Resumo: Considerando os problemas atuais com os métodos de coleta de dados retrospectivos e a falta de métodos de monitoramento do status da produção em oficinas de fabricação de máquinas agrícolas, foi estudada uma solução baseada na tecnologia de identificação por radiofrequência (RFID). Primeiramente, com base na análise do status atual da produção da empresa, foi proposto um esquema de coleta de dados e uma arquitetura de suporte de rede baseados na tecnologia RFID; em seguida, um sistema de rastreamento do status de produção foi desenvolvido utilizando a plataforma Visual Studio 2017 e a linguagem C#; finalmente, uma colhedora de milho foi selecionada como objeto de estudo para a implantação do hardware no local de produção e para a realização de experimentos em seu processo produtivo; os casos experimentais demonstram que o sistema funciona de forma rápida e estável, auxiliando a empresa na coleta de dados em tempo real e no monitoramento visual do status da produção, verificando a viabilidade e a eficácia do método proposto. Palavras-chave: oficina de fabricação de máquinas agrícolas; identificação por radiofrequência; coleta de dados; monitoramento visual


A Identificação por Radiofrequência (RFID) é uma tecnologia de identificação automática sem contato que pode identificar automaticamente objetos estacionários ou em movimento equipados com etiquetas eletrônicas. Como parte importante da Internet das Coisas, tem recebido grande atenção nacional e internacional, sendo profundamente estudada por pesquisadores nacionais e estrangeiros em áreas como gerenciamento de armazéns, reconhecimento de identidade e controle de produção. Além disso, em comparação com a tecnologia tradicional de leitura de código de barras, a tecnologia RFID apresenta características como identificação de lotes à distância, alta velocidade de processamento de informações e forte adaptabilidade ao ambiente, tornando suas vantagens de aplicação na coleta de dados em oficinas de manufatura, monitoramento de processos de produção e outros campos cada vez mais evidentes, dando ao desenvolvimento da informatização na manufatura discreta tradicional um enorme impacto [1]. Atualmente, pesquisadores nacionais e estrangeiros têm realizado algumas pesquisas teóricas sobre a aplicação da tecnologia RFID: a literatura [2] resume o modelo de aplicação da tecnologia RFID na manufatura discreta. A literatura [3] resume a essência da aplicação da RFID: monitorar as mudanças de status dos recursos de manufatura e coletar os dados relacionados a essas mudanças; e propõe um modelo de coleta de dados de trabalho em andamento baseado em RFID. De acordo com a estrutura do código EPC na etiqueta eletrônica, a literatura [4] propõe regras de codificação para associar recursos de manufatura, visando a associação estática e dinâmica do processo de processamento desses recursos. A literatura [5-6] propõe um algoritmo de otimização de implantação de leitores RFID, que pode ser utilizado em condições limitadas, obtendo-se a área de cobertura máxima dentro do espaço disponível. A literatura [7] propôs a combinação da tecnologia RFID com o sistema de gerenciamento de armazém, desenvolvendo um algoritmo de seleção no sistema de gerenciamento de estoque RFID para maximizar a eficiência do manuseio de materiais e reduzir os custos operacionais. A literatura mencionada acima propõe diversos modelos de aplicação e pesquisas de algoritmos de simulação baseados na tecnologia RFID, porém, todos se concentram em pesquisas teóricas e carecem de estudos que combinem a aplicação prática com os problemas reais de produção das empresas. Portanto, observa-se um fenômeno em que a "pesquisa aplicada está atrasada em relação à pesquisa teórica". Com base nas pesquisas dos autores mencionados e considerando o cenário de produção de uma empresa de máquinas agrícolas em Xinjiang, propõe-se uma solução de aplicação RFID para oficinas de fabricação de máquinas agrícolas. A configuração de hardware e a coleta de dados em tempo real do RFID foram implementadas em torno do fluxo do processo e dos lotes de produção do processo produtivo em andamento, e uma plataforma de monitoramento baseada na arquitetura cliente/servidor foi desenvolvida por meio da plataforma Visual Studio 2017 para realizar o monitoramento visual do processo de produção.

2 Análise do estado de produção e requisitos de aplicação 2.1 Análise do estado de produção A Xinjiang M Company é uma empresa que atua na fabricação de máquinas agrícolas e pecuárias. Após investigação e análise, constatou-se que o processo de produção da colhedora de milho é realizado principalmente por processamento físico e montagem. O processo de montagem é dividido em quatro seções de trabalho. A estrutura da carcaça é colocada na linha de montagem. A cada chegada a uma estação de montagem, os trabalhadores instalam as peças correspondentes de acordo com os requisitos de montagem, até que a estrutura seja retirada da linha. O processo de montagem é complexo e envolve muitos tipos de materiais. Há dois problemas principais: (1) O método de coleta de dados é inadequado. Os equipamentos são antigos e o nível de informatização é baixo. O responsável pela seção de trabalho precisa registrar manualmente as informações de montagem assim que o produto sai da linha de produção. Isso impossibilita a obtenção de dados em tempo real do processo de produção e a análise da capacidade produtiva por meio de dados históricos. Por exemplo, diferentes níveis de proficiência dos trabalhadores levam a grandes diferenças no tempo de conclusão de cada processo, resultando em operações desequilibradas na linha de produção. (2) Problemas na supervisão em tempo real do progresso da produção. Os gerentes de oficina não conseguem compreender as informações de progresso da produção em tempo real dos produtos atuais e precisam verificar constantemente o status da linha de frente da oficina, resultando em baixa eficiência do trabalho e desperdício de tempo e dinheiro. 2.2 Análise da demanda de aplicação Cada vez mais acadêmicos e empresas percebem a importância de combinar a análise teórica com as condições de produção da empresa. Portanto, aqui estudamos a gestão da informação do processo de produção por meio da combinação da tecnologia RFID com o processo produtivo. Os conteúdos específicos são os seguintes: (1) Coletar dados em tempo real do processo de produção por meio da tecnologia RFID para alcançar a transmissão sem papel de dados do produto no processo de produção, informatizando-o e eliminando a falta de pontualidade e a propensão a erros dos métodos tradicionais de coleta manual. (2) Os diferentes níveis de proficiência dos trabalhadores levam a grandes diferenças no tempo de processamento, e o tempo de processamento de cada estação não pode ser padronizado, resultando em desperdício de tempo e dinheiro. O tempo de processamento em tempo real é obtido por meio da tecnologia RFID, fornecendo suporte de dados para a análise posterior da capacidade de produção da empresa. (3) Realizar a gestão unificada de dados através da construção de um sistema de suporte à rede de oficinas, desenvolver uma plataforma de rastreamento do trabalho em andamento e alcançar o monitoramento visual do processo de produção.

3. Projeto de solução de aplicação baseada em RFID
3.1 Projeto do esquema de coleta de dados A coleta de dados em tempo real é a base para o monitoramento em tempo real do status dos produtos em processo, e o processo de coleta de dados acompanha todo o processo de produção. As ideias específicas para a coleta de dados são as seguintes:
3.1.1 Etapa de preparação da operação Antes da operação, os materiais e as etiquetas RFID precisam ser vinculados. Primeiro, escreva as informações do produto e do fluxo do processo na etiqueta RFID, atribua um ID temporário ao produto para identificação exclusiva e conclua a inicialização da etiqueta RFID. Em seguida, cole a etiqueta no modelo do produto. Após inserir as informações com sucesso, você poderá se preparar para a operação online.
3.1.2 Etapa de operação de montagem: Configure pontos de coleta de dados em cada processo, ou seja, instale antenas RFID. Quando os produtos em processo chegam à estação de montagem, o leitor lê as informações do processo na etiqueta através da antena RFID e obtém as informações atuais do status do processamento. Quando o operador conclui o processo e o resultado da inspeção de qualidade é "qualificado", os dados na etiqueta serão atualizados automaticamente de acordo com as informações do processo. O processo acima será repetido até que todos os processos sejam concluídos, aguardando a entrada na seção de depuração. 3.1.3 Etapa de depuração: Após a conclusão do trabalho de montagem do produto em processo, a etapa de depuração de toda a máquina será iniciada. Se a depuração falhar, o status do processamento do produto em processo será atualizado para "Retrabalho". Após a conclusão do retrabalho, a etapa de depuração continuará até que a depuração seja aprovada; se a depuração for aprovada, as informações do status do processamento serão atualizadas para "Depuração aprovada".
3.1.4 Fim do trabalho Após a conclusão de todas as operações de montagem e a depuração bem-sucedida de toda a máquina, os dados são transmitidos automaticamente para o servidor de banco de dados por meio do middleware para armazenamento. Todas as etiquetas são recuperadas e as informações das etiquetas são apagadas simultaneamente para reciclagem.

3.2 Princípio de rastreamento do status do material As informações de rastreamento do status do material [8] incluem informações básicas do material e informações sobre o status do material. As informações básicas do material incluem nome do material, código do material, modelo de especificação, lote de produção, etc.; as informações sobre o status do material incluem informações sobre o status da montagem, informações da estação de trabalho, tempo necessário para concluir o processo, etc. Ao instalar pontos de coleta de dados RFID em cada estação de trabalho, as informações de status variáveis ​​do produto durante a produção nessa estação de trabalho podem ser capturadas até que todos os processos sejam concluídos. Todo o processo realiza a sincronização do fluxo físico e do fluxo de informações.

3.3 Arquitetura de suporte de rede do sistema Com base no esquema de coleta de dados RFID, a arquitetura de suporte de rede do sistema é projetada [9], conforme mostrado na Figura 3. A camada de coleta de dados está diretamente voltada para o local de produção da oficina por meio de terminais de coleta de dados RFID para realizar a coleta e o armazenamento de dados de produção. Os dados subjacentes são então carregados no servidor de banco de dados por meio do middleware RFID e da LAN da oficina; a camada de processamento de dados fornece suporte de dados para a camada de aplicação após a conclusão do processamento dos dados originais; a camada de aplicação empresarial é usada para suportar módulos funcionais, como monitoramento do processo de produção e consulta de informações históricas. Os dados do processo de produção também podem ser fornecidos a outros sistemas por meio de Web Service ou Linguagem de Marcação Extensível (XML). Os gerentes da empresa podem obter informações de produção em tempo real direta ou indiretamente por meio da integração com sistemas MES. 272 ​​Fan Yuxin et al.: Pesquisa sobre a Aplicação da Tecnologia de Identificação por Radiofrequência em Oficinas de Fabricação de Máquinas Agrícolas Edição 5 Figura 3 Arquitetura de Suporte de Rede do Sistema Fig.3 Arquitetura de Suporte de Rede do Sistema

4 Implementação do Sistema Com base no esquema de coleta de dados e na estrutura do sistema descritos acima, foi desenvolvida uma plataforma de rastreamento do status de produção em andamento em uma oficina de fabricação de máquinas agrícolas, utilizando o banco de dados SQL Server para armazenar dados de produção e fabricação. Para garantir a segurança e o tempo real dos dados, o sistema foi desenvolvido utilizando a arquitetura cliente/servidor (C/S). O projeto dos módulos funcionais do sistema é apresentado na Figura 4. Ele inclui principalmente o módulo de coleta de dados, o monitoramento do status da produção, as estatísticas de informações em tempo real e a consulta de dados históricos. Figura 4 Diagrama da Arquitetura Funcional do Sistema 4.1 Módulo de coleta de dados A coleta de dados é o núcleo do sistema, incluindo a inicialização de tags e a aquisição de dados. Ou seja, os dados coletados são armazenados no banco de dados por meio do dispositivo de coleta de dados e, em seguida, por meio da análise e do processamento dos dados, são fornecidos dados de suporte para o monitoramento do status da produção. 4.2 Monitoramento do status da produção: Quando um produto etiquetado entra na área de leitura da antena, as informações básicas e o status da produção do produto são obtidos, e o status da produção em andamento é monitorado em tempo real; o plano de produção é retroalimentado em tempo real por meio do número do lote de produção do trabalho em andamento. Cronograma completo. 4.3 Estatísticas de informações em tempo real: Estatísticas em tempo real sobre o número total de operações online, quantidade concluída e quantidade em montagem de toda a linha de montagem; estatísticas sobre a quantidade de vários produtos de acordo com as estações de trabalho, categorias de produtos e planos de produção. 4.4 Consulta de dados históricos: Estatísticas de dados históricos de produtos produzidos com base no tempo de conclusão, especificações e modelos do produto, números de projeto e códigos do produto. 5 Verificação de caso: O experimento utiliza o processo de montagem do picador de milho como exemplo. A configuração do hardware RFID da linha de produção é mostrada na Figura 5. O leitor coleta e grava dados na etiqueta conectando-se à antena RFID e, em seguida, conecta-se ao computador host para formar uma rede local. O computador host implementa a configuração dos parâmetros do dispositivo de hardware RFID e a comunicação de dados com o leitor. Leitor/gravador RFID, etiqueta RFID, computador host, picador de milho, antena RFID. Figura 5: Diagrama de configuração do local RFID. Figura 5: Layout do local RFID. O picador de milho possui quatro seções de montagem, e cada seção está equipada com uma antena RFID. Tomando como objeto de estudo o processo de montagem do picador, o código do material correspondente é 202031506250001, o modelo de especificação é QS-3150 e o plano de produção é 202006-01. A tabela de roteiro de processo correspondente é mostrada na Figura 6. Deve-se observar que, devido à complexidade do ambiente no local, a configuração do equipamento RFID será afetada. Para garantir a eficiência de leitura da antena RFID, a etiqueta eletrônica é fixada na lateral da carcaça próxima à antena, garantindo que cada processo de montagem possa ser lido. Figura 6 Fluxograma do Processo de Montagem da Picadora da Máquina de Milho Figura 7 Interface de Operação do Sistema Antes de montar a picadora, fixe uma etiqueta RFID e insira as informações iniciais, como nome do produto, código, número do plano de produção, etc. Após a inicialização da etiqueta, ela estará pronta para a produção online. Quando o produto entra no primeiro processo, o RFID lê as informações da etiqueta e obtém as informações de localização e status atuais. Ao mesmo tempo, registra o horário de início. Quando a picadora conclui o processo, as informações da etiqueta são atualizadas automaticamente e o horário de conclusão é registrado, e assim por diante, até que a depuração seja concluída. Os dados coletados são armazenados no banco de dados e as etiquetas são descartadas para reciclagem. A interface de execução do programa exibe todo o processo mencionado acima em tempo real e também pode exibir com precisão o status de conclusão do processo atual e do plano de produção, além de contabilizar o tempo de conclusão de cada processo, a quantidade online de cada modelo de produto, a quantidade concluída e outras informações.