Résumé : Face aux problèmes actuels liés aux méthodes de collecte de données obsolètes et au manque de systèmes de suivi de la production dans les ateliers de fabrication de machines agricoles, une solution applicative basée sur la technologie d'identification par radiofréquence (RFID) a été étudiée. Premièrement, à partir de l'analyse de l'état de production actuel de l'entreprise, un schéma de collecte de données et une architecture réseau basés sur la technologie RFID ont été proposés. Deuxièmement, un système de suivi de l'état de production en cours a été développé à l'aide de la plateforme Visual Studio 2017 et du langage C#. Enfin, une ensileuse à maïs a été choisie comme objet d'étude. Le matériel a été déployé sur le site de production et des expérimentations ont été menées sur son processus de fabrication. Les résultats expérimentaux montrent que le système fonctionne rapidement et de manière stable, permettant à l'entreprise de collecter des données en temps réel et de suivre visuellement l'état de la production, confirmant ainsi la faisabilité et l'efficacité de la méthode proposée. Mots-clés : atelier de fabrication de machines agricoles ; identification par radiofréquence ; collecte de données ; suivi visuel


L'identification par radiofréquence (RFID) est une technologie d'identification automatique sans contact permettant d'identifier automatiquement des objets fixes ou mobiles munis d'étiquettes électroniques. Composante essentielle de l'Internet des objets (IoT), elle a suscité un vif intérêt tant au niveau national qu'international et a fait l'objet d'études approfondies par les chercheurs du monde entier, notamment dans les domaines de la gestion d'entrepôt, de la reconnaissance d'identité et du contrôle de la production. Par ailleurs, comparée à la technologie traditionnelle de lecture de codes-barres, la RFID se caractérise par une identification par lots à longue distance, une vitesse de traitement de l'information élevée et une grande adaptabilité à l'environnement. Ces atouts rendent ses applications dans la collecte de données en atelier, le suivi des processus de production et d'autres domaines de plus en plus évidentes, contribuant ainsi fortement à l'informatisation de la fabrication discrète traditionnelle [1]. Actuellement, des recherches théoriques sur l'application de la technologie RFID ont été menées par des chercheurs nationaux et internationaux : la référence [2] présente un modèle d'application de la RFID dans la fabrication discrète. La référence [3] résume l'essence de l'application de la RFID : le suivi des variations d'état des ressources de production et la collecte des données associées ; et propose un modèle de collecte de données en cours de production basé sur la RFID. D'après la structure du code EPC de l'étiquette électronique, la référence [4] propose des règles de codage pour associer les ressources de production, permettant ainsi une association statique et dynamique du processus de traitement de ces ressources. Les références [5-6] proposent un algorithme d'optimisation du déploiement des lecteurs RFID, utilisable dans des conditions limitées, afin d'obtenir une couverture maximale. La référence [7] propose de combiner la technologie RFID et un système de gestion d'entrepôt, et développe un algorithme de sélection pour le système de gestion des stocks RFID, afin de maximiser l'efficacité de la manutention et de réduire les coûts d'exploitation. Ces travaux proposent divers modèles d'application et algorithmes de simulation basés sur la technologie RFID, mais ils restent théoriques et négligent les applications concrètes aux problématiques de production des entreprises. Il en résulte un décalage entre la recherche appliquée et la recherche théorique. En s'appuyant sur les travaux des chercheurs mentionnés ci-dessus et en tenant compte du contexte de production d'une entreprise de machines agricoles du Xinjiang, une solution d'application RFID pour les ateliers de fabrication de machines agricoles est proposée. La configuration matérielle et la collecte de données en temps réel de la RFID ont été mises en œuvre autour du flux de processus et des lots de production du processus de production en cours, et une plateforme de surveillance basée sur une architecture C/S a été développée via la plateforme Visual Studio 2017 pour assurer une surveillance visuelle du processus de production.

2. Analyse de l'état de la production et des exigences d'application 2.1 Analyse de l'état de la production La société Xinjiang M est spécialisée dans la fabrication de machines agricoles et d'élevage. Après analyse, il apparaît que le processus de production de la moissonneuse-batteuse à maïs consiste principalement en des opérations de traitement et d'assemblage. Ce processus d'assemblage est divisé en quatre étapes. Le châssis est d'abord mis en place sur la chaîne d'assemblage. À chaque étape, les opérateurs installent les pièces correspondantes selon les spécifications, jusqu'à ce que la machine soit retirée de la chaîne. Le processus d'assemblage est complexe et fait appel à de nombreux matériaux. Deux problèmes majeurs se posent : (1) La méthode de collecte des données est obsolète. L'équipement est ancien et le niveau d'informatisation insuffisant. Le responsable de chaque étape doit enregistrer manuellement les informations d'assemblage à la sortie du produit de la chaîne. Il est donc impossible d'obtenir des données en temps réel sur le processus de production et d'analyser la capacité de production à partir des données historiques. Par exemple, les différences de compétences des opérateurs entraînent des écarts importants dans les temps d'exécution de chaque étape, ce qui déséquilibre le fonctionnement de la chaîne de production. (2) Problèmes de supervision en temps réel de l'avancement de la production. Les responsables d'atelier ne peuvent pas suivre en temps réel l'avancement de la production des produits en cours et doivent constamment vérifier l'état de la production, ce qui entraîne une faible productivité et des pertes de temps et d'argent. 2.2 Analyse des besoins applicatifs. De plus en plus de chercheurs et d'entreprises reconnaissent l'importance d'associer l'analyse théorique aux conditions de production réelles. C'est pourquoi nous étudions ici la gestion de l'information du processus de production grâce à la technologie RFID. Plus précisément : (1) Collecte en temps réel des données de production via la technologie RFID pour une transmission dématérialisée des données produits et une informatisation du processus. Cette approche permet d'éliminer les retards et les erreurs inhérents aux méthodes de collecte manuelles traditionnelles. (2) Les différents niveaux de compétence des opérateurs entraînent d'importantes variations de temps de traitement, et l'impossibilité de standardiser ces temps à chaque poste de travail engendre des pertes de temps et d'argent. La technologie RFID permet d'obtenir en temps réel les temps de traitement, fournissant ainsi des données utiles pour l'analyse ultérieure des capacités de production de l'entreprise. (3) Réaliser une gestion unifiée des données en construisant un système de support de réseau d'atelier, développer une plateforme de suivi des travaux en cours et réaliser une surveillance visuelle du processus de production.

3. Conception de solutions d'application basées sur la RFID
3.1 Conception du dispositif de collecte de données La collecte de données en temps réel est essentielle au suivi en temps réel de l'état des produits en cours de fabrication. Ce processus de collecte accompagne l'ensemble du processus de production. Les principes spécifiques de collecte de données sont les suivants :
3.1.1 Préparation de l'opération : Avant toute opération, les matériaux et les étiquettes RFID doivent être associés. Commencez par enregistrer les informations relatives au produit et au processus dans l'étiquette RFID, attribuez un identifiant temporaire au produit pour une identification unique, puis initialisez l'étiquette RFID. Collez ensuite l'étiquette sur le produit. Une fois les informations saisies, vous pouvez préparer l'opération en ligne.
3.1.2 Phase d'assemblage : Mise en place de points de collecte de données à chaque étape du processus, c'est-à-dire installation d'antennes RFID. À l'arrivée des produits en cours de fabrication au poste d'assemblage, le lecteur RFID capte les informations de processus sur l'étiquette et obtient l'état d'avancement du traitement. Une fois le processus terminé et le contrôle qualité validé, les données de l'étiquette sont automatiquement mises à jour. Ce processus se répète jusqu'à la fin de toutes les opérations, avant le passage à la phase de débogage. 3.1.3 Phase de débogage : Une fois l'assemblage terminé, la phase de débogage de la machine est lancée. En cas d'échec du débogage, l'état du traitement passe à « Retouche ». Après la retouche, la phase de débogage se poursuit jusqu'à sa réussite. Si le débogage réussit, l'état du traitement passe à « Débogage réussi ».
3.1.4 Fin de la tâche Une fois toutes les opérations d'assemblage terminées et la machine entièrement déboguée avec succès, les données sont automatiquement transmises au serveur de base de données via le middleware pour stockage. Toutes les étiquettes sont récupérées et leurs informations sont simultanément effacées en vue de leur recyclage.

3.2 Principe de suivi de l'état des matériaux. Les informations de suivi de l'état des matériaux [8] comprennent les informations de base sur le matériau et les informations relatives à son état. Les informations de base incluent le nom du matériau, son code, sa spécification, le lot de production, etc. Les informations relatives à l'état du matériau incluent l'état d'assemblage, les informations sur le poste de travail, le temps nécessaire à la réalisation du processus, etc. Grâce à l'installation de points de collecte de données RFID à chaque poste de travail, les modifications d'état du produit pendant sa production sont enregistrées jusqu'à la fin du processus. L'ensemble du processus assure ainsi la synchronisation des flux physiques et des flux d'information.

3.3 Architecture de support réseau du système. Basée sur le schéma de collecte de données RFID, l'architecture de support réseau du système est conçue [9], comme illustré à la figure 3. La couche de collecte de données est directement connectée au site de production de l'atelier via des terminaux de collecte de données RFID afin de réaliser la collecte et le stockage des données de production. Les données sous-jacentes sont ensuite chargées sur le serveur de base de données via l'intergiciel RFID et le réseau local de l'atelier. La couche de traitement des données fournit un support de données à la couche applicative après le traitement des données brutes. La couche applicative d'entreprise est utilisée pour prendre en charge des modules fonctionnels tels que la surveillance du processus de production et la consultation de l'historique des données. Les données de processus de production peuvent également être fournies à d'autres systèmes via un service Web ou le langage XML. Les responsables d'entreprise peuvent obtenir directement ou indirectement des informations de production en temps réel grâce à l'intégration avec les systèmes MES. 272 ​​Fan Yuxin et al. : Recherche sur l'application de la technologie d'identification par radiofréquence dans les ateliers de fabrication de machines agricoles, numéro 5. Figure 3 : Architecture de support réseau du système. Fig. 3 : Architecture de support réseau du système.

4. Implémentation du système. Sur la base du schéma de collecte de données et de la structure du système décrits ci-dessus, une plateforme de suivi de l'état d'avancement de la production dans un atelier de fabrication de machines agricoles a été développée à l'aide de la plateforme Visual Studio dio2017 et du langage de programmation C#, et en s'appuyant sur le fichier de configuration API fourni par le développeur de l'équipement [10]. Cette plateforme utilise une base de données SQL Server pour stocker les données de production et de fabrication. Afin de garantir la disponibilité et la sécurité des données en temps réel, le système a été développé selon une architecture client/serveur. La conception des modules fonctionnels du système est illustrée à la figure 4. Ces modules comprennent principalement la collecte de données, le suivi de l'état de la production, les statistiques en temps réel et la consultation de l'historique des données. Figure 4 : Schéma d'architecture fonctionnelle du système. 4.1 Module de collecte de données. La collecte de données est au cœur du système. Elle comprend l'initialisation des étiquettes et l'acquisition des données. Les données collectées sont stockées dans la base de données via le dispositif de collecte, puis analysées et traitées afin de fournir un support pour le suivi de l'état de la production. 4.2 Suivi de l'état de production : Lorsqu'un produit étiqueté entre dans la zone de lecture de l'antenne, ses informations de base et son état de production sont obtenus. L'état de production en cours est suivi en temps réel et le plan de production est mis à jour en temps réel grâce au numéro de lot de production. 4.3 Statistiques en temps réel : Statistiques en temps réel sur le nombre total d'opérations en ligne, la quantité terminée et la quantité en cours d'assemblage sur l'ensemble de la ligne. Statistiques sur la quantité de différents produits par poste de travail, catégorie de produit et plan de production. 4.4 Consultation de l'historique des données : Statistiques de l'historique des produits fabriqués, basées sur la date de fin de production, les spécifications et modèles, les numéros de plan et les codes produits. 5. Vérification par cas : L'expérience prend pour exemple le processus d'assemblage d'un broyeur de machine à maïs. La configuration matérielle RFID de la ligne de production est illustrée à la figure 5. Le lecteur collecte et écrit les données sur l'étiquette en se connectant à l'antenne RFID, puis se connecte à l'ordinateur hôte pour former un réseau local. L'ordinateur hôte configure les paramètres du dispositif RFID et assure la communication des données avec le lecteur. Lecteur/graveur RFID, étiquette RFID, ordinateur hôte, broyeur de maïs, antenne RFID. Figure 5 : Schéma de configuration du site RFID. Fig. 5 : Agencement du site RFID. Le broyeur de maïs comporte quatre sections d'assemblage, chacune équipée d'une antenne RFID. L'objet d'étude étant le processus d'assemblage du broyeur, son code article est 202031506250001, son modèle de spécification est QS-3150 et son plan de production est 202006-01. Le tableau de routage correspondant est présenté figure 6. Il est à noter que la configuration de l'équipement RFID peut être affectée par la complexité de l'environnement sur site. Afin d'assurer une lecture optimale de l'antenne RFID, une étiquette électronique est apposée sur le côté du boîtier, à proximité de l'antenne, pour garantir la lecture à chaque étape de l'assemblage. Figure 6 : Diagramme de flux du processus d'assemblage de la hacheuse à maïs. Figure 7 : Interface de commande du système. Avant d'assembler la hacheuse, fixez une étiquette RFID et saisissez les informations initiales, telles que le nom du produit, le code, le numéro du plan de production, etc. Une fois l'initialisation de l'étiquette terminée, la production en ligne est prête. Lors du premier passage du produit dans le processus, le lecteur RFID lit les informations de l'étiquette et obtient les informations de localisation et d'état actuelles. Il enregistre également l'heure de début. Lorsque la hacheuse termine le processus, les informations de l'étiquette sont automatiquement mises à jour, ainsi que l'heure de fin, et ainsi de suite jusqu'à la fin du processus. Les données collectées sont stockées dans la base de données et les étiquettes sont ensuite recyclées. L'interface du programme affiche l'ensemble du processus en temps réel et peut également afficher avec précision l'état d'avancement du processus en cours et du plan de production, ainsi que le temps d'exécution de chaque processus, la quantité en ligne de chaque modèle de produit, la quantité produite et d'autres informations.