Abstract: Gezien de huidige problemen met achterhaalde dataverzamelingsmethoden en het gebrek aan methoden voor het monitoren van de productiestatus in werkplaatsen voor de productie van landbouwmachines, is een toepassingsoplossing gebaseerd op radiofrequentie-identificatietechnologie (RFID) onderzocht. Ten eerste werd, op basis van een analyse van de huidige productiestatus van het bedrijf, een dataverzamelingsschema en een netwerkarchitectuur gebaseerd op RFID-technologie voorgesteld; ten tweede werd een systeem voor het volgen van de werkstatus ontwikkeld met behulp van het Visual Studio 2017-platform en de programmeertaal C#; ten slotte werd een maïshakselaar geselecteerd als onderzoeksobject. De hardware werd geïmplementeerd op de productielocatie en er werden experimenten uitgevoerd op het productieproces. De experimentele resultaten tonen aan dat het systeem snel en stabiel werkt, waardoor het bedrijf realtime data kan verzamelen en de productiestatus visueel kan monitoren. Dit bevestigt de haalbaarheid en effectiviteit van de voorgestelde methode. Keywords: werkplaats voor de productie van landbouwmachines; radiofrequentie-identificatie; dataverzameling; visuele monitoring


Radiofrequentie-identificatie (RFID) is een contactloze automatische identificatietechnologie die automatisch stationaire of bewegende objecten kan identificeren die zijn voorzien van elektronische tags. Als belangrijk onderdeel van het Internet der Dingen heeft het veel aandacht gekregen in binnen- en buitenland en is het door binnenlandse en buitenlandse wetenschappers grondig bestudeerd op gebieden zoals magazijnbeheer, identiteitsherkenning en productiecontrole. Bovendien heeft RFID-technologie, vergeleken met traditionele barcodescantechnologie, de kenmerken van batchidentificatie over lange afstand, een hoge informatieverwerkingssnelheid en een sterk aanpassingsvermogen aan de omgeving. Dit maakt de toepassingsvoordelen ervan in het verzamelen van gegevens in productiewerkplaatsen, het bewaken van productieprocessen en andere gebieden steeds duidelijker, waardoor de ontwikkeling van informatisering in de traditionele discrete productie een enorme impact heeft gehad [1]. Momenteel hebben binnenlandse en buitenlandse wetenschappers theoretisch onderzoek gedaan naar de toepassing van RFID-technologie: Literatuur [2] vat het toepassingsmodel van RFID-technologie in de discrete productie samen. Literatuur [3] vat de essentie van de toepassing van RFID samen: het monitoren van statusveranderingen van productiemiddelen en het verzamelen van gerelateerde gegevens die verband houden met de veranderingen; en stelt een model voor gegevensverzameling van werk in uitvoering voor op basis van RFID. Volgens de EPC-codestructuur in de elektronische tag stelt literatuur [4] codeerregels voor om productiemiddelen te associëren, zodat statische en dynamische associatie van het productieproces van de productiemiddelen mogelijk is. Literatuur [5-6] stelt een algoritme voor de optimalisatie van de inzet van RFID-lezers voor, dat onder beperkte omstandigheden kan worden gebruikt om een ​​maximaal dekkingsgebied te bereiken. Literatuur [7] stelt de combinatie van RFID-technologie en een magazijnbeheersysteem voor en ontwikkelt een selectiealgoritme in het RFID-voorraadbeheersysteem om de efficiëntie van materiaalafhandeling te maximaliseren en de operationele kosten te verlagen. De bovengenoemde literatuur stelt verschillende toepassingsmodellen en simulatiealgoritmes voor op basis van RFID-technologie, maar deze richten zich allemaal op theoretisch onderzoek en missen onderzoek dat is gekoppeld aan daadwerkelijke productieproblemen van bedrijven. Daarom is er sprake van een fenomeen waarbij "toepassingsonderzoek achterloopt op theoretisch onderzoek". Gebaseerd op het onderzoek van de bovengenoemde wetenschappers, in combinatie met de productiesituatie van een landbouwmachinebedrijf in Xinjiang, wordt een RFID-toepassingsoplossing voor werkplaatsen voor de productie van landbouwmachines voorgesteld. De hardwareconfiguratie en realtime dataverzameling met RFID werden geïmplementeerd rondom de processtroom en productiebatches van het productieproces. Daarnaast werd een monitoringplatform op basis van een C/S-architectuur ontwikkeld met behulp van Visual Studio 2017 om visuele monitoring van het productieproces mogelijk te maken.

2 Analyse van de productiestatus en toepassingsvereisten 2.1 Analyse van de productiestatus Xinjiang M Company is een bedrijf dat zich bezighoudt met de productie van landbouw- en veeteeltmachines. Na onderzoek en analyse blijkt dat het productieproces van de maïshakselaar voornamelijk bestaat uit fysieke bewerking en assemblage. Het assemblageproces is hoofdzakelijk verdeeld in vier werksecties. Het frame wordt eerst online gezet op de assemblagelijn. Telkens wanneer het een assemblagestation bereikt, installeren de medewerkers de bijbehorende onderdelen volgens de bijbehorende assemblage-eisen totdat het frame weer offline gaat. Het assemblageproces is complex en er worden veel verschillende materialen gebruikt. Er zijn twee belangrijke problemen: (1) De methode voor gegevensverzameling is achterhaald. De apparatuur is verouderd en het informatiseringsniveau is achterhaald. De verantwoordelijke voor de werksectie moet de assemblagegegevens handmatig registreren wanneer het product van de productielijn komt. Het is onmogelijk om realtime gegevens van het productieproces te verkrijgen en het is onmogelijk om de productiecapaciteit te analyseren aan de hand van historische gegevens. Verschillende vaardigheidsniveaus van medewerkers leiden bijvoorbeeld tot grote verschillen in de voltooiingstijd van elk proces, wat resulteert in een onevenwichtige productielijn. (2) Problemen met realtime monitoring van de productievoortgang. Werkplaatsmanagers kunnen de realtime voortgangsinformatie van de lopende productie niet in realtime inzien en moeten de status van de werkvloer voortdurend controleren. Dit leidt tot een lage efficiëntie en verspilling van tijd en kosten. 2.2 Analyse van de toepassingsbehoeften Steeds meer wetenschappers en bedrijven beseffen het belang van het combineren van theoretische analyse met de productieomstandigheden van een bedrijf. Daarom bestuderen we hier het informatiebeheer van het productieproces door de combinatie van RFID-technologie en het productieproces zelf. De specifieke inhoud is als volgt: (1) Het verzamelen van realtime gegevens van het productieproces via RFID-technologie om papierloze overdracht van productgegevens in het productieproces te realiseren. Dit leidt tot informatisering en elimineert de traagheid en foutgevoeligheid van traditionele handmatige verzamelmethoden. (2) De verschillende vaardigheidsniveaus van werknemers leiden tot grote verschillen in verwerkingstijd. De verwerkingstijd van elk station kan niet worden gestandaardiseerd, wat resulteert in verspilling van tijd en kosten. De realtime verwerkingstijd wordt verkregen via RFID-technologie, wat dataondersteuning biedt voor de latere analyse van de productiecapaciteit van het bedrijf. (3) Zorg voor een uniform gegevensbeheer door een ondersteuningssysteem voor het werkplaatsnetwerk op te zetten, een platform voor het volgen van de voortgang van het werk te ontwikkelen en visuele monitoring van het productieproces te realiseren.

3. Ontwerp van RFID-gebaseerde toepassingsoplossingen
3.1 Ontwerp van het dataverzamelingsschema Realtime dataverzameling vormt de basis voor realtime statusbewaking van producten tijdens het productieproces, en het dataverzamelingsproces begeleidt het gehele productieproces. De specifieke ideeën voor dataverzameling zijn als volgt:
3.1.1 Voorbereidingsfase voor de ingebruikname Voordat de ingebruikname plaatsvindt, moeten de materialen en RFID-tags worden gekoppeld. Schrijf eerst de productinformatie en processtroominformatie in de RFID-tag, wijs een tijdelijke ID toe aan het product voor unieke identificatie en voltooi de initialisatie van de RFID-tag. Plak vervolgens het label op het productmodel. Na het succesvol invoeren van de informatie kunt u zich voorbereiden op de online ingebruikname.
3.1.2 Assemblagefase: Stel dataverzamelpunten in voor elk proces, oftewel installeer RFID-antennes. Wanneer de producten in bewerking aankomen bij het assemblagestation, leest de lezer de procesinformatie in de tag via de RFID-antenne en verkrijgt zo de actuele verwerkingsstatus. Wanneer de medewerker het proces heeft voltooid en de kwaliteitscontrole het resultaat "goedgekeurd" heeft, worden de gegevens in het label automatisch bijgewerkt op basis van de procesinformatie. Dit proces wordt herhaald totdat alle processen zijn voltooid, waarna de debugfase kan beginnen. 3.1.3 Debugfase: Nadat de assemblage van het product in bewerking is voltooid, begint de debugfase van de gehele machine. Als de debugging mislukt, wordt de verwerkingsstatus van het product in bewerking bijgewerkt naar "Herwerken". Na het herwerken wordt de debuggingfase voortgezet totdat de debugging is geslaagd; als de debugging is geslaagd, wordt de verwerkingsstatus bijgewerkt naar "Debugging geslaagd".
3.1.4 Einde van de taak Nadat alle montagehandelingen zijn voltooid en de gehele machine succesvol is gedebugd, worden de gegevens automatisch via de middleware naar de databaseserver verzonden voor opslag. Alle tags worden teruggehaald en de taginformatie wordt tegelijkertijd gewist voor hergebruik.

3.2 Principe van het volgen van de materiaalstatus Informatie over de materiaalstatus [8] omvat basisinformatie over het materiaal en informatie over de materiaalstatus. Basisinformatie over het materiaal omvat bijvoorbeeld de materiaalnaam, materiaalcode, specificatiemodel, productiebatch, enz.; informatie over de materiaalstatus omvat bijvoorbeeld informatie over de assemblagestatus, informatie over het werkstation, de tijd die nodig is om het proces te voltooien, enz. Door RFID-dataverzamelpunten op elk werkstation te installeren, kan de veranderende statusinformatie van het product tijdens de productie op dat werkstation worden vastgelegd totdat alle processen zijn voltooid. Het gehele proces realiseert de synchronisatie van de fysieke stroom en de informatiestroom.

3.3 Systeemnetwerkondersteuningsarchitectuur Op basis van het RFID-datacollectieschema is de systeemnetwerkondersteuningsarchitectuur ontworpen [9], zoals weergegeven in Figuur 3. De datacollectielaag is direct verbonden met de productielocatie van de werkplaats via RFID-datacollectieterminals om de productiedata te verzamelen en op te slaan. De onderliggende data worden vervolgens via RFID-middleware en het LAN van de werkplaats naar de databaseserver geüpload; de dataverwerkingslaag biedt dataondersteuning aan de applicatielaag na de verwerking van de originele data; de bedrijfsapplicatielaag wordt gebruikt om functionele modules te ondersteunen, zoals het bewaken van het productieproces en het opvragen van historische informatie. Productieprocesdata kunnen ook via webservices of Extensible Markup Language (XML) aan andere systemen worden verstrekt. Bedrijfsmanagers kunnen direct of indirect realtime productie-informatie verkrijgen door integratie met MES-systemen. 272 ​​Fan Yuxin et al.: Onderzoek naar de toepassing van radiofrequentie-identificatietechnologie in werkplaatsen voor de productie van landbouwmachines Nummer 5 Figuur 3 Systeemnetwerkondersteuningsarchitectuur Fig.3 Systeemnetwerkondersteuningsarchitectuur

4 Systeemimplementatie Op basis van het bovenstaande schema voor gegevensverzameling en de systeemstructuur is, met behulp van het Visual Studio dio2017-platform en de programmeertaal C#, en met verwijzing naar het API-configuratiebestand van de ontwikkelaar van de apparatuur [10], een platform voor het bijhouden van de voortgang van werkzaamheden in een werkplaats voor de productie van landbouwmachines ontwikkeld. Dit platform maakt gebruik van een SQL Server-database om productie- en fabricagegegevens op te slaan. Om de realtime beschikbaarheid en de beveiliging van de gegevens te garanderen, is het systeem ontwikkeld met behulp van een C/S-architectuur. Het ontwerp van de functionele modules van het systeem is weergegeven in Figuur 4. Het omvat hoofdzakelijk een module voor gegevensverzameling, monitoring van de productiestatus, realtime statistieken en het opvragen van historische gegevens. Figuur 4 Diagram van de functionele systeemarchitectuur 4.1 Module voor gegevensverzameling Gegevensverzameling vormt de kern van het systeem en omvat taginitialisatie en gegevensacquisitie. De verzamelde gegevens worden via het gegevensverzamelingsapparaat in de database opgeslagen en vervolgens, door middel van analyse en verwerking, gebruikt om de monitoring van de productiestatus te ondersteunen. 4.2 Monitoring van de productiestatus: Wanneer een getagd product het antennescangebied binnenkomt, worden de basisinformatie en de productiestatus van het product verkregen. De productiestatus van het werk in uitvoering wordt realtime gemonitord; het productieplan wordt realtime teruggekoppeld via het batchnummer van het werk in uitvoering. 4.3 Realtime statistieken: Realtime statistieken over het totale aantal online bewerkingen, de voltooide hoeveelheid en de hoeveelheid in bewerking van de gehele assemblagelijn; statistieken over de hoeveelheid van verschillende producten per werkstation, productcategorie en productieplan. 4.4 Opvragen van historische gegevens: Statistieken van historische gegevens van geproduceerde producten op basis van voltooiingstijd, productspecificaties en -modellen, plannummers en productcodes. 5 Casusverificatie: Het experiment gebruikt het assemblageproces van een maïshakselaar als voorbeeld. De RFID-hardwareconfiguratie van de productielijn is weergegeven in Figuur 5. De lezer verzamelt en schrijft gegevens naar de tag door verbinding te maken met de RFID-antenne en maakt vervolgens verbinding met de hostcomputer om een ​​lokaal netwerk te vormen. De hostcomputer implementeert de instelling van de parameters van de RFID-hardware en de datacommunicatie met de lezer. RFID-lezer/schrijver RFID-tag Hostcomputer Maïshakselaar RFID-antenne Figuur 5 Configuratieschema RFID-locatie Fig. 5 Indeling RFID-locatie De maïshakselaar heeft vier assemblagesecties, en elke sectie is uitgerust met een RFID-antenne. Het assemblageproces van de hakselaar is als onderzoeksobject genomen. De materiaalcode van de hakselaar is 202031506250001, het specificatiemodel is QS-3150 en het productieplan is 202006-01. De bijbehorende procesroute is weergegeven in Figuur 6. Het is belangrijk op te merken dat de configuratie van de RFID-apparatuur beïnvloed wordt door de complexiteit van de omgeving ter plaatse. Om de leesefficiëntie van de RFID-antenne te garanderen, is een elektronisch label aangebracht aan de zijkant van de behuizing, dicht bij de antenne, zodat elk assemblageproces kan worden uitgelezen. Figuur 6 Stroomschema van het assemblageproces van de maïshakselaar Figuur 7 Bedieningsinterface van het systeem Voordat de hakselaar wordt geassembleerd, wordt een RFID-tag bevestigd en worden de initiële gegevens ingevoerd, zoals productnaam, codering, productieplannummer, enz. Nadat de tag is geïnitialiseerd, is deze klaar voor online productie. Wanneer het product het eerste proces ingaat, leest de RFID de taginformatie en verkrijgt de huidige locatie- en statusinformatie. Tegelijkertijd registreert het de starttijd. Wanneer de hakselaar het proces heeft voltooid, wordt de labelinformatie automatisch bijgewerkt en de voltooiingstijd geregistreerd, enzovoort, totdat het debuggen is voltooid. Tegelijkertijd worden de verzamelde gegevens in de database opgeslagen en worden de tags uiteindelijk gerecycled. De programma-interface toont het gehele bovengenoemde proces in realtime en kan ook nauwkeurig de voltooiingsstatus van het huidige proces en het productieplan weergeven, evenals de voltooiingstijd van elk proces, de online hoeveelheid van elk productmodel, de voltooide hoeveelheid en andere informatie.