物聯(lián)網(wǎng)RFID技術(shù)在服裝生產(chǎn)企業(yè)構(gòu)建研究

王楠

摘 要：供應鏈環(huán)境下的生產(chǎn)制造業(yè)已經(jīng)處于風口浪尖，服裝業(yè)作為生產(chǎn)業(yè)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)到了不得不改變的時期。射頻技術(shù)的出現(xiàn)給這一傳統(tǒng)行業(yè)帶來了契機，本文分析了服裝生產(chǎn)廠家的物流生產(chǎn)環(huán)境，并以此為模型構(gòu)建服裝行業(yè)的應用RFID技術(shù)的方案，以及應用射頻技術(shù)的核心問題防沖突算法的選擇。為企業(yè)提供參考。

關(guān)鍵詞：服裝；物聯(lián)網(wǎng)；RFID；FCFS

引言

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是在條碼技術(shù)后迅猛發(fā)展的技術(shù)。其主要技術(shù)核心為RFID（無限射頻技術(shù)），從RFID特點來看，最有價值的應用領(lǐng)域就是供應鏈，物流以及生產(chǎn)領(lǐng)域。通過應用RFID技術(shù)可以徹底解決產(chǎn)品在生產(chǎn)中數(shù)據(jù)采集、產(chǎn)品溯源，動態(tài)實時追蹤、可視化生產(chǎn)管理等問題。

作為傳統(tǒng)的服裝行業(yè)來講，款式、顏色、種類的復雜多變是服裝生產(chǎn)特點，這就迫使服裝業(yè)的生產(chǎn)、發(fā)貨、倉儲及周轉(zhuǎn)速率不斷提升。跟不上的款式要快速更新?lián)Q代，產(chǎn)品數(shù)量庫存積壓將給企業(yè)帶來重大壓力。所以，企業(yè)控制庫存也迫在眉睫。

本文就如何在服裝生產(chǎn)環(huán)節(jié)管理過程中運用RFID技術(shù)，幫助優(yōu)化供應鏈中生產(chǎn)環(huán)節(jié)的高效運行，幫助服裝業(yè)應用RFID射頻技術(shù)提供方案依據(jù)。

1.服裝企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用分析與方案

通過對服裝生產(chǎn)車間的生產(chǎn)計劃過程分析，結(jié)合RFID技術(shù)的特點，對服裝生產(chǎn)過程RFID應用分析如下

1.1裁剪車間應用RFID分析

服裝剪裁對象通常為完整面料，里料與襯料，而結(jié)果為面料片，里料與襯料片，要是從物流的角度來看，一塊面料會對應著許多件服裝多塊面料；裁剪車間的環(huán)境比較特殊，相關(guān)裁剪作業(yè)沒有固定的作業(yè)地點，如需要應用RFID技術(shù)，則必然要對裁剪作業(yè)的流程進行改造，將影響裁剪的工作效率；

但裁剪作業(yè)環(huán)境的設計追求人性化和高效率，在打包之前的裁剪物流過程規(guī)律性不強，而且裁剪時大多采用批量裁剪，但所有裁剪完成的衣料片均需要到整理、編號和打包工作臺上進行相應的作業(yè)，按單件整理包含縫制一件服裝所需要的所有衣料片的衣料包。

最后即使應用了RFID技術(shù)，由于裁剪作業(yè)本身不是制衣生產(chǎn)的瓶頸，難以獲得較好投資回報。因此裁剪車間不適合應用RFID技術(shù)

1.2縫制車間應用RFID分析

以襯衣縫制過程來闡述縫制車間生產(chǎn)環(huán)境。男士襯衣縫制過程大致可分為大身縫制、領(lǐng)子縫制、袖子縫制和肩縫制四個大段，一般縫制車間中設有兩條生產(chǎn)線來處理大身縫制，大身縫制工藝過程中，每條大身縫制生產(chǎn)線上會設置2個質(zhì)檢點保證后道工序?qū)η暗拦ば虻馁|(zhì)檢確保質(zhì)量，總縫完成后再進行質(zhì)檢。領(lǐng)子和袖子的縫制工作量較小，車間中會分別有專門區(qū)域進行領(lǐng)子和袖子的縫制。單件作業(yè)是服裝縫制的特點，與RFID的單件識別恰到好處。

縫制車間生產(chǎn)線作業(yè)中整體上的核心點在于縫制半成品均須經(jīng)過許多聚焦點；縫制作業(yè)是服裝生產(chǎn)的核心，不僅需要大量人員，同時也是在制品集中營。；如圖縫制車間生產(chǎn)環(huán)境

縫制車間生產(chǎn)環(huán)境

縫制車間實施RFID技術(shù)，不但可以即時監(jiān)控車間在制品狀況，而且實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的追蹤，車間管理水平也可以大幅提升。因此應用RFID技術(shù)重點落在縫制車間

1.3整燙車間應用RFID分析

整燙車間主要處理成衣入庫前的相關(guān)作業(yè)，包含成衣熨燙和鎖眼等輔助性作業(yè)，使用專業(yè)的設備進行熨燙作業(yè)。釘扣、商標縫制等輔助性工作也在整燙車間，全部完成并質(zhì)檢后才入成品庫如下圖所示。

作為縫制車間與成品庫間的過渡區(qū)，整燙車間采用RFID技術(shù)可以監(jiān)控在制品庫存，但要全面監(jiān)控會相對困難；而且整燙作業(yè)并不是服裝生產(chǎn)瓶頸，可以不采用RFID

1.4實施方案

RFID生產(chǎn)管理系統(tǒng)設置于軟件管理層（ERP/MRP）和RFID應用層之間。生產(chǎn)管理技術(shù)，實時信息系統(tǒng)的作用是生產(chǎn)計劃的精細與執(zhí)行，生產(chǎn)過程控制與在制品管理。一方面，以RFID的指令為基礎(chǔ)向生產(chǎn)過程發(fā)出命令，另一方面，將RFID應用層采集的控制過程實時信息，反饋到軟件管理系統(tǒng)，為以后編制生產(chǎn)計劃提供依據(jù)。基于RFID的生產(chǎn)過程控制總體方向就是讓員工可以快速、精確的掌控生產(chǎn)線運作狀況，使管理人員即時即地的掌握業(yè)務過程的運行狀態(tài)使企業(yè)敏捷的應對市場變化。如圖所示為服裝廠實施RFID技術(shù)生產(chǎn)計劃模型

1）以RFID建立的生產(chǎn)管理系統(tǒng)先接收ERP，MPS下達生產(chǎn)任務指令等信息

2）操作員將ERP系統(tǒng)下達的生產(chǎn)信息轉(zhuǎn)化為相關(guān)物料，依據(jù)服裝生產(chǎn)物流模型，將RFID標簽派發(fā)到符合的物料模型，并RFID技術(shù)生產(chǎn)監(jiān)控環(huán)節(jié)

3）當貼RFID標簽的物料處于設置在生產(chǎn)車間中RFID閱讀器有效識別范圍內(nèi)，讀寫器通過已經(jīng)編輯好的信息將讀取的信息進行處理并傳輸?shù)缴蠈討孟到y(tǒng)

4）上層應用系統(tǒng)根據(jù)服裝生產(chǎn)模型，將RFID標簽閱讀器等與物流相關(guān)的信息轉(zhuǎn)換成信息流如標簽通過多少個定位點、物流轉(zhuǎn)化為信息流生產(chǎn)信息具體進程等等

2.標簽讀取FCFS防沖突算法

2.1 FCFS算法

RFID應用中，閱讀器與標簽間是通過共享無線信道通信的，多個閱讀器或多個標簽一同發(fā)出信號時，必定會引起發(fā)送信號相互沖突。而RFID系統(tǒng)中存在閱讀器和標簽沖突兩種類型沖突。相對RFID系統(tǒng)而言，標簽間沖突是一個必須解決的問題。因此RFID系統(tǒng)的應用解決標簽沖突非常重要。主流有兩類方法解決RFID標簽防沖突問題：一類是確定性標簽防沖突算法，主要是基于二進制樹搜索方法；另外一類是隨機標簽防沖突算法，主要是基于ALOHA的算法。但二進制樹算法有采集標簽延時長的弱點，尤其在標簽數(shù)目較多標簽與閱讀器間通信數(shù)據(jù)量較大時，出現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余堆積造成數(shù)據(jù)沉淀。ALOHA算法會出現(xiàn)標簽“餓死”現(xiàn)象，在系統(tǒng)中標簽數(shù)目很多時會出現(xiàn)無法成功識別標簽。

因為ALOHA算法和二進制搜索算法都存在一些缺陷，因此筆者采用一種新的FCFS算法，它是一種進程調(diào)度算法采用的標簽分組方法如圖所示，處理機或系統(tǒng)資源為服務器，一個進程或一個作業(yè)為享受該服務器服務的標簽.這些標簽按FCFS方式排隊享受服務

FCFS方式排隊享受服務模型

這里設定系統(tǒng)模型中有唯一服務器S.設新顧客到達等待隊列的時間與之前顧客、系統(tǒng)當前狀態(tài)到達時間均無關(guān)，因此新顧客到達系統(tǒng)的時間服從泊松分布同時設服務器S為顧客提供服務的概率也服從泊松分布

T=1/（μ-λ）

根據(jù)公式若μ越大λ則越小T越小若λ不變則進程平均服務時間1/μ越短則就緒隊列中進程等待時間越短，響應平均時間越短。如果μ=λ則T趨于無窮大這時系統(tǒng)性能趨于最差

2.2仿真及結(jié)果分析

實驗環(huán)境：INTEL酷睿2.70GHz，內(nèi)存4GB，操作系統(tǒng)Linux，編程語言C++，編譯工具GCC。實驗中輸入?yún)?shù)分別為：進程進入就緒隊列概率pt進程離開就緒隊列概率po，離散化時間增量So；輸出參數(shù)分別為：進程等待平均時間Wt，進程平均服務時間St。

多標簽防碰撞算法過程如下

① 設標簽時間分組數(shù)為X，X初始值為0之后每收到1次時間分組命令X數(shù)值就自動加1即運算X=X+1

② 設閱讀器對于時間命令參數(shù)為Y初始值為其覆蓋范圍內(nèi)全部標簽所時間分組數(shù)中最大一個數(shù)值

③ 閱讀器發(fā)出命令除了X=Y標簽作答外，其它標簽無應答

④ 當只有一個標簽返回應答信息時，可以正確識讀該標簽信息

⑤ 當上面命令有2個以上標簽應答時就產(chǎn)生沖突

⑥ 在Y標簽識別過程中，設一個最大時隙參數(shù)AL，取相鄰兩個時間分組差的2倍，當所用時隙數(shù)超過A時，放棄對該時間組標簽識別，Y-1

⑦ 當識別完成后或者沒有標簽應答時，執(zhí)行Y-1且回到③繼續(xù)執(zhí)行直到Y(jié)<0止

⑧ 當所有標簽都離開閱讀器讀寫覆蓋范圍時，X數(shù)據(jù)完全清空。實驗結(jié)果如下

進程等待時間

進程服務時間

據(jù)表數(shù)據(jù)得出進程集平均等待時間Wt近似于平均服務時間St兩倍說明進程集中部分進程等待時間遠高于服務時間，即進程花費大量時間等CPU調(diào)度。表第2，3組數(shù)據(jù)得出長進程集平均等待時間明顯高于短進程集平均等待時間。

由于FCFS調(diào)度與進程所需服務時間無關(guān)，所以進程集中進程等待時間都是一致的[4]周轉(zhuǎn)時間=等待時間/服務時間+1，服務時間越長周轉(zhuǎn)時間越短，由此可見服裝業(yè)應用生產(chǎn)FCFS算法更加實用。

3.數(shù)據(jù)采集模塊設計

3.1RFID數(shù)據(jù)采集Middleware結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)采集Middleware是連接閱讀器和應用軟件的樞紐，管理標簽閱讀器和應用軟件之間的數(shù)據(jù)流，對數(shù)據(jù)準確性、保密性、有效性負責。

1.數(shù)據(jù)平滑和過濾。當讀取標簽錯誤信息或產(chǎn)生冗余數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集就會采取算法來糾正錯誤。數(shù)據(jù)采集Middleware在執(zhí)行數(shù)據(jù)過濾集中過程時還能對大量數(shù)據(jù)進行緩沖避免這個子模塊單個標簽多次讀取的發(fā)生保證了數(shù)據(jù)有效性。

2.閱讀器協(xié)調(diào)。終端用戶可以通過數(shù)據(jù)采集Middleware配置、監(jiān)控、操作閱讀器，還可以給閱讀器發(fā)送其余控制指令。大多數(shù)軟件商開發(fā)的Middleware軟件均擁有即插即用功能，即Middleware可以不需要寫任何代碼自動檢測到新的閱讀器并與其鏈接。

3.數(shù)據(jù)路由和整合。這個子模塊控制著數(shù)據(jù)發(fā)送指定應用程序。Middleware不管企業(yè)愿意與現(xiàn)存ERP、SCM或CAPP系統(tǒng)整合與否都提供數(shù)據(jù)路由與整合功能，一般情況下可以連續(xù)、批量傳送數(shù)據(jù)到預先設置的目的地。

4.過程管理。此模塊依據(jù)相關(guān)規(guī)則，通過傳統(tǒng)的任務模式負責數(shù)據(jù)監(jiān)控和事件觸發(fā)?？梢灶A警系統(tǒng)，剔除與某些事件相關(guān)的過程，例如當系統(tǒng)遇上未授權(quán)產(chǎn)品或者非期望庫存時在過程管理軟件中可以設置補充策略，當庫存狀態(tài)異常時就敏捷提示庫存管理系統(tǒng)。

5.數(shù)據(jù)安全管理。數(shù)據(jù)采集Middleware數(shù)據(jù)安全管理的目的就是要保證數(shù)據(jù)在確定的時間地點、條件下只能被確定的人操作。保證數(shù)據(jù)安全也可以采取一些技術(shù)手段，例如信息加密傳輸技術(shù)等等。

6.外部接口。數(shù)據(jù)采集Middleware有兩個接口：閱讀器接口和應用程序接口。其中閱讀器接口有多種適配器接口，可以讓數(shù)據(jù)采集Middleware與不同廠家不同類型的閱讀器連接，應用程序接口使數(shù)據(jù)采集Middleware與外部不同種類的應用程序或數(shù)據(jù)庫連接，這些應用程序通常是現(xiàn)有的企業(yè)采用的應用程序和數(shù)據(jù)庫。

3.2采集數(shù)據(jù)接口的設計

RFID原始數(shù)據(jù)是由RFID閱讀器產(chǎn)生的，當閱讀器有效讀取范圍內(nèi)有RFID標簽的服裝進入，該閱讀器便自動采集標簽數(shù)據(jù)與非標簽數(shù)據(jù)，閱讀器中間件開始進行處理，并通過閱讀器數(shù)據(jù)緩沖將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中。各閱讀器將采集到的數(shù)據(jù)送到閱讀器接口適配器進行轉(zhuǎn)換后，再發(fā)往物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

1.Data平滑。數(shù)據(jù)平滑主要解決閱讀器有效范圍內(nèi)多個標簽讀取防沖突問題。閱讀器在其有效讀取范圍內(nèi)讀取標簽時也常常會出現(xiàn)錯誤讀取或者遺漏，這種現(xiàn)象稱作消極識讀錯誤。相對積極識讀錯誤是指由于標簽間隔得過近而導致閱讀器采集錯誤或不完整標簽數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。要消除以上兩種錯誤就要通過數(shù)據(jù)過濾的。以上錯誤發(fā)生后都要返回讀取標簽來取得準確數(shù)據(jù)。重新讀取標簽次數(shù)會設定上限，超過上限系統(tǒng)會放棄識讀判定標簽已損壞。就消極識讀錯誤而言可以采取重新讀取標簽。而積極識讀錯誤，在判斷讀取數(shù)據(jù)是否存在亂碼后還需判斷讀到的數(shù)據(jù)位數(shù)是否滿足軟件系統(tǒng)要求。

2.Data協(xié)調(diào)。數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)主要解決閱讀器沖突問題即一個標簽被多個臨近閱讀器同時讀取所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)冗余。當多個閱讀器通過閱讀器適配器把對同一電子標簽識讀產(chǎn)生的多條數(shù)據(jù)并傳送到數(shù)據(jù)采集接口時，數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)就發(fā)揮剔除這些冗余數(shù)據(jù)的作用。數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)需要借助臨時數(shù)據(jù)庫所采集到的數(shù)據(jù)和沖突事件發(fā)生的時間戳。在閱讀器發(fā)生沖突時，先將讀取到的標簽貯存的數(shù)據(jù)作為數(shù)字編碼寫入臨時數(shù)據(jù)庫中，同時按照數(shù)字編碼升序排列現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫，再按照時間戳升序排列數(shù)字編碼相同的記錄，然后比較前后兩條數(shù)字編碼相同的記錄，若時間戳差值很小則剔除任意一條冗余記錄以此循環(huán)，直到數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)操作全部完成。

3.遠程接口。一般來講，當必須暴露遠程接口的時候才會開放接口。但是服裝業(yè)中很多系統(tǒng)ERP、MES已經(jīng)存在，提供遠程調(diào)用接口就顯得重要。出于適應性考慮需要一種遠程機制借助web service協(xié)議，配置的web應用同樣可以輕松地暴露遠程服務。

Spring提供的代理工廠Bean：Jax Rpc Port Proxy Factory Bean，可以在應用中無縫集成一個網(wǎng)絡服務，遠程訪問web service用JAX-RPC。

第一個屬性告訴代理web service的WSDL的文檔地址Bean工廠設置為wsdl Document Url。Set In Service被設定到port Interface 屬性內(nèi)類似遠程接口，需要在javax.rmi.Remote里派生。Set In服務的限定名字（QName）和它的端口由后面3個屬性來建立。構(gòu)造服務的QName需要namespace Uri和 service Name 屬性一起使用，同時聯(lián)合port Name屬性一起構(gòu)造一個端口QName?？赏ㄟ^查考WSDL定義中關(guān)于Set In服務的內(nèi)容來設置這3個字段的值。靜默情況下，javax.xml.rpc.Service Factory 為Jax Rpc Port Proxy Factory Bean 的服務工廠。一旦這種方法在 Spring 配置文件中配置好Set In 服務，便可直接從應用上下文中取得，或?qū)⑺鳛橐粋€協(xié)作者植入到另一個 Bean屬性內(nèi)。

結(jié)束語

本文通過以服裝生產(chǎn)業(yè)為例對RFID的應用建立了一些具體的實施建議與模型，并選擇了一種新的算法解決標簽識別過程中的沖突問題，以仿真與實例驗證了可行性。數(shù)據(jù)采集是應用RFID技術(shù)的重點問題，本文給出了一般應用模型希望可以給企業(yè)提供參考。（作者單位：湖南工業(yè)大學）

參考文獻：

[1] 王正肖.報喜鳥項目總體設計報告2007.683

[2] 李建東信息網(wǎng)絡理論基礎(chǔ)[M].西安：西安電子科技大學出版社，2001：65-90

[3] WeiPing zhu，dong wang.Mobile RFID Technology for Improving Mcommerce[J].Proeeedings of the 2005 IEEE International Conference on e-Business Engineering（ICEBE05），2005：6-7

[4] 何炎祥.操作系統(tǒng)原理（第一版）.上海：上?？茖W技術(shù)文獻出版社，1999.466～ 473