基于RFID的智能化航空維修工具管理系統(tǒng)探索

葉耀祖 雷利

摘? 要：因人為失誤，把維修工具遺落至機(jī)艙內(nèi)，會(huì)影響航空安全。以人工操作為主的航空維修管理體系非常復(fù)雜，實(shí)施難度大，弊端盡顯。加之，工具、設(shè)備種類(lèi)多，增加了查詢(xún)、維護(hù)、計(jì)量難度，稍有不慎，還會(huì)發(fā)生錯(cuò)漏，清點(diǎn)時(shí)間長(zhǎng)。故而，需要將RFID（射頻識(shí)別）技術(shù)應(yīng)用到智能化航空維修工具管理系統(tǒng)中，為這項(xiàng)工作提供輔助。文章簡(jiǎn)要論述RFID技術(shù)應(yīng)用必要性，深入探討該技術(shù)的具體應(yīng)用，使航空維修工具管理呈現(xiàn)智能化特征。

關(guān)鍵詞：射頻識(shí)別;智能化;維修工具;管理系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：V267? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）08-0191-02

Abstract： As a result of human error， leaving maintenance tools in the cabin will affect aviation safety. The aviation maintenance management system based on manual operation is very complex， difficult to implement， and the drawbacks are obvious. In addition， there are many kinds of tools and equipment， which increase the difficulty of query， maintenance and metrology， a little carelessness， but also errors and omissions， and the inventory time is long. Therefore， it is necessary to apply RFID（Radio Frequency Identification） technology to the intelligent aviation maintenance tool management system to provide assistance for this work. This paper briefly discusses the necessity of the application of RFID technology， and probes into the concrete application of this technology， which makes the management of aviation maintenance tools present the characteristics of intelligence.

Keywords： radio frequency identification; intelligence; maintenance tools; management system

前言

以往工具管理中，強(qiáng)調(diào)“三清點(diǎn)”制度，但常因工具使用年限長(zhǎng)，或者發(fā)生腐蝕情況，增加識(shí)別難度。以RFID技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)智能化航空維修工具管理系統(tǒng)加以構(gòu)建，便于自動(dòng)、快速存取各類(lèi)工具設(shè)備數(shù)據(jù)，繼而在航空器工具管理中加以應(yīng)用。然而，由于航空產(chǎn)品相對(duì)比較復(fù)雜，尚未完全實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化，涉及安全保密問(wèn)題，使RFID技術(shù)在使用過(guò)程中存在諸多桎梏。實(shí)際操作中，依據(jù)航空維修工具管理內(nèi)容及要求，在各環(huán)節(jié)對(duì)RFID技術(shù)加以應(yīng)用，使工具庫(kù)房、工具箱、工具等呈現(xiàn)智能化特征，優(yōu)化生產(chǎn)方式，營(yíng)造良好的航空車(chē)間生產(chǎn)環(huán)境，并通過(guò)改造生產(chǎn)、維修管理系統(tǒng)，達(dá)到良好的工具管理效果，使之具備自動(dòng)化特征。

1 RFID技術(shù)應(yīng)用必要性

在航空制造執(zhí)行系統(tǒng)、維修管理系統(tǒng)中，強(qiáng)調(diào)零部件批次序列號(hào)管理、過(guò)程記錄、壽命管理、產(chǎn)品構(gòu)型等相關(guān)內(nèi)容。該背景下，常存在數(shù)據(jù)采集、物流標(biāo)識(shí)等問(wèn)題。早期，航空制造業(yè)會(huì)以刻號(hào)方式，對(duì)零件進(jìn)行標(biāo)識(shí)，識(shí)別難度大，且缺乏便利性。之后，借助信息系統(tǒng)，將條形碼打印在零件合格證、過(guò)程卡上[1]?，F(xiàn)階段，充分發(fā)揮RFID技術(shù)優(yōu)勢(shì)，使航空維修工具管理系統(tǒng)呈現(xiàn)智能化、數(shù)字化特征。

數(shù)字化工廠的作用在于在虛擬環(huán)境中，對(duì)各類(lèi)制造信息進(jìn)行接收和反饋。目前，在數(shù)字制造、維修管理工作中，RFID因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在數(shù)字化制造和維修管理中發(fā)揮重要優(yōu)勢(shì)：傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，不需要數(shù)據(jù)線(xiàn)，在特定距離內(nèi)，即使沒(méi)有正對(duì)探測(cè)器，也能夠達(dá)到良好的識(shí)別效果，無(wú)需人為干擾，數(shù)據(jù)采集呈現(xiàn)自動(dòng)化特征，鮮有錯(cuò)漏;探測(cè)器能夠自動(dòng)探測(cè)無(wú)源RFID，監(jiān)控生產(chǎn)運(yùn)輸中的各類(lèi)物品，在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)物資供應(yīng)不足、生產(chǎn)堵塞問(wèn)題。無(wú)論在數(shù)據(jù)采集，還是問(wèn)題報(bào)警中，都可使用有源RFID，使信號(hào)發(fā)送更加主動(dòng);RFID具備標(biāo)識(shí)物品、存儲(chǔ)信息、讀寫(xiě)動(dòng)態(tài)等性能?，F(xiàn)階段，大容量RFID標(biāo)簽在64K以上，能夠在生產(chǎn)、維修環(huán)節(jié)存儲(chǔ)大量信息。下游工序可能存在上游工序加工信息，物品從工廠離開(kāi)之后，所用信息，維修過(guò)程中，還會(huì)回到工廠;RFID標(biāo)簽可在高溫、腐蝕、金屬、振動(dòng)等環(huán)境下應(yīng)用，能夠同時(shí)讀入、識(shí)別多個(gè)RFID標(biāo)簽。在零件表面或內(nèi)部設(shè)置RFID標(biāo)簽。一些供應(yīng)商甚至還供給托盤(pán)、包裝箱等，便于內(nèi)嵌RFID標(biāo)簽;組合傳感器和有源RFID，進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，能夠?qū)χ攸c(diǎn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)督[2]。RFID除了承載信息外，還能夠?qū)崿F(xiàn)車(chē)間管控集成;RFID具備人機(jī)交互性能，把參數(shù)信息存儲(chǔ)到RFID標(biāo)簽內(nèi)，能夠把參數(shù)條件輸入手持終端，對(duì)RFID標(biāo)簽進(jìn)行問(wèn)詢(xún)，達(dá)標(biāo)后，發(fā)光或發(fā)聲。

2 基于RFID的智能化航空維修工具管理系統(tǒng)

以RFID為基礎(chǔ)的智能化航空維修工具管理系統(tǒng)相對(duì)比較復(fù)雜，且專(zhuān)業(yè)性強(qiáng)，設(shè)計(jì)應(yīng)用過(guò)程中需要考量和兼顧的相關(guān)專(zhuān)業(yè)內(nèi)容和技術(shù)要素比較多。主要構(gòu)成內(nèi)容包括：智能工具庫(kù)房、智能工具箱、智能工具。只要工具上有RFID識(shí)別，能夠隨時(shí)隨地使用和識(shí)別。相關(guān)從業(yè)者、研究人員等立足實(shí)際維修管理工作要求，對(duì)該項(xiàng)工作加以?xún)?yōu)化。

2.1 智能工具庫(kù)房

以往工具房管理工作中，通過(guò)人工借還工具，還要使用專(zhuān)門(mén)的記錄簿，對(duì)工具使用、借還狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確記錄。依托系統(tǒng)設(shè)置，使工具管理庫(kù)房呈現(xiàn)智能化特征。該工具庫(kù)房中，有專(zhuān)用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，主要構(gòu)成內(nèi)容涵蓋RF標(biāo)簽讀寫(xiě)器和Zigbee收發(fā)模塊，它們通過(guò)USB接口連接。在庫(kù)房管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，連接有RF標(biāo)簽讀寫(xiě)器，工具上也有RF標(biāo)簽，以此為載體，統(tǒng)一管理庫(kù)房中的全部智能工具。依托庫(kù)位、工具、工具箱等各類(lèi)標(biāo)簽采集，在電腦的中央數(shù)據(jù)庫(kù)傳遞此類(lèi)數(shù)據(jù)，便于保存工具標(biāo)簽。工作人員可通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)搜索，及時(shí)借還工具，并在較短時(shí)間內(nèi)定位工具，使借還工作圓滿(mǎn)完成[3]。

2.2 智能工具箱

這一智能工具箱的優(yōu)勢(shì)在于發(fā)揮URF讀頭模塊優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，對(duì)象為放入、接近、進(jìn)入后，距離工具箱比較遠(yuǎn)，且攜帶RF標(biāo)簽的智能工具。工具箱上攜帶的Zigbee模塊和工具庫(kù)房管理計(jì)算機(jī)上安裝的Zigbee模塊能夠進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信。充分發(fā)揮算法優(yōu)勢(shì)，對(duì)位于工作場(chǎng)所內(nèi)的全部智能工具箱進(jìn)行有效定位，使之顯示在庫(kù)房管理系統(tǒng)中。工具箱還能夠?qū)ο鋬?nèi)的工具進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別，倘若超出識(shí)別界限，會(huì)在第一時(shí)間發(fā)出識(shí)別報(bào)警信號(hào)。結(jié)束機(jī)務(wù)工作后，在工具箱內(nèi)放入工具，及時(shí)把箱門(mén)關(guān)閉，可對(duì)內(nèi)部工具種類(lèi)、數(shù)量等進(jìn)行自動(dòng)清理。倘若與箱內(nèi)原本工具種類(lèi)、數(shù)量等不匹配，可發(fā)揮聲光報(bào)警優(yōu)勢(shì)，對(duì)機(jī)務(wù)人員進(jìn)行提醒，使工具監(jiān)控管理工作具備智能化特征。明確該智能化體系作用，始終保證維修工具箱與機(jī)務(wù)人員日常工作需求相符合。在該系統(tǒng)中，監(jiān)控機(jī)務(wù)維修工具始終處于核心位置，其是否可靠及智能化程度與整體系統(tǒng)運(yùn)行情況息息相關(guān)。

2.3 智能工具

為了滿(mǎn)足機(jī)務(wù)維修、地面勤務(wù)等工作要求，把開(kāi)槽、開(kāi)孔工藝，應(yīng)用到工具表面特定位置，借助粘貼、懸掛、埋設(shè)、包覆等工藝，綜合常規(guī)RF標(biāo)簽、工具、抗金屬RF標(biāo)簽等，使工具強(qiáng)度、使用壽命等不受干擾[4]。在開(kāi)槽、開(kāi)孔工藝中，完成RF標(biāo)簽嵌入工作之后，在回填、封裝工作中，對(duì)特殊材料進(jìn)行應(yīng)用。

3 現(xiàn)場(chǎng)硬件環(huán)境

采用單元化改造方式，優(yōu)化車(chē)間，把成組技術(shù)融入各單元設(shè)計(jì)工作，提高工件加工效率。在生產(chǎn)維修工作中，此類(lèi)單元非常重要，需要以高效通道為載體，對(duì)這些節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接，使該制造系統(tǒng)更加完備。借助自動(dòng)化物流傳輸系統(tǒng)，串接此類(lèi)單元。其對(duì)手動(dòng)和自動(dòng)方式進(jìn)行同步采用，在地面、空中進(jìn)行分層運(yùn)輸。

同時(shí)把人工傳送、自動(dòng)傳送機(jī)構(gòu)應(yīng)用到地面運(yùn)輸中，使之為中小型物件服務(wù)。在自動(dòng)傳輸機(jī)構(gòu)方面，安排操作人員對(duì)RFID標(biāo)簽讀寫(xiě)模塊負(fù)責(zé)，在托盤(pán)RFID標(biāo)簽中，寫(xiě)入生產(chǎn)批次信息、工作訂單號(hào)，并在外包裝位置粘貼RFID標(biāo)簽。工件自動(dòng)識(shí)別模塊位于傳送機(jī)構(gòu)末端，對(duì)RFID標(biāo)簽進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，在信息系統(tǒng)中導(dǎo)入工件訂單、生產(chǎn)批次信息[5]。

在中間環(huán)節(jié)，完成特定數(shù)量工件生產(chǎn)之后，在指定工作緩沖區(qū)放置，使下一道工序領(lǐng)用更加方便。RFID集成應(yīng)用過(guò)程中，操作人員按照要求，在周轉(zhuǎn)箱內(nèi)放入一定數(shù)量的工件，并把RFID標(biāo)簽（含批次信息）設(shè)置在周轉(zhuǎn)箱上，操作人員還要攜帶與之相對(duì)應(yīng)的班組卡標(biāo)簽，假使其在工件緩沖區(qū)RFID探測(cè)范圍內(nèi)，無(wú)論班組信息，還是工件信息卡都能夠被自動(dòng)識(shí)別出來(lái)，并在信息系統(tǒng)中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)入。

在空中，EMS空中電動(dòng)車(chē)會(huì)自動(dòng)傳送中大型待裝配部件、輔助制造資源等，依據(jù)實(shí)際需求，對(duì)傳輸速率進(jìn)行靈活調(diào)整。該傳輸工具功能強(qiáng)大，不僅能夠?qū)ξ锛瓌?dòng)模塊相關(guān)指令進(jìn)行接收，還能夠改變物件位置，將其從工位、緩沖區(qū)等搬運(yùn)到所需位置。

RFID硬件設(shè)備由電子標(biāo)簽、讀寫(xiě)器構(gòu)成，二者選型非常講究，需要考量的相關(guān)內(nèi)容比較多。諸如，工作效果、性?xún)r(jià)比、識(shí)別頻率、距離、系統(tǒng)可擴(kuò)展性、產(chǎn)品維護(hù)便捷性等[6]。結(jié)合實(shí)驗(yàn)背景、內(nèi)容、要求等，優(yōu)選XCTF-5013型電子標(biāo)簽，為讀寫(xiě)工作提供便利，其存儲(chǔ)容量高達(dá)64位，無(wú)論工作標(biāo)準(zhǔn)，還是讀寫(xiě)器、讀寫(xiě)距離等，都符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，基于RFID的智能化航空維修工具管理系統(tǒng)在機(jī)務(wù)工具管理過(guò)程中，應(yīng)用效果非常好，具備綜合性、智能化特征。無(wú)論相關(guān)領(lǐng)域研究人員，還是從業(yè)者，都要明確RFID技術(shù)在航空維修工具管理工作中應(yīng)用的必要性。從智能工具庫(kù)房、智能工具箱、智能工具三個(gè)方面對(duì)該系統(tǒng)加以?xún)?yōu)化，兼顧現(xiàn)場(chǎng)硬件環(huán)境，使機(jī)務(wù)工具管理工作更加便捷，規(guī)避不慎遺落情況，保證維修效率，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，保障機(jī)艙安全，營(yíng)造良好的航空環(huán)境。

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