基于RFID的航天器AIT過程管理研究

魏鵬、張立偉、趙晶晶 /北京衛星環境工程研究所

RFID(Radio Frequency Identif i cation)技術是20世紀90年代興起的一種非接觸式全自動識別技術。與傳統的條碼技術相比，RFID技術在存儲信息量、環境適應能力、讀寫方式和識別速度等方面都有很大的優勢。RFID技術的這些優點為現代企業全生命周期管理提供了技術支撐，為信息流和數據流的有效同步提供了保證。

相對于其它制造、裝配行業，航天企業在生產和裝配過程中特別注重零部件的批次序列號管理、過程記錄和整個生命周期的信息管理、產品構型和特殊狀態控制管理，這也是航天企業所應用的制造執行系統的關注點。目前，航天企業多采用直接在零部件、設備表面刻字的方式來進行標識，對產品狀態的控制完全依據人力。而RFID可以儲存產品在生產制造、檢驗、驗收、安裝、測試等全部過程中的質量信息等，并可對產品位置、狀態進行追蹤和信息交互，包括其它具

有生命周期的部件，如保持工裝也是安裝RFID標簽的理想部件，可以包含工裝標檢、復驗等信息，以及使用年限等重要的質量參數，以確保質量可靠。當產品不處于聯網環境中的數據同步，RFID可以將產品信息以日志（安全加密）的形式存儲于標簽中，并通過近距離有線方式讀取出來。通過應用RFID標簽，可以使質量控制對產品的復查貫穿整個總裝過程，以保持信息的有效性和及時性。

一、RFID的工作原理、分類及特點

1.工作原理

一套完整的RFID系統（見圖1）是由閱讀器、天線、電子標簽以及計算機管理系統4個部分組成。其中，標簽由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象；閱讀器是讀取或寫入標簽信息的設備；天線用于在標簽和閱讀器間傳遞射頻信號；計算機管理系統用于對數據進行識別并與管理信息系統連接。

RFID的工作原理是利用電磁信號和空間耦合的傳輸特性實現對象信息的無接觸傳遞，從而實現自動識別目標對象并獲取相關數據。由閱讀器及電子標簽之間的通訊及能量感應方式來看，大致可以分成感應耦合和后向散射耦合2種，一般低頻的RFID大都采用第一種方式，而較高頻的RFID大多采用第二種方式。

2.分類

RFID依據頻率不同分為低頻、高頻、超高頻和微波4種，不同的頻率決定了標簽不同的工作距離和不同的供電模式，其中供電模式分為被動（無源）、半主動（電池）、主動（有源）3種。同時，數據的多重訪問認證也與頻率息息相關，表1列舉了不同RFID標簽的主要工作模式。

3.技術特點

圖1 RFID系統構成圖

表1 RFID標簽的分類

與傳統的刻字銘牌方式，以及目前應用較為廣泛的條碼標簽對比（見表2），RFID標簽因其使用中的自動化以及將信息與實物的有效集成、同步，成為航天器AIT過程中狀態控制的基礎。RFID相對于傳統標識方式具有以下4個特點：

一是數據的傳輸不需要數據線，間隔一定距離即可識別，而且識別不需要人工干預，可避免差錯，實現自動化數據采集。

二是無源RFID可以被探測器自動探測，能夠實現對生產和運輸過程的物品進行監控，從而發現生產堵塞和物資供應短缺；有源RFID可以主動發送信號，用于數據采集和問題報警。

表2 不同標簽方式對比

三是RFID不僅能起到標識物品的作用，還具備信息存儲和動態讀寫的能力，可以滿足生產和裝配過程中狀態信息的儲存需要。產品生產制造中的信息可以被帶到裝配、測試環節，更換、維修記錄能夠被準確定位。

四是RFID標簽能夠實現一定的人機交互功能，在RFID標簽里存儲參數信息后，可以在手持終端上輸入參數條件查詢RFID標簽，滿足要求的RFID標簽可以發光或發聲。

二、AIT狀態控制系統

手持終端與RFID的結合應用，可以使手持終端不僅成為產品信息的采集者，還能成為產品信息的中轉站。操作者和檢驗者通過使用手持終端，可以在遠離桌面終端的地方進行狀態信息的讀寫與更新，不需要來回往返查看產品信息系統。不管是通過安全加密的無線網絡連接，還是USB、RS232等物理接口的有線連接，手持終端均可以將采集到的流程與狀態信息和質量數據發送到產品信息數據庫。

1.系統架構設計

RFID系統架構如圖2所示。作為離散裝配業的典型代表，航天企業應用RFID技術方案的核心思想是在總裝AIT廠房內部范圍，用RFID標簽跟蹤產品AIT全過程。產品交付時攜帶有RFID電子標簽，電子標簽內寫有該產品的全部生產信息。在AIT過程中，在每個裝配小區、測試工位上設置RFID電子標簽天線，使用手持終端對產品進行AIT過程跟蹤與狀態控制。之后，通過手持終端或者工位PC，將過程關鍵信息錄入管理信息系統，進而傳達給設計人員和管理人員。設計人員和管理人員既可以對關鍵過程進行質量和狀態的實時跟蹤，又可以根據實時變化的信息下發相應的技術與調度方案，從而實現信息的實時交互。

2.產品信息流程與工作模式

產品生命周期信息在航天器研制中的具體流程為：首先，設計人員建立產品結構，定義產品標識與原始數據，并給RFID標簽寫入預分配設計數據；其次，在產品生產過程中添加生產過程信息，反映材料、加工精度、開機時間等生產指標參數；然后，產品交付總裝，總裝檢驗人員進行總裝驗收，添加總裝關注參數與信息；第四，在總裝階段根據總裝實施工作的不同，需要進行多次產品狀態的更新，使用RFID標簽對航天器關鍵部件、儀器設備等進行標記，通過手持終端對標簽進行狀態信息，如安裝/拆除、點膠/測力、維修/更換/打保險、插接次數等參數的標記更新，從而確保產品的最新狀態；第五，在測試階段根據測試工作的不同，將產品測試報告的結論附加到RFID標簽，并將相關數據通過文檔編號等方式添加在標簽中；最后，全過程的數據都通過RFID天線實時傳遞到手持終端或工位PC機，再進入信息管理系統，以便技術管理人員進行參考分析。

總裝AIT過程有很多質量檢驗、專業測試、生產狀態變更的工作記錄，這些現場文檔完整記錄了航天器的總裝過程數據，反映了航天生產對追溯性的要求。雖然目前已經開始使用信息管理系統進行電子化記錄，但在質量檢測過程中因受工況、時序等限制，無法使數據及時記錄在信息管理系統中。通過應用RFID與手持終端，可在總裝現場完全舍棄紙質記錄文檔的應用，對于需要統計分析的檢測項目，檢測數據可以實時傳遞給信息系統，并在信息的實時性與上下層溝通性上取得更好的效果。AIT過程的質量記錄與反饋如圖3所示。

3.系統其它關注點

圖3 AIT過程的質量記錄與反饋

輔助制造資源緩沖區。航天器總裝過程需要在AIT大廳內部的不同工作單元之間進行交接，在交接前后往往需要天車、叉車等生產工具，架車、轉臺等工裝設備進行實時調度。這些輔助制造資源常常在多型號并行工作時，或階段交接后被無效占用。對這些資源設置RFID標簽后，可以在工作單元、小區等設置閱讀器，通過閱讀器監控資源狀態，使得系統中的資源監控和調度模塊能夠掌握每個物件在任意時刻的狀況，從而建立起一個資源的緩沖區，使待用資源可以隨時保證AIT全過程的使用。

產品狀態復查。在傳統的航天器生產和裝配模式中，需要檢驗與操作人員通過人工檢查的方式在總裝各個階段進行全面的狀態復查，以確保可靠，這種檢查方式效率極低，并且存在遺漏風險。通過RFID標簽的控制，可結合跟蹤目標、產品以及人員等多方面信息實現對裝配過程的跟蹤記錄，確保將裝配質量責任落實到人，并能防止錯裝、漏裝等質量問題的出現。

外廠信息集成。航天器的儀器設備及部組件往往來源于不同的廠所，通過采用統一的RFID編碼格式，可以將各廠所繁雜的數據進行結構化、標準化集成，使之更好地應用于總裝AIT過程。

基于RFID技術的航天器AIT狀態控制系統的關鍵，是實現信息管理系統與總裝現場信息的有效集成和信息流動，通過產品狀態信息的交互對生產全過程進行實時的更新與反饋，從而實現對產品全生命周期的狀態控制。雖然航天企業因對無線網絡的限制因素，使得RFID無法完全做到實時交互，但是在應用了手持終端后，RFID技術作為現場信息的采集者，將在航天器總裝領域取得更大的突破，并且在推進航天制造批生產化、自動化，打造數字化總裝體系中發揮更加重要的作用。▲