요약: 농기계 제조 공장의 낙후된 데이터 수집 방식과 생산 현황 모니터링 방법의 부재라는 현안을 고려하여, 무선 주파수 식별(RFID) 기술 기반의 응용 솔루션을 연구하였다. 먼저, 기업의 현재 생산 현황을 분석하여 RFID 기술 기반의 데이터 수집 방안 및 네트워크 지원 아키텍처를 제안하였다. 둘째, Visual Studio 2017 플랫폼과 C# 언어를 이용하여 생산 진행 상황 추적 시스템을 개발하였다. 마지막으로, 옥수수 파쇄기를 연구 대상으로 선정하여 생산 현장에 시스템을 구축하고 생산 공정에 대한 실험을 수행하였다. 실험 결과, 시스템이 빠르고 안정적으로 작동하여 기업의 실시간 데이터 수집 및 생산 현황 시각적 모니터링을 가능하게 함을 확인하였으며, 제안된 방법의 타당성과 효율성을 검증하였다. 핵심어: 농기계 제조 공장; 무선 주파수 식별; 데이터 수집; 시각적 모니터링


무선 주파수 식별(RFID)은 전자 태그가 부착된 정지 또는 이동 물체를 자동으로 식별할 수 있는 비접촉식 자동 식별 기술입니다. 사물 인터넷(IoT)의 중요한 구성 요소로서 국내외에서 큰 주목을 받고 있으며, 창고 관리, 신원 인식, 생산 관리 등 다양한 분야에서 국내외 학자들의 심도 있는 연구가 진행되고 있습니다. 특히, 기존 바코드 스캐닝 기술과 비교하여 RFID 기술은 장거리 일괄 식별, 빠른 정보 처리 속도, 환경 적응성 등의 특징을 갖고 있어 제조 현장 데이터 수집, 생산 공정 모니터링 등 다양한 분야에서 활용 가능성이 높아지고 있으며, 전통적인 이산 제조의 정보화 발전에 크게 기여하고 있습니다[1]. 현재 국내외 학자들은 RFID 기술 응용에 대한 이론적 연구를 활발히 진행하고 있습니다. 문헌 [2]는 이산 제조 ​​분야에서 RFID 기술의 응용 모델을 요약하고 있으며, 문헌 [3]은 RFID의 핵심 응용 분야로 제조 자원의 상태 변화를 모니터링하고 관련 데이터를 수집하는 것을 제시하며, RFID 기반의 공정 데이터 수집 모델을 제안하고 있습니다. 전자 태그의 EPC 코드 구조에 따라, 문헌 [4]에서는 제조 자원 처리 과정의 정적 및 동적 연관을 달성하기 위한 제조 자원 연관 코딩 규칙을 제안했습니다. 문헌 [5-6]에서는 제한된 조건에서도 공간 내 최대 커버리지 영역을 확보할 수 있는 RFID 리더 최적화 배치 알고리즘을 제안했습니다. 문헌 [7]에서는 RFID 기술과 창고 관리 시스템의 결합을 제안하고, RFID 재고 관리 시스템에서 자재 취급 효율을 극대화하고 운영 비용을 절감하는 선택 알고리즘을 개발했습니다. 상기 문헌들은 RFID 기술 기반의 다양한 응용 모델 및 시뮬레이션 알고리즘 연구를 제안했지만, 모두 이론 연구에 치중되어 기업의 실제 생산 문제와 결합된 연구가 부족합니다. 따라서 "응용 연구가 이론 연구에 뒤처지는" 현상이 나타나고 있습니다. 본 연구에서는 상기 학자들의 연구를 바탕으로 신장 지역 농기계 기업의 생산 현황을 고려하여 농기계 제조 작업장을 위한 RFID 응용 솔루션을 제안합니다. RFID의 하드웨어 구성 및 실시간 데이터 수집은 재공품 생산 공정의 흐름과 생산 배치에 맞춰 구현되었으며, 생산 공정의 시각적 모니터링을 위해 Visual Studio 2017 플랫폼을 통해 C/S 아키텍처 기반의 모니터링 플랫폼을 개발했습니다.

2. 생산 현황 및 적용 요구사항 분석 2.1 생산 현황 분석 신장 M 회사는 농축산 기계를 제조하는 기업입니다. 조사 및 분석 결과, 옥수수 파쇄기의 생산 공정은 주로 물리적 가공 및 조립으로 이루어집니다. 조립 공정은 크게 네 단계로 나뉩니다. 먼저 쉘 프레임이 조립 라인에 투입됩니다. 각 조립 스테이션에 도달할 때마다 작업자는 해당 조립 요구사항에 따라 관련 부품을 설치하고, 최종적으로 조립 라인에서 제외됩니다. 조립 공정은 복잡하고 사용되는 자재의 종류도 다양합니다. 주요 문제점은 다음과 같습니다. (1) 데이터 수집 방식의 낙후성: 장비가 노후화되고 정보화 수준이 낮아, 작업 담당자가 제품이 생산 라인에서 나올 때마다 조립 정보를 수동으로 기록해야 합니다. 따라서 생산 공정의 실시간 데이터를 얻을 수 없고, 과거 데이터를 분석하여 생산 능력을 분석하는 것도 불가능합니다. 예를 들어, 작업자의 숙련도 차이로 인해 각 공정의 완료 시간에 큰 차이가 발생하여 생산 라인 운영의 불균형을 초래합니다. (2) 생산 진행 상황에 대한 실시간 감독 문제. 작업장 관리자는 현재 생산 중인 제품의 실시간 생산 진행 상황 정보를 파악할 수 없어 작업장 최전선의 상황을 끊임없이 확인해야 하므로 작업 효율이 저하되고 시간과 비용이 낭비됩니다. 2.2 응용 수요 분석 점점 더 많은 학자와 기업들이 이론적 분석과 기업 생산 현장의 상황을 결합하는 것의 중요성을 인식하고 있습니다. 따라서 본 연구에서는 RFID 기술과 생산 공정을 결합하여 생산 공정의 정보 관리를 연구합니다. 구체적인 내용은 다음과 같습니다. (1) RFID 기술을 통해 생산 공정의 실시간 데이터를 수집하여 생산 공정 내 제품 데이터의 무서류 전송 및 정보화를 실현합니다. 기존의 수동 데이터 수집 방식의 시간 지연 및 오류 발생 가능성을 제거합니다. (2) 작업자의 숙련도 차이로 인해 처리 시간에 큰 차이가 발생하고 각 공정의 처리 시간을 표준화할 수 없어 시간과 비용이 낭비됩니다. RFID 기술을 통해 실시간 처리 시간을 확보하여 기업의 향후 생산 능력 분석을 위한 데이터 기반을 제공합니다. (3) 작업장 네트워크 지원 시스템을 구축하여 데이터의 통합 관리를 실현하고, 작업 진행 상황 추적 플랫폼을 개발하여 생산 공정의 시각적 모니터링을 실현합니다.

3. RFID 기반 애플리케이션 솔루션 설계
3.1 데이터 수집 계획 설계 실시간 데이터 수집은 공정 중인 제품의 실시간 상태 추적의 기반이 되며, 데이터 수집 과정은 전체 생산 공정에 걸쳐 진행됩니다. 구체적인 데이터 수집 방안은 다음과 같습니다.
3.1.1 운영 준비 단계 운영 전에 자재와 RFID 태그를 연결해야 합니다. 먼저 제품 정보와 공정 흐름 정보를 RFID 태그에 입력하고, 제품에 고유 식별을 위한 임시 ID를 할당한 후 RFID 태그 초기화를 완료합니다. 그런 다음 제품 모델에 라벨을 부착합니다. 정보 입력이 완료되면 온라인 운영을 준비할 수 있습니다.
3.1.2 조립 작업 단계 각 공정에 데이터 수집 지점, 즉 RFID 안테나를 설치합니다. 공정 중인 제품이 조립 스테이션에 도착하면 리더기가 RFID 안테나를 통해 태그의 공정 정보를 읽고 현재 공정 상태 정보를 얻습니다. 작업자가 공정을 완료하고 품질 검사 결과가 "합격"으로 나오면 라벨의 데이터가 공정 정보에 따라 자동으로 업데이트됩니다. 모든 공정이 완료될 때까지 위의 과정이 반복된 후 디버깅 단계로 진입합니다. 3.1.3 디버깅 단계 진행 중인 제품의 조립 작업이 완료되면 전체 장비 디버깅 단계로 진입합니다. 디버깅에 실패하면 진행 중인 제품의 처리 상태가 "재작업"으로 업데이트됩니다. 재작업이 완료되면 디버깅이 성공할 때까지 디버깅 단계로 진입합니다. 디버깅에 성공하면 처리 상태 정보가 "디버깅 성공"으로 업데이트됩니다.
3.1.4 작업 종료 모든 조립 작업이 완료되고 전체 기계의 디버깅이 성공적으로 완료되면 데이터는 미들웨어를 통해 데이터베이스 서버로 자동 전송되어 저장됩니다. 모든 태그가 회수되고 재활용을 위해 태그 정보가 동시에 삭제됩니다. (구체적인 프로세스는 생략)

3.2 자재 상태 추적 원리 자재 상태 추적 정보[8]는 기본 자재 정보와 자재 상태 정보를 포함한다. 기본 자재 정보에는 자재명, 자재 코드, 규격 모델, 생산 배치 등이 포함되고, 자재 상태 정보에는 조립 상태 정보, 작업대 정보, 공정 완료 소요 시간 등이 포함된다. 각 작업대에 RFID 데이터 수집 지점을 설치함으로써 해당 작업대에서 생산 중 제품의 상태 변화 정보를 모든 공정이 완료될 때까지 수집할 수 있다. 이를 통해 전체 공정에서 물리적 흐름과 정보 흐름의 동기화가 실현된다.

3.3 시스템 네트워크 지원 아키텍처 RFID 데이터 수집 방식을 기반으로 그림 3과 같이 시스템 네트워크 지원 아키텍처를 설계했습니다[9]. 데이터 수집 계층은 RFID 데이터 수집 단말기를 통해 작업장 생산 현장과 직접 연결되어 생산 데이터의 수집 및 저장을 구현합니다. 수집된 데이터는 RFID 미들웨어와 작업장 LAN을 통해 데이터베이스 서버로 업로드됩니다. 데이터 처리 계층은 원본 데이터 처리를 완료한 후 응용 계층에 데이터 지원을 제공합니다. 기업 응용 계층은 생산 공정 모니터링 및 이력 정보 조회와 같은 기능 모듈을 지원하는 데 사용됩니다. 생산 공정 데이터는 웹 서비스 또는 XML(Extensible Markup Language)을 통해 다른 시스템에도 제공될 수 있습니다. 기업 관리자는 MES 시스템과의 통합을 통해 실시간 생산 정보를 직간접적으로 얻을 수 있습니다. 272 ​​Fan Yuxin 외: 농기계 제조 작업장에서의 무선 주파수 식별 기술 적용 연구 제5호 그림 3 시스템 네트워크 지원 아키텍처

4. 시스템 구현 상기 데이터 수집 계획 및 시스템 구조를 기반으로, Visual Studio dio2017 플랫폼과 C# 프로그래밍 언어를 사용하여 장비 개발사[10]가 제공한 API 구성 파일을 참조하여 농기계 제조 작업장 진행 상황 추적 플랫폼을 개발하였다. 생산 및 제조 데이터는 SQL Server 데이터베이스에 저장하였다. 데이터의 실시간성과 보안을 보장하기 위해 C/S 아키텍처를 사용하여 시스템을 개발하였다. 시스템 기능 모듈 설계는 그림 4와 같다. 주요 구성 요소는 데이터 수집 모듈, 생산 현황 모니터링, 실시간 정보 통계 및 이력 데이터 조회이다. 그림 4 시스템 기능 아키텍처 다이어그램 4.1 데이터 수집 모듈 데이터 수집은 시스템의 핵심으로, 태그 초기화 및 데이터 수집을 포함한다. 즉, 수집된 데이터는 데이터 수집 장치를 통해 데이터베이스에 저장되고, 데이터 분석 및 처리를 통해 생산 현황 모니터링을 위한 데이터 지원을 제공한다. 4.2 생산 상태 모니터링 태그가 부착된 제품이 안테나 스캔 영역에 진입하면 제품의 기본 정보와 생산 상태 정보를 획득하고, 재공품의 생산 상태를 실시간으로 모니터링합니다. 재공품의 생산 배치 번호를 통해 생산 계획을 실시간으로 피드백하고, 완료된 일정을 제공합니다. 4.3 실시간 정보 통계: 전체 조립 라인의 온라인 작업 총 횟수, 완료 수량, 조립 중인 수량에 대한 실시간 통계를 제공하며, 작업 스테이션, 제품 카테고리, 생산 계획에 따른 다양한 제품의 수량 통계도 제공합니다. 4.4 이력 데이터 조회: 완료 시간, 제품 사양 및 모델, 계획 번호, 제품 코드를 기준으로 생산된 제품의 이력 데이터를 조회할 수 있습니다. 5 사례 검증: 옥수수 분쇄기 조립 공정을 예시로 실험을 진행합니다. 생산 라인의 RFID 하드웨어 구성은 그림 5와 같습니다. 리더기는 RFID 안테나에 연결하여 데이터를 수집하고 태그에 기록한 후 호스트 컴퓨터에 연결하여 근거리 통신망(LAN)을 구성합니다. 호스트 컴퓨터는 RFID 하드웨어 장치의 매개변수 설정 및 리더기와의 데이터 통신을 담당합니다. RFID 리더/라이터, RFID 태그, 호스트 컴퓨터, 옥수수 분쇄기, RFID 안테나. 그림 5는 RFID 사이트 구성도입니다. 옥수수 분쇄기는 4개의 조립 섹션으로 구성되어 있으며, 각 섹션에는 RFID 안테나가 장착되어 있습니다. 본 연구에서는 분쇄기의 조립 공정을 대상으로, 분쇄기에 해당하는 자재 코드는 202031506250001, 규격 모델은 QS-3150, 생산 계획은 202006-01입니다. 해당 공정 경로표는 그림 6에 나와 있습니다. 현장 환경의 복잡성으로 인해 RFID 장비 구성에 영향을 미칠 수 있음을 유의해야 합니다. RFID 안테나의 판독 효율을 확보하기 위해 각 조립 공정에서 판독이 가능하도록 안테나에 가까운 하우징 측면에 전자 라벨을 부착했습니다. 그림 6 옥수수 분쇄기 호퍼 조립 공정 흐름도. 그림 7 시스템 작동 인터페이스. 호퍼를 조립하기 전에 RFID 태그를 부착하고 제품명, 코드, 생산 계획 번호 등의 초기 정보를 입력합니다. 태그 초기화가 완료되면 온라인 생산 준비가 완료됩니다. 제품이 첫 번째 공정에 들어가면 RFID는 태그 정보를 읽어 현재 위치 정보와 상태 정보를 얻습니다. 동시에 시작 시간도 기록합니다. 호퍼가 공정을 완료하면 태그 정보가 자동으로 업데이트되고 완료 시간이 기록되는 등 디버깅이 완료될 때까지 이 과정이 반복됩니다. 동시에 수집된 데이터는 데이터베이스에 저장되고, 태그는 최종적으로 재활용됩니다. 프로그램 실행 인터페이스는 위의 전체 과정을 실시간으로 표시하며, 현재 공정 및 생산 계획의 완료 상태, 각 공정의 완료 시간, 각 제품 모델의 온라인 생산량, 완료 수량 등의 정보를 정확하게 표시할 수 있습니다.