物联网RFID技术在服装生产企业构建研究

摘 要：供应链环境下的生产制造业已经处于风口浪尖，服装业作为生产业传统产业已经到了不得不改变的时期。射频技术的出现给这一传统行业带来了契机，本文分析了服装生产厂家的物流生产环境，并以此为模型构建服装行业的应用RFID技术的方案，以及应用射频技术的核心问题防冲突算法的选择。为企业提供参考。

关键词：服装；物联网；RFID；FCFS

引言

物联网技术是在条码技术后迅猛发展的技术。其主要技术核心为RFID（无限射频技术），从RFID特点来看，最有价值的应用领域就是供应链，物流以及生产领域。通过应用RFID技术可以彻底解决产品在生产中数据采集、产品溯源，动态实时追踪、可视化生产管理等问题。

作为传统的服装行业来讲，款式、颜色、种类的复杂多变是服装生产特点，这就迫使服装业的生产、发货、仓储及周转速率不断提升。跟不上的款式要快速更新换代，产品数量库存积压将给企业带来重大压力。所以，企业控制库存也迫在眉睫。

本文就如何在服装生产环节管理过程中运用RFID技术，帮助优化供应链中生产环节的高效运行，帮助服装业应用RFID射频技术提供方案依据。

1.服装企业物联网技术应用分析与方案

通过对服装生产车间的生产计划过程分析，结合RFID技术的特点，对服装生产过程RFID应用分析如下

1.1裁剪车间应用RFID分析

服装剪裁对象通常为完整面料，里料与衬料，而结果为面料片，里料与衬料片，要是从物流的角度来看，一块面料会对应着许多件服装多块面料；裁剪车间的环境比较特殊，相关裁剪作业没有固定的作业地点，如需要应用RFID技术，则必然要对裁剪作业的流程进行改造，将影响裁剪的工作效率；

但裁剪作业环境的设计追求人性化和高效率，在打包之前的裁剪物流过程规律性不强，而且裁剪时大多采用批量裁剪，但所有裁剪完成的衣料片均需要到整理、编号和打包工作台上进行相应的作业，按单件整理包含缝制一件服装所需要的所有衣料片的衣料包。

最后即使应用了RFID技术，由于裁剪作业本身不是制衣生产的瓶颈，难以获得较好投资回报。因此裁剪车间不适合应用RFID技术

1.2缝制车间应用RFID分析

以衬衣缝制过程来阐述缝制车间生产环境。男士衬衣缝制过程大致可分为大身缝制、领子缝制、袖子缝制和肩缝制四个大段，一般缝制车间中设有两条生产线来处理大身缝制，大身缝制工艺过程中，每条大身缝制生产线上会设置2个质检点保证后道工序对前道工序的质检确保质量，总缝完成后再进行质检。领子和袖子的缝制工作量较小，车间中会分别有专门区域进行领子和袖子的缝制。单件作业是服装缝制的特点，与RFID的单件识别恰到好处。

缝制车间生产线作业中整体上的核心点在于缝制半成品均须经过许多聚焦点；缝制作业是服装生产的核心，不仅需要大量人员，同时也是在制品集中营。；如图缝制车间生产环境

缝制车间生产环境

缝制车间实施RFID技术，不但可以即时监控车间在制品状况，而且实现对生产过程的追踪，车间管理水平也可以大幅提升。因此应用RFID技术重点落在缝制车间

1.3整烫车间应用RFID分析

整烫车间主要处理成衣入库前的相关作业，包含成衣熨烫和锁眼等辅作业，使用专业的设备进行熨烫作业。钉扣、商标缝制等辅工作也在整烫车间，全部完成并质检后才入成品库如下图所示。

作为缝制车间与成品库间的过渡区，整烫车间采用RFID技术可以监控在制品库存，但要全面监控会相对困难；而且整烫作业并不是服装生产瓶颈，可以不采用RFID

1.4实施方案

RFID生产管理系统设置于软件管理层（ERP/MRP）和RFID应用层之间。生产管理技术，实时信息系统的作用是生产计划的精细与执行，生产过程控制与在制品管理。一方面，以RFID的指令为基础向生产过程发出命令，另一方面，将RFID应用层采集的控制过程实时信息，反馈到软件管理系统，为以后编制生产计划提供依据。基于RFID的生产过程控制总体方向就是让员工可以快速、精确的掌控生产线运作状况，使管理人员即时即地的掌握业务过程的运行状态使企业敏捷的应对市场变化。如图所示为服装厂实施RFID技术生产计划模型

1）以RFID建立的生产管理系统先接收ERP，MPS下达生产任务指令等信息

2）操作员将ERP系统下达的生产信息转化为相关物料，依据服装生产物流模型，将RFID标签派发到符合的物料模型，并RFID技术生产监控环节

3）当贴RFID标签的物料处于设置在生产车间中RFID阅读器有效识别范围内，读写器通过已经编辑好的信息将读取的信息进行处理并传输到上层应用系统

4）上层应用系统根据服装生产模型，将RFID标签阅读器等与物流相关的信息转换成信息流如标签通过多少个定位点、物流转化为信息流生产信息具体进程等等

2.标签读取FCFS防冲突算法

2.1 FCFS算法

RFID应用中，阅读器与标签间是通过共享无线信道通信的，多个阅读器或多个标签一同发出信号时，必定会引起发送信号相互冲突。而RFID系统中存在阅读器和标签冲突两种类型冲突。相对RFID系统而言，标签间冲突是一个必须解决的问题。因此RFID系统的应用解决标签冲突非常重要。主流有两类方法解决RFID标签防冲突问题：一类是确定性标签防冲突算法，主要是基于二进制树搜索方法；另外一类是随机标签防冲突算法，主要是基于ALOHA的算法。但二进制树算法有采集标签延时长的弱点，尤其在标签数目较多标签与阅读器间通信数据量较大时，出现数据冗余堆积造成数据沉淀。ALOHA算法会出现标签“饿死”现象，在系统中标签数目很多时会出现无法成功识别标签。

因为ALOHA算法和二进制搜索算法都存在一些缺陷，因此笔者采用一种新的FCFS算法，它是一种进程调度算法采用的标签分组方法如图所示，处理机或系统资源为服务器，一个进程或一个作业为享受该服务器服务的标签.这些标签按FCFS方式排队享受服务

FCFS方式排队享受服务模型

这里设定系统模型中有唯一服务器S.设新顾客到达等待队列的时间与之前顾客、系统当前状态到达时间均无关，因此新顾客到达系统的时间服从泊松分布同时设服务器S为顾客提供服务的概率也服从泊松分布

T=1/（μ-λ）

根据公式若μ越大λ则越小T越小若λ不变则进程平均服务时间1/μ越短则就绪队列中进程等待时间越短，响应平均时间越短。如果μ=λ则T趋于无穷大这时系统性能趋于最差

2.2仿真及结果分析

实验环境：INTEL酷睿2.70GHz，内存4GB，操作系统Linux，编程语言C++，编译工具GCC。实验中输入参数分别为：进程进入就绪队列概率pt进程离开就绪队列概率po，离散化时间增量So；输出参数分别为：进程等待平均时间Wt，进程平均服务时间St。

多标签防碰撞算法过程如下

① 设标签时间分组数为X，X初始值为0之后每收到1次时间分组命令X数值就自动加1即运算X=X+1

② 设阅读器对于时间命令参数为Y初始值为其覆盖范围内全部标签所时间分组数中最大一个数值

③ 阅读器发出命令除了X=Y标签作答外，其它标签无应答

④ 当只有一个标签返回应答信息时，可以正确识读该标签信息

⑤ 当上面命令有2个以上标签应答时就产生冲突

⑥ 在Y标签识别过程中，设一个最大时隙参数AL，取相邻两个时间分组差的2倍，当所用时隙数超过A时，放弃对该时间组标签识别，Y-1

⑦ 当识别完成后或者没有标签应答时，执行Y-1且回到③继续执行直到Y

⑧ 当所有标签都离开阅读器读写覆盖范围时，X数据完全清空。实验结果如下

进程等待时间

进程服务时间

据表数据得出进程集平均等待时间Wt近似于平均服务时间St两倍说明进程集中部分进程等待时间远高于服务时间，即进程花费大量时间等CPU调度。表第2，3组数据得出长进程集平均等待时间明显高于短进程集平均等待时间。

由于FCFS调度与进程所需服务时间无关，所以进程集中进程等待时间都是一致的[4]周转时间=等待时间/服务时间+1，服务时间越长周转时间越短，由此可见服装业应用生产FCFS算法更加实用。

3.数据采集模块设计

3.1RFID数据采集Middleware结构

数据采集Middleware是连接阅读器和应用软件的枢纽，管理标签阅读器和应用软件之间的数据流，对数据准确性、保密性、有效性负责。

1.数据平滑和过滤。当读取标签错误信息或产生冗余数据，数据采集就会采取算法来纠正错误。数据采集Middleware在执行数据过滤集中过程时还能对大量数据进行缓冲避免这个子模块单个标签多次读取的发生保证了数据有效性。

2.阅读器协调。终端用户可以通过数据采集Middleware配置、监控、操作阅读器，还可以给阅读器发送其余控制指令。大多数软件商开发的Middleware软件均拥有即插即用功能，即Middleware可以不需要写任何代码自动检测到新的阅读器并与其链接。

3.数据路由和整合。这个子模块控制着数据发送指定应用程序。Middleware不管企业愿意与现存ERP、SCM或CAPP系统整合与否都提供数据路由与整合功能，一般情况下可以连续、批量传送数据到预先设置的目的地。

4.过程管理。此模块依据相关规则，通过传统的任务模式负责数据监控和事件触发。可以预警系统，剔除与某些事件相关的过程，例如当系统遇上未授权产品或者非期望库存时在过程管理软件中可以设置补充策略，当库存状态异常时就敏捷提示库存管理系统。

5.数据安全管理。数据采集Middleware数据安全管理的目的就是要保证数据在确定的时间地点、条件下只能被确定的人操作。保证数据安全也可以采取一些技术手段，例如信息加密传输技术等等。

6.外部接口。数据采集Middleware有两个接口：阅读器接口和应用程序接口。其中阅读器接口有多种适配器接口，可以让数据采集Middleware与不同厂家不同类型的阅读器连接，应用程序接口使数据采集Middleware与外部不同种类的应用程序或数据库连接，这些应用程序通常是现有的企业采用的应用程序和数据库。

3.2采集数据接口的设计

RFID原始数据是由RFID阅读器产生的，当阅读器有效读取范围内有RFID标签的服装进入，该阅读器便自动采集标签数据与非标签数据，阅读器中间件开始进行处理，并通过阅读器数据缓冲将数据存入数据库中。各阅读器将采集到的数据送到阅读器接口适配器进行转换后，再发往物联网系统

1.Data平滑。数据平滑主要解决阅读器有效范围内多个标签读取防冲突问题。阅读器在其有效读取范围内读取标签时也常常会出现错误读取或者遗漏，这种现象称作消极识读错误。相对积极识读错误是指由于标签间隔得过近而导致阅读器采集错误或不完整标签数据的现象。要消除以上两种错误就要通过数据过滤的。以上错误发生后都要返回读取标签来取得准确数据。重新读取标签次数会设定上限，超过上限系统会放弃识读判定标签已损坏。就消极识读错误而言可以采取重新读取标签。而积极识读错误，在判断读取数据是否存在乱码后还需判断读到的数据位数是否满足软件系统要求。

2.Data协调。数据协调主要解决阅读器冲突问题即一个标签被多个临近阅读器同时读取所产生的数据冗余。当多个阅读器通过阅读器适配器把对同一电子标签识读产生的多条数据并传送到数据采集接口时，数据协调就发挥剔除这些冗余数据的作用。数据协调需要借助临时数据库所采集到的数据和冲突事件发生的时间戳。在阅读器发生冲突时，先将读取到的标签贮存的数据作为数字编码写入临时数据库中，同时按照数字编码升序排列现有数据库，再按照时间戳升序排列数字编码相同的记录，然后比较前后两条数字编码相同的记录，若时间戳差值很小则剔除任意一条冗余记录以此循环，直到数据协调操作全部完成。

3.远程接口。一般来讲，当必须暴露远程接口的时候才会开放接口。但是服装业中很多系统ERP、MES已经存在，提供远程调用接口就显得重要。出于适应性考虑需要一种远程机制借助web service协议，配置的web应用同样可以轻松地暴露远程服务。

Spring提供的工厂Bean：Jax Rpc Port Proxy Factory Bean，可以在应用中无缝集成一个网络服务，远程访问web service用JAX-RPC。

第一个属性告诉web service的WSDL的文档地址Bean工厂设置为wsdl Document Url。Set In Service被设定到port Interface 属性内类似远程接口，需要在javax.rmi.Remote里派生。Set In服务的限定名字（QName）和它的端口由后面3个属性来建立。构造服务的QName需要namespace Uri和 service Name 属性一起使用，同时联合port Name属性一起构造一个端口QName。可通过查考WSDL定义中关于Set In服务的内容来设置这3个字段的值。静默情况下，javax.xml.rpc.Service Factory 为Jax Rpc Port Proxy Factory Bean 的服务工厂。一旦这种方法在 Spring 配置文件中配置好Set In 服务，便可直接从应用上下文中取得，或将它作为一个协作者植入到另一个 Bean属性内。

结束语

本文通过以服装生产业为例对RFID的应用建立了一些具体的实施建议与模型，并选择了一种新的算法解决标签识别过程中的冲突问题，以仿真与实例验证了可行性。数据采集是应用RFID技术的重点问题，本文给出了一般应用模型希望可以给企业提供参考。（作者单位：湖南工业大学）

参考文献：

[1] 王正肖.报喜鸟项目总体设计报告2007.683

[2] 李建东信息网络理论基础[M].西安：西安电子科技大学出版社，2001：65-90

[3] WeiPing zhu，dong wang.Mobile RFID Technology for Improving Mcommerce[J].Proeeedings of the 2005 IEEE International Conference on e-Business Engineering（ICEBE’05），2005：6-7

[4] 何炎祥.操作系统原理（第一版）.上海：上海科学技术文献出版社，1999.466～ 473