基于RFID的航天器AIT过程管理研究

魏鹏、张立伟、赵晶晶 /北京卫星环境工程研究所

RFID(Radio Frequency Identif i cation)技术是20世纪90年代兴起的一种非接触式全自动识别技术。与传统的条码技术相比，RFID技术在存储信息量、环境适应能力、读写方式和识别速度等方面都有很大的优势。RFID技术的这些优点为现代企业全生命周期管理提供了技术支撑，为信息流和数据流的有效同步提供了保证。

相对于其它制造、装配行业，航天企业在生产和装配过程中特别注重零部件的批次序列号管理、过程记录和整个生命周期的信息管理、产品构型和特殊状态控制管理，这也是航天企业所应用的制造执行系统的关注点。目前，航天企业多采用直接在零部件、设备表面刻字的方式来进行标识，对产品状态的控制完全依据人力。而RFID可以储存产品在生产制造、检验、验收、安装、测试等全部过程中的质量信息等，并可对产品位置、状态进行追踪和信息交互，包括其它具

有生命周期的部件，如保持工装也是安装RFID标签的理想部件，可以包含工装标检、复验等信息，以及使用年限等重要的质量参数，以确保质量可靠。当产品不处于联网环境中的数据同步，RFID可以将产品信息以日志（安全加密）的形式存储于标签中，并通过近距离有线方式读取出来。通过应用RFID标签，可以使质量控制对产品的复查贯穿整个总装过程，以保持信息的有效性和及时性。

一、RFID的工作原理、分类及特点

1.工作原理

一套完整的RFID系统（见图1）是由阅读器、天线、电子标签以及计算机管理系统4个部分组成。其中，标签由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；阅读器是读取或写入标签信息的设备；天线用于在标签和阅读器间传递射频信号；计算机管理系统用于对数据进行识别并与管理信息系统连接。

RFID的工作原理是利用电磁信号和空间耦合的传输特性实现对象信息的无接触传递，从而实现自动识别目标对象并获取相关数据。由阅读器及电子标签之间的通讯及能量感应方式来看，大致可以分成感应耦合和后向散射耦合2种，一般低频的RFID大都采用第一种方式，而较高频的RFID大多采用第二种方式。

2.分类

RFID依据频率不同分为低频、高频、超高频和微波4种，不同的频率决定了标签不同的工作距离和不同的供电模式，其中供电模式分为被动（无源）、半主动（电池）、主动（有源）3种。同时，数据的多重访问认证也与频率息息相关，表1列举了不同RFID标签的主要工作模式。

3.技术特点

图1 RFID系统构成图

表1 RFID标签的分类

与传统的刻字铭牌方式，以及目前应用较为广泛的条码标签对比（见表2），RFID标签因其使用中的自动化以及将信息与实物的有效集成、同步，成为航天器AIT过程中状态控制的基础。RFID相对于传统标识方式具有以下4个特点：

一是数据的传输不需要数据线，间隔一定距离即可识别，而且识别不需要人工干预，可避免差错，实现自动化数据采集。

二是无源RFID可以被探测器自动探测，能够实现对生产和运输过程的物品进行监控，从而发现生产堵塞和物资供应短缺；有源RFID可以主动发送信号，用于数据采集和问题报警。

表2 不同标签方式对比

三是RFID不仅能起到标识物品的作用，还具备信息存储和动态读写的能力，可以满足生产和装配过程中状态信息的储存需要。产品生产制造中的信息可以被带到装配、测试环节，更换、维修记录能够被准确定位。

四是RFID标签能够实现一定的人机交互功能，在RFID标签里存储参数信息后，可以在手持终端上输入参数条件查询RFID标签，满足要求的RFID标签可以发光或发声。

二、AIT状态控制系统

手持终端与RFID的结合应用，可以使手持终端不仅成为产品信息的采集者，还能成为产品信息的中转站。操作者和检验者通过使用手持终端，可以在远离桌面终端的地方进行状态信息的读写与更新，不需要来回往返查看产品信息系统。不管是通过安全加密的无线网络连接，还是USB、RS232等物理接口的有线连接，手持终端均可以将采集到的流程与状态信息和质量数据发送到产品信息数据库。

1.系统架构设计

RFID系统架构如图2所示。作为离散装配业的典型代表，航天企业应用RFID技术方案的核心思想是在总装AIT厂房内部范围，用RFID标签跟踪产品AIT全过程。产品交付时携带有RFID电子标签，电子标签内写有该产品的全部生产信息。在AIT过程中，在每个装配小区、测试工位上设置RFID电子标签天线，使用手持终端对产品进行AIT过程跟踪与状态控制。之后，通过手持终端或者工位PC，将过程关键信息录入管理信息系统，进而传达给设计人员和管理人员。设计人员和管理人员既可以对关键过程进行质量和状态的实时跟踪，又可以根据实时变化的信息下发相应的技术与调度方案，从而实现信息的实时交互。

2.产品信息流程与工作模式

产品生命周期信息在航天器研制中的具体流程为：首先，设计人员建立产品结构，定义产品标识与原始数据，并给RFID标签写入预分配设计数据；其次，在产品生产过程中添加生产过程信息，反映材料、加工精度、开机时间等生产指标参数；然后，产品交付总装，总装检验人员进行总装验收，添加总装关注参数与信息；第四，在总装阶段根据总装实施工作的不同，需要进行多次产品状态的更新，使用RFID标签对航天器关键部件、仪器设备等进行标记，通过手持终端对标签进行状态信息，如安装/拆除、点胶/测力、维修/更换/打保险、插接次数等参数的标记更新，从而确保产品的最新状态；第五，在测试阶段根据测试工作的不同，将产品测试报告的结论附加到RFID标签，并将相关数据通过文档编号等方式添加在标签中；最后，全过程的数据都通过RFID天线实时传递到手持终端或工位PC机，再进入信息管理系统，以便技术管理人员进行参考分析。

总装AIT过程有很多质量检验、专业测试、生产状态变更的工作记录，这些现场文档完整记录了航天器的总装过程数据，反映了航天生产对追溯性的要求。虽然目前已经开始使用信息管理系统进行电子化记录，但在质量检测过程中因受工况、时序等限制，无法使数据及时记录在信息管理系统中。通过应用RFID与手持终端，可在总装现场完全舍弃纸质记录文档的应用，对于需要统计分析的检测项目，检测数据可以实时传递给信息系统，并在信息的实时性与上下层沟通性上取得更好的效果。AIT过程的质量记录与反馈如图3所示。

3.系统其它关注点

图3 AIT过程的质量记录与反馈

辅助制造资源缓冲区。航天器总装过程需要在AIT大厅内部的不同工作单元之间进行交接，在交接前后往往需要天车、叉车等生产工具，架车、转台等工装设备进行实时调度。这些辅助制造资源常常在多型号并行工作时，或阶段交接后被无效占用。对这些资源设置RFID标签后，可以在工作单元、小区等设置阅读器，通过阅读器监控资源状态，使得系统中的资源监控和调度模块能够掌握每个物件在任意时刻的状况，从而建立起一个资源的缓冲区，使待用资源可以随时保证AIT全过程的使用。

产品状态复查。在传统的航天器生产和装配模式中，需要检验与操作人员通过人工检查的方式在总装各个阶段进行全面的状态复查，以确保可靠，这种检查方式效率极低，并且存在遗漏风险。通过RFID标签的控制，可结合跟踪目标、产品以及人员等多方面信息实现对装配过程的跟踪记录，确保将装配质量责任落实到人，并能防止错装、漏装等质量问题的出现。

外厂信息集成。航天器的仪器设备及部组件往往来源于不同的厂所，通过采用统一的RFID编码格式，可以将各厂所繁杂的数据进行结构化、标准化集成，使之更好地应用于总装AIT过程。

基于RFID技术的航天器AIT状态控制系统的关键，是实现信息管理系统与总装现场信息的有效集成和信息流动，通过产品状态信息的交互对生产全过程进行实时的更新与反馈，从而实现对产品全生命周期的状态控制。虽然航天企业因对无线网络的限制因素，使得RFID无法完全做到实时交互，但是在应用了手持终端后，RFID技术作为现场信息的采集者，将在航天器总装领域取得更大的突破，并且在推进航天制造批生产化、自动化，打造数字化总装体系中发挥更加重要的作用。▲