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【摘 要】目前，我国对棉纺织厂半成品流转信息的处理，普遍采用的是人工采集、录入系统的方式，为了改变这种工作模式，对其实行自动化管理，从而提高棉纺织厂车间的生产作业效率。本文对RFID技术和适用性进行了分析，并通过对RFID中间件的数据传输进行了设计与实现，从而将RFID运用到棉纺织厂半成品流转中，有效地解决了棉纺织厂半成品流转存在的问题，实现棉纺织厂半成品流转信息的自动化管理。
【关 键 词】半成品流转；射频识别；RFID中间件；自动化管理；数据传输
【中图分类号】 TS103.7【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0251-02
The Application of RFID in Semi-finished Products Circulation of Cotton Textile Factory
HUANG Ya-xin
？¨School of Electrical Engineering and Automation？？Tianjin Polytechnic University， Tianjin 300387， China？？
【Abstract】 At present， the cotton textile factory in processing of semi-manufactured products widely using artificial collection， record system， in order to change the mode of operation， implementing the automated management of semi-finished products circulation and then improving cotton textile factory workshop production efficiency. In this paper， through the analysis of RFID technology and application， and the data transmission of RFID middleware is designed and implemented， and using the RFID to the semi-finished products circulation， which effectively solve the cotton textile factory semi-manufactured goods circulation problems， realize automatic management of the cotton textile factory semi-finished products circulation information.
【Key words】semi-finished products circulation； Radio Frequency Identification； RFID middleware ； automated management； data transmission
0 引言
射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID）是无线电技术在自动识别领域中的具体运用。由于其先进的自动识别和数据采集技术，它被广泛应用于生产制造、销售流通、公共安全等领域。另外，射频识别技术只有与特定的领域相结合，才能充分发挥它的高效、自动化等这方面的优点[1]。
在我国，RFID的应用还处于初级阶段，在相当一部分产业中还未得到广泛的应用[2]。例如，在棉纺织厂半成品流转中还普遍采用传统的人力资源对其流转信息进行采集，录入系统。这种方式存在数据不准确、易遗失、不清晰、信息传递延时大等缺点，所以将RFID应用于半成品流转中具有重要的意义。针对棉纺织厂生产制造执行系统（MES）对采集到的信息进行的传递与交互的问题，本文对RFID中间件进行了分析，研究了基于消息系统RFID中间件软件，从而将RFID应用于棉纺织厂半成品流转系统中。实现半成品流转信息与MES系统的传递与交互，具有一定的先进性和实用性。
1 半成品流转存在的问题
棉纺织厂织布过程依次为清（清花），罁（罁丝），并（并条），粗（粗纱），细（细纱），落（筒纱），整（整经），浆（浆纱），穿，织十个步骤。织成布之前的这些都属于半成品，而在纺织厂进行大批量的生产中，由于经纱要在很多经轴之间来回传输，如图1所示，传统情况下，要清楚每个经轴上纱的使用情况，以及流转地点，快速进行布匹追踪这方面，必须投入很大的人力去清算，这会导致以下两个方面出现问题。
1）半成品流转信息的采集与处理
棉纺织厂半成品流转的信息是生产制造执行系统（MES）对车间生产管理的重要凭证，而在半成品的流转信息采集方面，目前，棉纺织厂采用手工采集数据[3]，而且许多信息记录不规范，这样不仅给统计分析带来了不便，还导致不可避免的流转信息的丢失，从而不能准确的分析信息，有可能导致数据分析结果的失真。
2）半成品流转的过程控制
现如今，棉纺织厂半成品的流转信息仍采用表单传递，人工流转的方式，不仅信息传递缓慢，而且不能满足MES对半成品流转情况的跟踪、监控等方面的需求[4]。
2 RFID技术和适用性分析
2.1 RFID技术
典型的RFID系统主要由阅读器、电子标签、RFID中间件和应用系统软件4部分组成。RFID技术具有数据存储量大、可读写、非接触、识别距离远，识别速度快、保密性好、穿透性强、寿命长、环境适应性好以及能同时识别多标签等优点。 阅读器：主要负责与电子标签的双向通信，同时接受来自主机系统的控制指令。
电子标签：是指由IC芯片和无线通信天线组成的超微型的小标签，其内置的射频天线用于与阅读器进行通信。
RFID中间件是一种面向消息的中间件，信息（Information）以（Message）的形式，从一个程序传到另一个或多个程序。信息可以以异步（Asynchronous）的方式传送，所以传送者不必等待回应。面向消息的中间件包含的功能不仅是传递信息，还必须包括解译数据、安全性、数据广播、错误回复、定位网络资源、找出符合成本的路径、消息与要求的优先次序以及延伸的除错工具等服务。
RFID中间件扮演着RFID标签和应用程序之间的桥梁角色，应用系统从中间件获取读写器读取到的标签数据，RFID读写器从中间件获取命令，中间件的主要任务是对读写器传来的与标签相关的数据进行处理和共享，削减从读写器传往应用系统的海量原始数据、增加抽象出的有意义的信息量。
2.2 RFID在棉纺织厂半成品流转中的应用
将RFID电子标签嵌入到经轴中，作为待识别物品的电子标记。阅读器与电子标签可按约定的通信协议互传信息，当经轴进入有效工作区域时，由阅读器向电子标签发送命令，电子标签根据接收到的命令，电子标签会产生感应电流，电子标签凭借感应电流所获得的能量将存储在芯片中的产品信息，包括：经轴轴号，批次，上轴时刻，班产量等需要的信息。回传给阅读器，阅读器读取信息并解码后，送至RFID中间件进行有关数据处理，将处理后的数据与车间级制造执行系统（MES）进行数据传输，整个过程无人工干预，可以极大程度上降低工人的劳动强度和出错率，提升生产车间半成品的管理与控制水平，有效地跟踪、管理和控制生产所需的物料，人力等资源[7]。
3 RFID中间件
3.1 RFID中间件的应用
RFID中间件结合自身的应用特性，将其应用于MES系统中，通过对其数据传输的设计，使得将RFID采集的数据与MES系统直接进行传输。
3.2 RFID中间件的消息传递机制设计要点
RFID中间件在实际应用中主要起到数据的处理、传递和阅读器的管理等功能。在RFID系统中，阅读器产生事件，并将事件传递到消息传递系统中，由消息传递系统决定如何将事件数据传递到相关的应用程序中。在这种模式下，阅读器仅需将需求发送到消息传递系统中即可。所以，设计出的消息传递系统应具有以下功能。
1） 基于内容路由的功能
对于阅读器获取的全部原始数据，应用程序在大多数的情况下仅仅需要其中的一部分。这就需要中间件必须提供通过事件消息的内容来决定消息传递方向的功能，否则将导致消息传递系统不得不将全部信息都传给应用程序，而应用程序不得不自己实现部分的过滤工作。
2）反馈机制
消息传递系统的设计要点之一就是减少RFID阅读器与应用程序之间的通信量。
3）数据分类存储的功能
有些系统例如棉纺织厂的 MES系统需要得到批量RFID标签数据，并从中选取有价值的RFID事件信息，这就要求消息传递体统应该提供数据存储功能，知道用户成功接收为止。
3.3 RFID中间件数据传输的设计与实现
其中，本文所采用的阅读器通过RS232接口与上位机系统连接，为了解决RFID中间件中各模块之间以及和棉纺织厂半成品流转系统中的生产制造系统MES之间的数据传输和交互问题，本文采用基于消息系统的RFID中间件架构[5]。其基本原理如图3所示：
其中，阅读器协调是保证整个系统的通信要求，主要避免读写器冲突以及控制功率。数据的过滤与聚集是RFID中间件平台的核心，通过相关算法来减少数据冗余并为后台应用提供语义信息。数据路由是中间件能决定采集的标签数据信息传递给哪一个应用[6]。各个功能模块都需要自己维护一个消息队列，模块之间、模块与制造执行系统之间都通过消息系统进行通信。消息系统可以根据消息的类型把消息传送到指定模块。
这个系统的实现需要，消息对象的设计、消息队列的设计以及消息传递的实现[5]。
消息对象分为两部分：消息参数和消息接口。
1） 消息参数
主要包括：消息优先级（Message priority）、消息类型标志（Message type）和消息内容（Message content）。
其中，Message priority = Digit，共有4级优先级（0～3），优先级高的优先处理，同级按到达先后处理。
消息接口主要是定义一些消息参数读取、写入相关的操作，不包括消息的具体处理程序。系统传递消息时只传递状态不传递代码。
2）消息队列的设计
消息的4级优先级用一个含4元素的数组Q[]表示，数组的每一元素都代表一个指向特定优先级的消息链表，数据结构可表示如下：
Struct MessageContainer
{ message msg；
Socket socket；
Int Timestamp；
}
3）消息传递实现的流程设计框图
由消息发送和接收的设计，我们对数据传输并用VB进行了仿真实现如下：
4 结束语
本文分别对棉纺织厂半成品流转信息的采集和RFID适用性进行了分析，通过对基于消息系统的RFID中间件架构的设计以及实现，使RFID应用于半成品流转中，并且用VB仿真实现了RFID中间件的数据传输。使得对生产现场对象数据采集更加准确，实时性更高。从而使棉纺织厂的半成品流转信息实现了自动化管理。
参考文献
[1] 谭民，刘禹，曾隽芳等.RFID技术系统工程及应用指南.北京：机械工业出版社，2007.4
[2] 谢 杏，林敏锐，侯文君，等.RFID技术在离散制造业生产线的应用探索[J].中国自动识别，2007（3）：45-47
[3] 杨怀波、史明华、邱小秦.纺织企业MES下的设备管理系统的研究与开发.全国先进制造技术高层论坛暨第九届制造业自动化与信息化研讨会[M].2010.10
[4] 付林云.MES中数控车间数据采集系统的研究和应用[M].浙江：浙江大学.2008.5
[5] 银国超.基于RFID的离散制造业MES方案及应用研究[M].重庆：重庆大学.2008.4
[6] RFID中间件软件在RFID系统中的功能和作用[M].C114中国通信网，2012.7.20
[7] 陈斗雪，黎毅明，陈一天，等.无线射频识别及其在制造业中的应用[J].计算机工程与设计，2006，27（8）：1359-1361
【关 键 词】半成品流转；射频识别；RFID中间件；自动化管理；数据传输
【中图分类号】 TS103.7【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0251-02
The Application of RFID in Semi-finished Products Circulation of Cotton Textile Factory
HUANG Ya-xin
？¨School of Electrical Engineering and Automation？？Tianjin Polytechnic University， Tianjin 300387， China？？
【Abstract】 At present， the cotton textile factory in processing of semi-manufactured products widely using artificial collection， record system， in order to change the mode of operation， implementing the automated management of semi-finished products circulation and then improving cotton textile factory workshop production efficiency. In this paper， through the analysis of RFID technology and application， and the data transmission of RFID middleware is designed and implemented， and using the RFID to the semi-finished products circulation， which effectively solve the cotton textile factory semi-manufactured goods circulation problems， realize automatic management of the cotton textile factory semi-finished products circulation information.
【Key words】semi-finished products circulation； Radio Frequency Identification； RFID middleware ； automated management； data transmission
0 引言
射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID）是无线电技术在自动识别领域中的具体运用。由于其先进的自动识别和数据采集技术，它被广泛应用于生产制造、销售流通、公共安全等领域。另外，射频识别技术只有与特定的领域相结合，才能充分发挥它的高效、自动化等这方面的优点[1]。
在我国，RFID的应用还处于初级阶段，在相当一部分产业中还未得到广泛的应用[2]。例如，在棉纺织厂半成品流转中还普遍采用传统的人力资源对其流转信息进行采集，录入系统。这种方式存在数据不准确、易遗失、不清晰、信息传递延时大等缺点，所以将RFID应用于半成品流转中具有重要的意义。针对棉纺织厂生产制造执行系统（MES）对采集到的信息进行的传递与交互的问题，本文对RFID中间件进行了分析，研究了基于消息系统RFID中间件软件，从而将RFID应用于棉纺织厂半成品流转系统中。实现半成品流转信息与MES系统的传递与交互，具有一定的先进性和实用性。
1 半成品流转存在的问题
棉纺织厂织布过程依次为清（清花），罁（罁丝），并（并条），粗（粗纱），细（细纱），落（筒纱），整（整经），浆（浆纱），穿，织十个步骤。织成布之前的这些都属于半成品，而在纺织厂进行大批量的生产中，由于经纱要在很多经轴之间来回传输，如图1所示，传统情况下，要清楚每个经轴上纱的使用情况，以及流转地点，快速进行布匹追踪这方面，必须投入很大的人力去清算，这会导致以下两个方面出现问题。
1）半成品流转信息的采集与处理
棉纺织厂半成品流转的信息是生产制造执行系统（MES）对车间生产管理的重要凭证，而在半成品的流转信息采集方面，目前，棉纺织厂采用手工采集数据[3]，而且许多信息记录不规范，这样不仅给统计分析带来了不便，还导致不可避免的流转信息的丢失，从而不能准确的分析信息，有可能导致数据分析结果的失真。
2）半成品流转的过程控制
现如今，棉纺织厂半成品的流转信息仍采用表单传递，人工流转的方式，不仅信息传递缓慢，而且不能满足MES对半成品流转情况的跟踪、监控等方面的需求[4]。
2 RFID技术和适用性分析
2.1 RFID技术
典型的RFID系统主要由阅读器、电子标签、RFID中间件和应用系统软件4部分组成。RFID技术具有数据存储量大、可读写、非接触、识别距离远，识别速度快、保密性好、穿透性强、寿命长、环境适应性好以及能同时识别多标签等优点。 阅读器：主要负责与电子标签的双向通信，同时接受来自主机系统的控制指令。
电子标签：是指由IC芯片和无线通信天线组成的超微型的小标签，其内置的射频天线用于与阅读器进行通信。
RFID中间件是一种面向消息的中间件，信息（Information）以（Message）的形式，从一个程序传到另一个或多个程序。信息可以以异步（Asynchronous）的方式传送，所以传送者不必等待回应。面向消息的中间件包含的功能不仅是传递信息，还必须包括解译数据、安全性、数据广播、错误回复、定位网络资源、找出符合成本的路径、消息与要求的优先次序以及延伸的除错工具等服务。
RFID中间件扮演着RFID标签和应用程序之间的桥梁角色，应用系统从中间件获取读写器读取到的标签数据，RFID读写器从中间件获取命令，中间件的主要任务是对读写器传来的与标签相关的数据进行处理和共享，削减从读写器传往应用系统的海量原始数据、增加抽象出的有意义的信息量。
2.2 RFID在棉纺织厂半成品流转中的应用
将RFID电子标签嵌入到经轴中，作为待识别物品的电子标记。阅读器与电子标签可按约定的通信协议互传信息，当经轴进入有效工作区域时，由阅读器向电子标签发送命令，电子标签根据接收到的命令，电子标签会产生感应电流，电子标签凭借感应电流所获得的能量将存储在芯片中的产品信息，包括：经轴轴号，批次，上轴时刻，班产量等需要的信息。回传给阅读器，阅读器读取信息并解码后，送至RFID中间件进行有关数据处理，将处理后的数据与车间级制造执行系统（MES）进行数据传输，整个过程无人工干预，可以极大程度上降低工人的劳动强度和出错率，提升生产车间半成品的管理与控制水平，有效地跟踪、管理和控制生产所需的物料，人力等资源[7]。
3 RFID中间件
3.1 RFID中间件的应用
RFID中间件结合自身的应用特性，将其应用于MES系统中，通过对其数据传输的设计，使得将RFID采集的数据与MES系统直接进行传输。
3.2 RFID中间件的消息传递机制设计要点
RFID中间件在实际应用中主要起到数据的处理、传递和阅读器的管理等功能。在RFID系统中，阅读器产生事件，并将事件传递到消息传递系统中，由消息传递系统决定如何将事件数据传递到相关的应用程序中。在这种模式下，阅读器仅需将需求发送到消息传递系统中即可。所以，设计出的消息传递系统应具有以下功能。
1） 基于内容路由的功能
对于阅读器获取的全部原始数据，应用程序在大多数的情况下仅仅需要其中的一部分。这就需要中间件必须提供通过事件消息的内容来决定消息传递方向的功能，否则将导致消息传递系统不得不将全部信息都传给应用程序，而应用程序不得不自己实现部分的过滤工作。
2）反馈机制
消息传递系统的设计要点之一就是减少RFID阅读器与应用程序之间的通信量。
3）数据分类存储的功能
有些系统例如棉纺织厂的 MES系统需要得到批量RFID标签数据，并从中选取有价值的RFID事件信息，这就要求消息传递体统应该提供数据存储功能，知道用户成功接收为止。
3.3 RFID中间件数据传输的设计与实现
其中，本文所采用的阅读器通过RS232接口与上位机系统连接，为了解决RFID中间件中各模块之间以及和棉纺织厂半成品流转系统中的生产制造系统MES之间的数据传输和交互问题，本文采用基于消息系统的RFID中间件架构[5]。其基本原理如图3所示：
其中，阅读器协调是保证整个系统的通信要求，主要避免读写器冲突以及控制功率。数据的过滤与聚集是RFID中间件平台的核心，通过相关算法来减少数据冗余并为后台应用提供语义信息。数据路由是中间件能决定采集的标签数据信息传递给哪一个应用[6]。各个功能模块都需要自己维护一个消息队列，模块之间、模块与制造执行系统之间都通过消息系统进行通信。消息系统可以根据消息的类型把消息传送到指定模块。
这个系统的实现需要，消息对象的设计、消息队列的设计以及消息传递的实现[5]。
消息对象分为两部分：消息参数和消息接口。
1） 消息参数
主要包括：消息优先级（Message priority）、消息类型标志（Message type）和消息内容（Message content）。
其中，Message priority = Digit，共有4级优先级（0～3），优先级高的优先处理，同级按到达先后处理。
消息接口主要是定义一些消息参数读取、写入相关的操作，不包括消息的具体处理程序。系统传递消息时只传递状态不传递代码。
2）消息队列的设计
消息的4级优先级用一个含4元素的数组Q[]表示，数组的每一元素都代表一个指向特定优先级的消息链表，数据结构可表示如下：
Struct MessageContainer
{ message msg；
Socket socket；
Int Timestamp；
}
3）消息传递实现的流程设计框图
由消息发送和接收的设计，我们对数据传输并用VB进行了仿真实现如下：
4 结束语
本文分别对棉纺织厂半成品流转信息的采集和RFID适用性进行了分析，通过对基于消息系统的RFID中间件架构的设计以及实现，使RFID应用于半成品流转中，并且用VB仿真实现了RFID中间件的数据传输。使得对生产现场对象数据采集更加准确，实时性更高。从而使棉纺织厂的半成品流转信息实现了自动化管理。
参考文献
[1] 谭民，刘禹，曾隽芳等.RFID技术系统工程及应用指南.北京：机械工业出版社，2007.4
[2] 谢 杏，林敏锐，侯文君，等.RFID技术在离散制造业生产线的应用探索[J].中国自动识别，2007（3）：45-47
[3] 杨怀波、史明华、邱小秦.纺织企业MES下的设备管理系统的研究与开发.全国先进制造技术高层论坛暨第九届制造业自动化与信息化研讨会[M].2010.10
[4] 付林云.MES中数控车间数据采集系统的研究和应用[M].浙江：浙江大学.2008.5
[5] 银国超.基于RFID的离散制造业MES方案及应用研究[M].重庆：重庆大学.2008.4
[6] RFID中间件软件在RFID系统中的功能和作用[M].C114中国通信网，2012.7.20
[7] 陈斗雪，黎毅明，陈一天，等.无线射频识别及其在制造业中的应用[J].计算机工程与设计，2006，27（8）：1359-1361