魏鵬、張立偉、趙晶晶 /北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所

RFID(Radio Frequency Identif i cation)技術(shù)是20世紀90年代興起的一種非接觸式全自動識別技術(shù)。與傳統(tǒng)的條碼技術(shù)相比，RFID技術(shù)在存儲信息量、環(huán)境適應(yīng)能力、讀寫方式和識別速度等方面都有很大的優(yōu)勢。RFID技術(shù)的這些優(yōu)點為現(xiàn)代企業(yè)全生命周期管理提供了技術(shù)支撐，為信息流和數(shù)據(jù)流的有效同步提供了保證。

相對于其它制造、裝配行業(yè)，航天企業(yè)在生產(chǎn)和裝配過程中特別注重零部件的批次序列號管理、過程記錄和整個生命周期的信息管理、產(chǎn)品構(gòu)型和特殊狀態(tài)控制管理，這也是航天企業(yè)所應(yīng)用的制造執(zhí)行系統(tǒng)的關(guān)注點。目前，航天企業(yè)多采用直接在零部件、設(shè)備表面刻字的方式來進行標識，對產(chǎn)品狀態(tài)的控制完全依據(jù)人力。而RFID可以儲存產(chǎn)品在生產(chǎn)制造、檢驗、驗收、安裝、測試等全部過程中的質(zhì)量信息等，并可對產(chǎn)品位置、狀態(tài)進行追蹤和信息交互，包括其它具

有生命周期的部件，如保持工裝也是安裝RFID標簽的理想部件，可以包含工裝標檢、復(fù)驗等信息，以及使用年限等重要的質(zhì)量參數(shù)，以確保質(zhì)量可靠。當產(chǎn)品不處于聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中的數(shù)據(jù)同步，RFID可以將產(chǎn)品信息以日志（安全加密）的形式存儲于標簽中，并通過近距離有線方式讀取出來。通過應(yīng)用RFID標簽，可以使質(zhì)量控制對產(chǎn)品的復(fù)查貫穿整個總裝過程，以保持信息的有效性和及時性。

一、RFID的工作原理、分類及特點

1.工作原理

一套完整的RFID系統(tǒng)（見圖1）是由閱讀器、天線、電子標簽以及計算機管理系統(tǒng)4個部分組成。其中，標簽由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象；閱讀器是讀取或?qū)懭霕撕炐畔⒌脑O(shè)備；天線用于在標簽和閱讀器間傳遞射頻信號；計算機管理系統(tǒng)用于對數(shù)據(jù)進行識別并與管理信息系統(tǒng)連接。

RFID的工作原理是利用電磁信號和空間耦合的傳輸特性實現(xiàn)對象信息的無接觸傳遞，從而實現(xiàn)自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。由閱讀器及電子標簽之間的通訊及能量感應(yīng)方式來看，大致可以分成感應(yīng)耦合和后向散射耦合2種，一般低頻的RFID大都采用第一種方式，而較高頻的RFID大多采用第二種方式。

2.分類

RFID依據(jù)頻率不同分為低頻、高頻、超高頻和微波4種，不同的頻率決定了標簽不同的工作距離和不同的供電模式，其中供電模式分為被動（無源）、半主動（電池）、主動（有源）3種。同時，數(shù)據(jù)的多重訪問認證也與頻率息息相關(guān)，表1列舉了不同RFID標簽的主要工作模式。

3.技術(shù)特點

圖1 RFID系統(tǒng)構(gòu)成圖

表1 RFID標簽的分類

與傳統(tǒng)的刻字銘牌方式，以及目前應(yīng)用較為廣泛的條碼標簽對比（見表2），RFID標簽因其使用中的自動化以及將信息與實物的有效集成、同步，成為航天器AIT過程中狀態(tài)控制的基礎(chǔ)。RFID相對于傳統(tǒng)標識方式具有以下4個特點：

一是數(shù)據(jù)的傳輸不需要數(shù)據(jù)線，間隔一定距離即可識別，而且識別不需要人工干預(yù)，可避免差錯，實現(xiàn)自動化數(shù)據(jù)采集。

二是無源RFID可以被探測器自動探測，能夠?qū)崿F(xiàn)對生產(chǎn)和運輸過程的物品進行監(jiān)控，從而發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)堵塞和物資供應(yīng)短缺；有源RFID可以主動發(fā)送信號，用于數(shù)據(jù)采集和問題報警。

表2 不同標簽方式對比

三是RFID不僅能起到標識物品的作用，還具備信息存儲和動態(tài)讀寫的能力，可以滿足生產(chǎn)和裝配過程中狀態(tài)信息的儲存需要。產(chǎn)品生產(chǎn)制造中的信息可以被帶到裝配、測試環(huán)節(jié)，更換、維修記錄能夠被準確定位。

四是RFID標簽?zāi)軌驅(qū)崿F(xiàn)一定的人機交互功能，在RFID標簽里存儲參數(shù)信息后，可以在手持終端上輸入?yún)?shù)條件查詢RFID標簽，滿足要求的RFID標簽可以發(fā)光或發(fā)聲。

二、AIT狀態(tài)控制系統(tǒng)

手持終端與RFID的結(jié)合應(yīng)用，可以使手持終端不僅成為產(chǎn)品信息的采集者，還能成為產(chǎn)品信息的中轉(zhuǎn)站。操作者和檢驗者通過使用手持終端，可以在遠離桌面終端的地方進行狀態(tài)信息的讀寫與更新，不需要來回往返查看產(chǎn)品信息系統(tǒng)。不管是通過安全加密的無線網(wǎng)絡(luò)連接，還是USB、RS232等物理接口的有線連接，手持終端均可以將采集到的流程與狀態(tài)信息和質(zhì)量數(shù)據(jù)發(fā)送到產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)庫。

1.系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

RFID系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。作為離散裝配業(yè)的典型代表，航天企業(yè)應(yīng)用RFID技術(shù)方案的核心思想是在總裝AIT廠房內(nèi)部范圍，用RFID標簽跟蹤產(chǎn)品AIT全過程。產(chǎn)品交付時攜帶有RFID電子標簽，電子標簽內(nèi)寫有該產(chǎn)品的全部生產(chǎn)信息。在AIT過程中，在每個裝配小區(qū)、測試工位上設(shè)置RFID電子標簽天線，使用手持終端對產(chǎn)品進行AIT過程跟蹤與狀態(tài)控制。之后，通過手持終端或者工位PC，將過程關(guān)鍵信息錄入管理信息系統(tǒng)，進而傳達給設(shè)計人員和管理人員。設(shè)計人員和管理人員既可以對關(guān)鍵過程進行質(zhì)量和狀態(tài)的實時跟蹤，又可以根據(jù)實時變化的信息下發(fā)相應(yīng)的技術(shù)與調(diào)度方案，從而實現(xiàn)信息的實時交互。

2.產(chǎn)品信息流程與工作模式

產(chǎn)品生命周期信息在航天器研制中的具體流程為：首先，設(shè)計人員建立產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，定義產(chǎn)品標識與原始數(shù)據(jù)，并給RFID標簽寫入預(yù)分配設(shè)計數(shù)據(jù)；其次，在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中添加生產(chǎn)過程信息，反映材料、加工精度、開機時間等生產(chǎn)指標參數(shù)；然后，產(chǎn)品交付總裝，總裝檢驗人員進行總裝驗收，添加總裝關(guān)注參數(shù)與信息；第四，在總裝階段根據(jù)總裝實施工作的不同，需要進行多次產(chǎn)品狀態(tài)的更新，使用RFID標簽對航天器關(guān)鍵部件、儀器設(shè)備等進行標記，通過手持終端對標簽進行狀態(tài)信息，如安裝/拆除、點膠/測力、維修/更換/打保險、插接次數(shù)等參數(shù)的標記更新，從而確保產(chǎn)品的最新狀態(tài)；第五，在測試階段根據(jù)測試工作的不同，將產(chǎn)品測試報告的結(jié)論附加到RFID標簽，并將相關(guān)數(shù)據(jù)通過文檔編號等方式添加在標簽中；最后，全過程的數(shù)據(jù)都通過RFID天線實時傳遞到手持終端或工位PC機，再進入信息管理系統(tǒng)，以便技術(shù)管理人員進行參考分析。

總裝AIT過程有很多質(zhì)量檢驗、專業(yè)測試、生產(chǎn)狀態(tài)變更的工作記錄，這些現(xiàn)場文檔完整記錄了航天器的總裝過程數(shù)據(jù)，反映了航天生產(chǎn)對追溯性的要求。雖然目前已經(jīng)開始使用信息管理系統(tǒng)進行電子化記錄，但在質(zhì)量檢測過程中因受工況、時序等限制，無法使數(shù)據(jù)及時記錄在信息管理系統(tǒng)中。通過應(yīng)用RFID與手持終端，可在總裝現(xiàn)場完全舍棄紙質(zhì)記錄文檔的應(yīng)用，對于需要統(tǒng)計分析的檢測項目，檢測數(shù)據(jù)可以實時傳遞給信息系統(tǒng)，并在信息的實時性與上下層溝通性上取得更好的效果。AIT過程的質(zhì)量記錄與反饋如圖3所示。

3.系統(tǒng)其它關(guān)注點

圖3 AIT過程的質(zhì)量記錄與反饋

輔助制造資源緩沖區(qū)。航天器總裝過程需要在AIT大廳內(nèi)部的不同工作單元之間進行交接，在交接前后往往需要天車、叉車等生產(chǎn)工具，架車、轉(zhuǎn)臺等工裝設(shè)備進行實時調(diào)度。這些輔助制造資源常常在多型號并行工作時，或階段交接后被無效占用。對這些資源設(shè)置RFID標簽后，可以在工作單元、小區(qū)等設(shè)置閱讀器，通過閱讀器監(jiān)控資源狀態(tài)，使得系統(tǒng)中的資源監(jiān)控和調(diào)度模塊能夠掌握每個物件在任意時刻的狀況，從而建立起一個資源的緩沖區(qū)，使待用資源可以隨時保證AIT全過程的使用。

產(chǎn)品狀態(tài)復(fù)查。在傳統(tǒng)的航天器生產(chǎn)和裝配模式中，需要檢驗與操作人員通過人工檢查的方式在總裝各個階段進行全面的狀態(tài)復(fù)查，以確保可靠，這種檢查方式效率極低，并且存在遺漏風險。通過RFID標簽的控制，可結(jié)合跟蹤目標、產(chǎn)品以及人員等多方面信息實現(xiàn)對裝配過程的跟蹤記錄，確保將裝配質(zhì)量責任落實到人，并能防止錯裝、漏裝等質(zhì)量問題的出現(xiàn)。

外廠信息集成。航天器的儀器設(shè)備及部組件往往來源于不同的廠所，通過采用統(tǒng)一的RFID編碼格式，可以將各廠所繁雜的數(shù)據(jù)進行結(jié)構(gòu)化、標準化集成，使之更好地應(yīng)用于總裝AIT過程。

基于RFID技術(shù)的航天器AIT狀態(tài)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，是實現(xiàn)信息管理系統(tǒng)與總裝現(xiàn)場信息的有效集成和信息流動，通過產(chǎn)品狀態(tài)信息的交互對生產(chǎn)全過程進行實時的更新與反饋，從而實現(xiàn)對產(chǎn)品全生命周期的狀態(tài)控制。雖然航天企業(yè)因?qū)o線網(wǎng)絡(luò)的限制因素，使得RFID無法完全做到實時交互，但是在應(yīng)用了手持終端后，RFID技術(shù)作為現(xiàn)場信息的采集者，將在航天器總裝領(lǐng)域取得更大的突破，并且在推進航天制造批生產(chǎn)化、自動化，打造數(shù)字化總裝體系中發(fā)揮更加重要的作用?！?/p>