航空领域射频识别(RFID)技术应用研究

2017-11-13 11:35 行业报道   来源:军民通用标准化

导读RFID技术可应用于飞机制造作业与流程跟踪领域,通过采用RFID技术,系统能够自动采集生产数据和设备状态数据,为生产管理者提供企业业务流程所有环节的实时数据,结合各工序设备的工艺特点和相关的工艺、质量指标参数,进行各生产重要环节的工艺参数和设备运行参数等生产信息的在线监测和分析,帮助企业实现生产过程中半成品工序、成品工序的计量,仓储的出入库管理的自动化和信息化集成,供应链的自动实时跟踪,销售及售后服务反馈,让企业可实时掌握流程信息,并对企业业务进行监督管理。通过采用RFID技术,可极大提升航空制造业的水平  

射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)技术是现代科学技术在社会各方面的创新性应用。作为21世纪最具发展潜力的十大技术之一,RFID技术的发展带来了巨大的市场价值。RFID技术已广泛的应用在了零售业、物流业、制造业等诸多领域。在航空领域,由于飞机制造商、零部件供应商和航空公司的通力合作, RFID技术已经渗透到航空领域供应链系统的各个环节,但整体上,RFID技术在航空领域起步较晚,在我国航空领域的应用起步更晚。开展航空领域RFID技术研究具有重要意义。

1. 航空领域射频识别技术应用布局

RFID技术在航空领域的应用,按大类分,目前主要分为三个大的方向,包括航空制造、航空运营与维护、机场管理等。

 

航空领域射频识别(RFID)技术应用研究

图1航空领域RFID应用布局

1.1在航空制造应用

航空制造领域,特别是主机制造企业,零部件、工具工装种类多,数量多;工艺路线复杂多变,生产周期长,成品需要经过零部件加工、装配等一系列环节,很多零件可能需要几十道工序才能生产出来,涉及众多车间、外协厂商。生产过程组成复杂。要维持生产,需要原材料、设备、工装夹具、仓库、操作人员等一系列科学配合,牵涉企业各部门和供应商,生产过程组织极其复杂。

RFID技术可应用于飞机制造作业与流程跟踪领域,通过采用RFID技术,系统能够自动采集生产数据和设备状态数据,为生产管理者提供企业业务流程所有环节的实时数据,结合各工序设备的工艺特点和相关的工艺、质量指标参数,进行各生产重要环节的工艺参数和设备运行参数等生产信息的在线监测和分析,帮助企业实现生产过程中半成品工序、成品工序的计量,仓储的出入库管理的自动化和信息化集成,供应链的自动实时跟踪,销售及售后服务反馈,让企业可实时掌握流程信息,并对企业业务进行监督管理。通过采用RFID技术,可极大提升航空制造业的水平与效率,并且通过建立智能化的仓库,可以实时、及时的对仓库中的物资材料进行检查和核对,这对于降低人为因素造成的风险,控制材料发生成本也具有十分重要的作用,更可以进一步提升航空制造企业的经济效益。

1.2在航空运营与维护的应用

1)航材管理

航材的品种、数量不断增加,导致航材管理的难度增加,复杂度增加。航材管理不同于一般的材料,价格方面相对昂贵一些,如果航材得不到充足的供应,势必会对航空维修造成不利影响,届时造成的恶性循环是很难弥补的。航材的存储要控制在一个理想的限度内,航材太多势必会导致航空公司的财务陷入一种混乱状态,这将对航空事业的总体发展造成不利影响。因此,在航材的管理工作中,需要考虑到多方面的因素,完成理想的掌控。

采用RFID技术可实现航材的唯一标识,航材根据名称、型号和机件号可以唯一确定一项航材,航材配备的 RFID 标签具有唯一性,实现与航材的一一对应。首先应当通过 RFID 读写设备在标签中录入航材的名称、型号、机件号、数量、存放位置等信息,最后在该航材包装上安装标签,并将该标签与存放位置标签绑定,方便以后查找。实现航材的入库管理、库存管理、出库管理。

2)维修管理

航空事业发展过程中,维修是比较核心的部分,航空器系统的复杂性决定了现代航空维修中需要使用较多的维修工具和地面支持设备,对这些工具设备的有效管控就成了维修工作得以正常进行的物质型先决条件,直接影响到维修的效率和效益,也体现了航空维修企业的维修管理能力和维修水平[1]。如何对这些工具设备进行高效管控是航空维修企业所面临的重大课题。将RFID技术引入航空维修工具管理方面的应用课题研究已较为深入,相关的商业化硬件产品也已出现,为实现高效的维修工具管控提供了条件。

RFID技术可用于对机务维修工具的管理,实现工具管理的实时可视化。在工具入库前粘贴输入工具信息的电子标签,每次借出和归还工具时,只需让所有工具通过阅读器的识别区,就能完成所有工具的信息交换,可以在“工具多余物管理”方面发挥很大作用。

3)救生器材管理

氧气发生器安装到飞机上后,往往需要大量人工定期对其进行例行检查,以防止设备超期。在使用RFID技术之前,工作人员必须要打开座椅上方的面板来检查氧气发生器的日期,所以实际应用中,为避免其超期,很多氧气发生器还没有到期时就全替换下来,这变相的降低了设备的使用寿命,增加了运营成本。应用RFID技术可以帮助公司知道每个氧气发生器过期的时间。同样,救生衣存在同样的管控需求和管理痛点,通过采用RFID技术,提供了一种好的技术手段来保障救生器材的管理。

达美航空从2011年起开始采用RFID技术进行试点应用。采用超高频电子标签,对十架波音757飞机进行管理。经过实际试用对比,达美航空得出如下数据:使用RFID技术前,每次查看氧气发生器的日期必须重复打开座椅上方的面板,对整架飞机的检查需要一名工程师约8小时的时间对能完成。在使用RFID技术后,配合专用的手持机,可以隔着面板直接读取氧气发生器上标签内的信息,对于整架飞机的检查只需一名工程师2分钟时间即可完成。

1.3在机场管理的应用

1)机场行李物品管理

机场和航空公司正在致力于使用 RFID 来加强行李追踪、分配和传输。与传统的行李条码化管理相比, RFID 行李管理系统可以远距离读取标签,识别速度更快,结果更准确,使机场的行李处理系统能够更准确地追踪行李,帮助行李及时交付。

拉斯维加斯麦卡伦国际机场被Allegiant航空公司、西南航空公司和全美航空公司使用作重点枢纽,同时也是Allegiant和西南航空公司最大的营运基地。McCarran国际机场也是美国首家使用RFID系统对全部的行李进行管理的机场。

 

航空领域射频识别(RFID)技术应用研究

图2 机场行李物品管理

2)电子机票

电子机票,是纸质机票的电子形式。它将票面信息存储在订座系统中,可以像纸票一样执行出票、作废、退票、改转签等操作。旅客无需拿到传统的纸质机票,只要凭身份证和电子机票订单号,在飞机起飞前1小时到机场航空公司专门的柜台,就可以直接拿到登机牌上飞机,从而避免了因机票丢失或遗忘造成的不能登机的尴尬。

3)机场内车辆监控指挥调度

基于GPS/BDS/GLONASS、RS、RFID、GIS、网络技术和数据库技术的场内车辆监控指挥调度系统,已在国内外大型机场得到广泛的应用。

特别是RFID已成功应用于机场货运管理,进而实现了对货物的实时、准确、完整地记录、追踪,可以全面高效地加强从产品的生产、运输到销售等环节的管理,并提供各种完善易用的查询、统计、数据分析等功能。每个货物都可在网络内部设置完整的信息,货物追踪和管理的内容、线路和日志便可以一目了然。

4)安防管理

RFID在安全防范方面的应用主要包括:机场安全防范管理、员工管理、道口车辆管理等。通过 RFID 技术能将黑名单中的人员在通过关卡时发出警告信号,并迅速指示此人的行李所在,以便管理人员能及时准确地找出行李做出相关的工作,更好地防止恐怖事件的发生。每张电子标签皆有一组无法修改、独立的编号,且经过专门的加密,可以管理传感器和闯入侦查设备,例如新建、删除、修改传感器属性和移动传感器。机场可以根据每位工作人员的职位、身份对他们的活动范围进行规范,然后把以上资料的电子标签安放在员工的工作卡上。RFID 技术可识别该员工是否进入了没被授权的区域内,以便对员工进行更好的管理。

2. 航空领域RFID技术标准化现状

RFID基础标准制定方面,目前主要由美国主导的国际标准(ISO/IEC)和EPC global两大标准化组织,已经建立了一套相对完整的射频识别标准体系,包括空口协议标准、协议一致性测试标准、标签数据标准等。

航空领域,行业标准在 RFID 技术的实施过程中起着至关重要的作用。RFID针对航空领域最主要的通用标准是由航空运输协会(ATA)制定的 ATA Spec 2000,适用于航材和可靠性数据交换协议。美国SAE也为航空领域RFID标签的生产和检测制定了AS5678 标准,这套标准规定标签应当具备承受极端环境的能力,具体阐述了标签的耐温、耐压、抗冲击和耐腐蚀等性能。美国国防部所制定的针对RFID资产唯?识别标准(IUID),要求成本超过5000美元的资产都要拥有永久的唯?标识,这?规定与ATA Spec2000同样兼容。

我国民航RFID领域,也制定了MH/T 1025-2009《民用航空行李运输无线RFID规范》,该标准规定了民用航空行李运输无线RFID系统、标签、读写器、编码、安全的基本要求,适用于民用航空运输企业的行李运输服务。

整体上,航空领域RFID标准化方面,虽不太完善,但已有一定的基础,可为相关应用的实施提供标准支撑。

3. 航空领域RFID应用的特殊性

不同于一般的RFID应用,RFID在航空领域的应用有一定的特殊性。首先应用的环境不同,航空领域RFID需管控的物品一般以金属或复合材料为主,因此需要专门的抗金属电子标签才能满足相关需求。其次,基于到被控物品全生命周期管理及离线使用的要求,电子标签的存储容量大于其他领域。另外在一些特殊的场合,还具有较强的保密要求。

抗金属电子标签

RFID应用上,没有“千篇一律”的标签,所以开发和生产各种用途的标签是解决问题的关键。金属物体对超高频标签性能的影响很大。抗金属标签是一种专门针对金属物体而使用的标签,也称为金属标签、防金属标或金属附着型电子标签。对于普通无源超高频标签,当其贴在金属表面时,由于标签天线的阻抗匹配、辐射效率、方向性都发生了改变标签的读取距离迅速降低,甚至难以被读取。因此,需要对其进行特殊处理或采用特殊标签,以使其可以在金属表面应用。航空领域,特别是航空制造,需管控的物品一般都为金属或复合材料,普通的RFID标签不再适用,相应的一般有三种解决方案:采用吸波材料贴于金属表面克服金属的反射效果;将标签垫高一定高度,减小金属的边界条件影响;采用专门的抗金属标签天线设计方法[4]。

高容量电子标签

RFID在快消等一般领域应用,电子标签内存有96-bits,可扩大至内存512bits。512bits通常包含95个字符或120个数字,并不适用于航空领域的强制识别标准:

制造商CAGE代码(MFR);

产品序列号(SER);

原始零件编号(PNO);

构造码(UIC);

零部件说明(PDT);

制造日期(DMF);

国际商品代码(ICC)。

航空领域则需要(1k-8k)bits的存储量。当后台系统不能确保与资产的随时连接,或者管理者有不愿与外部机构分享的信息时,高容量 RFID 标签体现出强烈的价值。航空和维护公司则可以进行更高效的维修操作记录管理来代替目前基于纸本的记录方式,快速定位零部件,降低航班延误与取消率,潜在地每年可节约上亿美元。目前,空客每一架飞机所需标识的航空部件多达3000个,而其中2000个左右是 4kbits以上的高容量标签。

4. 我国航空领域RFID技术应用

航空领域,无论是军机还是支线客机、国产大飞机,都进入了快速发展的轨道。RFID技术作为一种有效的信息化技术,能够助力我国航空业的健康快速发展。RFID技术在我国航空领域的应用,按照大的行业分为军用和民用。整体上,在RFID应用效果方面,民用大于军用,在军事领域,特别是在军机生产领域,受制于保密等诸多因素,发展较慢,但RFID应用需求迫切。民用领域,RFID在机场的管理方面已有一定的应用,比如香港新机场、重庆机场T3A新航站楼、武汉天河国际机场已有一定的应用,民机制造方面,RFID已用在工具管理方面。

我国航空业正处于高速发展阶段,行业内的信息化水平不够,急需提高信息的识别和处理能力。应用 RFID 技术于航空领域,必将大大促进产业信息化,提高管理水平和效率。

5. 结论与展望

随着RFID 技术的不断进步,随着军民融合的深入推进,RFID 技术的应用成本会逐渐降低,RFID应用的障碍将越来越少, RFID在航空领域的应用将会越来越深入。

未来RFID技术和智能化技术的整合,将可以在航空制造、航空运维、航空安全、航空预警中发挥发挥重要作用,这对于进一步推动航空企业的技术发展,确保为顾客带来更为安全通畅的环境,增强人们对于航空企业发展的信心,将产生十分重要的作用。

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