摘 要

在信息化时代背景下，由大量工人、记录员来记录生产数据的工作模式已经无法满足科技与工业水平飞速发展所带来的对于信息的迫切需求。本文为解决该问题，在经过实地走访调查后，针对武汉KMS公司的装配线模式以及当前装配模式下存在的诸多问题，提出基于RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）技术的装配生产线信息化实施方案。该方案基于工作区域、工作性质、工作方式以及信息采集类型等方面的不同，进行RFID系统在库存区域、流动装配区域、固定装配区域和人工活动区域这四大区域内的差异性布局设计和相关硬件设施设备的选型分析，并根据设计结果使用VFP（Visual FoxPro）软件进行数据库与系统的原型设计，实现系统登录、注册以及装配工作部分关键岗位的信息查询功能，以此完成装配生产线信息化实施的方案设计。

关键词：RFID；装配线；信息化；VFP

Abstract

Under the early background of the information, the mode of recording production data by a large number of workers and recorders has been unable to meet the urgent need for information brought by the rapid development of science and technology. In order to solve this situation, after field visits and investigations, this article puts forward the implementation scheme of assembly line informatization based on RFID (Radio Frequency Identification) technology aiming at the mode of assembly line and the problems existing in current assembly mode in KMS Company, Wuhan. This scheme is based on the differences of working area, working nature, working mode and the types of information acquisition in the working area, the different layout design of the RFID system in the four different areas of inventory area, moving assembly area, fixed assembly area and manual activity area and the selection of hardware facilities and equipment are carried out. And the database and system prototype design are carried out by VFP (Visual FoxPro) software to realize the function of system login, registration and information query of the key positions in the assembly working parts, so as to complete the scheme design of the informatization implementation of the assembly line.

Key Words：RFID, Assembly Line, Informatization, VFP

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内外现状分析 1

1.3 研究内容及方法 2

第2章 RFID技术 3

2.1 RFID技术介绍 3

2.2 RFID系统组成 3

2.3 RFID系统工作原理 4

2.4 RFID技术应用领域 4

2.5 本章小结 5

第3章 KMS公司现状分析与RFID系统布局设计 6

3.1 KMS公司及其产品简介 6

3.2 武汉KMS公司装配线现状分析 6

3.2.1 武汉KMS公司装配线模式 6

3.2.2 装配线存在的问题 6

3.3 装配线信息采集类型 7

3.4 RFID标签与阅读器的布局设计 7

3.4.1 库存区域 7

3.4.2 固定装配区域 8

3.4.3 流动装配区域 9

3.4.4 员工活动区域 10

3.5 RFID系统硬件选择 10

3.6 本章小结 11

第4章 数据库设计 12

4.1 数据库整体结构设计 12

4.2 数据库设计 12

4.2.1 数据库表设计 13

4.2.2 数据库表单设计 14

4.3 本章小结 15

第5章 系统及界面设计 16

5.1 主界面设计 16

5.1.1 登录界面 16

5.1.2 库管人员主界面 17

5.1.3 组装人员主界面 18

5.1.4 管理人员主界面 19

5.2 辅助界面设计 20

5.2.1 产品相关界面 20

5.2.2 零部件相关界面 24

5.2.3 精确查询界面 24

5.2.4 人员相关界面 25

5.2.5 注册界面 26

5.3 工位信息查询界面设计 27

5.4 本章小结 28

第6章 总结 29

参考文献 30

致 谢 31

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

伴随着“中国制造2025”和“工业4.0”计划的开展与实施，工业技术不断的革新，生产企业规模也不断的扩大，传统的人工核查、手工扫描统计、视频监控等信息采集方式已经无法满足对装配线上产品动态信息的实时监督与控制。很多企业不得不对车间工厂内部的各个环节进行不断的升级和变化，以消除科技水平不断提升所显示出的诸如信息传递不及时、信息错误率高等问题带来的影响。传统的控制感应器、条码识别技术信息采集方式也由于读取距离短、抗污性差、对环境要求高等一些不可避免的因素会对收集到的信息带来影响。企业为了避免因信息传递不及时或传递错误造成不必要的损失，不得不需要一种能够实时、准确采集装配线上产品动态信息的设备及系统，以满足在流程控制、生产进度把控、信息实时传递等方面的需求。

本次研究将从实际出发，对实体公司进行调查，结合当前形势下的种种问题，通过引入RFID技术将当前传统企业在信息采集传递上存在的问题进行解决，并对此系统下的初步设计布局与软件系统的实施应用进行规划设计，为企业在该方面寻找到一个较为合适的解决方案，以保证企业能够在信息把控环节做到更好。

1.2 国内外现状分析

RFID技术是20世纪80年代新兴起的一种自动识别技术，在最早期的时候，RFID技术主要是应用在战争用飞机区别敌我战机的系统中。随着科学技术的进步与发展，RFID的应用领域也不断扩大，现在已经可以扩展到日常生活的方方面面，并且由于在传统的信息获取手段无法满足现如今装配生产企业对于信息快速获取与传递的需求的情况下，也有很多人因RFID技术的较为突出的优势，将RFID应用在很多不同的领域上，这些学者们在RFID技术的基础上对其进行合理的改造，提出了很多新的应用方案与方法。

罗国富、刘海东、姜宗品^[1]等人通过将RFID技术应用在物联网环境下的离散制造业上，使车间生产中数据采集变得容易，其所建立的RFID的实时数据采集系统良好的解决了生产数据量庞大冗杂、信息存储定位难以确定的问题并很好的改善了各部门间信息不能及时传递，生产效率底下的现状，实现了对车间生产实时数据的采集和对车间的生产设备、人员等做到实时监督。乔亚、刘洋^[2]等人在图书馆的书籍文献定位、管理上应用了RFID技术，通过附在书籍文献上的标签，将各种信息上传至系统，在文献上架、定位、借还、安全监管等多方面极大地方便了读者和图书馆管理人员，对图书馆书籍文献管理的智能化应用方面提供了较为深入的研究。并且张晓东^[3]等人也以复旦大学的图书馆提出了一种基于RFID技术的图书馆的通用服务平台，通过对系统进行设计实现能够满足图书馆日常业务需求的功能。此外潘宏斌^[4]等人、魏伟^[5]等人还将RFID技术应用在一些企业或高校的考勤与签到等方面，通过RFID标签、阅读器与网络的有效结合解决了传统考勤打卡制度费时费力以及数据难以实时管理的情况，并且通过将设备与相关网络进行连接，赋予了在系统中可以查询出勤率、签到时间等功能，实现了企业与校园的智能化签到与管理功能。金辉^[6]则将RFID技术应用在了大数据环境下，凭借RFID其准确、多物体识别等优势，快速获取有效信息并及时上传至云端服务器，实现多地点多方位同时获取信息，高效处理各方面存在的问题，降低了企业风险。

RFID技术不仅仅在国内有诸多的应用，国外的许多科学家、学者也将此技术应用到不同领域并取得不错的效果。Yeung W K^[7]等人为解决服装供应链优化问题，基于RFID技术将流水作业调度问题进行合理的规划，利用RFID技术与实际操作的结合，取得了巨大的成果；Muawia Ramadan^[8]等人则通过探讨RFID在智能精益生产制造的可持续性发展和精益数字化工厂中发挥的重要作用，从价值流的角度利用RFID技术实现智能精益生产作业的实时控制。

1.3 研究内容及方法

本文针对武汉KMS公司装配生产线的实际运作模式，经过实地的调查研究，在了解其装配线上存在的主要问题后，基于现有厂房结构、装配线规模与形式，提出使用RFID技术来实现该装配线信息化的实施方案。通过对操作员工的基本信息、产成品及零部件的出入库信息、装配线上的关键节点等进行信息采集，并将其传递给数据库系统进行处理与分析，以实时掌握装配线上的各环节的工作情况。根据实际情况及研究结果，使用Microsoft Visual FoxPro 9.0软件进行装配线管理系统后台数据库的建立并且结合目前状况与未来形势确定数据库的字段选择。基于设计方案实现软件系统的设计，进行简易的编程，实现生产装配线运作中的信息采集与分析，完成对该公司装配线信息化的方案设计。

第2章 RFID技术

2.1 RFID技术介绍

RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）技术是一种通过无线电信号来对特定的目标进行读取、写入的无线通信技术。它无需与被识别物体近距离接触便可以对其进行信息识别或写入，其非接触式的识别方式可以穿透水气、粉尘、烟雾等进行信息的读取和写入，也可以在条码技术所不能及的污染较重等恶劣条件下进行识别。

除此之外，RFID技术的辨识速度很快，并可以同时进行多物体的识别。RFID技术不仅可以针对范围内单一既定目标进行识别读取并进行数据传输，也可以同时与范围内多目标进行数据传输交换。而且该技术还可以解决传统信息传递中需要保持识别器与被识别物体之间相对静止或稳定的限制，可以对运动中的物体进行识别，其种种优势良好的解决了信息传递速度慢、识别错误率高等方面的问题。

2.2 RFID系统组成

一套较为完整的RFID系统由电子标签、阅读器和相关的软件系统这三大部分组成（如图2.1）。

图2.1 RFID系统组成

电子标签是由电子芯片与具备无线通信功能的天线组成。电子标签是信息的来源，RFID系统中的大部分信息都记录在各个RFID标签内。每一个电子标签都具有一个独一无二的编码，通过该编码来确定自身的独特性。

阅读器是与电子标签实现通信的装置，阅读器通过内置天线发出一定频率的电磁波来读取电子标签中的信息，这样便可实现阅读器与电子标签之间的通信过程。此外，阅读器还可以接收到来自通信网络中的信息。通过将阅读器与计算机的通信网络相连接，实现阅读器与计算机之间的数据传输功能。

软件系统则是指用于实现数据反馈的软件应用，通过把阅读器读取到的标签中的信息反馈到计算机软件系统中，相关从业人员便可以从软件系统中获取各标签的信息，并对其进行修改、删除、追加等操作。

2.3 RFID系统工作原理

RFID系统的工作原理可以分成两种方式，一种是由系统的阅读器天线发出一定频率的信号来激励电子标签中产生反馈信号，从而获取标签中的信息并将其反馈给系统软件，使用者便可以从软件系统上获取所需要的内容。另一种则是由电子标签主动发送某一频率的信号，待阅读器获取后，传输给系统软件，完成信息传递。

在RFID系统中，射频信号主要通过感应耦合和后向散射耦合两种模式进行传输。感应耦合主要是通过两个耦合线圈彼此接近但不发生接触，一个线圈被通电发出磁场，另一线圈因电磁感应而获得感应电流，从而通过此种原理传递信息。该种工作方式多用于短距离低频的RFID系统使用。而后向散射耦合则是阅读器发出电磁波后被含有信息的RFID标签反射后接收实现的信息传递，该模式适用于较高频率的RFID系统使用。

2.4 RFID技术应用领域

RFID技术因其诸多的优势使得它在许多领域上得到应用。

1）医药、临床试验等方面

随着医疗行业的快速发展，在药品临床试验规模的不断扩大下，对于临床试验、药品管理等方面就产生了很多问题，RFID技术的应用为临床试验提供了很多可行的技术方案，通过将RFID技术与临床试验的管理相结合，提升了管理的效率也降低了管理的难度，为医疗领域带来了重大的变革^[9]。

2）射频门禁、身份识别等领域

通过将RFID设计制造成门禁卡^[10]，停车场出入通行证等需要具有自动识别功能的区域上，便可以脱离传统的人工核验，一方面降低了人工劳动成本，另一方面也避免了因为人为因素造成不必要的损失和麻烦。

3）食品溯源、产品防伪

RFID技术经过十几年的发展已经具备较为成熟的技术应用，通过将RFID标签附着在特殊食品^[11]或产品的表面，通过获取标签内的信息即可获得食品的来路、产品的真伪^[12]等信息，对于问题产品也可以通过简单的追溯便可直达问题根源。

4）大数据与云计算^[13]方面

通过将生产所获取的RFID原始数据进行重建，并对其赋予一些逻辑、算法等^[14]，将RFID技术与大数据和云计算相结合，实现用户可以轻松处理日常事务的功能，最终实现智能化物联网的可视化。

2.5 本章小结

本章详细的研究并分析了RFID技术的特点、系统组成与工作原理，并从不同的应用领域介绍了RFID技术的优势所在，为后文选取RFID系统，提供理论基础。

第3章 KMS公司现状分析与RFID系统布局设计

3.1 KMS公司及其产品简介

KMS公司是于1920年在明尼阿波利斯市创立，至今已有100年历史。KMS公司在全球的发电系统及其相关的零部件产品与服务的供应上，一直都处于领军地位，其产品大多应用于备载电力、分布式发电或作为一些移动设备的辅助电源。KMS公司的产品主要包括柴油发电机组、燃料发电机组、交流发电机组等，其产品广泛应用于医院、市政、学校、办公楼群等领域。KMS公司的产品可靠性高、质量过硬，并附有一定的创新性，被世界范围广泛认可。

3.2 武汉KMS公司装配线现状分析

3.2.1 武汉KMS公司装配线模式

经过对武汉KMS公司装配车间的走访调查，武汉KMS公司装配生产线主要分为两种模式，固定装配和流动装配。固定装配模式下主要针对重量重、体积大的大型发电机组进行组装，采取人动，产品不动的装配模式，待前序装配工作完成后，后续装配工人顶替前序装配工人的位置继续装配，直至发电机组组装完成。流动装配则针对同种小批量小型发电机组的组装，采取产品动，人不动的装配模式，每个工位负责组装发电机组的某一道工序，完成后使用起吊机传送至下一工位继续工作，直至组装完成。

3.2.2 装配线存在的问题

尽管企业装配线上技术要求很高，装配过程也可以实现稳定、持续性的作业，但是仍然无法实现对各个环节、各个工位上一些较为细节的信息的获取，装配过程中人员效率问题并不能够得以体现，无法实现对于装配线各环节的精准把控。通过调查可以了解到武汉KMS公司的装配线上主要存在如下几个方面的问题：

1）管理人员无法快速获取装配线上各工位的运作情况，无法实时获取线上的工作效率及工位的闲置率，无法及时对装配进程进行全局性把控。

2）装配信息无法实时传递。线上装配信息大多由组装人员于工作结束后上报系统或管理人员，无法在装配进程中进行数据、信息的反馈与获取。

3）由于组装工作量较大，单一产品组装过程需多人合作完成，公司现有情况无法准确地记录各部分的负责人与装配人，难以对其工作进行责任划分。如若出现故障产品，无法锁定问题装配人员。

上述的问题在一定程度上影响着公司装配进程的效率，同时也提高了企业的风险，为了避免这些问题带来不必要的损失，将通过引入RFID系统，以实现各个环节的信息采集与传递，便于管理人员对装配线全局进行管理。

3.3 装配线信息采集类型

在产品组装生产的过程中，需要上层管理人员对于装配线上的整体情况进行全局性的实时把控，同时还要对线上各环节的信息做到心中有数，便于根据实际情况做出组装生产进度的调整，以保证装配线顺利高效的进行。而对于从事在一线的组装人员等则需要了解线上工作设备的运作情况，产品、零件、物料等基本信息，并实时将工作进度进行上传反馈^[15]。为了实现这种实际工作的需求，需要对装配线上必要的信息进行采集。在对武汉KMS公司的实际情况及装配生产线存在的问题进行分析后，所实施的RFID系统应对以下几类信息进行采集：

1）操作员信息。主要记录操作员编号、操作员姓名、操作员类别等可用于识别、确认、锁定各类人员的基本内容。

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