RFID技術在船舶生產(chǎn)物流系統(tǒng)中的應用

馬　健，金風明

0　引言

在船舶建造過程中，通過物流信息管理系統(tǒng)控制生產(chǎn)物流的均衡可以保證造船活動均衡有序，而在對生產(chǎn)物流進行管理的物流管理系統(tǒng)中，對原材料、中間產(chǎn)品、運輸車輛、人員等進行精確感知，對于物流計劃反饋、流向自動判別、物流路徑優(yōu)化等具有重要意義。

目前在船舶行業(yè)應用的物流感知技術包括GPS/北斗、二維碼、RFID（Radio Frequency Identification，無線射頻識別）等[1，2]。 其中GPS/北斗技術價格昂貴，主要用于大型運輸車輛的實時位置感知；二維碼具有一件一碼的特征，主要用于鋼板、型材、零件、管子等的標識和感知；RFID具有可重復讀寫，讀取時不需要對準、不要求標簽必須靜止不動等特征，特別適合于從托盤、車輛、人員等移動目標中讀取信息。而且RFID讀取距離也比二維碼更遠，更適合在門、柱等通道處設置自動讀取裝置[3，4]。在碰撞、摩擦、擠壓等頻繁發(fā)生的船體生產(chǎn)現(xiàn)場，帶外殼保護的RFID標簽也比紙質打印二維碼標簽更耐用、平均成本更低。

筆者在某骨干船廠的物流管理系統(tǒng)中實際采用了北斗、二維碼、RFID等技術對物品、人員、車輛進行感知，在實踐中取得了較好的效果。由于篇幅所限，本文首先對此物流管理系統(tǒng)進行簡要介紹，然后重點對其中的RFID技術及RFID應用過程中所遇到的問題進行說明。

1　系統(tǒng)實現(xiàn)

1.1　生產(chǎn)物流管理系統(tǒng)架構及工作流程

船舶生產(chǎn)物流管理系統(tǒng)總體架構如圖1所示，底層的感知信息經(jīng)過生產(chǎn)現(xiàn)場網(wǎng)絡傳輸至應用層，應用層除完成物流管理系統(tǒng)自身業(yè)務功能外，還對其他業(yè)務系統(tǒng)提供公共服務，并從其他系統(tǒng)獲取物料需求計劃等信息，實現(xiàn)計劃-執(zhí)行-反饋的聯(lián)動式閉環(huán)管理。

1.2　船舶車間RFID設備部署方案

在生產(chǎn)物流管理系統(tǒng)中RFID設備包括RFID標簽和RFID讀寫器兩部分。

RFID標簽主要用于物品、車輛等的感知。對于物品感知，由于船舶企業(yè)生產(chǎn)物流表現(xiàn)形式主要是托盤管理，即以托盤為基本單位進行生產(chǎn)設計、生產(chǎn)組織、物資采購及工程管理，因此在本項目中，RFID標簽緊固在托盤的立柱和各個側面，有效提高識讀方便性，并將標簽與入托清單相關聯(lián)，便于對托盤及托盤中的物料進行感知。對于移動的、大型化的運輸設備，如平板車、叉車等，RFID標簽部署在易于接收電磁波信號的位置，根據(jù)設備車輛的具體情況進行部署，如平板車無法放置在頂端時，放置在車輛側面，同時合理部署讀寫器的位置，保證信號接收正常、RFID系統(tǒng)穩(wěn)定工作。

RFID讀寫器通過讀取RFID中的信息完成感知，同時可以往RFID標簽中寫入信息實現(xiàn)信息的更新，如當前的加工步驟、下一步物流流向等。因此RFID讀寫器必須與生產(chǎn)物流管理系統(tǒng)進行實時通訊，但由于船舶生產(chǎn)現(xiàn)場散布在數(shù)平方公里的遼闊地域，其間存在大量的移動物體，不適合采用有線傳輸，因此現(xiàn)場RFID讀寫器采用具有自組織、多跳特性的LoRa無線網(wǎng)絡進行短程連接，通過集中部署的協(xié)議轉換網(wǎng)關匯聚、轉換成4G信號進行遠程傳輸，如圖2所示。未來計劃統(tǒng)一采用NB-IoT實現(xiàn)無線傳輸。

圖1　船舶生產(chǎn)物流管理系統(tǒng)總體架構

圖2　船舶車間RFID設備部署方案

圖3為在生產(chǎn)物流管理系統(tǒng)的管理下，船體生產(chǎn)過程中零件套料和托盤的物流工藝流向示意，包括配送計劃下達、零件分揀入托、托盤緩存、托盤出庫、托盤配送等環(huán)節(jié)。按照成組技術和分道組織生產(chǎn)原則，合理規(guī)劃托盤配送計劃和運輸路徑，結合RFID感知技術對中間各環(huán)節(jié)進行精細化管理，能提高零件及其托盤的管理質量，減少缺料、少料、配送不完整等現(xiàn)象，防止因物流不暢導致減慢生產(chǎn)計劃的情況發(fā)生。

圖3　船體生產(chǎn)過程物流工藝流向示意

2　問題與解決途徑

在項目具體實施過程中，RFID應用方面遇到的最大問題是抗干擾問題，包括RFID標簽與RFID讀寫器的抗干擾。

RFID標簽的干擾源包括機械干擾、電磁干擾、環(huán)境干擾等。機械干擾源自裝卸、運輸?shù)冗^程中因撞擊、摔落、摩擦等原因對標簽造成的機械損傷，解決的辦法一是選擇堅固、耐磨的標簽表面封裝，二是盡量把標簽安裝在凹陷位置，并用螺釘緊固。電磁干擾源自現(xiàn)場大量金屬零部件、金屬托盤外表面等對RFID讀寫器電磁信號的反射、衍射、遮擋，解決的辦法一是選擇具有抗金屬性能的標簽，二是對讀寫器采取多角度冗余部署，增強抗干擾能力。環(huán)境干擾源自生產(chǎn)現(xiàn)場復雜環(huán)境條件，如管子、涂裝車間的高溫、潮濕、腐蝕性液體等，船體車間的粉塵等，解決辦法是選擇密封性好、環(huán)境耐侯性好的標簽表面封裝。

RFID讀寫器的干擾主要是信號遮擋和多讀寫器沖突。

信號遮擋是指車間內(nèi)工件、設備等對識讀信號的遮擋。在船舶生產(chǎn)車間內(nèi)場環(huán)境，絕大部分物料均放置于地面，而目前的車間內(nèi)場頂部均有移動行車，為了避免頂部過高造成的RFID識別距離不夠，以及行車經(jīng)過對RFID識別的影響，將RFID閱讀器布置于視野面積開闊的側柱，并選擇具有天線發(fā)射方向性的RFID閱讀器，將其方向指向待識別內(nèi)場物料，以得到更好的標簽識別網(wǎng)絡覆蓋面積。

多讀寫器沖突是指為了解決電磁干擾等問題，在同一個識讀點冗余部署多個識讀器進行多角度識讀以提高系統(tǒng)可靠性，但由于讀寫器射頻覆蓋范圍重疊等因素，造成讀寫器之間相互干擾。解決辦法是采用分時抗干擾解決技術。在RFID系統(tǒng)網(wǎng)格化處理后，各讀寫器在空間范圍內(nèi)的位置分布被標注，進一步對其分組規(guī)劃，計算相鄰讀寫器之間距離，若其小于讀寫半徑之和，則存在射頻重疊區(qū)域，此時進行分時處理，即在RFID系統(tǒng)區(qū)域內(nèi)，讀寫器被分為若干組，每個小組利用獨立的時隙進行射頻收發(fā)，避免干擾。

3　結論

針對船舶制造業(yè)提高生產(chǎn)物流管理效率的需要，本文提出了RFID技術在船舶生產(chǎn)物流管理系統(tǒng)中的應用，其創(chuàng)新點在于，將具有良好抗干擾、抗損傷特性的RFID技術與無線網(wǎng)絡傳輸技術相結合，適合現(xiàn)場復雜環(huán)境下的感知需求，能夠對中間產(chǎn)品進行實時管理。針對實施過程中的具體困難，本文也給出了有效的解決途徑，并在實踐中取得了良好的效果。

參考文獻：

[1]郭文懋，蔣志勇，王岳.RFID技術在船舶工業(yè)的應用綜述[J].中國水運月刊，2013，12.

[2]侯星.物聯(lián)網(wǎng)技術在船舶企業(yè)物資管理中的應用研究[D].江蘇科技大學，2016.

[3]張莉萍.RFID技術在船用物流管理系統(tǒng)中的應用[J].艦船科學技術，2016（8x）.

[4]陳國靖.RFID技術在構建船舶物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的關鍵技術 [J].艦船科學技術，2015，2.

[5]周錦文.RFID近場天線應用及設計方法研究[D].電子科技大學，2014.

[6]王麗敏，葛世倫，姜云萍.RFID技術在制造企業(yè)倉儲系統(tǒng)中的應用[J].機械設計與制造工程，2008，3.