基于RFID技术的产品生产线管理系统设计与实现_张明虎

《自动化与仪器仪表》2015年7期（总第189期）基于RFID技术的产品生产线管理系统设计与实现张明虎1，殷欣2，王建刚1（1甘肃广播电视大学甘肃兰州，730030）（2甘肃省轻工研究院甘肃兰州，730030）摘要：针对RFID技术在产品生产线上的应用需求和和优势，在研究生产线赋码技术、生产线装箱技术及RFID硬件操作技术的基础上，提出基于RFID技术的生产线管理系统设计。本文采用B/S系统架构，设计和开发了一套适用于酒产品生产线的全生命周期管理系统。介绍了系统物理架构及系统架构，采用层次化的设计结构实现产品数据服务器间访问与交互，实现了产品信息的动态赋码和生产线自动化装箱，对产品生产线的智能化管理、科学化生产、可视化作业具有重要的现实意义。关键词：RFID；动态赋码；智能化；生产线DOI编码：10.14016/j.cnki.1001-9227.2015.07.145AbstractAbstract：：RFIDtechnologyforapplicationsandadvantagesintheproductionline,onthebasisoftheresearchoftheendowedproductionlinetechnology,productionlinepackingtechnologyandRFIDhardwareoperationtechnology,thispaperproposedpro-ductionlinemanagementsystembasedonRFIDtechnology.Inthispaper,wedesignanddevelopasuitablewineproductlinelifecy-clemanagementsystemadoptingB/Ssystemarchitecture.Thepaperintroducesthesystemarchitecture,physicalarchitectureandhierarchicaldesigntoimplementproductdataaccessandinteractionbetweentheserver,toachieveadynamicendowedandautomat-edproductionlinepackingproductinformation,andhasimportantpracticalsignificanceforProductlineforintelligentmanagement,scientificproduction,visualwork.KeywordsKeywords：：RFID;Dynamicendowed;Intelligent;ProductionLine中图分类号：TP315文献标识码：A文章编号：1001-9227（2015）07-0145-04收稿日期：2015-04-12作者简介：张明虎（1986-），男，甘肃白银人，硕士研究生，助教，主要研究方向为嵌入式系统开发与设计。0引言近年来，我国制造业生产规模的快速发展和大力提高，使得在国际上有着举足轻重的影响。生产线一般分为离散制造和连续制造两种形式，离散制造需要经过多道工序、多条生产线才能完成成品制造。连续制造是指经过一条完整的生产线即可实现成品制造。在每个生产线的每个固定工位进行连续生产的单一形式的连续生产线系统已经完全不能满足当今制造业快速发展的要求。目前，大型制造业企业都采用了离散形式的生产线管理系统，离散生产具有工艺复杂、个性化要求高、种类繁杂、数据量大等特点这就对生产调度、产品监控、数据采集、数据处理等生产环节提出了更高要求。RFID[1]技术是一种无线通信技术，通过无线射频信号识别特定目标并实现相关数据读写，无须与物体接触，即可完成对物体的数据信息采集处理。本文基于RFID技术，提出一种统一生产、统一装箱的酒产品生产线管理系统设计方案，根据酒产品的类型建立统一的生产规则和装箱规则，采用生产线动态赋码、生产线智能装箱的方式，实现生产线生产信息与调度信息的跟踪管理，生产线调度系统中采用RFID技术，可以有效优化调度管理，实现智能化的生产调度。1系统设计方案1.1系统概述产品生产线管理系统采用B/S结构[2-3]，主要功能包括用户管理、生产线赋码、生产线装箱、系统配置、日志记录、数据字典管理等。系统通过操作RFID读写器对RFID标签进行读写操作，并将相关标签信息写入数据库。系统物理结构图如图1所示。用户系统输入生产线管理系统系统输出日记、配置、缓存文件用户管理系统配置生产线赋码生产线装箱日记记录用户界面输入（键盘、鼠标输入）WindowsXP运行平台文件流数据库RFID读写器日记、配置、缓存文件数据库命令、Sql语句文件流标签赋码信息RFID标签射频信号数据字典管理图1系统物理结构1.2系统架构根据生产线管理系统的物理结构，将整个业务应用划分为表示层、业务逻辑层和数据适配层，采用三层架构设计系统[4]，系统架构如图2所示。145UI层业务逻辑层数据适配层数据库用户操作生产管理系统配置关于生产线装箱、赋码数据库操作配件文件操作日志记录用户管理授权MD5摘要升级RFID硬件操作配置文件日志文件图2系统架构（1）数据适配层数据适配层主要完成向业务逻辑层提供与后台数据库、本地日记（配置）文件，以及RFID读写器之间的数据操作的功能。包括数据库相关操作、RFID读写器的操作、日志文件的操作、配置文件的操作和数据的MD5加密操作。（2）业务逻辑层业务逻辑层针对表示层提交的请求，进行逻辑处理，如果需要访问数据库，就调用数据适配层的操作，对数据库进行操作。在业务逻辑层中，向用户提供管理业务和生产线业务的请求处理。管理业务包括用户的管理，升级以及授权的管理；生产线业务包括生产线赋码和生产线装箱操作，将生产线操作统一封装在一个类中，向上层应用提供统一的调用接口。（3）表示层UI层位于系统最上层，主要完成系统与用户之间的数据交互和会话处理，UI层主要包含四个大的功能模块，包括用户操作、生产管理、系统配置和关于。2系统功能设计本系统以酒产品生产线为基础，实现酒产品生产线动态赋码和自动装箱，系统主要功能模块包含用户管理、生产管理、系统配置三大模块，具体实现如下：2.1用户操作（1）登录功能登陆功能实现用户登陆的系统，用户登录的需要输入的用户名和密码的进行检测验证，确定是否授权用户进入到操作系统界面。（2）添加用户功能添加用户功能对管理员提供添加用户界面，通过输入正确的用户信息，添加新的用户。用户信息包括用户名、密码、用户角色、年龄等。（3）修改用户功能修改用户功能对管理员提供修改用户信息界面，通过输入正确的新用户信息，更新用户。用户信息包括用户名、密码、用户角色、年龄等。（5）用户查询功能用户查询功能实现管理员在查询用户界面对用户进行查询的功能，包括按用户名对用户进行模糊查询和按用户角色区分的查询。2.2生产管理（1）生产线赋码功能生产线赋码是生产线操作员设定好酒瓶标签信息，通过RFID读写器把酒瓶信息写入到酒瓶的RFID标签EPC区的过程。（2）生产线装箱功能生产线装箱是生产线操作员，通过RFID读写器读取RFID标签信息，区分出瓶体和箱体信息，按设定瓶体标签数量与箱体标签进行关联的过程。（3）酒产品标签设置功能酒产品标签设置功能是用户在程序界面设置当前所要赋码的酒瓶标签信息，并保存到系统配置文件中。（4）产品基本信息维护功能用于对酒产品的产地、产品名称、生产商、产品类别、指标、标签信息的维护，保存查看、添加和删除操作。2.3系统配置（1）数据库服务器设置功能数据库服务器设置功能是程序设置当前数据库的连接配置。包括数据库域名或IP地址、用户名、密码，以及数据库名称，并将连接串保存到系统配置文件中。（2）硬件参数设置功能硬件参数设置功能是用户在程序界面设置当前读写器各天线的用途和功率，并保存到系统配置文件中。2.4授权信息功能用户检查当前的注册信息从这里了解产品的注册授权情况。注册授权采用一机一码方式，即需要用户提供待注册设备的申请码，然后提交申请码并由注册方根据申请码生产用户的注册码发送给注册用户，注册类型分为未注册版、普通版、专业版和旗舰版。不同的版本授权情况不一样，具体的授权为生产数据，如生产酒瓶数、箱体数等。3基础要素3.1数据库设计本文设计的产品生产线用于酒产品的生产和装箱，数据量较大，因此数据库表设计的重点应放在为用户提供最直接、最便捷的访问途径，尽量减少数据块的迁移和链接现象，力求简单、实用和数据便于获取。本文针对酒产品生产线特点设计了12张数据表，主要数据表及功能如下：（1）tb_User是用户表，存放用户信息（2）tb_Bottle是酒瓶标签表，用于存放酒瓶的标签信息（3）tb_Box是箱体表，存放箱体标签信息（4）tb_GrapeArea是产地表，存放产品的产地信息（5）tb_ProName是产品名称表，存放产品的名称（6）tb_ProIndex是产品指标表，存放产品的指标信息（7）tb_Tray是托盘表，存放托盘信息（8）tb_TagType是标签类型表，存放标签类型信息3.2RFID硬件设备选择基于RFID技术的产品生产线管理系统设计与实现张明虎，等146《自动化与仪器仪表》2015年7期（总第189期）表1RFID硬件设备设备名称读写器天线产品标签箱体标签读写器型号英频杰R420JP-9620JP-H47英频杰R420性能圆极化天线识别率高；防碰撞能力强；耐腐蚀；抗金属抗干扰；并发数量大遵循标准ISO18000-6CISO18000-6CISO18000-6CISO18000-6C4关键技术及实现4.1生产线动态赋码与装箱技术生产线动态赋码是指在高速运转的生产线上，对产品信息快速动态写入RFID标签的过程。由于生产线具有运行速度较快、产品数量大、标签并发场景复杂等特点，本文针对在动态、并发、高速运动生产线场景下，通过采用缓存技术和封装技术，优化代码结构提升并发识别速度[5-6]。如图3所示生产线赋码和装箱业务在系统中与各层之间的交互情况。本文将生产线赋码和装箱业务封装在Produce⁃LineCore接口中，由ProduceLineCore接口对生产线生产过程的管理。主要功能由ProduceManage类实现，向上层应用提供调用接口。ProduceManage类中有关读写器操作，将调用硬件操作的SDKHelper接口；数据库操作部分会调用数据库操作接口DBAdapter。UI层生产管理界面业务逻辑层数据适配层生产线赋码、装箱（PrduceLineCore）读写器操作（SDKHelper）数据库操作（DBAdapter）缓存文件1、启动7、返回并显示2、读取缓存文件3、连接、配置读写器4、返回读写结果5、SQL语句6、操作结果图3生产线赋码和装箱业务交互图4.2防止重复写设计生产线赋码时，写成功的标签TID后保存在cachedWrited⁃BottleTag队列中，每次写标签时会检测队列中是否已经包含这个标签的TID。如果已存在，则跳过该标签。cachedWritedBot⁃tleTag队列的大小设置为100，当队列超过100时，从队列头移除一个标签TID。成功标签的相关信息会放入到_offLineData缓存队列中。4.3缓存队列设计WriteBottleDBOperationThread线程检测到_offLineData中有数据时，开始写数据库操作。如果更新数据库成功，从_of⁃fLineData中删除数据；如果数据库操作出现错误，则将数据保存到_offLineDataDisk中，并删除_offLineData中的数据。结束生产线赋码时，会把_offLineDataDisk中的数据保存到本地的缓存文件中。每次开启生产线赋码时，会首先从缓存文件中执行读取操作。如果缓存文件中有数据，程序将数据取出并保存在_offLineData缓存队列中。生产线装箱过程各队列和线程设计与赋码过程类似。4.4酒瓶标签EPC区赋码信息组成