服务器间实现异步数据传输，根据需要获取相关数据，减少不必要多余的请求，减少客户端与服务器之间的数据交换，减少网络中数据传输流量，极大地提高了网页访问效率[8-9]。采用Visual Studio 2015作为整个系统软件的开发工具。

图6 系统物理模型

通过一系列的建模开发后，设计的RFID生产监控系统运行界面如图7、图8所示。

图7 登录窗口

5 结论

针对压力容器焊接生产线信息监控障碍，从车间信息化管理角度出发，指出了现有管理模式、产线监管和信息采集方面的问题和不足，提出了一种基于RFID技术的生产信息监控系统，以满足压力容器焊接产线对信息化的需求，改善焊接产线生产状况，提高企业的生产效率。本系统不仅适用于大型压力容器焊接生产线，还可以推广应用于如汽车、起重设备等制造业车间，有良好的发展空间。由于技术的不断更新完善，对制造业焊接生产线的信息管理有待进一步的研究和探索。

图8 管理界面

[1]仲元昌，孙丽敬，等. RFID技术在汽车生产线上的应用现状[J].微型机与应用，2010（3）：1-3，7.

[2]许周祥，陈绪兵，等. RFID技术在智能化生产线中的应用[J].机械工程自动化，2017，8（4）：138-139，141.

[3]何龙，鄢平，陈青山. 基于RFID和Agent的刀具管理方法研究[J]. 机械，2014，41（1）：9-13.

[4]Hwang, Nam-Seong. Productivity improvement by using RFID in industry[J]. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers，2008，11（32）：1041-1046.

[5]Navon R, Berkovich O. Development and On-Site Evaluation of an Automated Materials Management and Control Model[J]. Journal of Construction Engineering & Management，2005，131（12）：1328-1336.

[6]赵继春. 智慧小区的物联网应用设计[J]. 数字通信，2013，40（6）：23-25.

[7]王丽亚. 物流信息系统与应用案例[M]. 北京：科学出版社，2007.

[8]许欢. 物联网技术在个人生活领域的应用[D]. 淮南：安徽理工大学，2011.

[9]仰燕兰，金晓雪，叶桦. ASP.NETAJAX框架研究及其在Web开发中的应用[J]. 计算机应用与软件，2011（6）：195-198.

Application of RFID Technology in Welding Production Line of Large Pressure Vessel

HU Xiaobing1，LI Xianchun1，GUO Lei2，ZHOU Yuanling1

( 1.Department of Manufacturing Science and Engineering, Sichuan University, Chengdu 610000, China; 2.Zhejiang Yilida Ventilator Co., Ltd, Taizhou 318056, China )

Through analyzing the monitoring of welding production line of large pressure vessel and the current situation of management model, the research founds that the current extensive mode of production management failed to keep pace with the informationization development of modern manufacturing enterprise. They designed a production line monitoring system based on RFID. The application of RFID technology to the complicated and bad production environment can effectively meet the needs of informationization development of pressure vessel welding production line and improve the performance of welding production line and production efficiency.

RFID；pressure vessel；welding production line；production monitoring

TP391

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2018.11.004

1006－0316 (2018) 11－0016－05

2018－05－22

四川省科技计划项目（2016KJ0059～2015GZ0014）；四川省科技计划项目（2017KJT0018～2017GZ0066）；中国制造2025四川行动计划（2017ZZ001）；中国制造2025四川行动计划（2017ZZ018）

胡晓兵（1970－），男，湖北黄冈人，博士，教授，主要研究方向为数字化车间；李现春（1990－），男，河南周口人，硕士研究生，主要研究方向为智能制造。