Abstract: Alla luce delle problematiche attuali legate ai metodi obsoleti di raccolta dati e alla mancanza di sistemi di monitoraggio dello stato di produzione nelle officine di fabbricazione di macchine agricole, è stata studiata una soluzione applicativa basata sulla tecnologia di identificazione a radiofrequenza (RFID). In primo luogo, sulla base dell'analisi dello stato di produzione attuale dell'azienda, è stato proposto uno schema di raccolta dati e un'architettura di supporto di rete basati sulla tecnologia RFID; in secondo luogo, è stato sviluppato un sistema di tracciamento dello stato di avanzamento dei lavori tramite la piattaforma Visual Studio 2017 e il linguaggio C#; infine, è stata selezionata una trinciatrice per mais come oggetto di studio, è stata realizzata l'installazione hardware presso il sito di produzione e sono stati condotti esperimenti sul suo processo produttivo; i casi sperimentali dimostrano che il sistema può funzionare in modo rapido e stabile, aiutando l'azienda a ottenere la raccolta dati in tempo reale e il monitoraggio visivo dello stato di produzione, verificando la fattibilità e l'efficacia del metodo proposto. Parole chiave: officina di fabbricazione di macchine agricole; identificazione a radiofrequenza; raccolta dati; monitoraggio visivo


L'identificazione a radiofrequenza (RFID) è una tecnologia di identificazione automatica senza contatto in grado di identificare automaticamente oggetti fissi o in movimento dotati di tag elettronici. Come parte importante dell'Internet delle cose, ha ricevuto grande attenzione a livello nazionale e internazionale ed è stata oggetto di approfonditi studi da parte di studiosi nazionali e stranieri in ambiti quali la gestione del magazzino, il riconoscimento dell'identità e il controllo della produzione. Inoltre, rispetto alla tradizionale tecnologia di scansione dei codici a barre, la tecnologia RFID presenta le caratteristiche di identificazione a distanza, elevata velocità di elaborazione delle informazioni e forte adattabilità all'ambiente, rendendo i suoi vantaggi applicativi nella raccolta dati in officina, nel monitoraggio dei processi produttivi e in altri settori sempre più evidenti, con un impatto enorme sullo sviluppo dell'informatizzazione nella produzione discreta tradizionale [1]. Attualmente, studiosi nazionali e stranieri hanno condotto alcune ricerche teoriche sull'applicazione della tecnologia RFID: la letteratura [2] riassume il modello applicativo della tecnologia RFID nella produzione discreta. La letteratura [3] riassume l'essenza applicativa dell'RFID: monitorare i cambiamenti di stato delle risorse produttive e raccogliere i dati correlati associati a tali cambiamenti; e propone un modello di raccolta dati in corso di lavorazione basato su RFID. Secondo la struttura del codice EPC nel tag elettronico, la letteratura [4] propone regole di codifica per associare le risorse di produzione al fine di ottenere l'associazione statica e l'associazione dinamica del processo di elaborazione delle risorse di produzione. La letteratura [5-6] propone un algoritmo di implementazione per l'ottimizzazione del lettore RFID, utilizzabile in condizioni limitate. Ottenere la massima area di copertura all'interno dello spazio. La letteratura [7] ha proposto la combinazione della tecnologia RFID e del sistema di gestione del magazzino e ha sviluppato un algoritmo di selezione nel sistema di gestione dell'inventario RFID per massimizzare l'efficienza della movimentazione dei materiali e ridurre i costi operativi. La letteratura sopra menzionata propone vari modelli applicativi e ricerche sugli algoritmi di simulazione basati sulla tecnologia RFID, ma tutti si concentrano sulla ricerca teorica e mancano di ricerche combinate con i problemi di produzione reali delle imprese. Pertanto, si verifica il fenomeno per cui "la ricerca applicativa è in ritardo rispetto alla ricerca teorica". Sulla base della ricerca degli studiosi sopra menzionati, combinata con lo stato di produzione di un'azienda di macchinari agricoli nello Xinjiang, viene proposta una soluzione applicativa RFID per le officine di produzione di macchinari agricoli. La configurazione hardware e la raccolta dati in tempo reale tramite RFID sono state implementate in relazione al flusso di processo e ai lotti di produzione del processo produttivo in corso, e una piattaforma di monitoraggio basata su architettura client/server è stata sviluppata tramite la piattaforma Visual Studio 2017 per consentire il monitoraggio visivo del processo produttivo.

2 Analisi dello stato di produzione e dei requisiti di applicazione 2.1 Analisi dello stato di produzione La Xinjiang M Company è un'azienda impegnata nella produzione di macchinari agricoli e zootecnici. Dopo indagini e analisi, il processo di produzione della trinciatrice per mais si completa principalmente mediante lavorazione fisica e assemblaggio. Il processo di assemblaggio è suddiviso principalmente in quattro sezioni di lavoro. Il telaio viene prima messo in linea sulla linea di assemblaggio. Ogni volta che raggiunge una stazione di assemblaggio, gli operai installano le parti corrispondenti secondo i requisiti di assemblaggio corrispondenti fino a quando non viene disattivato. Il processo di assemblaggio è complesso e ci sono molti tipi di materiali. Ci sono due problemi principali: (1) Il metodo di raccolta dei dati è obsoleto. Le attrezzature sono vecchie e il livello di informatizzazione è arretrato. La persona responsabile della sezione di lavoro deve registrare manualmente le informazioni di assemblaggio quando il prodotto esce dalla linea di produzione. È impossibile ottenere dati in tempo reale sul processo di produzione ed è impossibile analizzare la capacità produttiva analizzando i dati storici. Ad esempio, diversi livelli di competenza degli operai portano a grandi differenze nei tempi di completamento di ogni processo, con conseguente funzionamento sbilanciato della linea di produzione. (2) Problemi di supervisione in tempo reale dell'avanzamento della produzione. I responsabili di officina non possono comprendere in tempo reale le informazioni sullo stato di avanzamento della produzione dei prodotti in corso e devono controllare costantemente lo stato della prima linea di produzione, con conseguente bassa efficienza lavorativa e spreco di tempo e costi. 2.2 Analisi della domanda applicativa Sempre più studiosi e imprese si rendono conto dell'importanza di combinare l'analisi teorica con le condizioni di produzione aziendali. Pertanto, qui studiamo la gestione delle informazioni del processo produttivo attraverso la combinazione della tecnologia RFID e del processo produttivo. I contenuti specifici sono i seguenti: (1) Raccolta dei dati in tempo reale del processo produttivo tramite tecnologia RFID per realizzare la trasmissione senza carta dei dati di prodotto nel processo produttivo. Informatizzazione. Eliminazione della tempestività e della propensione agli errori dei metodi di raccolta manuale tradizionali. (2) I diversi livelli di competenza dei lavoratori portano a grandi differenze nei tempi di elaborazione e il tempo di elaborazione di ciascuna stazione non può essere standardizzato, con conseguente spreco di tempo e costi. Il tempo di elaborazione in tempo reale viene ottenuto tramite tecnologia RFID, fornendo supporto dati per la successiva analisi della capacità produttiva dell'azienda. (3) Realizzare una gestione unificata dei dati costruendo un sistema di supporto di rete per l'officina, sviluppare una piattaforma di tracciamento dei lavori in corso e realizzare il monitoraggio visivo del processo produttivo.

3 Progettazione di soluzioni applicative basate su RFID
3.1 Progettazione dello schema di raccolta dati La raccolta dati in tempo reale è alla base del monitoraggio in tempo reale dello stato dei prodotti in lavorazione e il processo di raccolta dati accompagna l'intero processo produttivo. Le idee specifiche per la raccolta dati sono le seguenti:
3.1.1 Fase di preparazione all'operazione Prima dell'avvio dell'operazione, è necessario associare i materiali e i tag RFID. Innanzitutto, inserire le informazioni sul prodotto e sul flusso di processo nel tag RFID, assegnare un ID temporaneo al prodotto per l'identificazione univoca e completare l'inizializzazione del tag RFID. Successivamente, applicare l'etichetta sul modello del prodotto. Dopo aver inserito correttamente le informazioni, è possibile prepararsi per l'operazione online.
3.1.2 Fase di assemblaggio Impostare i punti di raccolta dati in ogni processo, ovvero installare le antenne RFID. Quando i prodotti in lavorazione arrivano alla stazione di assemblaggio, il lettore legge le informazioni di processo nell'etichetta tramite l'antenna RFID e ottiene le informazioni sullo stato di lavorazione corrente. Quando l'operatore completa il processo e il risultato del controllo qualità è "conforme", i dati nell'etichetta vengono aggiornati automaticamente in base alle informazioni di processo. Il processo sopra descritto viene ripetuto fino al completamento di tutti i processi, in attesa di entrare nella sezione di debug. 3.1.3 Fase di debug Dopo il completamento del lavoro di assemblaggio del prodotto in lavorazione, si entra nella fase di debug dell'intera macchina. Se il debug fallisce, lo stato di lavorazione del prodotto in lavorazione viene aggiornato a "Rilavorazione". Dopo il completamento della rilavorazione, si entra nella fase di debug fino al superamento del debug; se il debug ha esito positivo, le informazioni sullo stato di lavorazione vengono aggiornate a "Debug superato".
3.1.4 Fine del lavoro Dopo che tutte le operazioni di assemblaggio sono state completate e l'intera macchina è stata correttamente sottoposta a debug, i dati vengono trasmessi automaticamente al server di database tramite il middleware per l'archiviazione. Tutti i tag vengono recuperati e le informazioni sui tag vengono cancellate contemporaneamente per il riciclo. processo specifico,

3.2 Principio di tracciamento dello stato del materiale Le informazioni di tracciamento dello stato del materiale [8] includono informazioni di base sul materiale e informazioni sullo stato del materiale. Le informazioni di base sul materiale includono nome del materiale, codice del materiale, modello di specifica, lotto di produzione, ecc.; le informazioni sullo stato del materiale includono informazioni sullo stato di assemblaggio, informazioni sulla postazione di lavoro, tempo necessario per completare il processo, ecc. Installando punti di raccolta dati RFID in ogni postazione di lavoro, è possibile acquisire le informazioni sullo stato di cambiamento del prodotto durante la produzione in quella postazione di lavoro fino al completamento di tutti i processi. L'intero processo realizza la sincronizzazione del flusso fisico e del flusso di informazioni.

3.3 Architettura di supporto della rete di sistema Basata sullo schema di raccolta dati RFID, l'architettura di supporto della rete di sistema è progettata [9], come mostrato in Figura 3. Il livello di raccolta dati si interfaccia direttamente con il sito di produzione dell'officina tramite terminali di raccolta dati RFID per realizzare la raccolta e l'archiviazione dei dati di produzione. I dati sottostanti vengono quindi caricati sul server di database tramite middleware RFID e LAN dell'officina; il livello di elaborazione dati fornisce supporto dati al livello applicativo dopo aver completato l'elaborazione dei dati originali; il livello applicativo aziendale viene utilizzato per supportare moduli funzionali come il monitoraggio del processo di produzione e la query di informazioni storiche. I dati del processo di produzione possono anche essere forniti ad altri sistemi tramite Web Service o Extensible Markup Language (XML). I manager aziendali possono ottenere direttamente o indirettamente informazioni di produzione in tempo reale tramite l'integrazione con i sistemi MES. 272 ​​Fan Yuxin et al.: Ricerca sull'applicazione della tecnologia di identificazione a radiofrequenza nelle officine di produzione di macchine agricole Numero 5 Figura 3 Architettura di supporto della rete di sistema Fig.3 Architettura di supporto della rete di sistema

4 Implementazione del sistema Sulla base dello schema di raccolta dati e della struttura del sistema sopra descritti, tramite la piattaforma Visual Studio dio2017 e il linguaggio di programmazione C#, e con riferimento al file di configurazione API fornito dallo sviluppatore dell'apparecchiatura [10], è stata sviluppata una piattaforma di monitoraggio dello stato di avanzamento dei lavori in un'officina di produzione di macchinari agricoli, utilizzando un database SQL Server per archiviare i dati di produzione e fabbricazione. Al fine di garantire la tempestività e la sicurezza dei dati, il sistema è sviluppato utilizzando un'architettura client/server. La progettazione del modulo funzionale del sistema è mostrata in Figura 4. Include principalmente il modulo di raccolta dati, il monitoraggio dello stato di produzione, le statistiche delle informazioni in tempo reale e la query dei dati storici. Figura 4 Diagramma dell'architettura funzionale del sistema 4.1 Modulo di raccolta dati La raccolta dati è il cuore del sistema e comprende l'inizializzazione dei tag e l'acquisizione dei dati. Ovvero, i dati raccolti vengono archiviati nel database tramite il dispositivo di raccolta dati e quindi, attraverso l'analisi e l'elaborazione dei dati, viene fornito il supporto dati per il monitoraggio dello stato di produzione. 4.2 Monitoraggio dello stato di produzione: Quando un prodotto etichettato entra nell'area di scansione dell'antenna, vengono acquisite le informazioni di base e le informazioni sullo stato di produzione del prodotto e lo stato di produzione del lavoro in corso viene monitorato in tempo reale; il piano di produzione viene reimmesso in tempo reale tramite il numero di lotto di produzione del lavoro in corso. Completamento della pianificazione. 4.3 Statistiche delle informazioni in tempo reale: Statistiche in tempo reale sul numero totale di operazioni online, quantità completata e quantità in fase di assemblaggio dell'intera linea di assemblaggio; statistiche sulla quantità di vari prodotti in base alle postazioni di lavoro, alle categorie di prodotto e ai piani di produzione. 4.4 Interrogazione dei dati storici: Statistiche dei dati storici dei prodotti prodotti in base al tempo di completamento, alle specifiche e ai modelli del prodotto, ai numeri di piano e ai codici prodotto. 5 Verifica del caso: L'esperimento prende come esempio il processo di assemblaggio del trinciapaglia per macchine per mais. La configurazione hardware RFID della linea di produzione è mostrata nella Figura 5. Il lettore raccoglie e scrive i dati sull'etichetta collegandosi all'antenna RFID, quindi si collega al computer host per formare una rete locale. Il computer host implementa l'impostazione dei parametri del dispositivo hardware RFID e la comunicazione dei dati con il lettore. Lettore/scrittore RFID Tag RFID Computer host Trinciatrice per mais Antenna RFID Figura 5 Diagramma di configurazione del sito RFID Fig.5 Layout del sito RFID La trinciatrice per mais ha quattro sezioni di assemblaggio e ogni sezione è dotata di un'antenna RFID. Prendendo come oggetto di studio il processo di assemblaggio della trinciatrice, il codice materiale corrispondente alla trinciatrice è 202031506250001, il modello di specifica è QS-3150 e il piano di produzione è 202006-01. La tabella del percorso di processo corrispondente è mostrata in Figura 6. Va notato che a causa della complessità dell'ambiente in loco, la configurazione dell'apparecchiatura RFID sarà influenzata. Al fine di garantire l'efficienza di lettura dell'antenna RFID, l'etichetta elettronica è fissata sul lato dell'alloggiamento vicino all'antenna per garantire che ogni processo di assemblaggio possa essere letto. Ottenuto. Figura 6 Diagramma di flusso del processo di assemblaggio della trinciatrice per maisFig.6 Processo di assemblaggio della trinciatrice per mais Figura 7 Interfaccia operativa del sistemaFig.7 Interfaccia operativa del sistema Prima di assemblare la trinciatrice, applicare un tag RFID e inserire le informazioni iniziali, come nome del prodotto, codifica, numero del piano di produzione, ecc. Dopo il completamento dell'inizializzazione del tag, è pronto per la produzione online. Quando il prodotto entra nel primo processo, l'RFID legge le informazioni del tag e ottiene le informazioni sulla posizione corrente e sullo stato. Allo stesso tempo, registra l'ora di inizio. Quando la trinciatrice completa il processo, viene automaticamente aggiornata. Le informazioni sull'etichetta e l'ora di completamento vengono registrate e così via fino al completamento del debug. Allo stesso tempo, i dati raccolti vengono memorizzati nel database e i tag vengono infine riciclati. L'interfaccia di esecuzione del programma visualizza l'intero processo sopra descritto in tempo reale e può anche visualizzare con precisione lo stato di completamento del processo corrente e del piano di produzione, nonché contare il tempo di completamento di ciascun processo, la quantità online di ciascun modello di prodotto, la quantità completata e altre informazioni.