射頻識別技術在特種設備制造過程中的應用

王艷紅 霍然 張曉

（北京源智天成科技有限公司，北京，100036）

射頻識別技術在特種設備制造過程中的應用

王艷紅 霍然 張曉

（北京源智天成科技有限公司，北京，100036）

特種設備是指國家認定的，因設備本身和外在因素影響容易發(fā)生事故，且一旦發(fā)生事故會造成人身傷亡及重大財產(chǎn)損失的危險性設備。本文結合特種設備安全生產(chǎn)工作的特點和設備具體的使用環(huán)境，淺談射頻標識技術（RFID）的在特種設備安全生產(chǎn)過程中的應用，把基于射頻標識技術和計算機網(wǎng)絡技術為特征的制造過程管理延伸到特種設備全生命周期管理中，為依靠信息技術提升特種設備安全生產(chǎn)提供一種思路。

特種設備 射頻識別安全生產(chǎn) 制造過程

特種設備是指鍋爐、壓力容器（含氣瓶）、壓力管道、電梯、起重機械、客運索道及大型游樂設施等八類設備[1]。特種設備是國民經(jīng)濟建設的重要基礎，是與人民群眾生活密切相關的重要基礎設施，其安全是國家公共安全保障體系的重要組成部分，直接關系到國家全局利益、經(jīng)濟和社會發(fā)展，對保護人民健康和交通運輸安全及生態(tài)環(huán)境安全，保護消費者和企業(yè)的利益，起到一個屏障和調控的作用，是“保國安民”的有力保障。

特種設備制造業(yè)在國民經(jīng)濟發(fā)展中已經(jīng)占有相當?shù)谋戎?。伴隨著我國經(jīng)濟快速持續(xù)健康協(xié)調發(fā)展，特種設備制造業(yè)正在呈現(xiàn)高速發(fā)展態(tài)勢。我國特種設備設計制造能力已基本滿足經(jīng)濟社會發(fā)展的需求，門類比較齊全，手段比較完善，出口量呈逐年增長趨勢。特種設備制造業(yè)已形成區(qū)域性產(chǎn)業(yè)帶，江蘇蘇南地區(qū)、哈爾濱、上海和山東濟南等地形成了鍋爐制造業(yè)；上海、廣東珠三角和浙江寧波等地培育出了電梯制造業(yè)；河南新鄉(xiāng)、江蘇無錫等地的起重機制造業(yè)以及廣東中山、陜西西安和河北保定等地的游樂設施制造業(yè)也初成規(guī)模。隨著經(jīng)濟發(fā)展和社會進步，特種設備不僅數(shù)量呈上升趨勢，而且向著更高效、更安全、更環(huán)保、節(jié)能且更具人性化的方向發(fā)展。

射頻識別技術（RFID）是一種無線通信技術，可以通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標之間建立機械或者光學接觸。無線電的信號是通過調成無線電頻率的電磁場，把數(shù)據(jù)從附著在物品上的標簽上傳送出去，以自動辨識與追蹤該物品。某些標簽在識別時從識別器發(fā)出的電磁場中就可以得到能量，并不需要電池。也有標簽本身擁有電源，并可以主動發(fā)出無線電波。標簽包含了電子存儲的信息，數(shù)米之內(nèi)都可以識別。與條碼不同的是，射頻標簽不需要處在識別器視線之內(nèi)，也可以嵌入被追蹤物體之內(nèi)。

研究特種設備制造物聯(lián)及全生命周期管理技術架構、制造過程RFID管理應用架構及全生命周期應用模式，旨在以射頻識別技術為紐帶，打通特種設備全生命周期各個環(huán)節(jié)，推動特種設備行業(yè)發(fā)展。從制造環(huán)節(jié)的過程管理、質量控制入手，提升特種設備全生命周期管理效能，實現(xiàn)各環(huán)節(jié)動態(tài)聯(lián)動。

特種設備的制造流程復雜且對質量控制要求較高。以壓力容器等承壓類特種設備制造為例，其工藝流程包括：下料-成型-焊接-無損檢測-組對、焊接-無損檢測-熱處理-耐壓實驗等。以電梯等機電類特種設備制造為例，其制造過程包括：原材料（鑄件、冷熱軋板、電器元件、曳引機和牽引材料）入廠、檢驗和入庫；板材（電梯轎廂等箱壁擋板）加工；裝飾件（吊頂、四壁花紋）加工；牽引材料（牽引鋼索、載重砝碼）加工；電器控制箱等電器設備的加工裝配；關鍵部件的精加工、裝配、性能和安全檢驗；電器控制部件性能和安全檢驗；包裝、裝運；結合建筑安裝調試；安裝調試完畢后正式運行和日常維護檢驗維修。

特種設備構成的零部件及工序較多，符合典型的離散制造的特點，此外，特種設備離散制造的特點還表現(xiàn)在：①按訂單生產(chǎn)，如電梯制造，根據(jù)產(chǎn)品外觀、尺寸、性能參數(shù)、型號規(guī)格按客戶需求生產(chǎn)。②小批量、多品種，不同的特種設備制造工藝、尺寸和外觀等不盡相同，且訂單生產(chǎn)量較小。③生產(chǎn)周期長，不同的特種設備其生產(chǎn)周期從兩周到兩個月不等[2]。④質量要求嚴格，產(chǎn)品的各個關鍵零部件需要經(jīng)過嚴格的質量檢驗，特種設備成品也有嚴格的質量標準、技術規(guī)范和檢驗要求。因此，特種設備制造管理應用主要側重于：原材料/關鍵部件跟蹤管理、在制品跟蹤制造過程監(jiān)控與管理、質量控制等應用，應用架構如圖所示。

圖 特種設備制造過程RFID管理應用架構

特種設備制造過程RFID管理是基于RFID技術、傳感器、嵌入式技術等實現(xiàn)制造工序間的有效串聯(lián)與銜接，對與在制品生產(chǎn)相關的物料、設備、人員在內(nèi)的所有工廠資源的有效地跟蹤、管理和控制，以達到縮短生產(chǎn)周期、減少誤操作、降低運營成本等生產(chǎn)過程控制的目的。

在特種設備全生命周期管理中，特種設備的制造過程RFID管理主要包括了以下三個管理單元。

（1）原材料/關鍵零部件跟蹤管理。

利用RFID電子標簽，實現(xiàn)對物料/關鍵零部件出入庫管理，原材料/關鍵零部件的批次/個體在生產(chǎn)線上傳遞、信息的采集、記錄、跟蹤、整理、分析和共享等信息管理功能，以便進行關鍵零部件的跟蹤管理及與在制品之間的關聯(lián)。

（2）制造過程管理。

利用在制品RFID電子標簽，集成企業(yè)已有信息系統(tǒng)，實現(xiàn)對在制品（正在制造的產(chǎn)品，包括構件、半成品和產(chǎn)成品等）的生產(chǎn)批次/個體在生產(chǎn)線上的過程狀況的采集和記錄，建立產(chǎn)品個體實時檔案，并實現(xiàn)對產(chǎn)品記錄追加、跟蹤、反饋、整理、分析和共享等信息管理功能，重點實現(xiàn)特種設備產(chǎn)品在制過程的信息管理（物料、人員、工藝參數(shù)、工序和檢驗結果等）和“批次產(chǎn)品”在制過程的信息管理（批號、進度和品質等）。

（3）質量控制。

每個工序完成之后，由檢驗人員對該工序的質量進行檢驗，利用多源感知技術的數(shù)據(jù)采集裝置，與檢驗設備進行連接獲取具體的檢驗結果，并將在制品/產(chǎn)品的標簽信息進行更新。

制造過程RFID管理應用的關鍵是基于RFID的智能物件技術，是對產(chǎn)品靜態(tài)、動態(tài)數(shù)據(jù)及其環(huán)境參數(shù)進行識別、采集、處理和傳輸?shù)募夹g，主要包括：RFID電子標簽、天線及閱讀器、智能嵌入技術、無線網(wǎng)絡傳感器技術、產(chǎn)品信息識別網(wǎng)絡技術和數(shù)據(jù)安全技術等[3]針對特種設備行業(yè)應用上述應用的實現(xiàn)的基礎性技術為智能物件技術。智能物件技術中的RFID電子標簽技術是基礎的基礎，RFID電子標簽涉及到編碼與自動識別的標識技術。針對特種設備制造管理的不同階段，可采用不同的標識模式，如：針對在制階段的摘掛式、倉儲（出入庫）階段的點貨式[4]；針對不同的管理對象，如在制品、制成品和生產(chǎn)人員等，采用不同顆粒度的標識標簽，如托盤標簽、批次標簽、單品標簽和人員標簽等。

現(xiàn)有產(chǎn)品全生命周期RFID技術應用研究多數(shù)集中于傳感網(wǎng)、RFID等物聯(lián)網(wǎng)單項技術在制造業(yè)的簡單應用，并且多集中在制造過程后端產(chǎn)品服務方面，缺少對離散制造，特別是結合特種設備制造特征的共性技術研究，系統(tǒng)實施成本高、功能和性能難以滿足特種設備制造的客觀需要，與信息化系統(tǒng)融合的程度較低，未能形成可觀的應用規(guī)模。突破制約制造過程RFID管理的制造過程信息集成、融合等關鍵技術是實現(xiàn)其在特種設備行業(yè)深化應用的重要技術基礎。

特種設備的管理更多地表現(xiàn)在對其全生命周期安全狀態(tài)的監(jiān)控上，尤其是其安全生產(chǎn)與運輸環(huán)節(jié)，長期以來，特種設備管理技術難度較大也正是基于此。最近幾年伴隨著射頻識別（RFID）技術的應用和發(fā)展，一系列關于該技術在特種設備管理的應用研究也不斷展開，這對提高特種設備的管理水平和安全性具有重要的意義。下一步研究應把基于射頻標識技術和計算機網(wǎng)絡技術為特征的制造過程管理延伸到特種設備全生命周期管理，為依靠信息技術提升特種設備安全生產(chǎn)提供新的思路。（本文中涉及的研究工作，接受了國家科技支撐計劃項目2014BAF07B03的資助）

[1]丁守寶，劉富君．我國特種設備檢測技術的現(xiàn)狀與展望[J].中國計量學院學報，2008，19 (4)：304-308.

[2] 白翱,林葉,陳楊.射頻識別技術在離散生產(chǎn)車間中的應用綜述[J].制造技術與機床，2015(1)：47-56.

[3] 王旭,李文川.制造業(yè)的新理念—閉環(huán)產(chǎn)品生命周期管理[J].中國機械工程，2010.21(14)：1687-1693.

[4] 鄒慧宇,徐文勝.制造業(yè)中物品標識技術的分析與應用[J].制造業(yè)自動化，2012.34(8)：24-27.