阮登峰，周硯江，許光明

（1.浙江理工大學(xué)機(jī)械與自動控制學(xué)院，杭州310018；2.杭州開源電腦技術(shù)有限公司，杭州310013）

RFlD電子物料車實(shí)現(xiàn)印染MES生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集的研究

阮登峰1，周硯江1，許光明2

（1.浙江理工大學(xué)機(jī)械與自動控制學(xué)院，杭州310018；2.杭州開源電腦技術(shù)有限公司，杭州310013）

印染制造企業(yè)現(xiàn)有的制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）大多采用條碼技術(shù)作為生產(chǎn)任務(wù)的標(biāo)識來間接地獲取加工過程數(shù)據(jù)，難以保證生產(chǎn)信息的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。針對該問題，提出一種在印染制造執(zhí)行系統(tǒng)中采用RFID技術(shù)的電子物料車實(shí)時(shí)采集被加工布料生產(chǎn)信息的方法，并對RFID電子物料車的設(shè)計(jì)、多讀卡器和多RFID標(biāo)簽的射頻識別系統(tǒng)的防碰撞識別、定位以及射頻卡讀寫等技術(shù)進(jìn)行了研究。該方法可在印染企業(yè)兩庫三層信息化體系結(jié)構(gòu)中，通過MES采集物料生產(chǎn)過程中的實(shí)時(shí)信息，實(shí)現(xiàn)物料加工信息和生產(chǎn)管理信息的同步。

印染；RFID；MES；生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集

0　引 言

以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、企業(yè)資源規(guī)劃層（enterprise resource planning，ERP）、制造執(zhí)行系統(tǒng)層（manufacturing executiou system，MES）和過程控制系統(tǒng)層（process control system，PCS）組成的“兩庫三層”體系架構(gòu)已經(jīng)成為先進(jìn)工業(yè)國家開發(fā)制造企業(yè)信息化、自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的主流模型。在線獲取生產(chǎn)過程和企業(yè)管理中的數(shù)據(jù)信息，并保證生產(chǎn)過程的物料流和信息流的同步是建立實(shí)時(shí)化生產(chǎn)管理體系，優(yōu)化生產(chǎn)與管理活動的基礎(chǔ)。雖然國外學(xué)者或機(jī)構(gòu)對MES有多種定義［1］，國內(nèi)對MES也有制造執(zhí)行系統(tǒng)、生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)等不同的描述，但從MES在上述兩庫三層體系架構(gòu)中的功能屬性來認(rèn)識，MES承擔(dān)著向數(shù)據(jù)庫提供從訂貨到制成品全過程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息。只有快捷、準(zhǔn)確地采集生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，才能實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程、物流管理、生產(chǎn)計(jì)劃、調(diào)度和質(zhì)量等的監(jiān)控。因此，生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集技術(shù)是MES的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

紡織品印染工業(yè)是傳統(tǒng)制造業(yè)，近年來應(yīng)用資源規(guī)劃ERP、供應(yīng)鏈管理SCM、客戶關(guān)系管理CRM等信息技術(shù)的國內(nèi)印染企業(yè)顯著增加，規(guī)模以上的企業(yè)應(yīng)用ERP約占10%［2］；同時(shí)，印染裝備的智能化、自動化水平也不斷提高。但由于現(xiàn)場控制設(shè)備與企業(yè)管理信息系統(tǒng)的信息阻斷，企業(yè)的管理系統(tǒng)不能在線獲取生產(chǎn)過程信息，影響現(xiàn)有管理系統(tǒng)和裝備能力的充分發(fā)揮，面向制造層面的印染制造執(zhí)行系統(tǒng)的研究與應(yīng)用亟待加強(qiáng)［3］。陳剛良等［4］提出了一種基于ERP/MES/PCS的染色車間信息系統(tǒng)框架，討論了該MES的染色車間集中監(jiān)控、生產(chǎn)作業(yè)調(diào)度和生產(chǎn)能耗管理的構(gòu)建；田民亮等［5］提出了一種符合印染行業(yè)特點(diǎn)的MES架構(gòu)體系，并討論了印染生產(chǎn)優(yōu)化調(diào)度技術(shù)；王海冉［6］通過對紡織行業(yè)當(dāng)前的生產(chǎn)流程進(jìn)行建模與分析，研究了基于B/ S架構(gòu)的印染紡織行業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)的總體模式并對子功能模塊進(jìn)行了分析。目前，國內(nèi)在印染MES的研究重點(diǎn)主要在于系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。在現(xiàn)有的印染制造執(zhí)行系統(tǒng)或單功能的生產(chǎn)管理系統(tǒng)中，一般采用單條形碼或二維碼作為生產(chǎn)任務(wù)標(biāo)識來間接地采集和更新生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，這種方法難以保證生產(chǎn)過程信息采集的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，更無法實(shí)現(xiàn)物料加工信息和生產(chǎn)管理信息的同步。與條形碼技術(shù)相比，無線射頻技術(shù)采用的射頻識別（RFID）標(biāo)簽具有無線遠(yuǎn)距離、穿透、高速移動讀寫，存儲數(shù)據(jù)量大，可在惡劣環(huán)境下使用等特性。如何發(fā)揮RFID的技術(shù)優(yōu)勢，而不是簡單地將條形碼替換成射頻標(biāo)簽，開發(fā)出生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集技術(shù)是MES研究的一項(xiàng)重要課題。Qu等［7］研究了采用RFID技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和生產(chǎn)物品的跟蹤來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生命周期管理；Chen等［8］將RFID技術(shù)應(yīng)用到混合模型裝配線生產(chǎn)制造中，分析了RFID在數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)管理、生產(chǎn)過程控制等方面的作用；Zhong等［9］建立了基于RFID的離散制造系統(tǒng)四層模型，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。上述研究成果對推動MES中的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集技術(shù)的發(fā)展起到了積極的作用。

本文提出一種在車間物料車上安裝RFID標(biāo)簽來實(shí)現(xiàn)被加工物料生產(chǎn)信息實(shí)時(shí)采集的方法，并以紡織品印染車間MES為研究對象，設(shè)計(jì)開發(fā)了一種基于RFID技術(shù)的智能電子物料車，通過跟蹤該物料車以及對其RFID標(biāo)簽信息與MES終端的信息交換，實(shí)時(shí)獲取和更新生產(chǎn)過程信息。解決了被加工物料不能直接貼裝RFID標(biāo)簽的技術(shù)難題，為發(fā)揮印染制造執(zhí)行系統(tǒng)的生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)計(jì)劃、人員信息、加工信息、加工進(jìn)度和質(zhì)量等的管理和監(jiān)控功能提供了一種新方法。

1　采用RFID技術(shù)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集的原理和方法

1.1印染制造執(zhí)行系統(tǒng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集的特點(diǎn)

不同的制造行業(yè)在管理、生產(chǎn)和市場營銷模式上均存在較大的差異，其制造執(zhí)行系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式也應(yīng)有所不同。在制造執(zhí)行系統(tǒng)的企業(yè)建模上，一般分為離散制造和流程生產(chǎn)兩類，而印染生產(chǎn)具有兩者的混合特性。按物料在加工過程中發(fā)生的變化來看，染色等濕處理加工屬于流程生產(chǎn)，生產(chǎn)過程使織物纖維發(fā)生規(guī)定的化學(xué)反應(yīng)或物理變化；而整緯等機(jī)械后整理則屬于離散制造，生產(chǎn)過程只是使織物或纖維的形狀發(fā)生改變。按生產(chǎn)類型，印染絕大多數(shù)屬于小批量多品種生產(chǎn)。按生產(chǎn)方式，印染生產(chǎn)有連續(xù)式生產(chǎn)和間歇式生產(chǎn)兩種，印染設(shè)備的使用具有多機(jī)型少機(jī)臺的特點(diǎn)。在市場營銷上，產(chǎn)品利潤率低，交貨期短，具有敏捷生產(chǎn)的特點(diǎn)。總之，印染行業(yè)的制造執(zhí)行系統(tǒng)具有其特殊的行業(yè)性。

印染行業(yè)所具有的流程生產(chǎn)與離散制造相混合的特殊性表現(xiàn)在生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集上，第一，印染制造執(zhí)行系統(tǒng)難以像流程生產(chǎn)采用基于通用儀表完成數(shù)據(jù)采集，一般要通過設(shè)備的控制器來獲取生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)信息。第二，準(zhǔn)確性要求高。印染企業(yè)的銷售部門需要準(zhǔn)確掌握生產(chǎn)車間生產(chǎn)及設(shè)備的在線數(shù)據(jù)，避免簽訂價(jià)格不合理、交貨期無法保證的合同；生產(chǎn)車間則需要準(zhǔn)確掌握各個(gè)機(jī)臺的運(yùn)行負(fù)荷、加工產(chǎn)品的歷史數(shù)據(jù)，合理調(diào)配產(chǎn)品與加工設(shè)備，快速準(zhǔn)確地根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)制訂合理的生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃，確保設(shè)備使用效率，減少空置率。第三，實(shí)時(shí)性要求強(qiáng)。印染生產(chǎn)的一次準(zhǔn)確化要求特別高，為確保產(chǎn)品的加工質(zhì)量，避免產(chǎn)生不符合訂單要求的殘次品或廢品，及時(shí)發(fā)現(xiàn)瓶頸工序，最大限度地降低水耗、能耗和染化料的消耗等，均需要對生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制?？傊?，印染制造執(zhí)行系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集要保證從接單→編排生產(chǎn)計(jì)劃→生產(chǎn)→設(shè)備及工藝控制→交貨等各個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)信息流和物料流的同步，在企業(yè)的ERP和PCS層之間建立準(zhǔn)確、快速、實(shí)時(shí)的信息“直通車”。

1.2物料上貼裝RFID標(biāo)簽的解決方法

采用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集首先需要解決如何在被加工物料上貼裝RFID電子標(biāo)簽的問題。由于被加工的紡織品（布料或纖維）具有繞性，其在加工中受到機(jī)械、高溫和染化料水溶液的作用，致使在紡織品上無法直接貼裝RFID標(biāo)簽。若在現(xiàn)有的紙質(zhì)加工單上貼裝RFID標(biāo)簽，則條形碼/二維碼的手工操作所存在的實(shí)時(shí)性弱、易產(chǎn)生錯誤和加工單破損、丟失等問題依然不能有效得到解決，RFID的優(yōu)勢未得到充分的發(fā)揮。

本文提出一種RFID電子物料車的設(shè)計(jì)，即對印染車間廣泛使用的物料車（布車）進(jìn)行改造，如圖1所示。該RFID電子物料車的機(jī)械部分采用布車原來的結(jié)構(gòu)，加裝的電子控制部分主要包括控制模塊、紅外檢測模塊、RFID標(biāo)簽、射頻讀寫器以及LED指示器組成，如圖2所示。

圖1　RFID電子物料車結(jié)構(gòu)

圖2　RFID電子物料車的電子控制部分組成

圖2中的紅外檢測模塊用于檢測電子物料車上物料（被加工紡織品、加工使用的染化料）的裝載情況。當(dāng)發(fā)射端在控制器的控制下發(fā)出紅外線時(shí)，若接收端接收到紅外信號則電子物料車為閑置或空載狀態(tài)；當(dāng)發(fā)射的紅外線被物料遮擋，則可檢測出電子物料車為加工任務(wù)等待狀態(tài)。電子物料車的負(fù)載狀態(tài)同時(shí)通過LED顯示。

RFID標(biāo)簽用于存儲電子物料車的狀態(tài)以及其上裝載物料的生產(chǎn)信息。本設(shè)計(jì)中采用Inlay SAAT-T850無源電子標(biāo)簽，該電子標(biāo)簽是一種UHF大容量電子標(biāo)簽，內(nèi)部有64kb的用戶數(shù)據(jù)存儲空間，支持EPCglobal Class1 Gen2協(xié)議，工作頻率在840～950 MHz。

射頻收發(fā)模塊用于發(fā)送和接受射頻信號，實(shí)現(xiàn)電子物料車上RFID標(biāo)簽信息與MES數(shù)據(jù)終端以及加工設(shè)備的信息交換。射頻收發(fā)模塊的組成如圖3所示，其內(nèi)部集成了數(shù)字轉(zhuǎn)換器、增益濾波器、DRM濾波、變頻混合器。本設(shè)計(jì)的采用了12 dBi的天線，實(shí)測最遠(yuǎn)識別距離15 m，寫標(biāo)簽的距離為2 m，讀寫速度為64 kb/s。

圖3　射頻收發(fā)模塊

將印染車間的布車改造成采用RFID技術(shù)的電子物料車使得布車成為智能數(shù)據(jù)載體，并作為信息傳遞的紐帶，可實(shí)現(xiàn)對在制品的實(shí)時(shí)信息采集和跟蹤，與條形碼技術(shù)相比，生產(chǎn)信息采集具有實(shí)時(shí)性、更加高效、準(zhǔn)確和完整，突破了印染企業(yè)底層物料信息和生產(chǎn)信息采集的瓶頸。

1.3RFID電子物料車實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集的技術(shù)方案

采用RFID電子物料車實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集的技術(shù)方案如圖4和圖5所示。圖4中車間的各個(gè)機(jī)臺的控制器通過工業(yè)以太網(wǎng)組成底層網(wǎng)絡(luò)，并與印染制造執(zhí)行系統(tǒng)的終端聯(lián)網(wǎng)，以獲取各個(gè)機(jī)臺的實(shí)時(shí)信息。圖5中各機(jī)臺的控制器通過射頻卡讀寫器可對距離15 m半徑范圍的車間內(nèi)物料車進(jìn)行識別和定位，并且可以訪問車間內(nèi)的RFID電子物料車的信息。

當(dāng)設(shè)備處于待工狀態(tài)時(shí)，會依照印染制造執(zhí)行系統(tǒng)下達(dá)的生產(chǎn)任務(wù)定位載有對應(yīng)待加工物料的電子物料車，由操作人員根據(jù)物料車的LED提示，將物料車移至機(jī)臺位置，在完成在制品從物料車卸載至設(shè)備上后，設(shè)備控制器自動讀取物料車上的布料的全部加工工藝信息并根據(jù)工序要求進(jìn)行加工，電子物料車呈閑置狀態(tài)。當(dāng)設(shè)備加工完成時(shí)，設(shè)備控制器自動搜尋閑置的物料車，完成在制品從機(jī)臺上卸載至物料車后，自動向物料車寫入該布料的全部加工信息。

圖4　印染MES系統(tǒng)

圖5　印染制造執(zhí)行系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

此技術(shù)方案的特點(diǎn)是：

a）實(shí)現(xiàn)了物料信息與機(jī)臺的加工信息實(shí)時(shí)同步采集；

b）物料車不需要始終與在制品及工位綁定，可大大減少物料車的使用數(shù)量；

c）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集不需要人工操作，可保證數(shù)據(jù)的正確性；

d）由于印染制造執(zhí)行系統(tǒng)為各工位設(shè)備的功能事先進(jìn)行了設(shè)定，一旦工位處于待工狀態(tài)時(shí)，設(shè)備控制器即通過射頻識別系統(tǒng)自動定位待加工的物料，設(shè)備的利用率可極大的提高；

e）由于射頻卡可記錄被加工物料整個(gè)加工過程的信息，可為生產(chǎn)管理系統(tǒng)建立產(chǎn)品的生產(chǎn)檔案，提供對產(chǎn)品加工過程追溯的功能。

2　電子物料車識別與定位算法的研究

2.1電子物料車防碰撞識別的算法

本文采用RFID電子物料車實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集的技術(shù)方案，屬于多個(gè)讀卡器與多個(gè)RFID標(biāo)簽的射頻識別系統(tǒng)，存在著兩種形式的沖突方式，一種是同一電子物料車RFID標(biāo)簽同時(shí)收到不同機(jī)臺讀卡器發(fā)出的命令，另一種是一個(gè)機(jī)臺的讀卡器同時(shí)收到多個(gè)不同電子物料車RFID標(biāo)簽的返回?cái)?shù)據(jù)。因此，在一般情況下，電子物料車的響應(yīng)信息會產(chǎn)生混疊現(xiàn)象。防碰撞問題的研究主要解決兩個(gè)問題：一是如何避免或減少機(jī)臺閱讀器與電子物料車標(biāo)簽之間的沖突問題，二是避免或減少機(jī)臺讀卡器之間的干擾碰撞問題。

為了對各個(gè)電子物料車正確地識別，將幀的時(shí)隙ALOHA算法應(yīng)用到車間電子物料車的防碰撞識別中。幀的時(shí)隙ALOHA算法是在時(shí)隙ALOHA算法的基礎(chǔ)上的一種改進(jìn)算法［10］，它將若干個(gè)時(shí)縫作為一幀，讀卡器按照每幀作為一個(gè)識別單位，形成基于幀的時(shí)隙ALOHA防碰撞算法。在幀的時(shí)隙ALOHA算法開始時(shí)，讀卡器廣播一個(gè)Q值作為下一幀所包含時(shí)隙的個(gè)數(shù)，并激活識別區(qū)域的所有RFID標(biāo)簽。每個(gè)RFID標(biāo)簽接受到Query指令以后產(chǎn)生一個(gè)在0～2Q-1的隨機(jī)數(shù)載入槽計(jì)數(shù)器。在識別中，如果RFID標(biāo)簽的槽計(jì)數(shù)器等于零則返回一個(gè)RD16（16位的隨機(jī)數(shù)）作為該RFID標(biāo)簽的臨時(shí)ID，否則其槽計(jì)數(shù)器減1，繼續(xù)等待下一個(gè)時(shí)隙。幀的時(shí)隙ALOHA算法中每個(gè)時(shí)隙有3種狀態(tài)：空時(shí)隙（沒有標(biāo)簽響應(yīng)）、單時(shí)隙（一個(gè)標(biāo)簽響應(yīng)）和沖突時(shí)隙（多個(gè)標(biāo)簽響應(yīng)）。只有在單時(shí)隙中，該電子標(biāo)簽成功被讀寫器識別。幀的時(shí)隙ALOHA算法實(shí)例如表1所示。

表1　幀的時(shí)隙ALOHA算法實(shí)例

不同生產(chǎn)規(guī)模的生產(chǎn)車間使用的電子物料車的數(shù)量不同，在識別電子物料車之前系統(tǒng)將設(shè)定一個(gè)幀的長度（稱為Q值）。對于較大的Q值，物料車碰撞的概率較小，但是識別的時(shí)間越長；對于較小的Q值，發(fā)生碰撞的概率較大，同樣會延長識別時(shí)間。因此Q值的設(shè)置需根據(jù)現(xiàn)場未識別的電子物料車數(shù)量而設(shè)置。在本設(shè)計(jì)中，有5個(gè)參數(shù)Qstart、Qmin、Qmax分別本文中設(shè)置Q最小值為1，最大值為20，初始化值為4。K1、K2根據(jù)當(dāng)前Q值的大小而變化，K1= Q/2，K2=Q/3。

RSC（right slot count）：當(dāng)前幀已經(jīng)進(jìn)行了的時(shí)隙；

SSC（success slot count）：當(dāng)前幀中所進(jìn)行的時(shí)隙讀寫器發(fā)送包含RD16的ASK指令確認(rèn)成功后的標(biāo)簽個(gè)數(shù)；

ISC（idle slot coun t）：當(dāng)前幀中所進(jìn)行的時(shí)隙沒有返回RD 16的時(shí)隙個(gè)數(shù)；

CSC（collision slot count）：當(dāng)前幀所進(jìn)行碰撞時(shí)隙數(shù)，接受到RD 16，發(fā)送ASK驗(yàn)證錯誤。

ISC-CSC＞K1Q=Q-1；

CSC-ISC＞K2Q=Q+1；

算法具體實(shí)現(xiàn)過程如下圖6所示。

圖6　動態(tài)Q值算法

2.2電子物料車定位的算法

由于本設(shè)計(jì)方案不需要電子物料車始終與在制品或工位綁定，為便于操作人員能迅速找到所需的布車，射頻識別系統(tǒng)對電子物料車要有很好定位功能。本設(shè)計(jì)采用參考定位坐標(biāo)和RSSI（received signal strength indication）距離定位相結(jié)合的方法［11-12］。

式（1）中，A、C與環(huán)境、天線等因素有關(guān)，實(shí)驗(yàn)的第一步是測量該環(huán)境的A和C。實(shí)驗(yàn)中將讀寫器分別對距離1 m到10 m的便簽進(jìn)行測試，得出如圖7所示的RSSI與距離的關(guān)系，經(jīng)過計(jì)算取A為-40，C為22，最后將A、C代入RSSI與距離的關(guān)系式。

圖7　RSSI與距離關(guān)系

圖8　定位實(shí)驗(yàn)示意

定位中，將3個(gè)讀寫器分別放置在（2，2）（8，2）（2，8）處，依次對如圖8所示的9個(gè)電子標(biāo)簽進(jìn)行定位，分別取得標(biāo)簽回去返回RSSI的大小，代入RSSI與距離的關(guān)系式中，得出標(biāo)簽與讀寫器的距離，通過計(jì)算三個(gè)讀寫器分別與該標(biāo)簽的距離，最后所匯聚的交點(diǎn)形成標(biāo)簽的距離位置。

3　RF I D電子物料車實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)

3.1RFID標(biāo)簽存儲信息的組成

電子物料車的RFID標(biāo)簽用于記錄印染制造執(zhí)行系統(tǒng)所需的被加工的物料流及生產(chǎn)，其中包括靜態(tài)信息、動態(tài)信息以及電子物料車狀態(tài)信息。

靜態(tài)信息以生產(chǎn)單號為主鍵，記錄被加工物料的規(guī)格參數(shù)。主要包括生產(chǎn)單號、顏色/花型、品名規(guī)則、匹數(shù)/長度信息、客戶代碼、批號、匹幅、成品門幅、交貨日期等信息。

動態(tài)信息以加工工序?yàn)橹麈I，記錄被加工物料所須的生產(chǎn)工序表及其完成情況，其中包括工序名稱/代碼、加工日期、班別、機(jī)臺、班次、操作人員、病疵及損耗等信息。

電子物料車的狀態(tài)信息指示電子物料車的四種狀態(tài)。

a）空置：表示電子物料車處于空閑狀態(tài)，此時(shí)其射頻卡上的物料靜態(tài)信息和動態(tài)信息清零；

b）載料：表示電子物料車上裝載有待加工的布料或待使用的染化料，此時(shí)，其射頻卡中存儲著物料的靜態(tài)和動態(tài)信息；

c）定位：表示電子物料車已被機(jī)臺設(shè)備的控制器定位，等待操作人員移動至工位；

d）鎖定：表示電子物料車上的加工單信息已被工位設(shè)備的控制器讀取或更新，物料正在從電子物料車或機(jī)臺上卸載。電子物料車的狀態(tài)信息用2位二進(jìn)制代碼表示。

上述信息在射頻卡的存儲格式如圖9所示。

圖9　射頻卡印染物料流信息存儲格式

圖10　電子物料車監(jiān)控程序流程

3.2電子物料車控制器的監(jiān)控程序

電子物料車控制器的監(jiān)控程序流程如圖10所示。其主要功能一是通過紅外檢測器探測物料車上的負(fù)載情況，并對其上的RFID標(biāo)簽寫入空置或載料的狀態(tài)代碼；二是讀取機(jī)臺設(shè)備控制器寫入的定位與鎖定代碼；最后通過不同顏色的LED指示器的顯示，便于操作者操作。為了降低功耗，控制器對電子物料車狀態(tài)的檢測采用定時(shí)掃描方式。

3.3工位設(shè)備控制器對電子物料車的讀寫操作

工位設(shè)備通過RFID標(biāo)簽對電子物料車的物料信息和加工任務(wù)信息進(jìn)行采集，其程序流程如圖11所示。在生產(chǎn)的每個(gè)加工環(huán)節(jié)，利用工位設(shè)備的控制器通過讀寫器自動讀取電子物料車射頻卡中的生產(chǎn)任務(wù)單信息，并根據(jù)物料的靜態(tài)信息及動態(tài)信息中已經(jīng)完成的前道加工工序，判斷是否可以在該設(shè)備上進(jìn)行加工的條件。在加工任務(wù)確定后，通過鎖定指示燈提示操作人員從電子物料車上的卸載物料至設(shè)備上，并讀取全部的物料信息。在加工過程中，通過圖4所示的網(wǎng)絡(luò)向印染制造執(zhí)行系統(tǒng)實(shí)時(shí)傳輸加工的過程信息和設(shè)備狀態(tài)信息。在加工完成后，搜索并定位空置的電子物料車，指示操作者將距離該設(shè)備最近的電子物料車移動至工位，在從該設(shè)備卸載物料至電子物料車的同時(shí)，向電子物料車射頻卡寫入更新的物料信息和加工信息，以此實(shí)現(xiàn)物料流與加工信息流的同步采集。

3.4 數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)的步驟

圖11　工位設(shè)備控制器對電子物料車的讀寫操作流程

步驟一：布料信息初始化。加工之前由ERP制定生產(chǎn)計(jì)劃，生成如圖12所示的布料生產(chǎn)任務(wù)信息表格，安排操作人員。在車間入口處，由操作人員定位一輛最近的空置電子物料車裝載胚布，并通過印染制造執(zhí)行系統(tǒng)的生產(chǎn)任務(wù)調(diào)度RFID終端，將布料生產(chǎn)任務(wù)信息寫入電子物料車。

圖12　生產(chǎn)任務(wù)單信息表

步驟二：工序開始。車間各工位設(shè)備射頻讀寫器定位并鎖定與本機(jī)臺相符合電子物料車，由操作人員移動對應(yīng)的電子物料車至工位，完成被加工布料的上機(jī)后，讀取電子物料車上布料加工任務(wù)的全部信息、物料車空置標(biāo)記置位，并進(jìn)行加工作業(yè)。在加工過程中，工位設(shè)備控制器實(shí)時(shí)將設(shè)備狀態(tài)及加工狀態(tài)的信息傳輸給制造執(zhí)行系統(tǒng)。

步驟三：工序結(jié)束。加工結(jié)束時(shí)，工位設(shè)備射波讀寫器定位并鎖定空置的電子物料車，由操作人員將此工序加工完成后的布料從機(jī)臺上卸載至空閑的電子物料車上，將布料信息全部寫入電子物料車，并更新本工位的布料動態(tài)信息。

各個(gè)機(jī)臺重復(fù)上述步驟二和步驟三，直到制成品的所有工序全部完成。

步驟四：加工完成。當(dāng)布料由胚布到成品布的全部工序完成后，電子物料車將被移送到成品檢驗(yàn)終端，由成品檢驗(yàn)終端的RFID讀寫器讀取布料信息，在確定給定的全部加工生產(chǎn)任務(wù)完成后，進(jìn)行成品檢驗(yàn)，并將檢驗(yàn)結(jié)果寫入RFID標(biāo)簽。由成品檢驗(yàn)終端再將電子物料車的電子標(biāo)簽信息搬遷到成品布電子標(biāo)簽上，成品布入庫。

4　結(jié) 語

本文根據(jù)RFID技術(shù)的優(yōu)勢，針對被加工布料不能直接貼裝電子標(biāo)簽問題，提出了一種采用RFID電子物料車作為數(shù)據(jù)媒介，將其中融入到印染制造執(zhí)行系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的物料流和信息流的同步采集的技術(shù)方法，并對多讀卡器與多RFID標(biāo)簽的射頻識別系統(tǒng)的防碰撞識別、定位、射頻卡讀寫等技術(shù)進(jìn)行了研究，為印染企業(yè)實(shí)現(xiàn)AMR兩庫三層體系架構(gòu)下的實(shí)時(shí)生產(chǎn)管理提供了一種新方法。

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Study on Acquisition of Printing and Dyeing MES Production Data with RFlD-Based Electronic Material Vehicle

RUAN Deng-feng1，ZHOU Yan-jiang1，XU Guang-ming2
（1.School of Mechanical Engineering and Automation，Zhejiang Sci-Tech University，Hangzhou 310018，China；2.Hangzhou Kaiyuan Computer Thechnology Co.，Ltd.，Hangzhou 310013，China）

Most of current Manufacturing Execution Systems（MES）adopted by printing and dyeing enterprises apply barcode technology as the identificaiotn of production task to indirectly acquire process data.It is hard to ensure instantaneity and accuracy of production information.aiming at this problem，a method of acquiring real-time process date in printing and dyeing MES by using RFID（Radio Frequency Identification）technology through material vehicle in shop floor was proposed.The design of the electronic material vehicle based on RFID technology，the technologies of anti-collision recognition，location and radio frequency card read-write were studied additionally.The above method can achieve synchronization of material processing information and production management information in informatization architecture of two databases and three layers of two data base and three layers through MES-based real-time information acquisition in production process.

printing and dyeing；RFID；MES；production data acquisition

TS198

A

1673-3851（2015）06-0864-08

（責(zé)任編輯：陳和榜）

2014-12-30

浙江省重點(diǎn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（2011R50004）

阮登峰（1989-）男，江蘇興化人，碩士研究生，主要從事制造執(zhí)行系統(tǒng)與企業(yè)信息化應(yīng)用方面的研究。

周硯江，E-mail：zyj@zstu.edu.cn