2.3 工業現場智能感知架構

2.3.1 工業現場智能感知需求分析

工業現場環境復雜，車間管理難度較大，傳統的車間管理方式實時性較差，生產數據獲取能力較弱，且存在較強的人員主觀性、易出現數據遺漏或錯誤等問題，降低了制造車間的生產能力，影響了制造業的經濟效益，難以滿足管理層對車間制造過程高效化和透明化的需求。在“工業4.0”的浪潮之下，為實現傳統工業現場向智能車間的轉型升級，對生產過程的智能感知至關重要。工業現場智能感知技術可主動獲取大量生產過程數據信息，幫助管理層實時掌握車間生產狀況，提升車間決策的及時性和準確性。工業現場智能感知技術需求主要包括以下幾個方面：

1）生產要素信息采集。采用RFID技術實現生產要素信息采集。RFID技術作為一種非接觸式自動識別技術，具備非可視化識別、移動識別、多目標識別等能力，因此工業現場生產要素可采用附著或懸掛RFID標簽的方式進行標識，RFID標簽與生產要素為一一映射關系，即每個RFID標簽僅對應一個或一批生產要素，RFID標簽內存儲了該生產要素的基本屬性信息。RFID技術采集的信息不僅包括生產要素基本數據的靜態信息，還包括制造過程中生產要素的實時狀態等動態信息，根據RFID數據可實時更新在制品加工情況、物料使用情況、工裝工具位置情況等。基于RFID技術的生產要素信息采集能夠確保數據采集的實時性和準確性，完善工業制造過程中生產數據的管理。

2）生產要素區域定位。在傳統的工業現場，生產要素的位置信息獲取主要通過工作人員現場勘查的方式，存在位置信息遲延、不準確、所需時間成本高等問題，難以保證位置信息的可靠性和實時性。采用RFID技術可對制造現場的生產要素進行區域定位，當攜帶RFID標簽的生產要素被RFID讀寫器感知后，將生成RFID感知記錄。該條記錄包含RFID標簽編碼、RFID讀寫器編碼及讀取時間等信息，通過感知記錄內RFID讀寫器的編碼，可以確定該生產要素的位置區域，幫助工作人員實時定位車間生產要素，避免了在車間大范圍搜索某生產要素，減少了時間成本，提高了車間制造效率。

3）制造過程實時監控。傳統工業制造過程仍處于黑箱狀態，管理層不能直觀了解車間生產狀態，車間缺乏實時控制能力。傳統工業現場出現機床故障或生產瓶頸時，管理層難以及時獲得機床故障信息或生產瓶頸狀態，無法重新進行資源分配與生產調度，嚴重影響了車間的生產效率，因此企業迫切希望能夠對制造過程實時監控，實時掌握制造過程狀態。在制造車間的生產工位和關鍵位置部署RFID設備，采集生產過程相關數據信息，為車間管理人員提供車間實時生產情況，以便及時調整生產計劃，合理安排制造資源。

4）制造過程追溯。傳統工業制造過程追溯性較差，僅通過紙質文檔記錄相關制造信息，難以幫助管理層掌握產品在車間的整個生產過程。在工業現場應用RFID技術時，若車間生產的產品出現問題，可通過產品的RFID感知記錄快速查詢到該產品的加工工位，各工位加工開始時間、結束時間，以及操作人員信息，從而確定導致該產品問題的原因，并針對該原因，如設備故障、工人操作不規范等，提出合理的改進策略，提升制造車間產品的良品率。基于RFID技術對制造過程追溯，可為評估車間設備部署的合理性和優化車間生產提供數據支撐。

5）數據處理與信息推送。工業制造過程采集到的RFID數據量龐大，且包含許多沒有價值的信息，因此需對RFID數據預處理，消除冗余數據和錯誤數據，提高數據的信息粒度和應用價值。原始的標簽讀取事件難以被車間工作人員理解，采用RFID復雜事件處理技術可從大量的標簽讀取事件中推理出語義層級更高的復雜事件，并將復雜事件信息按照訂閱規則推送給車間管理人員，使得管理層能夠實時獲取所需信息，對車間生產狀況進行科學判斷和合理決策。