基于移動終端的全自動管紗溯源系統研發

李俊杰 江紅霞 劉基宏

（江南大學，江蘇無錫， 214122）

紡紗企業可以使用自動絡筒機的在線檢測功能發現有問題的管紗，通過預先加在管紗上的標志可以追溯到細紗的錠位，目前大部分紡紗企業采用的標志方法主要有寫字法、貼紙法等［1］。這兩種方法均易污染紗線，再次使用時很難按順序查找對應紗管，且嚴重依賴人工、生產標識體系落后、標識通用性差，導致質量溯源較為困難［2］。

隨著物聯網技術的飛速發展，一些企業引進了利用無線射頻識別（RFID）技術的管紗追溯系統。程慧鵬等采用紅外感應技術和RFID 技術相結合研發了自動管紗錠位追溯系統［3］。張立敏等基于RFID 技術設計了紡紗機械故障檢測系統，實現了細絡聯故障快速檢測與全程質量追溯［4］。這兩種系統在一定程度上提高了細紗追溯的效率，但需要先利用RFID 閱讀器讀取保存有問題管紗的標簽信息再在電腦端進行數據的查看與處理，在移動智能辦公方面仍顯不足，且容易出現標簽漏讀、錯讀的情況。張保威等設計了一種基于RFID 技術的便攜式管紗溯源系統［5］，但其主要針對無自動落紗裝置的中小企業，且該系統需要停車逐一掃描嵌有電子標簽的紗管，效率較低、人工成本較高，停車檢測也會使車間生產效率下降；隨著自動化技術的普及和人工成本的上漲，具有全自動集體落紗功能的細紗機將會普遍應用，而該管紗溯源系統并不適用于企業未來的發展。為此，本研究基于RFID 技術，利用移動終端［6］、網絡與數據庫，結合固定式RFID 標簽自動寫入裝置開發了一套基于移動終端的全自動管紗溯源系統，實現了疵管的精準追溯和壞錠的及時維護。本系統旨在以最低的綜合成本解決管紗溯源的問題，極大提高了系統的整體性能和管紗的追溯效率。

1 系統總體架構與運行流程

1.1 系統總體架構

系統總體架構如圖1 所示。系統整體由電子標簽、RFID 標簽讀寫檢測裝置、應用客戶端與后臺服務器端這四大部分組成。細紗機、絡筒機、電子標簽、RFID 標簽讀寫器與系統客戶端整體構成系統的“前端”，前端寫入、讀取保存疵管的生產信息并與用戶進行人機交互，是管紗溯源的前提?；诰W絡傳輸和大數據平臺，由網絡、數據庫和服務器構成系統的“后端”［7］，后端是整個系統的關鍵，主要負責數據的存儲、查看與追溯分析。

圖1 系統總體架構

1.2 系統運行流程

系統的運行流程如圖2 所示。首先利用固定在細紗機落紗出口處的RFID 標簽讀寫檢測裝置檢查電子標簽，自動將細紗機臺號和錠子號等信息寫入到電子標簽中，為防止標簽漏寫、錯寫情況發生，在細紗機落紗出口處安裝光電感應裝置；然后裝有電子標簽的管紗在進入絡筒工序后，若被電子清紗器檢測到有較多疵點問題則會將其剔除，此時質量管理人員使用移動終端掃描被剔除管紗的電子標簽，系統讀取到該紗管最后一次相應的細紗機和錠子編號信息，選擇紗疵產生的原因并通過網絡將以上信息存儲到數據庫中，完成疵管的定位追蹤；最后維修人員根據系統中的故障信息，及時對相應的細紗機錠位進行維護［8］。

圖2 系統運行流程

2 系統總體設計

2.1 細紗機錠位的讀取顯示

在實際生產過程中，紡紗車間對于不同型號細紗機錠位的編排也不盡相同。而RFID 標簽讀寫檢測裝置在標簽寫入的過程中只會將信息依次按順序寫入，這就可能與車間在細紗機上原本的錠位標識不符。為了后續能夠精準讀取疵管錠位信息，本系統分別以某紡紗車間的FA506 型（480錠）和JWF1579 型（1 200 錠）細紗機上錠位實際的編排為例開發了短/長車疵管讀取這兩種模式，如圖3 所示。圖3（a）中實際標注的錠位與寫入錠位相同，利用短車疵管讀取時直接顯示錠位即可，而圖3（b）中實際標注的錠位與寫入錠位不同，利用長車疵管讀取時系統需將讀取到的錠位轉換為實際標注的錠位再顯示出來。車間后續也可對細紗機錠位進行重新編排使其與寫入順序一致。

圖3 細紗機錠位編排方式

2.2 電子標簽數據信息的寫入與讀取

管紗追溯系統能夠實現單個管紗的可跟蹤性與追溯性，即管紗管理可以精確到具體的細紗機和特定錠子。因此在整個系統中，每個細紗管上都安裝了具有唯一序列號的電子標簽，安裝方法為頂端嵌入式［9］。每個電子標簽中都包含機臺號、錠子號、生產日期等信息，這樣一旦發現疵管即可追溯到與其相關的細紗機臺與錠子，方便及時對有問題的錠子進行維護。本系統所使用的電子標簽是專為供應鏈與運籌管理所設計的支持ISO/IEC15693 協議標準的高頻RFID 無源IC卡，采用NXP ICODE SLI-S 系列SL2ICS20 芯片，包含射頻處理單元、數據控制單元和EEPROM 存儲單元。其中EEPROM 存儲單元分為32 個數據塊，每個塊由4 字節（32 位）組成，共128字節。上部的4 個塊（-4、-3、-2、-1）分別用于存儲標簽的唯一序列號UID、特殊功能（EAS、AFI、DSFID）和寫入控制位，其他28 個塊為用戶可以自行寫入存儲的數據塊。為保障讀取的迅速性與連貫性，與管紗所對應的細紗機編號、錠子編號及管紗生產日期記錄在標簽的塊0 至塊6 中，標簽每個數據塊可表示的數字范圍為0~4 369［10］。

2.3 系統數據庫的設計

在跟蹤與追溯被絡筒工序電子清紗器剔除的疵管過程中，應當將其信息保存到數據庫，方便后續統計研究及對數據進行操作處理。因此系統設計了疵管數據庫，主要包含用戶信息列表、疵管數據列表和維護記錄表。用戶信息列表包含用戶的姓名、電話、所屬車間和公司。疵管數據列表用來保存疵管的機臺號、錠子號、生產日期、紗疵產生的原因、創建人等信息。維護記錄表用來記錄維護狀態、維護時間和維護人等信息。所涉及的數據表之間的關系如圖4 所示。

圖4 數據表ER 圖

2.4 數據通信

在本系統中，Web 服務器通過PHP 語句與MySQL 數據庫進行連接，客戶端會將所讀取到的管紗電子標簽中的信息通過網絡通信庫OkHttp 發送到服務器端，服務器端再通過PHP語句將這些數據插入到相應的數據表中。當用戶想在客戶端上查看與處理數據時，客戶端會向服務器端發送請求，服務器端隨后會通過PHP 語句查找相應數據表中的數據并將其顯示在動態網頁上，客戶端利用WebView 控件加載顯示此動態網頁。

3 系統功能實現

本系統客戶端軟件在Android Studio 平臺上采用Java 語言開發，系統數據庫為MySQL。根據系統所需實現的功能，為具備靈活的部署與訪問，疵管檢測功能采用C/S（客戶端/服務器）結構實現，數據處理功能采用B/S（瀏覽器/服務器）結構實現，其中系統Web 服務器端采用Javascript 和PHP 語言進行開發。系統采用了目前主流軟件常用的底部導航欄框架模式，用戶點擊底部導航欄中對應的圖標即可進入到相應的功能界面。

3.1 疵管檢測功能的實現

在登錄并完成系統設置后用戶便可以使用本系統掃描絡筒工序中被剔除疵管上的電子標簽，讀取該紗管最后一次對應的細紗機和錠子編號信息，同時還可以選擇紗疵產生的原因，并將這些數據一同保存到疵管數據列表中，方便后續統計研究及對數據進行操作處理。

一批管紗一般會在24 h 內從細紗機轉移到絡筒機上，但是不排除會有管紗因紗線品種不同導致生產時間較長、生產過程中機器突發故障等原因未能在24 h 內及時轉移。正常情況下一批管紗若72 h 還未轉移到絡筒機上，相關工作人員需對其提高警惕。因此，為保證系統所讀取疵管數據的有效性，進一步提高管紗的溯源效率，疵管標簽信息讀取界面還會顯示該管紗生產日期與系統讀取時間的時間差（分別以48 h 和72 h 為界）來提示用戶。當管紗的生產日期距離讀取時間在48 h 或72 h 以內時，方框內部顯示“48 小時內”或“72 小時內”，方框和字體都呈綠色；當管紗的生產日期距離讀取時間在48 h 或72 h 以外時，方框內部顯示“已超48 小時”或“已超72 小時”，方框和字體都呈灰色。用戶由此可以更加直觀地判斷出該疵管的數據信息是否有效，是否應該將其保存到數據庫中。系統短/長車疵管檢測標簽讀取界面如圖5 所示。

圖5 系統界面展示1

3.2 數據處理功能的實現

用戶可通過數據處理模塊查看、管理疵管追溯信息。疵管數據保存列表清晰明了地顯示了疵管的機臺號、錠子號、生產日期，如圖6（a）所示。用戶在此可以進行查看數據詳情、修改及刪除數據的操作。疵管數據詳情界面如圖6（b）所示，若疵管所保存的數據信息有誤，相關人員可手動對除標簽編號以外的信息進行修改。

圖6 系統界面展示2

此外，本系統還具有“一號雙終端”功能，即用戶在移動終端和電腦端上都可以使用系統的數據處理模塊，數據處理模塊電腦端顯示界面如圖7 所示。移動端便攜易操作，適合移動辦公，有利于用戶對數據的實時查看與移動管理；電腦端顯示的追溯信息更多更清楚，更有利于用戶對數據的研究與統計，兩者相輔相成能夠極大地提高追溯效率。

圖7 系統數據處理電腦端界面展示

4 系統應用效果

系統開發完成后，首先在我校紡紗車間進行了試驗。車間使用EJM128K 型細紗機和ESPERO M 型全自動絡筒機。在系統試驗的過程中，記錄所產生的問題，隨后對其進行優化完善和改造升級。再將改善后的系統應用在某紡織廠紡紗車間的20 臺（2.4 萬錠）JWF1579 型和100 臺FA506型（4.8 萬錠）細紗機上，具體應用效果如下。

（1）系統綜合成本較低。將本系統與傳統管紗追溯方法中的寫字標記法（方式1）和非全自動的手持便攜式管紗溯源系統（方式2）分別應用在20 臺JWF1579 型細紗機和100 臺FA506 型細紗機上，按照每天每臺細紗機6 次落紗和每名工作人員每天工作8 h、每月工資5 000 元來計算，3 種追溯方法的綜合成本對比結果如表1 所示。從表1 中可以看出，無論是在細紗長車上還是在細紗短車上，方式1 和方式2 都需付出較高的人工成本，特別是方式1 已明顯不適用于管紗全覆蓋的追溯模式。早期企業是使用方式1 在紗管上標記錠位信息，一臺細紗長車1 200 個紗管需要10個人停車標記30 min，一臺細紗短車480 個紗管需要6 個人停車標記20 min；使用方式2 后一臺細紗長車需要1 個人停車掃描檢測20 min，一臺細紗短車需要1 個人停車掃描檢測8 min；而在本系統中整個生產過程無需人為干預、無需停車檢測，人工成本大幅降低。無論是在細紗長車還是在細紗短車上，本系統相較于另外兩種管紗追溯方式綜合成本都是最低的，且能實現整個紡紗車間細紗管紗全覆蓋追溯。但是相較于細紗長車，應用在細紗短車上的成本明顯增加。因此，本系統更適合在細紗長車上推廣使用。

表1 3 種方式在細紗機長車和短車上的成本對比

（2）系統標簽讀取速率快，讀寫準確度高，自動寫入穩定性高。基于對電子標簽數據信息讀取與寫入格式的設計以及對系統讀取部分代碼的優化，在疵管檢測時質量管理人員使用移動終端讀取絡筒工序中被剔除的帶有電子標簽的疵管，其能夠在1.5 cm 以內被準確讀取，系統讀取速度為1.2 s/個。由于本系統人工讀取速度和讀取位置可控，可減少誤操作并對誤操作后的紗管及時處理，在系統發生故障的最壞情況下，最多有1 個~2 個疵管出現讀取不到的情況，但并不會對其他疵管產生影響，讀取準確率可達99.8%以上。在標簽自動寫入的過程中，系統設定的寫入速度為每秒100 個紗管，但實際生產過程中每秒只需寫入1 個紗管即可，因此系統能夠在1 s 內對紗管進行反復的讀寫確認，寫入準確度大幅提高，自動寫入功能較穩定。

（3）系統能夠有效減少疵管數量。據統計，系統穩定運行9 個月以來，細紗機上的空管平均由6 個/臺降至1 個/臺以下，滿管率由97%提升至99.5%以上，平均疵管率由1%~2%降至0.1%，相當于每1 000 個管紗中疵管數量減少了10 個~20 個，管紗生產效率和生產經濟效益明顯得到提高。

（4）系統能對管紗問題形成閉環管理。在生產過程中，傳統追溯方式已不能滿足對紗錠的日常維護，維護人員不能及時保養和修理出現問題的紗錠。而工作人員利用裝有本系統的移動終端讀取絡筒工序中被剔除的疵管信息后，按照絡筒機上的錯誤提示在系統中選擇對應的紗疵產生的原因后與其生產信息一并保存上傳到疵管數據庫中。隨后維護人員便能通過查看疵管數據表及時追溯到絡筒剔除疵管對應的壞錠，解決該錠位引起不良紗疵的隱患，大幅降低疵管數量，對管紗問題形成閉環管理。

5 結語

本研究針對目前紡紗企業細紗管紗的標志方法和已有管紗溯源系統的不足，基于RFID 技術，利用移動終端、網絡和數據庫，結合固定式RFID標簽讀取檢測裝置和絡筒工序電子清紗器的疵點檢測結果，設計了一個基于移動終端的全自動管紗溯源系統。訪系統具備疵管電子標簽信息讀取保存和數據處理功能，實現了疵管的跟蹤與溯源，并在20 臺JWF1579 型和100 臺FA506 型細紗機上能夠穩定運行。與目前已有的管紗溯源系統相比，系統在架構上進行了優化，便攜性、交互性與易操作性得到了提升，有效降低了追溯成本，提高了管紗追溯效率，對管紗問題形成了閉環管理。本系統對于企業紡紗生產過程的數字化管理及推動企業信息化具有一定的實用價值和指導意義。