，，

(陜西科技大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院，西安 710021)

引　言

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)全球化與科技管理信息化的協(xié)同發(fā)展，使得服裝市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈?，F(xiàn)代服裝市場(chǎng)需求正逐步面向著高級(jí)化、個(gè)性化以及多樣化的方向發(fā)展。對(duì)于服裝行業(yè)，由于款式、顏色,種類(lèi)變化快與尺寸參數(shù)繁多的產(chǎn)品特性，導(dǎo)致在服裝生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)信息與報(bào)表，生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息需要及時(shí)地更新與反饋[1]。

現(xiàn)有的絕大多數(shù)服裝企業(yè)采用條形碼或人工方法獲取生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)，但易出現(xiàn)人為過(guò)時(shí)導(dǎo)致的生產(chǎn)錯(cuò)誤規(guī)格，數(shù)據(jù)信息通道反饋不暢出現(xiàn)的窩工情況[2-3]。針對(duì)此種現(xiàn)狀，研究與開(kāi)發(fā)了一種基于RFID技術(shù)的服裝生產(chǎn)過(guò)程管理系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)服裝生產(chǎn)過(guò)程的分析，系統(tǒng)采用RFID技術(shù)與嵌入式技術(shù)，同時(shí)融合數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)數(shù)字化表征。盡可能地減少制衣材料成本，優(yōu)化服裝生產(chǎn)過(guò)程管理能力，提高服裝產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。

1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1　服裝生產(chǎn)過(guò)程分析

完成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要對(duì)具體的服裝生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行分析。然而不同的生產(chǎn)企業(yè)具有不同的生產(chǎn)工藝流程步驟，通過(guò)在某一服裝企業(yè)實(shí)地調(diào)研，總結(jié)出該企業(yè)生產(chǎn)對(duì)于服裝的生產(chǎn)主要包括有：服裝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)前準(zhǔn)備、布料裁剪、布片縫制、鎖眼熨燙、品質(zhì)控制以及成品管理這7個(gè)環(huán)節(jié)。圖1展示了某企業(yè)服裝生產(chǎn)過(guò)程流程圖。

圖1　服裝生產(chǎn)過(guò)程流程圖

在此主要針對(duì)服裝流程中的布料裁剪、布片縫制、鎖眼熨燙以及品質(zhì)管制這4個(gè)主要環(huán)節(jié)進(jìn)行說(shuō)明。布料裁剪是指將生產(chǎn)所需的原材料剪切成片，按件打包后供布片縫制車(chē)間使用。布片縫制車(chē)間是服裝生產(chǎn)過(guò)程中最為復(fù)雜的一道工序，將接收到的裁剪包中的布片進(jìn)行縫制形成服裝半成品。鎖眼熨燙車(chē)間則是將半成品制衣進(jìn)行釘扣鎖眼和成衣熨燙。品質(zhì)管制環(huán)節(jié)是指將所有成衣進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)后準(zhǔn)備裝箱入庫(kù)。

圖2　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

通過(guò)對(duì)該服裝企業(yè)服裝生產(chǎn)過(guò)程的分析，可以看出服裝加工過(guò)程中主要存在的問(wèn)題有：

① 人工干預(yù)過(guò)多。制衣流程中每道工序都需要人工操作進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，從物料準(zhǔn)備到成衣完成的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，易發(fā)生錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì)。

② 管理層無(wú)法實(shí)時(shí)地對(duì)生產(chǎn)線的每道工序工作情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，導(dǎo)致訂單跟蹤困難。制衣車(chē)間在制衣過(guò)程中產(chǎn)生的生產(chǎn)數(shù)據(jù)較為孤立，在一定時(shí)間段內(nèi)呈現(xiàn)為靜態(tài)保存，不能隨時(shí)的反饋于管理層。訂單數(shù)據(jù)若發(fā)生修改也不能及時(shí)的檢查更新，工位也不能及時(shí)了解計(jì)劃進(jìn)度調(diào)整，導(dǎo)致整條生產(chǎn)線動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力差，訂單跟蹤反射周期長(zhǎng)。

1.2　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)以上分析提出了基于RFID技術(shù)的服裝生產(chǎn)過(guò)程管理系統(tǒng)，系統(tǒng)以RFID技術(shù)為核心，同時(shí)結(jié)合嵌入式技術(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)來(lái)解決上述問(wèn)題，使企業(yè)導(dǎo)向?yàn)榭萍夹畔⒒墓芾砟Ｊ?，從而有效地?yīng)對(duì)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由三部分組成，分別是數(shù)據(jù)采集端、人機(jī)交互端程序以及云服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)。其具體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

其中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集端為安置在每個(gè)工位的RFID讀卡器，用于感應(yīng)兩類(lèi)RFID電子標(biāo)簽，一類(lèi)是綁定在每件服裝衣料上的電子標(biāo)簽(電子標(biāo)簽附帶在制衣物料上用以存儲(chǔ)制服裝顏色、尺寸和訂單號(hào)等基礎(chǔ)信息)與每個(gè)員工持有的員工卡(員工卡上記錄員工基礎(chǔ)信息每張卡片與員工唯一對(duì)應(yīng))。數(shù)據(jù)采集端通過(guò)感應(yīng)電子標(biāo)簽，實(shí)時(shí)捕獲生產(chǎn)進(jìn)度情況，同時(shí)獲取服裝生產(chǎn)記錄，包括操作員工、操作工序、執(zhí)行時(shí)間等，所有采集到的數(shù)據(jù)最終在云服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中執(zhí)行相應(yīng)處理。

人機(jī)交互程序則與數(shù)據(jù)采集端和云服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)相連，用以生產(chǎn)信息錄入，生產(chǎn)過(guò)程信息查看修改等。而云服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫(kù)則負(fù)責(zé)對(duì)下位機(jī)RFID讀寫(xiě)器提供的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理分析，用于系統(tǒng)信息管理、材料管理和計(jì)劃調(diào)度等功能[5]。各個(gè)系統(tǒng)中三部分相互間緊密關(guān)聯(lián)、分工協(xié)作，共同完成對(duì)于現(xiàn)有的傳統(tǒng)人工生產(chǎn)管理體系的數(shù)字化信息技術(shù)升級(jí)。

2　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的核心部分是數(shù)據(jù)采集端的RFID讀寫(xiě)器，其主要安置在裁剪車(chē)間、縫制車(chē)間、熨燙車(chē)間各段位工位中，負(fù)責(zé)生產(chǎn)線數(shù)據(jù)采集、傳輸以及處理。具體布點(diǎn)設(shè)計(jì)圖如圖3所示。

硬件部分主要由嵌入式微處理器及其外圍電路、WIFI模塊、RFID讀寫(xiě)模塊和HMI串口屏幕組成。主控單元采用內(nèi)核為ARM Cortex-M3的嵌入式控制器STM32作為控制核心，使用低功耗的MFRC-522作為RFID讀寫(xiě)模塊，WIFI模塊使用ESP8266負(fù)責(zé)過(guò)程信息無(wú)線收發(fā)。HMI顯示模塊采用TJC8048T70_011觸摸液晶屏完成人機(jī)交互。其中外圍電路還包括：USB接口、復(fù)位電路以及電源模塊。硬件結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

2.1　主控單元電路設(shè)計(jì)

主控單元采用STM32F103RCT6作為核心處理器，完成數(shù)據(jù)采集傳輸及處理。主控電路通過(guò)SPI總線與RFID讀寫(xiě)模塊進(jìn)行通信，完成信息采集與指令傳遞；通過(guò)兩路UART分別連接WIFI模塊與串口顯示屏，完成網(wǎng)絡(luò)通信與液晶顯示；主控電路設(shè)計(jì)手動(dòng)復(fù)位與上電自動(dòng)復(fù)位兩種復(fù)位方式，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性；USB接口采用較為普遍的 MicroUSB 接口，同時(shí)USB接口上的D+和D-也連接到STM32的 PA11和 PA12引腳，可用于USB項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)；電源芯片采用L1117_3.3大電流穩(wěn)壓模塊將外置的+5 V直流電壓轉(zhuǎn)化為+3.3 V直流電壓，前后級(jí)都采用10 μF 的鉭電容和0.1 μF 的電容濾波去耦,降低電源的紋波，保證在大負(fù)載下系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。其原理圖如圖5所示。

圖3　RFID讀寫(xiě)器具體布點(diǎn)設(shè)計(jì)圖

圖4　硬件結(jié)構(gòu)圖

2.2　RFID讀寫(xiě)模塊設(shè)計(jì)

RFID讀寫(xiě)模塊采用NXP公司推出的MFRC-522作為讀寫(xiě)芯片，在使用SPI總線完成通信時(shí)，MFRC522工作于從模式，使用SPI總線接口完成與主機(jī)通信[6-9]。在SPI通信中，MFRC522模塊用作從機(jī)，SPISCK由主機(jī)產(chǎn)生。數(shù)據(jù)通過(guò)MOSI線從主機(jī)傳輸?shù)綇臋C(jī)；數(shù)據(jù)通過(guò)MISO線從MFRC522發(fā)回到主機(jī)。除了通用的4條SPI信號(hào)線(時(shí)鐘線SCK、輸入數(shù)據(jù)線MOSI、輸出數(shù)據(jù)線MOSO和選通線NSS以外，RC522要求額外的2個(gè)引腳I2C和 EA分別固定接低電平和高電平。這2個(gè)引腳不參與SPI總線傳輸，只起設(shè)定RC522數(shù)字界面采用SPI接口的作用。其原理圖如圖6所示。

圖5　主控單元電路設(shè)計(jì)原理圖

圖6　讀寫(xiě)模塊設(shè)計(jì)電路圖

2.3　WIFI無(wú)線通信模塊設(shè)計(jì)

因有線傳輸受距離、場(chǎng)地等限制，故而需要采用無(wú)線通信方式將RFID獲取的成衣信息實(shí)時(shí)發(fā)送至上位機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)，而WIFI傳輸因其傳輸距離遠(yuǎn)、節(jié)點(diǎn)可任意擴(kuò)充的特點(diǎn)被采用。本系統(tǒng)采用ESP8266模塊進(jìn)行信息傳送,其原理圖如圖7所示。選用BSS(Block Started by Symbol segment)構(gòu)架，即將RFID讀寫(xiě)模塊作為客戶(hù)端，負(fù)責(zé)信息的發(fā)送；將上位機(jī)作為服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)接收并存入MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)。在ESP8266模塊中，將多個(gè)讀寫(xiě)模塊連接多個(gè)station節(jié)點(diǎn)作為信息的采集點(diǎn)接收成衣信息，并發(fā)送給一個(gè)softAP，它相當(dāng)于一個(gè)中繼站將來(lái)自各個(gè)station的信息匯總并傳輸給上位機(jī)處理，以實(shí)現(xiàn)WIFI的無(wú)線通信和信息的實(shí)時(shí)傳輸。

圖7　WIFI模塊設(shè)計(jì)電路圖

2.4　HMI人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)

圖8　HMI接線原理圖

觸摸液晶屏采用TJC8048T70_011，是一種7.0寸的智能串口屏，HMI串口屏與其他類(lèi)型的MCU總線屏一樣對(duì)用戶(hù)的硬件沒(méi)有特殊要求，接線原理圖如圖8所示，可在上位機(jī)軟件中依據(jù)實(shí)際需求封裝好HMI的底層工程文件并使用串口或SD卡下載至屏幕設(shè)備中，由于設(shè)備內(nèi)部已構(gòu)建好底層驅(qū)動(dòng)，所以使用MCU直接通過(guò)指令調(diào)取設(shè)備內(nèi)的控件完成畫(huà)面切換。同時(shí)串口屏集成GPU字庫(kù)，支持多種組態(tài)控件，其中包括基本的按鍵控件、指針控件及二維碼控件等；支持高級(jí)的串口主動(dòng)數(shù)據(jù)解析功能可以實(shí)現(xiàn)自定義指令協(xié)議與屏幕通信。

3　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集端采集到的數(shù)據(jù)是通過(guò)RFID讀卡器感應(yīng)到電子標(biāo)簽后完成的。RFID讀寫(xiě)器中的嵌入式處理器控制RFID射頻芯片MFRC522與RFID卡片進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，通信過(guò)程由識(shí)別、認(rèn)證和數(shù)據(jù)讀寫(xiě)這三個(gè)階段構(gòu)成[10]。根據(jù)系統(tǒng)需求，存儲(chǔ)信息的RFID電子標(biāo)簽分為兩種：一種為服裝攜帶卡用以記錄制衣物料上用以存儲(chǔ)制服裝顏色、尺寸和訂單號(hào)等基礎(chǔ)信息，RFID讀寫(xiě)器可以通過(guò)感應(yīng)標(biāo)簽后記錄衣物生產(chǎn)記錄，如操作人員、操作工序和操作時(shí)間等；另一種為員工電子標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)員工卡號(hào)及個(gè)人信息，并記錄工時(shí)和績(jī)效。員工在上下班時(shí)以及切換工位時(shí)需要在RFID讀寫(xiě)器上進(jìn)行感應(yīng)，以便于計(jì)算績(jī)效。當(dāng)串口數(shù)據(jù)接收完畢后，通過(guò)無(wú)線通信模塊發(fā)送至上位機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中。讀卡端的軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖9所示。

圖9　讀卡端軟件設(shè)計(jì)流程圖

4　數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

4.1　數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)架構(gòu)

圖11　數(shù)據(jù)庫(kù)表連接關(guān)系圖

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)使用開(kāi)源的MySQL構(gòu)建關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。使用數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，采用客戶(hù)端/服務(wù)器(C/S模型)如圖10所示，安裝了該程序的計(jì)算機(jī)稱(chēng)為客戶(hù)端，訪問(wèn)由RDBMS(Relational Database Management System)管理的數(shù)據(jù)庫(kù)，RDBMS客戶(hù)端根據(jù)自己的需求通過(guò)SQL語(yǔ)句發(fā)送給RDBMS服務(wù)器。RDBMS根據(jù)訪問(wèn)語(yǔ)句的內(nèi)容返回所需要的數(shù)據(jù)，或者對(duì)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的原有數(shù)據(jù)進(jìn)行更新。C/S 模式是基于企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用系統(tǒng)，不依賴(lài)于外部環(huán)境。具有分離和協(xié)同的工作特性、易于擴(kuò)充、響應(yīng)速度快、操作界面設(shè)計(jì)個(gè)性化、簡(jiǎn)潔方便等優(yōu)點(diǎn)。

圖10　數(shù)據(jù)庫(kù)客戶(hù)端/服務(wù)器(C/S類(lèi)型)

4.2　數(shù)據(jù)信息模型建立

生產(chǎn)過(guò)程信息管理模型使得每件服裝個(gè)體與RFID標(biāo)簽?zāi)芪ㄒ黄ヅ?。該系統(tǒng)中的實(shí)體主要有RFID標(biāo)簽表、工藝路線、生產(chǎn)加工記錄、訂單信息表和產(chǎn)品信息，如表1所列。其中以RFID標(biāo)簽表的實(shí)體屬性為例，RFID標(biāo)簽表的實(shí)體屬性包括有：RFIDID(電子標(biāo)簽擁有的ID號(hào)唯一且固定)、標(biāo)簽編碼、標(biāo)簽發(fā)放記錄、備注以及用以關(guān)聯(lián)至下一張表的外鍵orderID。將與所有生產(chǎn)信息模型中的實(shí)體關(guān)聯(lián)起來(lái)，便可以實(shí)現(xiàn)RFIDID號(hào)與服裝個(gè)體的唯一標(biāo)識(shí)，進(jìn)而可以詳細(xì)查看該服裝的生產(chǎn)參數(shù)、加工過(guò)程信息等。各表之間關(guān)系如圖11所示。

表1　系統(tǒng)的數(shù)據(jù)表情況

5　系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)例

數(shù)據(jù)采集端通過(guò)感應(yīng)系統(tǒng)中的兩類(lèi)RFID電子標(biāo)簽可以實(shí)時(shí)獲取在制服裝的生產(chǎn)信息，并統(tǒng)計(jì)工人的工作績(jī)效，HMI串口屏顯示界面如圖12所示。RFID讀寫(xiě)器的串口數(shù)據(jù)等待應(yīng)答信號(hào)到達(dá)時(shí)，以WIFI網(wǎng)絡(luò)為傳送介質(zhì)依據(jù)TCP/IP協(xié)議發(fā)送至云服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)端。人機(jī)交互

圖12　HMI串口屏顯示界面

程序采用MyEclipse編譯環(huán)境進(jìn)行開(kāi)發(fā)，運(yùn)用JAVA語(yǔ)言和SQL語(yǔ)言完成對(duì)云服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)信息讀取與更新，在經(jīng)過(guò)云服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，管理層和員工可登錄人機(jī)交互程序查看生產(chǎn)明細(xì)，如圖13所示。

結(jié)　語(yǔ)

針對(duì)在服裝生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的產(chǎn)品與其生產(chǎn)者信息跟蹤管理反饋不及時(shí)的問(wèn)題，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于RFID技術(shù)的服裝生產(chǎn)過(guò)程管理系統(tǒng)。系統(tǒng)通過(guò)部署在工位上的RFID讀寫(xiě)器完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集的采集與發(fā)送。

圖13　人機(jī)交互程序顯示界面

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張開(kāi)生(教授)、石瑞華(碩士)，主要從事嵌入式系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用及開(kāi)發(fā)研究;薛楊(碩士)，主要從事軟件開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用研究。