基于RFID的机车生产线监测管理系统设计

陈少华，时继潮，吕 闪，李新红,吴阳明

(大连交通大学 电气信息学院， 辽宁 大连 116028)

近年来，随着轨道交通产业的迅猛发展以及中国高铁“走出去”战略的提出，中国收到越来越多的铁路装备制造订单.面对与日俱增的生产订单，工厂生产线效率低下的问题日渐突出，如何有效地提高装配效率是当前机车生产车间亟待解决的问题.

据调查，目前生产线装配工艺复杂，进度信息种类繁多，信息量大且信息采集手段落后，生产任务执行情况可视化程度低，进度监控实时性差，严重影响进度信息的透明化与实时化管理，车间生产效率不高，无法保证订单的及时交付.

因此，机车车辆总装车间迫切需要开发一种具有车间无纸化生产支持、生产过程状态信息实时采集、车间生产运行管理、生产过程监控，以及与其它信息系统的集成等功能为一体的三维可视化监测管理系统，以推动信息技术深入车间底层，促进企业生产制造能力、市场快速响应能力和综合竞争力的提高.

1 监测管理系统的整体结构与工作原理

系统以RFID电子标签作为载体，通过读卡器读取每个工作台位的标签信息，并经过MCU微控制单元处理后，由无线通信模块发送至接收终端，经过服务器处理后，将每个台位的生产数据信息以三维立体化模型的形式呈现在监控中心的监控屏幕上；同时，设有移动接收终端，方便工作人员随时对车间生产台位的生产进行监控与调度，使工作人员对整个车间生产流程的监控更加实时高效、直观有效.

系统的整体结构如图1所示.由图1可知，生产线上有多个台位，每个台位都设有相应的读取模块及微控单元，将台位相应的状态信息读取后通过无线模块传送给中继，中继中的MCU控制器将这一状态信息读取后并进行处理，最终通过无线模块传递给服务器.服务器与PC机和多个移动终端相连，将台位所反应的信息实时显示出来，方便工作人员对整个车间生产流程进行监控[1].

图1 监测管理系统整体结构

2 监测管理系统工作流程与硬件设计

此无线三维管理系统工作流程主要分为标签数据采集、数据传输、PC显示、移动终端显示4个部分.

2.1 标签数据采集

系统采用RFID射频识别技术对生产中的机车车厢信息进行采集和传输.在车厢的首尾两端分别贴上抗金属标签，标签中包含该节列车的位置以及加工情况的信息，然后利用频率为 913 MHz的射频天线对标签信息进行读取[2].本方案所使用的标签采用背胶粘贴的方式固定，拆卸简单，不会对车体产生任何伤害.

标签信息采集流程如图2所示.RFID标签采集设备每两秒采集工作一次，如果没有标签数据，则继续等待；如果采集到标签数据，则对标签进行识别；如发现错误，则丢弃；如果正确，则提取标签内的信息；加入台位信息，加入帧头，构成一个完整的帧，然后发送至中继，采集过程完成.

2.2 数据传输

当读卡器读取了RFID电子标签的内容后，比特率为 9 600 bps的UART(异步收发传输器)将数据发送给该台位的处理器单元(MCU)进行处理，处理器会在数据帧中加入该台位的编号信息[3].经过处理后，通过无线模块发送至 PC 终端.数据传输流程如图3所示.

图2 标签信息采集流程

图3 数据传输流程

采集工作完成后，就要进行对数据帧的传输，每个台位通过自己的发射模块，将帧发送给中继.中继收到帧后，先要识别是否是有效的信息：如果不是则丢弃;如果信息有效，则在帧里加入自己的厂区标号，重新封装为一个新帧，再通过自己的无线模块发送至PC终端.至此，传输过程完成.

2.3 PC显示

图4 三维建模工作流程

PC端计算机安装无线接收设备，在接到数据之后，计算机会对标签数据进行处理，在三维管理系统中进行数据更新，而加工台位上的车厢会随着标签位置的变化在轨道上进行移动，能够真实反映出车厢的加工和移动.三维立体显示，简洁清楚，更加直观，管理人员在控制室的PC机上就能够实时监控车间的生产情况，可随时对工人和设备进行调度[4].

三维建模工作流程如图4所示.PC终端接收到中继发来的数据帧后，提取其中的厂区、台位和标签信息，对各类信息进行分类整理；进入图像处理阶段，在对数据进行预处理、配准、分割之后，进行三维建模，并使其可视化[5].至此，1个周期的数据采集、传输、显示过程完成.

2.4 移动终端显示

针对厂区内工作台位的工作情况设置移动接收终端，利用现有移动终端的人性化、个性化以及多功能化特点，对厂区内工作台位进行监控；以现下普遍使用的平板电脑作为载体，将整个厂区内的工作台位以三维立体化模型的形式显示在平板屏幕上，将台位工作情况的数据信息进行后台云处理.当发生紧急情况时，工作人员无需亲临监控中心即可对工作台位进行随时随地的监控与调度，从而避免延误工作台位的维修时机，而这既能满足生产进度的需要，又能保证对厂区管理的实时性、高效性.

2.5 监测管理系统硬件设计

系统的硬件部分有电源模块、控制器模块、RFID射频采集模块、无线模块及MAX3485通信模块.

3 结语

本系统以RFID射频技术结合无线传输为桥梁，以高性能、快处理速度的STM32F103芯片为核心，通过网络与MAX3485等通信协议，将监测数据实时反馈给运行终端，最终实现对车辆车间生产线实时监督与管理，提高生产运行效率.同时，此系统还具有传输效率高、稳定性强、便于操作等优势，并已完成实物的研发和测试,其性能稳定，因而具有较高的商业价值和广阔的应用前景.

(责任编辑 李 莹)