基于RFID技术的PC构件厂数据采集系统设计

基于 RFID技术的 PC构件厂数据采集系统设计

1 李光辉 2 唐泽栋

1 41272219850508**** ，河南 周口 466600

²33068119901027****，浙江 杭州 310051

摘要：在装配式建筑发展初期，PC构件的生产具有多项目同时生产、多品种小批量生产、生产工艺流程长以及生产管理复杂等离散型制造业的特点。信息化管理可以通过信息的采集、处理、共享和应用辅助PC构件生产管理，提高构件生产效率以及信息协同效率。当前，PC构件厂都有不同程度的信息化建设，但车间信息化是薄弱环节，生产现场从订单投入到产品完成这个过程中的数据信息主要以人工采集为主，不能及时得到更新，管理者不能实时用准确的信息来指导生产，不能迅速判断生产与需求之间的关系，影响工厂运作效率。如何及时准确地采集构件生产数据，对于PC构件厂而言，是亟待解决的问题。

关键词：PC构件；RFID技术；数据采集系统；信息化

本文以某PC构件厂的数据采集系统建设为背景，在充分调研的基础上，结合其生产工艺流程及特点，提出了基于RFID技术的PC构件厂信息采集系统。该系统旨在解决生产过程中数据采集的滞后性、各类数据的缺失及信息应用的可拓展性，对于PC构件厂信息化和建筑工业化的发展具有重要意义。

1 PC构件厂数据采集系统现状与需求分析

目前PC构件厂的生产订单来源于不同施工方，根据各类订单吊装需求统筹安排生产。排产情况不一而足，生产压力大。当前装配式建筑的发展处于初级阶段，PC构件的标准化程度低，构件种类繁多，尺寸多样，差异化较大。根据生产部门下发的ＭＢＯＭ，研究每类构件的尺寸和各种可能的组合方式，进行模具重组。构件的生产过程会产生多维度信息，除构件本身的信息外还包括人员、工具、设备、物料、时间、质量等信息。在PC构件生产过程中，中间环节无跟踪记录，工人凭借自身经验来判断是否达到合格标准，有时会出现部分预埋件漏装现象，造成返工导致生产效率降低或构件质量不合格等严重后果。构件生产计划的制订和调整依赖于车间管理人员的个人经验，当出现加塞订单或紧急调整生产计划时，车间生产进度信息不能及时采集和汇总，无法快速适应市场变动。缺少对工人、设备以及生产区物料的管理，车间人员较多，流动性较大，每个工人可能有多个操作工位，或者每个工位有多个操作人员，当制品出现问题时无法明确追溯到责任人。

2 技术适用性分析和信息采集的内容

2.1 RFID技术的适用性分析

工厂数据采集的方式主要有两种：手动采集和自动采集。手动采集包含两种情况：１）操作人员通过手工记录生产数据，再将数据录入生产管理系统；２）通过可编辑逻辑控制采集信息，操作人员在电脑或触摸屏上手动保存数据。自动采集包括条形码扫描方式，二维码采集方式和RFID电子标签采集方式。RFID电子标签采集方式在反应速度、重复利用、标签信息量和耐久度方面优于其他三种。RFID主要由电子标签、读写器、天线和中间件组成，可通过阅读器来识别特定范围内带有标签的对象，获取所需的各类数据信息。在物料采购阶段，将带有物料基本信息的RFID电子标签嵌入材料中，能够在生产阶段获取物料的使用量，比如预埋件、钢筋数量信息，实现物料跟踪。在生产阶段，将RFID电子标签与模台信息进行绑定，当模台流动时，工位旁的阅读器可以自动获取在制构件的基本信息和生产进度信息。

2.2 生产车间信息采集的内容

１）员工信息。指生产车间产业工人信息，包括：员工姓名、工号、工种等，属于静态数据，员工上下班时间、安全状态、运动轨迹等属于动态数据。２）工装信息。指生产加工中涉及的扎钩、清理铲、扫帚等工装和辅助工具信息。主要包括编号、名称、类型、生产厂家、当前状态、维护情况等数据。３）模具信息。模具的数量制约着流水线生产安排，模具在生产线流转时对应唯一构件，其信息包括：模具编码，模具名称，模具尺寸规格、侧模出筋方向等信息。４）模台信息。模台信息与构件信息相关联，每个模台对应所生产的构件，包括所在工位信息、开始时间、结束时间以及PC构件的数量。５）工艺信息。指PC构件从上线到下线过程中完成的所有工艺流程，需要对每个工位的工艺进行动态采集。６）物料信息。指生成PC构件成品的原材料信息，包括：物料名称、编码、生产厂家、生产日期等静态数据，物料的转运、运输状态、运输时间等属于动态信息，是实现物料跟踪的重要数据。７）设备信息。指PC构件生产过程中的各类设备相关的信息，是重要的生产要素信息，如清扫机、喷涂机、混凝土下料机、堆垛机等设备，包括：设备名称、编号、生产厂家、负责人等静态数据，设备的运转状态、运转时间等属于动态数据。８）构件信息。PC构件分为半成品和成品，其信息包括：构件名称、构件编码、构件尺寸、生产日期、生产时间、所属项目、楼层、楼栋等静态数据，以及在生产过程中产生的其他维度动态信息。９）生产进度信息。统计每个构件在各个工位的开始时间，结束时间和持续时间，属于动态信息。１０）构件质量信息。主要指物料和构件的质量检查信息。包括来料检查、生产过程质量检验、构件成品检验。采集的信息有合格数量、返修数量等。

3 数据采集系统总体设计

3.1 系统设计目标

为满足PC构件厂数据采集、处理、共享及应用需求，明确该系统设计目标以RFID数据采集技术为基础，及时获取构件生产过程中动态信息，为系统的应用提供数据来源；准确生成不同阶段的各类ＢＯＭ，为物料管理和生产成本核算提供信息支撑；为各级管理部门提供车间生产数据，构建信息收集、存储及共享管理平台，分级过滤多余信息，形成各管理部门相互独立又紧密联系的协同模式。系统的可拓展性：能够实现与企业已有的ＭＥＳ和ＥＲＰ系统的对接，促使信息化管理系统落地应用。

3.2 系统逻辑结构设计

数据采集系统主要由４部分组成：电子标签层、数据采集层、数据库层和应用层。１）电子标签层。处于系统的最底层，由各采集对象的基本信息编码组成，形成RFID电子标签，嵌入被采集对象上，经车间RFID阅读器读取。２）数据采集层。通过部署在车间各工位的RFID设备进行人员状态、物料使用、设备运行、工装使用、构件生产进度、构件质量等的信息采集，并向系统传输实时动态信息。３）数据库层。是车间各类数据的集聚处，是信息向应用层传输的桥梁，从而实现数据应用。４）应用层。拟采用Ｂ／Ｓ模式，将基础数据与实际应用相结合，满足物资采购部门、计划部门和构件生产部门的应用需求。

3.3 系统功能模块设计

基于RFID的数据采集方法，结合生产车间信息采集的内容，将系统分为４个模块：基础数据管理模块、生产管理模块、信息查询模块和系统管理模块。其中基础数据管理模块主要实现数据的分类存储；系统管理模块主要包括用户管理、系统日志、数据备份和数据恢复等功能，保障系统的可靠性和安全性；生产管理模块是本系统的核心功能模块，主要实现项目订单管理、生产计划和执行管理、物料管理及各类ＢＯＭ数据的生成及应用；信息查询模块辅助各管理部门检索信息。

4 结论

针对PC构件厂生产车间数据采集困难，数据交流不及时和信息共享不便捷等问题，分析了预制构件生产过程信息化管理的需求，提出了一种基于RFID技术的PC构件生产数据采集方法，并在此基础上构建了该系统的逻辑结构、主要功能和拓展功能。通过对这些生产数据的采集和跟踪，从而加强管理层对生产车间信息的掌握，实现高效生产，有效提高工厂的生产效益和经济效益，对于促进企业级信息化建设水平，推动PC构件生产车间智能化和信息化管理具有重大意义。

参考文献：

［1］李玉娟．PC构件预制工厂ＭＥＳ的研究与开发［Ｄ］．石家庄：石家庄铁道大学，２０１７．

［2］曹伟，江平宇，江开勇，路平．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（０２）：２７３－２８４．

［3］高欢，王少华，张亮星．离散型车间生产过程中的物料实时跟踪与管理［Ｊ］．机械设计与制造，２０１８（５）：２６９－２７２．