机务维修工具管理及搜寻装置

项目介绍项目介绍 作品名作品名 称称 机务维修工具管理及搜寻装置机务维修工具管理及搜寻装置 作品分类作品分类B 类类 姓名学院学号宿舍联系电话 周伟 第一作者 航空工程 北 21 615 王勇智航空工程 北 21 620 唐琳懿航空工程 北 21 618 戴小亮 航空工程 北 21 615 制作制作 人人 作作 品品 背背 景景 长期以来重购买 轻管理的现象在民航企业中普片存在 部分工 具仪器利用率低 个别工具从购进直到机型退役 一次都没有使用过 的现象绝非偶然 随着航空公司规模不断扩大 不断引进新机型 工 具数量日益增多 品种日趋繁杂 导致工具设备的查询 维护和计量 登记工作十分繁杂 而且错漏时有发生同时工具的借出和归还需要耗 费大量的时间进行清点检查 如何科学管理工具设备 提高管理的现 代化水平 是摆在我们面前的紧迫任务 另外 随着航空公司对空防 安全要求的日益提高 对借出的飞机维修工具进行实时监控管理对航 空公司的安全管理具有重要意义 条形码体系 对食品行业带来了十分巨大的便捷 而它却不能 应用到金属工具管理中 现在一种被称 电子标签 的射频识别技术 正在兴起 而它似乎可以找到答案 本项目旨在 1 选定 902MHz 928MHz SRR200 超高频读写器 以及配套天线 2 选定非常廉价但无法直接应用于金属工具表面的 纸质电子标签 3 在上述基础上 通过对工具进行特别改造而使得 此类标签能直接用于工具表面并进行封装 通过编程设计相应软件 最后达到类似于 条形码体系 管理的效果 作作 品品 介介 绍绍 一 概述一 概述 我们了解到航空公司的维修人员在借用工具时是按图 1 所示进行的 维修人员通过维修任务挑选需要的工具 大部分的工具使用频率特别高 当工具较多时选择一个工具箱装工具 然后仔细清点每件工具并做登记 最后借出 归还时还需再次清点每件工具 这些清点工具的过程占用了太 多排故时间 降低了工作效率 加大了工作量而且记录的信息量少 也不 方便对工具的使用等情况进行随时查询 挑选工具挑选工具 挑选工具箱挑选工具箱 登记登记借出借出 图 1 工具借用过程 所用设备 所用设备 1 选择读卡器 根据以下三方面 我们收集的资料得出的结论 选定频率 频率越 低 因金属表面产生的涡流和寄生电容造成的能量损失越少 标签的 稳定读取距离必须大于 1M 市面上设备的产地等具体情况 我们选择 了 902MHz 928MHz SRR200 超高频读写器 如图 2 所示 2 选择电子标签 电子标签分为三类 主动 被动 半主动 同时根据使用场所分为 普通电子标签和专用于金属表面的抗金属电子标签 由于被动型标签不需 要电池而且价格低廉且能满足我们的要求所有我们使用被动型标签 另外 由于抗金属电子标签 图 3 虽然它能够直接应用到金属表面上 但是 其价格昂贵不适用于大规模应用 最终我们选择普通被动式标签 图 4 实验前我们的整套设备 图 5 a SRR200 超高频读写器 b 2 台 9DB 超高频天线 图 2 读写器及其配套天线 图 3 抗金属电子标签 上方 图 4 普通被动式标签 图 5 前期整套设备 包括 2 台 9DB 超高频天线 1 台 902MHz 928MHz SRR200 超高频读写器 一套原始操作软件及开发包 一个操作平台 工具箱 若干工具 普通被动式电子标签 3 种共 100 张 金属减弱射频信号原理 金属减弱射频信号原理 当电子标签 RFID 处在读写器天线的磁场范围内磁场切割标签的天 线使标签获得能量从而激发出反馈信号 而金属会在读写器周围引起涡流 从而降低了 RFID 场的整体效能 这些涡流还会引起垂直于该金属表面的 自己的磁场 而这些垂直磁场则会使读写器天线磁场变形或减弱使得标签 处于磁场之外而无法工作 图 6 图 6 金属减弱射频信号原理 设想 设想 如果仅降低电子标签下方的金属表面高度电子标签下方的金属表面高度且保持标签高度不变 磁场会发生变化可能会使标签从新处于磁场之下 二 方案设计二 方案设计 1 实验过程中我们选择的是如图 4 最下方的长条形普通被动式电子 标签 其效果最好 由图 6 经过测试其必须高于金属表面 9mm 才能 有稳定的读取效果显然这使得标签不能直接贴于工具表面 必须设法降低显然这使得标签不能直接贴于工具表面 必须设法降低 这个高度数值 而且最好为这个高度数值 而且最好为 0mm 初步设想需要降低电子标签下方的金 属表面高度 9mm 对于厚度不足 9mm 的金属 需要钻成孔 首要实验 检验降低金属表面高度保持标签高度不变是否降低了原来标签的最低高度 2 如果降低了表面最低高度 则进行实验二 在金属板上打一系列 不同尺寸的孔同时保证孔正好在标签下方 将标签直接贴到金属板上并完 全覆盖孔 实验测试在不同孔径和孔间距下标签的可读性 3 对于如果不能直接读取的标签 进行实验三 增加标签到金属板 的距离直到能稳定读取 记录此时标签到金属板的距离 4 测试标签在弯曲扭转的情况下的读取性 以便使标签能够在其他 形状稍微复杂的工具上使用 5 设计类似于条形码管理系统的软件 三 实验分析三 实验分析 实验一实验一 我们制作了一块带孔的金属板 如下图 通过简单的实 验我们发现标签距离金属表面的距离的确下降了 图 7 带孔金属板 实验二 实验二 为了进一步了解孔径和孔密度大小对这个距离 9mm 的影响我们制作了 54 块不同系列的带孔金属板 图 8 实验方法是将标 签直接贴到这些带孔的金属板上且标签需要覆盖所有的孔 再将每块金属 拿到距离天线 70CM 处测试能否读取 结果分为三个等级 可读 可读 不可读 其中 可读 表示读取性不好需要不断晃动金属板 图 8 不同孔径的带孔金属板 通过实验我们有以下的数据和结论 图通过实验我们有以下的数据和结论 图 9 图 9 a 实验数据上部分 图 9 b 实验数据下部分 结论结论 1 孔径为 5mm 或以上时随行距加大即使到 20mm 都具有可读性 2 孔径很小且孔的数量少时几乎都不可读 通过对比图 9 a 的黑色框包裹的四项我们发现这些孔相距较远密 度小虽然可读性不好但是仍旧可读 分析孔与标签天线的位置似乎都有一 个相同的特点像如图 10 所示一样其孔都分布在标签天线特殊的位置 天线密集的地方且孔的孔径较大 图 10 标签与孔排布的比较 实验三 实验三 我们对实验二中所有 可读 和 不可读 的项进行 了 进一步的实验 实验方法和目的是 保持标签与读写器天线的距离仍为 70CM 增加标签到金属板的距离直到能稳定读取 记录此时标签到金属 板的距离 实验方法是利用图图 11 的工具 将标签贴到一张 1mm 厚的纸板 上通过加垫纸板和纸张使标签与金属板的距离逐渐增加 a 测距工具 b 标签贴到薄纸板上 c 天线位置 d 增加距离的垫片 图 11 测距工具 实验所得数据如图实验所得数据如图 12 图 12 实验三数据 实验结论 实验结论 实验虽然没有找出孔径大小 密度与可读距离的具体 关系但是有个明显的特点 孔越大这个距离明显的越小 首先暂时不考虑钻孔对工具强度的影响但是尽量选择较小的孔 根据 以上所有实验和所得结论我们在工具上加工了孔径为 5mm 并根据图图 10 所示所示标签天线与孔排布的特点分布的一列孔 规律是 四个孔从左到右依 次距离为 20mm 40mm 18mm 如图如图 13 所示所示上方两个工具 下方的工 具针对的是图 4 右边的标签 根据实验三的数据将标签垫高约 3mm 贴于 工具上如图图 14 所示所示 中间的工具由粘性树胶将标签封装在工具表面 标 签距离工具表面约为 3mm 下方的工具标签高度略大 测试结果工具可 读性良好 图 13 工具上的孔径和孔排布 图 14 贴上标签和封装标签的工具 标签的弯曲试验结论 试验过程略 标签的弯曲试验结论 试验过程略 标签可以根据工具形状进行一定程度弯折 只要保证芯片以外的天线 尤其是密集的地方不发生大的扭折 弯曲等对读取性影响不大 因此可根 据工具形状具体设计标签 再将天线密集的下方金属表面降低约 9mm 即 可 需从新设计工具 根据三个实验结论我们制作了如图 15 直径为 12mm 的圆柱形金属以 模拟带圆柱形把手的工具如图 15 d 在圆柱形金属上根据标签粘贴位 置加工了孔径为 6mm 的孔如图 15 a 经过测试标签距离圆柱形金属表 面的距离由 9mm 降低到 3mm 这使得将标签封装到工具上变得非常容易 a b c d 图 15 圆柱形工具标签粘贴和封装方式 后期我们加工了孔径为 8mm 和 7mm 的孔如图 16 将标签直接贴于 其表面上如图 17 a 图 17 b 中下方工具为中期答辩时标签的粘贴方 式用以进行对比 图 16 a b 图 17 全部制作工具如图 18 所示 左右两边为中期答辩时标签的粘贴方式 用以进行对比 图 18 工具箱制作 工具箱制作 工具箱分两层如图 19 其上层设计尺寸原则限于篇幅将在 PPT 上具 体说明 图 19 工具箱 四 程序设计四 程序设计 仪器自带 DEMO 软件如图 20 所示 图 20 DEMO 软件 我们编写的软件 界面 开发环境和程序源代码如图 21 图 21 a 图 21 b 图 21 c 五 结论五 结论 1 针对我们所使用的长条形标签 可以直接封装在具有较大水平 表面的工具表面上 需要在该表面上加工通孔 为方便标签封装和不妨碍 使用 通孔直径最好为 5mm 或以上 为 5mm 时标签需距离金属表面 3mm 随孔径加大此距离可以相应减小 2 标签可以按照工具的外表面形状进行一定程度的弯折只要不在 标签天线处发生过大的扭折 弯曲 需要在标签天线密集的下方钻孔 孔 的原则同 1 3 将所有我们加工好的工具放入我们制作的两层工具箱中 工具 箱设计要满足当射频信号以 45 度入射时上层工具不会遮挡进入下层的信 号 可以一次性读取所有工具 实验工具数为 8 最大一次性读取工具数 上限需视工具箱的大小和工具尺寸而定 4 对于形状非常复杂而且尺寸较小的工具此方法不易使用 需要 使用其他的办法比如给每一个这样的工具制作专门的工具小包 将标签直 接贴到小包上 六 工作展望六 工作展望 我们这套机务维修工具管理系统只能向大家演示其可行性 我们最终 希望工具制作厂商和标签设计厂商能够合作 通过按照我们的方法从新设 计工具和标签使得标签能够更好的和工具结合同时满足工具的使用强度要 求 从而使工具在出厂时就封装好了标签 这样每一件工具的成本不会增 加很多 而能够使每