王艷紅 霍然 張曉

（北京源智天成科技有限公司，北京，100036）

射頻識(shí)別技術(shù)在特種設(shè)備制造過程中的應(yīng)用

王艷紅 霍然 張曉

（北京源智天成科技有限公司，北京，100036）

特種設(shè)備是指國(guó)家認(rèn)定的，因設(shè)備本身和外在因素影響容易發(fā)生事故，且一旦發(fā)生事故會(huì)造成人身傷亡及重大財(cái)產(chǎn)損失的危險(xiǎn)性設(shè)備。本文結(jié)合特種設(shè)備安全生產(chǎn)工作的特點(diǎn)和設(shè)備具體的使用環(huán)境，淺談射頻標(biāo)識(shí)技術(shù)（RFID）的在特種設(shè)備安全生產(chǎn)過程中的應(yīng)用，把基于射頻標(biāo)識(shí)技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為特征的制造過程管理延伸到特種設(shè)備全生命周期管理中，為依靠信息技術(shù)提升特種設(shè)備安全生產(chǎn)提供一種思路。

特種設(shè)備 射頻識(shí)別安全生產(chǎn) 制造過程

特種設(shè)備是指鍋爐、壓力容器（含氣瓶）、壓力管道、電梯、起重機(jī)械、客運(yùn)索道及大型游樂設(shè)施等八類設(shè)備[1]。特種設(shè)備是國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要基礎(chǔ)，是與人民群眾生活密切相關(guān)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其安全是國(guó)家公共安全保障體系的重要組成部分，直接關(guān)系到國(guó)家全局利益、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展，對(duì)保護(hù)人民健康和交通運(yùn)輸安全及生態(tài)環(huán)境安全，保護(hù)消費(fèi)者和企業(yè)的利益，起到一個(gè)屏障和調(diào)控的作用，是“保國(guó)安民”的有力保障。

特種設(shè)備制造業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中已經(jīng)占有相當(dāng)?shù)谋戎亍０殡S著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速持續(xù)健康協(xié)調(diào)發(fā)展，特種設(shè)備制造業(yè)正在呈現(xiàn)高速發(fā)展態(tài)勢(shì)。我國(guó)特種設(shè)備設(shè)計(jì)制造能力已基本滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需求，門類比較齊全，手段比較完善，出口量呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)。特種設(shè)備制造業(yè)已形成區(qū)域性產(chǎn)業(yè)帶，江蘇蘇南地區(qū)、哈爾濱、上海和山東濟(jì)南等地形成了鍋爐制造業(yè)；上海、廣東珠三角和浙江寧波等地培育出了電梯制造業(yè)；河南新鄉(xiāng)、江蘇無(wú)錫等地的起重機(jī)制造業(yè)以及廣東中山、陜西西安和河北保定等地的游樂設(shè)施制造業(yè)也初成規(guī)模。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，特種設(shè)備不僅數(shù)量呈上升趨勢(shì)，而且向著更高效、更安全、更環(huán)保、節(jié)能且更具人性化的方向發(fā)展。

射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）是一種無(wú)線通信技術(shù)，可以通過無(wú)線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無(wú)需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或者光學(xué)接觸。無(wú)線電的信號(hào)是通過調(diào)成無(wú)線電頻率的電磁場(chǎng)，把數(shù)據(jù)從附著在物品上的標(biāo)簽上傳送出去，以自動(dòng)辨識(shí)與追蹤該物品。某些標(biāo)簽在識(shí)別時(shí)從識(shí)別器發(fā)出的電磁場(chǎng)中就可以得到能量，并不需要電池。也有標(biāo)簽本身?yè)碛须娫?，并可以主?dòng)發(fā)出無(wú)線電波。標(biāo)簽包含了電子存儲(chǔ)的信息，數(shù)米之內(nèi)都可以識(shí)別。與條碼不同的是，射頻標(biāo)簽不需要處在識(shí)別器視線之內(nèi)，也可以嵌入被追蹤物體之內(nèi)。

研究特種設(shè)備制造物聯(lián)及全生命周期管理技術(shù)架構(gòu)、制造過程RFID管理應(yīng)用架構(gòu)及全生命周期應(yīng)用模式，旨在以射頻識(shí)別技術(shù)為紐帶，打通特種設(shè)備全生命周期各個(gè)環(huán)節(jié)，推動(dòng)特種設(shè)備行業(yè)發(fā)展。從制造環(huán)節(jié)的過程管理、質(zhì)量控制入手，提升特種設(shè)備全生命周期管理效能，實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)動(dòng)態(tài)聯(lián)動(dòng)。

特種設(shè)備的制造流程復(fù)雜且對(duì)質(zhì)量控制要求較高。以壓力容器等承壓類特種設(shè)備制造為例，其工藝流程包括：下料-成型-焊接-無(wú)損檢測(cè)-組對(duì)、焊接-無(wú)損檢測(cè)-熱處理-耐壓實(shí)驗(yàn)等。以電梯等機(jī)電類特種設(shè)備制造為例，其制造過程包括：原材料（鑄件、冷熱軋板、電器元件、曳引機(jī)和牽引材料）入廠、檢驗(yàn)和入庫(kù)；板材（電梯轎廂等箱壁擋板）加工；裝飾件（吊頂、四壁花紋）加工；牽引材料（牽引鋼索、載重砝碼）加工；電器控制箱等電器設(shè)備的加工裝配；關(guān)鍵部件的精加工、裝配、性能和安全檢驗(yàn)；電器控制部件性能和安全檢驗(yàn)；包裝、裝運(yùn)；結(jié)合建筑安裝調(diào)試；安裝調(diào)試完畢后正式運(yùn)行和日常維護(hù)檢驗(yàn)維修。

特種設(shè)備構(gòu)成的零部件及工序較多，符合典型的離散制造的特點(diǎn)，此外，特種設(shè)備離散制造的特點(diǎn)還表現(xiàn)在：①按訂單生產(chǎn)，如電梯制造，根據(jù)產(chǎn)品外觀、尺寸、性能參數(shù)、型號(hào)規(guī)格按客戶需求生產(chǎn)。②小批量、多品種，不同的特種設(shè)備制造工藝、尺寸和外觀等不盡相同，且訂單生產(chǎn)量較小。③生產(chǎn)周期長(zhǎng)，不同的特種設(shè)備其生產(chǎn)周期從兩周到兩個(gè)月不等[2]。④質(zhì)量要求嚴(yán)格，產(chǎn)品的各個(gè)關(guān)鍵零部件需要經(jīng)過嚴(yán)格的質(zhì)量檢驗(yàn)，特種設(shè)備成品也有嚴(yán)格的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范和檢驗(yàn)要求。因此，特種設(shè)備制造管理應(yīng)用主要側(cè)重于：原材料/關(guān)鍵部件跟蹤管理、在制品跟蹤制造過程監(jiān)控與管理、質(zhì)量控制等應(yīng)用，應(yīng)用架構(gòu)如圖所示。

圖 特種設(shè)備制造過程RFID管理應(yīng)用架構(gòu)

特種設(shè)備制造過程RFID管理是基于RFID技術(shù)、傳感器、嵌入式技術(shù)等實(shí)現(xiàn)制造工序間的有效串聯(lián)與銜接，對(duì)與在制品生產(chǎn)相關(guān)的物料、設(shè)備、人員在內(nèi)的所有工廠資源的有效地跟蹤、管理和控制，以達(dá)到縮短生產(chǎn)周期、減少誤操作、降低運(yùn)營(yíng)成本等生產(chǎn)過程控制的目的。

在特種設(shè)備全生命周期管理中，特種設(shè)備的制造過程RFID管理主要包括了以下三個(gè)管理單元。

（1）原材料/關(guān)鍵零部件跟蹤管理。

利用RFID電子標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料/關(guān)鍵零部件出入庫(kù)管理，原材料/關(guān)鍵零部件的批次/個(gè)體在生產(chǎn)線上傳遞、信息的采集、記錄、跟蹤、整理、分析和共享等信息管理功能，以便進(jìn)行關(guān)鍵零部件的跟蹤管理及與在制品之間的關(guān)聯(lián)。

（2）制造過程管理。

利用在制品RFID電子標(biāo)簽，集成企業(yè)已有信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)在制品（正在制造的產(chǎn)品，包括構(gòu)件、半成品和產(chǎn)成品等）的生產(chǎn)批次/個(gè)體在生產(chǎn)線上的過程狀況的采集和記錄，建立產(chǎn)品個(gè)體實(shí)時(shí)檔案，并實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品記錄追加、跟蹤、反饋、整理、分析和共享等信息管理功能，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)特種設(shè)備產(chǎn)品在制過程的信息管理（物料、人員、工藝參數(shù)、工序和檢驗(yàn)結(jié)果等）和“批次產(chǎn)品”在制過程的信息管理（批號(hào)、進(jìn)度和品質(zhì)等）。

（3）質(zhì)量控制。

每個(gè)工序完成之后，由檢驗(yàn)人員對(duì)該工序的質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，利用多源感知技術(shù)的數(shù)據(jù)采集裝置，與檢驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行連接獲取具體的檢驗(yàn)結(jié)果，并將在制品/產(chǎn)品的標(biāo)簽信息進(jìn)行更新。

制造過程RFID管理應(yīng)用的關(guān)鍵是基于RFID的智能物件技術(shù)，是對(duì)產(chǎn)品靜態(tài)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)及其環(huán)境參數(shù)進(jìn)行識(shí)別、采集、處理和傳輸?shù)募夹g(shù)，主要包括：RFID電子標(biāo)簽、天線及閱讀器、智能嵌入技術(shù)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器技術(shù)、產(chǎn)品信息識(shí)別網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)據(jù)安全技術(shù)等[3]針對(duì)特種設(shè)備行業(yè)應(yīng)用上述應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)性技術(shù)為智能物件技術(shù)。智能物件技術(shù)中的RFID電子標(biāo)簽技術(shù)是基礎(chǔ)的基礎(chǔ)，RFID電子標(biāo)簽涉及到編碼與自動(dòng)識(shí)別的標(biāo)識(shí)技術(shù)。針對(duì)特種設(shè)備制造管理的不同階段，可采用不同的標(biāo)識(shí)模式，如：針對(duì)在制階段的摘掛式、倉(cāng)儲(chǔ)（出入庫(kù)）階段的點(diǎn)貨式[4]；針對(duì)不同的管理對(duì)象，如在制品、制成品和生產(chǎn)人員等，采用不同顆粒度的標(biāo)識(shí)標(biāo)簽，如托盤標(biāo)簽、批次標(biāo)簽、單品標(biāo)簽和人員標(biāo)簽等。

現(xiàn)有產(chǎn)品全生命周期RFID技術(shù)應(yīng)用研究多數(shù)集中于傳感網(wǎng)、RFID等物聯(lián)網(wǎng)單項(xiàng)技術(shù)在制造業(yè)的簡(jiǎn)單應(yīng)用，并且多集中在制造過程后端產(chǎn)品服務(wù)方面，缺少對(duì)離散制造，特別是結(jié)合特種設(shè)備制造特征的共性技術(shù)研究，系統(tǒng)實(shí)施成本高、功能和性能難以滿足特種設(shè)備制造的客觀需要，與信息化系統(tǒng)融合的程度較低，未能形成可觀的應(yīng)用規(guī)模。突破制約制造過程RFID管理的制造過程信息集成、融合等關(guān)鍵技術(shù)是實(shí)現(xiàn)其在特種設(shè)備行業(yè)深化應(yīng)用的重要技術(shù)基礎(chǔ)。

特種設(shè)備的管理更多地表現(xiàn)在對(duì)其全生命周期安全狀態(tài)的監(jiān)控上，尤其是其安全生產(chǎn)與運(yùn)輸環(huán)節(jié)，長(zhǎng)期以來(lái)，特種設(shè)備管理技術(shù)難度較大也正是基于此。最近幾年伴隨著射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，一系列關(guān)于該技術(shù)在特種設(shè)備管理的應(yīng)用研究也不斷展開，這對(duì)提高特種設(shè)備的管理水平和安全性具有重要的意義。下一步研究應(yīng)把基于射頻標(biāo)識(shí)技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為特征的制造過程管理延伸到特種設(shè)備全生命周期管理，為依靠信息技術(shù)提升特種設(shè)備安全生產(chǎn)提供新的思路。（本文中涉及的研究工作，接受了國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目2014BAF07B03的資助）

[1]丁守寶，劉富君．我國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀與展望[J].中國(guó)計(jì)量學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，19 (4)：304-308.

[2] 白翱,林葉,陳楊.射頻識(shí)別技術(shù)在離散生產(chǎn)車間中的應(yīng)用綜述[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2015(1)：47-56.

[3] 王旭,李文川.制造業(yè)的新理念—閉環(huán)產(chǎn)品生命周期管理[J].中國(guó)機(jī)械工程，2010.21(14)：1687-1693.

[4] 鄒慧宇,徐文勝.制造業(yè)中物品標(biāo)識(shí)技術(shù)的分析與應(yīng)用[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2012.34(8)：24-27.