李俊杰 江紅霞 劉基宏

（江南大學(xué)，江蘇無錫， 214122）

紡紗企業(yè)可以使用自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)的在線檢測(cè)功能發(fā)現(xiàn)有問題的管紗，通過預(yù)先加在管紗上的標(biāo)志可以追溯到細(xì)紗的錠位，目前大部分紡紗企業(yè)采用的標(biāo)志方法主要有寫字法、貼紙法等［1］。這兩種方法均易污染紗線，再次使用時(shí)很難按順序查找對(duì)應(yīng)紗管，且嚴(yán)重依賴人工、生產(chǎn)標(biāo)識(shí)體系落后、標(biāo)識(shí)通用性差，導(dǎo)致質(zhì)量溯源較為困難［2］。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，一些企業(yè)引進(jìn)了利用無線射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)的管紗追溯系統(tǒng)。程慧鵬等采用紅外感應(yīng)技術(shù)和RFID 技術(shù)相結(jié)合研發(fā)了自動(dòng)管紗錠位追溯系統(tǒng)［3］。張立敏等基于RFID 技術(shù)設(shè)計(jì)了紡紗機(jī)械故障檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了細(xì)絡(luò)聯(lián)故障快速檢測(cè)與全程質(zhì)量追溯［4］。這兩種系統(tǒng)在一定程度上提高了細(xì)紗追溯的效率，但需要先利用RFID 閱讀器讀取保存有問題管紗的標(biāo)簽信息再在電腦端進(jìn)行數(shù)據(jù)的查看與處理，在移動(dòng)智能辦公方面仍顯不足，且容易出現(xiàn)標(biāo)簽漏讀、錯(cuò)讀的情況。張保威等設(shè)計(jì)了一種基于RFID 技術(shù)的便攜式管紗溯源系統(tǒng)［5］，但其主要針對(duì)無自動(dòng)落紗裝置的中小企業(yè)，且該系統(tǒng)需要停車逐一掃描嵌有電子標(biāo)簽的紗管，效率較低、人工成本較高，停車檢測(cè)也會(huì)使車間生產(chǎn)效率下降；隨著自動(dòng)化技術(shù)的普及和人工成本的上漲，具有全自動(dòng)集體落紗功能的細(xì)紗機(jī)將會(huì)普遍應(yīng)用，而該管紗溯源系統(tǒng)并不適用于企業(yè)未來的發(fā)展。為此，本研究基于RFID 技術(shù)，利用移動(dòng)終端［6］、網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫，結(jié)合固定式RFID 標(biāo)簽自動(dòng)寫入裝置開發(fā)了一套基于移動(dòng)終端的全自動(dòng)管紗溯源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了疵管的精準(zhǔn)追溯和壞錠的及時(shí)維護(hù)。本系統(tǒng)旨在以最低的綜合成本解決管紗溯源的問題，極大提高了系統(tǒng)的整體性能和管紗的追溯效率。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)與運(yùn)行流程

1.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1 所示。系統(tǒng)整體由電子標(biāo)簽、RFID 標(biāo)簽讀寫檢測(cè)裝置、應(yīng)用客戶端與后臺(tái)服務(wù)器端這四大部分組成。細(xì)紗機(jī)、絡(luò)筒機(jī)、電子標(biāo)簽、RFID 標(biāo)簽讀寫器與系統(tǒng)客戶端整體構(gòu)成系統(tǒng)的“前端”，前端寫入、讀取保存疵管的生產(chǎn)信息并與用戶進(jìn)行人機(jī)交互，是管紗溯源的前提?；诰W(wǎng)絡(luò)傳輸和大數(shù)據(jù)平臺(tái)，由網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫和服務(wù)器構(gòu)成系統(tǒng)的“后端”［7］，后端是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查看與追溯分析。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

1.2 系統(tǒng)運(yùn)行流程

系統(tǒng)的運(yùn)行流程如圖2 所示。首先利用固定在細(xì)紗機(jī)落紗出口處的RFID 標(biāo)簽讀寫檢測(cè)裝置檢查電子標(biāo)簽，自動(dòng)將細(xì)紗機(jī)臺(tái)號(hào)和錠子號(hào)等信息寫入到電子標(biāo)簽中，為防止標(biāo)簽漏寫、錯(cuò)寫情況發(fā)生，在細(xì)紗機(jī)落紗出口處安裝光電感應(yīng)裝置；然后裝有電子標(biāo)簽的管紗在進(jìn)入絡(luò)筒工序后，若被電子清紗器檢測(cè)到有較多疵點(diǎn)問題則會(huì)將其剔除，此時(shí)質(zhì)量管理人員使用移動(dòng)終端掃描被剔除管紗的電子標(biāo)簽，系統(tǒng)讀取到該紗管最后一次相應(yīng)的細(xì)紗機(jī)和錠子編號(hào)信息，選擇紗疵產(chǎn)生的原因并通過網(wǎng)絡(luò)將以上信息存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，完成疵管的定位追蹤；最后維修人員根據(jù)系統(tǒng)中的故障信息，及時(shí)對(duì)相應(yīng)的細(xì)紗機(jī)錠位進(jìn)行維護(hù)［8］。

圖2 系統(tǒng)運(yùn)行流程

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 細(xì)紗機(jī)錠位的讀取顯示

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，紡紗車間對(duì)于不同型號(hào)細(xì)紗機(jī)錠位的編排也不盡相同。而RFID 標(biāo)簽讀寫檢測(cè)裝置在標(biāo)簽寫入的過程中只會(huì)將信息依次按順序?qū)懭?，這就可能與車間在細(xì)紗機(jī)上原本的錠位標(biāo)識(shí)不符。為了后續(xù)能夠精準(zhǔn)讀取疵管錠位信息，本系統(tǒng)分別以某紡紗車間的FA506 型（480錠）和JWF1579 型（1 200 錠）細(xì)紗機(jī)上錠位實(shí)際的編排為例開發(fā)了短/長(zhǎng)車疵管讀取這兩種模式，如圖3 所示。圖3（a）中實(shí)際標(biāo)注的錠位與寫入錠位相同，利用短車疵管讀取時(shí)直接顯示錠位即可，而圖3（b）中實(shí)際標(biāo)注的錠位與寫入錠位不同，利用長(zhǎng)車疵管讀取時(shí)系統(tǒng)需將讀取到的錠位轉(zhuǎn)換為實(shí)際標(biāo)注的錠位再顯示出來。車間后續(xù)也可對(duì)細(xì)紗機(jī)錠位進(jìn)行重新編排使其與寫入順序一致。

圖3 細(xì)紗機(jī)錠位編排方式

2.2 電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)信息的寫入與讀取

管紗追溯系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)單個(gè)管紗的可跟蹤性與追溯性，即管紗管理可以精確到具體的細(xì)紗機(jī)和特定錠子。因此在整個(gè)系統(tǒng)中，每個(gè)細(xì)紗管上都安裝了具有唯一序列號(hào)的電子標(biāo)簽，安裝方法為頂端嵌入式［9］。每個(gè)電子標(biāo)簽中都包含機(jī)臺(tái)號(hào)、錠子號(hào)、生產(chǎn)日期等信息，這樣一旦發(fā)現(xiàn)疵管即可追溯到與其相關(guān)的細(xì)紗機(jī)臺(tái)與錠子，方便及時(shí)對(duì)有問題的錠子進(jìn)行維護(hù)。本系統(tǒng)所使用的電子標(biāo)簽是專為供應(yīng)鏈與運(yùn)籌管理所設(shè)計(jì)的支持ISO/IEC15693 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的高頻RFID 無源IC卡，采用NXP ICODE SLI-S 系列SL2ICS20 芯片，包含射頻處理單元、數(shù)據(jù)控制單元和EEPROM 存儲(chǔ)單元。其中EEPROM 存儲(chǔ)單元分為32 個(gè)數(shù)據(jù)塊，每個(gè)塊由4 字節(jié)（32 位）組成，共128字節(jié)。上部的4 個(gè)塊（-4、-3、-2、-1）分別用于存儲(chǔ)標(biāo)簽的唯一序列號(hào)UID、特殊功能（EAS、AFI、DSFID）和寫入控制位，其他28 個(gè)塊為用戶可以自行寫入存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)塊。為保障讀取的迅速性與連貫性，與管紗所對(duì)應(yīng)的細(xì)紗機(jī)編號(hào)、錠子編號(hào)及管紗生產(chǎn)日期記錄在標(biāo)簽的塊0 至塊6 中，標(biāo)簽每個(gè)數(shù)據(jù)塊可表示的數(shù)字范圍為0~4 369［10］。

2.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)

在跟蹤與追溯被絡(luò)筒工序電子清紗器剔除的疵管過程中，應(yīng)當(dāng)將其信息保存到數(shù)據(jù)庫，方便后續(xù)統(tǒng)計(jì)研究及對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作處理。因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)了疵管數(shù)據(jù)庫，主要包含用戶信息列表、疵管數(shù)據(jù)列表和維護(hù)記錄表。用戶信息列表包含用戶的姓名、電話、所屬車間和公司。疵管數(shù)據(jù)列表用來保存疵管的機(jī)臺(tái)號(hào)、錠子號(hào)、生產(chǎn)日期、紗疵產(chǎn)生的原因、創(chuàng)建人等信息。維護(hù)記錄表用來記錄維護(hù)狀態(tài)、維護(hù)時(shí)間和維護(hù)人等信息。所涉及的數(shù)據(jù)表之間的關(guān)系如圖4 所示。

圖4 數(shù)據(jù)表ER 圖

2.4 數(shù)據(jù)通信

在本系統(tǒng)中，Web 服務(wù)器通過PHP 語句與MySQL 數(shù)據(jù)庫進(jìn)行連接，客戶端會(huì)將所讀取到的管紗電子標(biāo)簽中的信息通過網(wǎng)絡(luò)通信庫OkHttp 發(fā)送到服務(wù)器端，服務(wù)器端再通過PHP語句將這些數(shù)據(jù)插入到相應(yīng)的數(shù)據(jù)表中。當(dāng)用戶想在客戶端上查看與處理數(shù)據(jù)時(shí)，客戶端會(huì)向服務(wù)器端發(fā)送請(qǐng)求，服務(wù)器端隨后會(huì)通過PHP 語句查找相應(yīng)數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)并將其顯示在動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁上，客戶端利用WebView 控件加載顯示此動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁。

3 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)客戶端軟件在Android Studio 平臺(tái)上采用Java 語言開發(fā)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫為MySQL。根據(jù)系統(tǒng)所需實(shí)現(xiàn)的功能，為具備靈活的部署與訪問，疵管檢測(cè)功能采用C/S（客戶端/服務(wù)器）結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)處理功能采用B/S（瀏覽器/服務(wù)器）結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，其中系統(tǒng)Web 服務(wù)器端采用Javascript 和PHP 語言進(jìn)行開發(fā)。系統(tǒng)采用了目前主流軟件常用的底部導(dǎo)航欄框架模式，用戶點(diǎn)擊底部導(dǎo)航欄中對(duì)應(yīng)的圖標(biāo)即可進(jìn)入到相應(yīng)的功能界面。

3.1 疵管檢測(cè)功能的實(shí)現(xiàn)

在登錄并完成系統(tǒng)設(shè)置后用戶便可以使用本系統(tǒng)掃描絡(luò)筒工序中被剔除疵管上的電子標(biāo)簽，讀取該紗管最后一次對(duì)應(yīng)的細(xì)紗機(jī)和錠子編號(hào)信息，同時(shí)還可以選擇紗疵產(chǎn)生的原因，并將這些數(shù)據(jù)一同保存到疵管數(shù)據(jù)列表中，方便后續(xù)統(tǒng)計(jì)研究及對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作處理。

一批管紗一般會(huì)在24 h 內(nèi)從細(xì)紗機(jī)轉(zhuǎn)移到絡(luò)筒機(jī)上，但是不排除會(huì)有管紗因紗線品種不同導(dǎo)致生產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng)、生產(chǎn)過程中機(jī)器突發(fā)故障等原因未能在24 h 內(nèi)及時(shí)轉(zhuǎn)移。正常情況下一批管紗若72 h 還未轉(zhuǎn)移到絡(luò)筒機(jī)上，相關(guān)工作人員需對(duì)其提高警惕。因此，為保證系統(tǒng)所讀取疵管數(shù)據(jù)的有效性，進(jìn)一步提高管紗的溯源效率，疵管標(biāo)簽信息讀取界面還會(huì)顯示該管紗生產(chǎn)日期與系統(tǒng)讀取時(shí)間的時(shí)間差（分別以48 h 和72 h 為界）來提示用戶。當(dāng)管紗的生產(chǎn)日期距離讀取時(shí)間在48 h 或72 h 以內(nèi)時(shí)，方框內(nèi)部顯示“48 小時(shí)內(nèi)”或“72 小時(shí)內(nèi)”，方框和字體都呈綠色；當(dāng)管紗的生產(chǎn)日期距離讀取時(shí)間在48 h 或72 h 以外時(shí)，方框內(nèi)部顯示“已超48 小時(shí)”或“已超72 小時(shí)”，方框和字體都呈灰色。用戶由此可以更加直觀地判斷出該疵管的數(shù)據(jù)信息是否有效，是否應(yīng)該將其保存到數(shù)據(jù)庫中。系統(tǒng)短/長(zhǎng)車疵管檢測(cè)標(biāo)簽讀取界面如圖5 所示。

圖5 系統(tǒng)界面展示1

3.2 數(shù)據(jù)處理功能的實(shí)現(xiàn)

用戶可通過數(shù)據(jù)處理模塊查看、管理疵管追溯信息。疵管數(shù)據(jù)保存列表清晰明了地顯示了疵管的機(jī)臺(tái)號(hào)、錠子號(hào)、生產(chǎn)日期，如圖6（a）所示。用戶在此可以進(jìn)行查看數(shù)據(jù)詳情、修改及刪除數(shù)據(jù)的操作。疵管數(shù)據(jù)詳情界面如圖6（b）所示，若疵管所保存的數(shù)據(jù)信息有誤，相關(guān)人員可手動(dòng)對(duì)除標(biāo)簽編號(hào)以外的信息進(jìn)行修改。

圖6 系統(tǒng)界面展示2

此外，本系統(tǒng)還具有“一號(hào)雙終端”功能，即用戶在移動(dòng)終端和電腦端上都可以使用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)處理模塊電腦端顯示界面如圖7 所示。移動(dòng)端便攜易操作，適合移動(dòng)辦公，有利于用戶對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)查看與移動(dòng)管理；電腦端顯示的追溯信息更多更清楚，更有利于用戶對(duì)數(shù)據(jù)的研究與統(tǒng)計(jì)，兩者相輔相成能夠極大地提高追溯效率。

圖7 系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理電腦端界面展示

4 系統(tǒng)應(yīng)用效果

系統(tǒng)開發(fā)完成后，首先在我校紡紗車間進(jìn)行了試驗(yàn)。車間使用EJM128K 型細(xì)紗機(jī)和ESPERO M 型全自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)。在系統(tǒng)試驗(yàn)的過程中，記錄所產(chǎn)生的問題，隨后對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化完善和改造升級(jí)。再將改善后的系統(tǒng)應(yīng)用在某紡織廠紡紗車間的20 臺(tái)（2.4 萬錠）JWF1579 型和100 臺(tái)FA506型（4.8 萬錠）細(xì)紗機(jī)上，具體應(yīng)用效果如下。

（1）系統(tǒng)綜合成本較低。將本系統(tǒng)與傳統(tǒng)管紗追溯方法中的寫字標(biāo)記法（方式1）和非全自動(dòng)的手持便攜式管紗溯源系統(tǒng)（方式2）分別應(yīng)用在20 臺(tái)JWF1579 型細(xì)紗機(jī)和100 臺(tái)FA506 型細(xì)紗機(jī)上，按照每天每臺(tái)細(xì)紗機(jī)6 次落紗和每名工作人員每天工作8 h、每月工資5 000 元來計(jì)算，3 種追溯方法的綜合成本對(duì)比結(jié)果如表1 所示。從表1 中可以看出，無論是在細(xì)紗長(zhǎng)車上還是在細(xì)紗短車上，方式1 和方式2 都需付出較高的人工成本，特別是方式1 已明顯不適用于管紗全覆蓋的追溯模式。早期企業(yè)是使用方式1 在紗管上標(biāo)記錠位信息，一臺(tái)細(xì)紗長(zhǎng)車1 200 個(gè)紗管需要10個(gè)人停車標(biāo)記30 min，一臺(tái)細(xì)紗短車480 個(gè)紗管需要6 個(gè)人停車標(biāo)記20 min；使用方式2 后一臺(tái)細(xì)紗長(zhǎng)車需要1 個(gè)人停車掃描檢測(cè)20 min，一臺(tái)細(xì)紗短車需要1 個(gè)人停車掃描檢測(cè)8 min；而在本系統(tǒng)中整個(gè)生產(chǎn)過程無需人為干預(yù)、無需停車檢測(cè)，人工成本大幅降低。無論是在細(xì)紗長(zhǎng)車還是在細(xì)紗短車上，本系統(tǒng)相較于另外兩種管紗追溯方式綜合成本都是最低的，且能實(shí)現(xiàn)整個(gè)紡紗車間細(xì)紗管紗全覆蓋追溯。但是相較于細(xì)紗長(zhǎng)車，應(yīng)用在細(xì)紗短車上的成本明顯增加。因此，本系統(tǒng)更適合在細(xì)紗長(zhǎng)車上推廣使用。

表1 3 種方式在細(xì)紗機(jī)長(zhǎng)車和短車上的成本對(duì)比

（2）系統(tǒng)標(biāo)簽讀取速率快，讀寫準(zhǔn)確度高，自動(dòng)寫入穩(wěn)定性高?；趯?duì)電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)信息讀取與寫入格式的設(shè)計(jì)以及對(duì)系統(tǒng)讀取部分代碼的優(yōu)化，在疵管檢測(cè)時(shí)質(zhì)量管理人員使用移動(dòng)終端讀取絡(luò)筒工序中被剔除的帶有電子標(biāo)簽的疵管，其能夠在1.5 cm 以內(nèi)被準(zhǔn)確讀取，系統(tǒng)讀取速度為1.2 s/個(gè)。由于本系統(tǒng)人工讀取速度和讀取位置可控，可減少誤操作并對(duì)誤操作后的紗管及時(shí)處理，在系統(tǒng)發(fā)生故障的最壞情況下，最多有1 個(gè)~2 個(gè)疵管出現(xiàn)讀取不到的情況，但并不會(huì)對(duì)其他疵管產(chǎn)生影響，讀取準(zhǔn)確率可達(dá)99.8%以上。在標(biāo)簽自動(dòng)寫入的過程中，系統(tǒng)設(shè)定的寫入速度為每秒100 個(gè)紗管，但實(shí)際生產(chǎn)過程中每秒只需寫入1 個(gè)紗管即可，因此系統(tǒng)能夠在1 s 內(nèi)對(duì)紗管進(jìn)行反復(fù)的讀寫確認(rèn)，寫入準(zhǔn)確度大幅提高，自動(dòng)寫入功能較穩(wěn)定。

（3）系統(tǒng)能夠有效減少疵管數(shù)量。據(jù)統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行9 個(gè)月以來，細(xì)紗機(jī)上的空管平均由6 個(gè)/臺(tái)降至1 個(gè)/臺(tái)以下，滿管率由97%提升至99.5%以上，平均疵管率由1%~2%降至0.1%，相當(dāng)于每1 000 個(gè)管紗中疵管數(shù)量減少了10 個(gè)~20 個(gè)，管紗生產(chǎn)效率和生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益明顯得到提高。

（4）系統(tǒng)能對(duì)管紗問題形成閉環(huán)管理。在生產(chǎn)過程中，傳統(tǒng)追溯方式已不能滿足對(duì)紗錠的日常維護(hù)，維護(hù)人員不能及時(shí)保養(yǎng)和修理出現(xiàn)問題的紗錠。而工作人員利用裝有本系統(tǒng)的移動(dòng)終端讀取絡(luò)筒工序中被剔除的疵管信息后，按照絡(luò)筒機(jī)上的錯(cuò)誤提示在系統(tǒng)中選擇對(duì)應(yīng)的紗疵產(chǎn)生的原因后與其生產(chǎn)信息一并保存上傳到疵管數(shù)據(jù)庫中。隨后維護(hù)人員便能通過查看疵管數(shù)據(jù)表及時(shí)追溯到絡(luò)筒剔除疵管對(duì)應(yīng)的壞錠，解決該錠位引起不良紗疵的隱患，大幅降低疵管數(shù)量，對(duì)管紗問題形成閉環(huán)管理。

5 結(jié)語

本研究針對(duì)目前紡紗企業(yè)細(xì)紗管紗的標(biāo)志方法和已有管紗溯源系統(tǒng)的不足，基于RFID 技術(shù)，利用移動(dòng)終端、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫，結(jié)合固定式RFID標(biāo)簽讀取檢測(cè)裝置和絡(luò)筒工序電子清紗器的疵點(diǎn)檢測(cè)結(jié)果，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于移動(dòng)終端的全自動(dòng)管紗溯源系統(tǒng)。訪系統(tǒng)具備疵管電子標(biāo)簽信息讀取保存和數(shù)據(jù)處理功能，實(shí)現(xiàn)了疵管的跟蹤與溯源，并在20 臺(tái)JWF1579 型和100 臺(tái)FA506 型細(xì)紗機(jī)上能夠穩(wěn)定運(yùn)行。與目前已有的管紗溯源系統(tǒng)相比，系統(tǒng)在架構(gòu)上進(jìn)行了優(yōu)化，便攜性、交互性與易操作性得到了提升，有效降低了追溯成本，提高了管紗追溯效率，對(duì)管紗問題形成了閉環(huán)管理。本系統(tǒng)對(duì)于企業(yè)紡紗生產(chǎn)過程的數(shù)字化管理及推動(dòng)企業(yè)信息化具有一定的實(shí)用價(jià)值和指導(dǎo)意義。