RFID在棉紡織廠半成品流轉中的應用

黃雅鑫 張牧 陽娜

【摘 要】目前，我國對棉紡織廠半成品流轉信息的處理，普遍采用的是人工采集、錄入系統的方式，為了改變這種工作模式，對其實行自動化管理，從而提高棉紡織廠車間的生產作業效率。本文對RFID技術和適用性進行了分析，并通過對RFID中間件的數據傳輸進行了設計與實現，從而將RFID運用到棉紡織廠半成品流轉中，有效地解決了棉紡織廠半成品流轉存在的問題，實現棉紡織廠半成品流轉信息的自動化管理。

【關 鍵 詞】半成品流轉；射頻識別；RFID中間件；自動化管理；數據傳輸

【中圖分類號】 TS103.7【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0251-02

The Application of RFID in Semi-finished Products Circulation of Cotton Textile Factory

HUANG Ya-xin

？¨School of Electrical Engineering and Automation？？Tianjin Polytechnic University， Tianjin 300387， China？？

【Abstract】 At present， the cotton textile factory in processing of semi-manufactured products widely using artificial collection， record system， in order to change the mode of operation， implementing the automated management of semi-finished products circulation and then improving cotton textile factory workshop production efficiency. In this paper， through the analysis of RFID technology and application， and the data transmission of RFID middleware is designed and implemented， and using the RFID to the semi-finished products circulation， which effectively solve the cotton textile factory semi-manufactured goods circulation problems， realize automatic management of the cotton textile factory semi-finished products circulation information.

【Key words】semi-finished products circulation； Radio Frequency Identification； RFID middleware ； automated management； data transmission

0 引言

射頻識別技術（Radio Frequency Identification，RFID）是無線電技術在自動識別領域中的具體運用。由于其先進的自動識別和數據采集技術，它被廣泛應用于生產制造、銷售流通、公共安全等領域。另外，射頻識別技術只有與特定的領域相結合，才能充分發揮它的高效、自動化等這方面的優點[1]。

在我國，RFID的應用還處于初級階段，在相當一部分產業中還未得到廣泛的應用[2]。例如，在棉紡織廠半成品流轉中還普遍采用傳統的人力資源對其流轉信息進行采集，錄入系統。這種方式存在數據不準確、易遺失、不清晰、信息傳遞延時大等缺點，所以將RFID應用于半成品流轉中具有重要的意義。針對棉紡織廠生產制造執行系統（MES）對采集到的信息進行的傳遞與交互的問題，本文對RFID中間件進行了分析，研究了基于消息系統RFID中間件軟件，從而將RFID應用于棉紡織廠半成品流轉系統中。實現半成品流轉信息與MES系統的傳遞與交互，具有一定的先進性和實用性。

1 半成品流轉存在的問題

棉紡織廠織布過程依次為清（清花），罁（罁絲），并（并條），粗（粗紗），細（細紗），落（筒紗），整（整經），漿（漿紗），穿，織十個步驟?？棾刹贾暗倪@些都屬于半成品，而在紡織廠進行大批量的生產中，由于經紗要在很多經軸之間來回傳輸，如圖1所示，傳統情況下，要清楚每個經軸上紗的使用情況，以及流轉地點，快速進行布匹追蹤這方面，必須投入很大的人力去清算，這會導致以下兩個方面出現問題。

1）半成品流轉信息的采集與處理

棉紡織廠半成品流轉的信息是生產制造執行系統（MES）對車間生產管理的重要憑證，而在半成品的流轉信息采集方面，目前，棉紡織廠采用手工采集數據[3]，而且許多信息記錄不規范，這樣不僅給統計分析帶來了不便，還導致不可避免的流轉信息的丟失，從而不能準確的分析信息，有可能導致數據分析結果的失真。

2）半成品流轉的過程控制

現如今，棉紡織廠半成品的流轉信息仍采用表單傳遞，人工流轉的方式，不僅信息傳遞緩慢，而且不能滿足MES對半成品流轉情況的跟蹤、監控等方面的需求[4]。

2 RFID技術和適用性分析

2.1 RFID技術

典型的RFID系統主要由閱讀器、電子標簽、RFID中間件和應用系統軟件4部分組成。RFID技術具有數據存儲量大、可讀寫、非接觸、識別距離遠，識別速度快、保密性好、穿透性強、壽命長、環境適應性好以及能同時識別多標簽等優點。

閱讀器：主要負責與電子標簽的雙向通信，同時接受來自主機系統的控制指令。

電子標簽：是指由IC芯片和無線通信天線組成的超微型的小標簽，其內置的射頻天線用于與閱讀器進行通信。

RFID中間件是一種面向消息的中間件，信息（Information）以（Message）的形式，從一個程序傳到另一個或多個程序。信息可以以異步（Asynchronous）的方式傳送，所以傳送者不必等待回應。面向消息的中間件包含的功能不僅是傳遞信息，還必須包括解譯數據、安全性、數據廣播、錯誤回復、定位網絡資源、找出符合成本的路徑、消息與要求的優先次序以及延伸的除錯工具等服務。

RFID中間件扮演著RFID標簽和應用程序之間的橋梁角色，應用系統從中間件獲取讀寫器讀取到的標簽數據，RFID讀寫器從中間件獲取命令，中間件的主要任務是對讀寫器傳來的與標簽相關的數據進行處理和共享，削減從讀寫器傳往應用系統的海量原始數據、增加抽象出的有意義的信息量。

2.2 RFID在棉紡織廠半成品流轉中的應用

將RFID電子標簽嵌入到經軸中，作為待識別物品的電子標記。閱讀器與電子標簽可按約定的通信協議互傳信息，當經軸進入有效工作區域時，由閱讀器向電子標簽發送命令，電子標簽根據接收到的命令，電子標簽會產生感應電流，電子標簽憑借感應電流所獲得的能量將存儲在芯片中的產品信息，包括：經軸軸號，批次，上軸時刻，班產量等需要的信息?；貍鹘o閱讀器，閱讀器讀取信息并解碼后，送至RFID中間件進行有關數據處理，將處理后的數據與車間級制造執行系統（MES）進行數據傳輸，整個過程無人工干預，可以極大程度上降低工人的勞動強度和出錯率，提升生產車間半成品的管理與控制水平，有效地跟蹤、管理和控制生產所需的物料，人力等資源[7]。

3 RFID中間件

3.1 RFID中間件的應用

RFID中間件結合自身的應用特性，將其應用于MES系統中，通過對其數據傳輸的設計，使得將RFID采集的數據與MES系統直接進行傳輸。

3.2 RFID中間件的消息傳遞機制設計要點

RFID中間件在實際應用中主要起到數據的處理、傳遞和閱讀器的管理等功能。在RFID系統中，閱讀器產生事件，并將事件傳遞到消息傳遞系統中，由消息傳遞系統決定如何將事件數據傳遞到相關的應用程序中。在這種模式下，閱讀器僅需將需求發送到消息傳遞系統中即可。所以，設計出的消息傳遞系統應具有以下功能。

1） 基于內容路由的功能

對于閱讀器獲取的全部原始數據，應用程序在大多數的情況下僅僅需要其中的一部分。這就需要中間件必須提供通過事件消息的內容來決定消息傳遞方向的功能，否則將導致消息傳遞系統不得不將全部信息都傳給應用程序，而應用程序不得不自己實現部分的過濾工作。

2）反饋機制

消息傳遞系統的設計要點之一就是減少RFID閱讀器與應用程序之間的通信量。

3）數據分類存儲的功能

有些系統例如棉紡織廠的 MES系統需要得到批量RFID標簽數據，并從中選取有價值的RFID事件信息，這就要求消息傳遞體統應該提供數據存儲功能，知道用戶成功接收為止。

3.3 RFID中間件數據傳輸的設計與實現

其中，本文所采用的閱讀器通過RS232接口與上位機系統連接，為了解決RFID中間件中各模塊之間以及和棉紡織廠半成品流轉系統中的生產制造系統MES之間的數據傳輸和交互問題，本文采用基于消息系統的RFID中間件架構[5]。其基本原理如圖3所示：

其中，閱讀器協調是保證整個系統的通信要求，主要避免讀寫器沖突以及控制功率。數據的過濾與聚集是RFID中間件平臺的核心，通過相關算法來減少數據冗余并為后臺應用提供語義信息。數據路由是中間件能決定采集的標簽數據信息傳遞給哪一個應用[6]。各個功能模塊都需要自己維護一個消息隊列，模塊之間、模塊與制造執行系統之間都通過消息系統進行通信。消息系統可以根據消息的類型把消息傳送到指定模塊。

這個系統的實現需要，消息對象的設計、消息隊列的設計以及消息傳遞的實現[5]。

消息對象分為兩部分：消息參數和消息接口。

1） 消息參數

主要包括：消息優先級（Message priority）、消息類型標志（Message type）和消息內容（Message content）。

其中，Message priority = Digit，共有4級優先級（0～3），優先級高的優先處理，同級按到達先后處理。

消息接口主要是定義一些消息參數讀取、寫入相關的操作，不包括消息的具體處理程序。系統傳遞消息時只傳遞狀態不傳遞代碼。

2）消息隊列的設計

消息的4級優先級用一個含4元素的數組Q[]表示，數組的每一元素都代表一個指向特定優先級的消息鏈表，數據結構可表示如下：

Struct MessageContainer

{ message msg；

Socket socket；

Int Timestamp；

}

3）消息傳遞實現的流程設計框圖

由消息發送和接收的設計，我們對數據傳輸并用VB進行了仿真實現如下：

4 結束語

本文分別對棉紡織廠半成品流轉信息的采集和RFID適用性進行了分析，通過對基于消息系統的RFID中間件架構的設計以及實現，使RFID應用于半成品流轉中，并且用VB仿真實現了RFID中間件的數據傳輸。使得對生產現場對象數據采集更加準確，實時性更高。從而使棉紡織廠的半成品流轉信息實現了自動化管理。

參考文獻

[1] 譚民，劉禹，曾雋芳等.RFID技術系統工程及應用指南.北京：機械工業出版社，2007.4

[2] 謝 杏，林敏銳，侯文君，等.RFID技術在離散制造業生產線的應用探索[J].中國自動識別，2007（3）：45-47

[3] 楊懷波、史明華、邱小秦.紡織企業MES下的設備管理系統的研究與開發.全國先進制造技術高層論壇暨第九屆制造業自動化與信息化研討會[M].2010.10

[4] 付林云.MES中數控車間數據采集系統的研究和應用[M].浙江：浙江大學.2008.5

[5] 銀國超.基于RFID的離散制造業MES方案及應用研究[M].重慶：重慶大學.2008.4

[6] RFID中間件軟件在RFID系統中的功能和作用[M].C114中國通信網，2012.7.20

[7] 陳斗雪，黎毅明，陳一天，等.無線射頻識別及其在制造業中的應用[J].計算機工程與設計，2006，27（8）：1359-1361