射頻識別技術在特種設備制造過程中的應用

王艷紅 霍然 張曉

（北京源智天成科技有限公司，北京，100036）

射頻識別技術在特種設備制造過程中的應用

王艷紅 霍然 張曉

（北京源智天成科技有限公司，北京，100036）

特種設備是指國家認定的，因設備本身和外在因素影響容易發生事故，且一旦發生事故會造成人身傷亡及重大財產損失的危險性設備。本文結合特種設備安全生產工作的特點和設備具體的使用環境，淺談射頻標識技術（RFID）的在特種設備安全生產過程中的應用，把基于射頻標識技術和計算機網絡技術為特征的制造過程管理延伸到特種設備全生命周期管理中，為依靠信息技術提升特種設備安全生產提供一種思路。

特種設備 射頻識別安全生產 制造過程

特種設備是指鍋爐、壓力容器（含氣瓶）、壓力管道、電梯、起重機械、客運索道及大型游樂設施等八類設備[1]。特種設備是國民經濟建設的重要基礎，是與人民群眾生活密切相關的重要基礎設施，其安全是國家公共安全保障體系的重要組成部分，直接關系到國家全局利益、經濟和社會發展，對保護人民健康和交通運輸安全及生態環境安全，保護消費者和企業的利益，起到一個屏障和調控的作用，是“保國安民”的有力保障。

特種設備制造業在國民經濟發展中已經占有相當的比重。伴隨著我國經濟快速持續健康協調發展，特種設備制造業正在呈現高速發展態勢。我國特種設備設計制造能力已基本滿足經濟社會發展的需求，門類比較齊全，手段比較完善，出口量呈逐年增長趨勢。特種設備制造業已形成區域性產業帶，江蘇蘇南地區、哈爾濱、上海和山東濟南等地形成了鍋爐制造業；上海、廣東珠三角和浙江寧波等地培育出了電梯制造業；河南新鄉、江蘇無錫等地的起重機制造業以及廣東中山、陜西西安和河北保定等地的游樂設施制造業也初成規模。隨著經濟發展和社會進步，特種設備不僅數量呈上升趨勢，而且向著更高效、更安全、更環保、節能且更具人性化的方向發展。

射頻識別技術（RFID）是一種無線通信技術，可以通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或者光學接觸。無線電的信號是通過調成無線電頻率的電磁場，把數據從附著在物品上的標簽上傳送出去，以自動辨識與追蹤該物品。某些標簽在識別時從識別器發出的電磁場中就可以得到能量，并不需要電池。也有標簽本身擁有電源，并可以主動發出無線電波。標簽包含了電子存儲的信息，數米之內都可以識別。與條碼不同的是，射頻標簽不需要處在識別器視線之內，也可以嵌入被追蹤物體之內。

研究特種設備制造物聯及全生命周期管理技術架構、制造過程RFID管理應用架構及全生命周期應用模式，旨在以射頻識別技術為紐帶，打通特種設備全生命周期各個環節，推動特種設備行業發展。從制造環節的過程管理、質量控制入手，提升特種設備全生命周期管理效能，實現各環節動態聯動。

特種設備的制造流程復雜且對質量控制要求較高。以壓力容器等承壓類特種設備制造為例，其工藝流程包括：下料-成型-焊接-無損檢測-組對、焊接-無損檢測-熱處理-耐壓實驗等。以電梯等機電類特種設備制造為例，其制造過程包括：原材料（鑄件、冷熱軋板、電器元件、曳引機和牽引材料）入廠、檢驗和入庫；板材（電梯轎廂等箱壁擋板）加工；裝飾件（吊頂、四壁花紋）加工；牽引材料（牽引鋼索、載重砝碼）加工；電器控制箱等電器設備的加工裝配；關鍵部件的精加工、裝配、性能和安全檢驗；電器控制部件性能和安全檢驗；包裝、裝運；結合建筑安裝調試；安裝調試完畢后正式運行和日常維護檢驗維修。

特種設備構成的零部件及工序較多，符合典型的離散制造的特點，此外，特種設備離散制造的特點還表現在：①按訂單生產，如電梯制造，根據產品外觀、尺寸、性能參數、型號規格按客戶需求生產。②小批量、多品種，不同的特種設備制造工藝、尺寸和外觀等不盡相同，且訂單生產量較小。③生產周期長，不同的特種設備其生產周期從兩周到兩個月不等[2]。④質量要求嚴格，產品的各個關鍵零部件需要經過嚴格的質量檢驗，特種設備成品也有嚴格的質量標準、技術規范和檢驗要求。因此，特種設備制造管理應用主要側重于：原材料/關鍵部件跟蹤管理、在制品跟蹤制造過程監控與管理、質量控制等應用，應用架構如圖所示。

圖 特種設備制造過程RFID管理應用架構

特種設備制造過程RFID管理是基于RFID技術、傳感器、嵌入式技術等實現制造工序間的有效串聯與銜接，對與在制品生產相關的物料、設備、人員在內的所有工廠資源的有效地跟蹤、管理和控制，以達到縮短生產周期、減少誤操作、降低運營成本等生產過程控制的目的。

在特種設備全生命周期管理中，特種設備的制造過程RFID管理主要包括了以下三個管理單元。

（1）原材料/關鍵零部件跟蹤管理。

利用RFID電子標簽，實現對物料/關鍵零部件出入庫管理，原材料/關鍵零部件的批次/個體在生產線上傳遞、信息的采集、記錄、跟蹤、整理、分析和共享等信息管理功能，以便進行關鍵零部件的跟蹤管理及與在制品之間的關聯。

（2）制造過程管理。

利用在制品RFID電子標簽，集成企業已有信息系統，實現對在制品（正在制造的產品，包括構件、半成品和產成品等）的生產批次/個體在生產線上的過程狀況的采集和記錄，建立產品個體實時檔案，并實現對產品記錄追加、跟蹤、反饋、整理、分析和共享等信息管理功能，重點實現特種設備產品在制過程的信息管理（物料、人員、工藝參數、工序和檢驗結果等）和“批次產品”在制過程的信息管理（批號、進度和品質等）。

（3）質量控制。

每個工序完成之后，由檢驗人員對該工序的質量進行檢驗，利用多源感知技術的數據采集裝置，與檢驗設備進行連接獲取具體的檢驗結果，并將在制品/產品的標簽信息進行更新。

制造過程RFID管理應用的關鍵是基于RFID的智能物件技術，是對產品靜態、動態數據及其環境參數進行識別、采集、處理和傳輸的技術，主要包括：RFID電子標簽、天線及閱讀器、智能嵌入技術、無線網絡傳感器技術、產品信息識別網絡技術和數據安全技術等[3]針對特種設備行業應用上述應用的實現的基礎性技術為智能物件技術。智能物件技術中的RFID電子標簽技術是基礎的基礎，RFID電子標簽涉及到編碼與自動識別的標識技術。針對特種設備制造管理的不同階段，可采用不同的標識模式，如：針對在制階段的摘掛式、倉儲（出入庫）階段的點貨式[4]；針對不同的管理對象，如在制品、制成品和生產人員等，采用不同顆粒度的標識標簽，如托盤標簽、批次標簽、單品標簽和人員標簽等。

現有產品全生命周期RFID技術應用研究多數集中于傳感網、RFID等物聯網單項技術在制造業的簡單應用，并且多集中在制造過程后端產品服務方面，缺少對離散制造，特別是結合特種設備制造特征的共性技術研究，系統實施成本高、功能和性能難以滿足特種設備制造的客觀需要，與信息化系統融合的程度較低，未能形成可觀的應用規模。突破制約制造過程RFID管理的制造過程信息集成、融合等關鍵技術是實現其在特種設備行業深化應用的重要技術基礎。

特種設備的管理更多地表現在對其全生命周期安全狀態的監控上，尤其是其安全生產與運輸環節，長期以來，特種設備管理技術難度較大也正是基于此。最近幾年伴隨著射頻識別（RFID）技術的應用和發展，一系列關于該技術在特種設備管理的應用研究也不斷展開，這對提高特種設備的管理水平和安全性具有重要的意義。下一步研究應把基于射頻標識技術和計算機網絡技術為特征的制造過程管理延伸到特種設備全生命周期管理，為依靠信息技術提升特種設備安全生產提供新的思路。（本文中涉及的研究工作，接受了國家科技支撐計劃項目2014BAF07B03的資助）

[1]丁守寶，劉富君．我國特種設備檢測技術的現狀與展望[J].中國計量學院學報，2008，19 (4)：304-308.

[2] 白翱,林葉,陳楊.射頻識別技術在離散生產車間中的應用綜述[J].制造技術與機床，2015(1)：47-56.

[3] 王旭,李文川.制造業的新理念—閉環產品生命周期管理[J].中國機械工程，2010.21(14)：1687-1693.

[4] 鄒慧宇,徐文勝.制造業中物品標識技術的分析與應用[J].制造業自動化，2012.34(8)：24-27.