基于RFID和Hadoop云存储的数字化车间制造系统研究

岳玉凤　王昌文

摘要：为了实现车间制造数字化管控，将RFID和Hadoop云存储两种技术结合到一起，提出数字化车间制造系统设计研究。该系统选择超高频段技术作为RFID作业频段，在Hadoop云存储架构基础上，搭建多层次车间制造系统。其中，各个层次信息通过Internet网络进行传递。系统测试结果表明，该系统能够提高车间制造效率，可以为用户提供良好的产品成型管理、产品库信息管理、检验管理、入库管理、售后服务管理、信息共享服务，有助于车间制造数字化发展。

关键词：Hadoop云存储 RFID 车间制造数字化

中图分类号：TP27文献标识码：A        文章编号：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，大部分生產车间操控和管理仍然依靠人力资源，每一个环节的操作与管理需要相关工作人员负责，将当日的工作信息在下班时交接给下一位负责人[1]。这种操控和管理模式信息时效性较差，缺乏信息调度功能，与车间高效制造管理理念不符。随着科学技术的快速发展，传统车间制造逐渐向数字化车间制造发展，如何有效运用现代化科学技术，打造数字化车间制造系统，成为了当前重点研究内容[2]。由于该系统的研究时间比较短，取得的研究成果不多，在系统开发技术的选取、系统设计方面存在较大提升空间[3]。该文尝试选取RFID技术作为核心技术，借助Hadoop云存储工具，开发一套新的数字化车间制造系统方案。

1 系统总体架构设计

本系统建立在Hadoop云存储架构基础上，搭建多层次车间制造系统，从而为车间制造信息共享创造有利条件。图1为系统总体架构设计方案。

该框架结构分为2个部分，分别是车间产品制造业务层、设备控制层。其中，制造业务层又分为产品设计、数字化制造两部分。该系统产品设计使用到的主要软件技术有CAD/CAM/CAE、MPM/CAPP、PLM/ODM、MBD。数字化制造作用体现在APS排产、质量管理、试验管理3个方面。借助互联网平台，实现信息共享，全面展开各项管理工作，包括车间执行管理、资源齐套管理、车间调度管理、计划管理、车间物料管理、工装工具管理、工时绩效管理、综合看板管理。另外一部分设备控制模块的设计，采用了各项通信技术、驱动控制技术，根据生产制造需求，下达相应控制命令，利用车间制造现场核心处理器，驱动各个设备，从而高效高质量完成车间制造任务。

2系统详细设计

2.1 系统硬件设备的选取

数字化车间制造系统的核心硬件设备包括电子标签、阅读器，本文将重点讨论这两个硬件的选取方法。

2.1.1阅读器的选取

该系统引入RFID技术开发系统的通信功能和阅读信息功能，为了保证系统功能可靠性，需要合理选取阅读器作业频段。通常情况下，阅读器作业频段分为4个频段模式，分别是微波频段、超高频段、高频段、低频段[4]。其中，微波频段应用较少;低频段读写距离比较短，作业效率较低，不支持内存空间需求较高的服务;高频段技术较为成熟，但是读写距离不是很大，未能满足大部分信息管理需求;超高频段技术不仅具有较强的抗干扰能力，而且读写距离较大，通信协议较强。所以，本研究选择超高频段技术作为RFID作业频段。以SLR5100模块作为系统读写控制辅助工具，作业频率设置为920～950MHz。

2.1.2电子标签的选取

根据数字化车间制造控制需求，需要为系统选取一种非接触式的电子标签，支持高频环境作业[5]。在满足该条件的基础上，选取成本较低的ISO15693高频标准卡作为系统电子标签。该装置支持100cm范围内的操控，符合车间制造操控功能开发需求。考虑到车间制造信息量较大、作业命令较多，采取同步标定方式，来为各信息和作业命令配备标签。由于该芯片存在唯一标识符，所以系统作业期间不会出现标签混淆情况，有助于车间制造系统控制的有序运行。

2.2 系统软件设计

2.2.1系统云存储结构模型设计

信息共享作為本系统的重要功能，需要借助Hadoop云存储结构进行开发，通过创建访问通道，按照数据信息类型不同加以管理，构建数据管理层和存储层，形成完整的系统云存储结构模型[6]。利用该模型开启数字化车间管理，同时管控多个车间生产流水线作业情况，并为用户提供物料查询功能，根据车间作业状况发出预警，从而提高车间制造安全性。按照功能不同，可以将模型划分为4个层次，由高到低依次为访问层、应用接口层、数据管理层、存储层。

2.2.2 系统软件体系结构设计

该系统软件的开发，以C/S模型体系作为开发工具，通过搭建生产网络体系，根据车间制造数字化管控需求，为其配备数据库，从而为用户提供高质量服务。如图2所示为系统软件体系结构。

该系统通过Internet网络建立访问连接，利用搭建的系统库，对车间制造产品成型加以管控，共享产品库信息，同时检验生产质量达标情况，运用数据化技术，为用户提供产品入库管理和售后服务功能。

3 系统测试分析

为了检验该系统设计方案能够满足系统开发需求，以该研究为例，对系统功能进行测试。设定两者不同外部数据对比数、目标对比数实验，测试中标数目和所需时间。

测试结果显示，该系统标定目标数目较少，能够在短时间内找到与车间制造相关性更大的数据。随着外部数据和目标对比数的增加，该系统耗费时间增加12s，而传统系统需要耗费22s。由此看来，该系统作业效率较高。

另外，此次测试还对系统软件功能进行测试，结果如表1所示。

表1中统计结果显示，该系统各项功能运行良好，可以为用户提供车间制造自动化管控服务，能够提高车间制造控制水平。

4 结语

该文围绕数字化车间制造系统设计方案展开探究，该系统建立在Hadoop云存储架构基础上，运用RFID技术，数字化车间制造体系，为用户提供车架制造数字化管理工具。系统测试结果显示，该系统能够在短时间内找到与车间制造相关性更大的数据，可以提高数据信息利用率，各项软件功能运行良好，符合系统开发需求。

参考文献

[1] 张自敏，樊艳英，陈冠萍，等.农机数字化车间制造过程研究——基于物联网和智能大数据云存储[J].农机化研究，2019，41（10）：229-233.

[2] 李树春，李想，王凯玲.基于云计算的Moodle网络视频课程平台设计及研究[J].科技创新导报，2020，17（7）：191，193.

[3] 王伟，范磊，黄璞，等.面向航空数字化车间的新型工业数据处理架构及多场景应用[J].计算机集成制造系统，2021，27（4）：1021-1031.

[4] 曹伟，江平宇，江开勇，等.基于RFID技术的离散制造车间实时数据采集与可视化监控方法[J].计算机集成制造系统，2017，23（2）：273-284.

[5] 刘润虎，张宁，黄璜，等.基于Hadoop云平台的海量数字图像数据挖掘的分析[J].科技创新导报，2017，14（32）：113，115.

[6] 方磊，李德宝，唐火红，等.数字化车间生产状态实时监测系统的研究与实现[J].组合机床与自动化加工技术，2017（12）：117-120，124.

基金项目：2021年度甘肃省高等学校创新基金项目“基于区块链的智能物流数据分析平台研究与构建”（项目编号：2021B-544）;2021年金昌市青年人才基金项目“区块链技术在智慧物流中的应用研究”（项目编号：2021CZFXGP）。

作者简介：岳玉凤（1986—），女，本科，讲师，研究方向为大数据、区块链。