鄭江濤 尹懷江 焦靖斐 丁志強(qiáng)/文

標(biāo)牌是指由文字、數(shù)值或曲線組成用于警告、使用說(shuō)明等的告示牌。航空標(biāo)牌作為航空產(chǎn)品附屬主要用于飛機(jī)制造過(guò)程中產(chǎn)品的狀態(tài)標(biāo)識(shí)，以及在飛機(jī)儀表、客艙、動(dòng)力裝置等多個(gè)區(qū)域?qū)β每突蚬ぷ魅藛T進(jìn)行提示或指導(dǎo)。對(duì)于航空標(biāo)牌在飛機(jī)全生命周期內(nèi)的重要作用，適航條例CCRA25部第1541條指出飛機(jī)必須裝有規(guī)定的標(biāo)牌，且標(biāo)牌置于醒目處，內(nèi)容不易擦去、走樣或模糊。在HB 6-68-2003《航空儀表產(chǎn)品》中對(duì)航空儀表產(chǎn)品標(biāo)牌的型式、尺寸與代號(hào)、技術(shù)要求、檢驗(yàn)方法及包裝貯存均有相應(yīng)的規(guī)定。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起和發(fā)展，智能標(biāo)牌及其衍生物已廣泛應(yīng)用于日常生活，例如迪卡儂、優(yōu)衣庫(kù)等品牌，在每一件商品上都貼有RFID標(biāo)簽，便于產(chǎn)品的結(jié)算及追蹤；具備NFC功能的手機(jī)在開(kāi)通NFC公交卡且保持打開(kāi)的狀態(tài)下，人們無(wú)需打開(kāi)二維碼等，手機(jī)貼近刷卡區(qū)域就能快速識(shí)別通過(guò)閘口，在無(wú)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的情況下也不受影響；在博物館參觀時(shí)通過(guò)NFC讀卡器設(shè)備讀取展品旁邊的標(biāo)簽，就可閱覽對(duì)展品的專屬說(shuō)明文字。

目前傳統(tǒng)航空標(biāo)牌在材質(zhì)選用時(shí)，金屬標(biāo)牌多選用鋁標(biāo)牌、鋁箔標(biāo)牌、不銹鋼標(biāo)牌或銅標(biāo)牌等，非金屬標(biāo)牌多選用100g/cm2～150g/cm2的單面銅版紙、電化鋁燙印箔、滌綸鍍鋁不干膠紙等材質(zhì)制作標(biāo)牌，材質(zhì)選用受限。且航空儀表產(chǎn)品的標(biāo)牌尺寸最大不超過(guò)60mm×20mm，標(biāo)牌幅面受限，只能作簡(jiǎn)單的說(shuō)明或指示，工作人員及旅客無(wú)法迅速了解更多擴(kuò)展內(nèi)容。根據(jù)標(biāo)牌材質(zhì)和標(biāo)牌使用環(huán)境，標(biāo)牌現(xiàn)制作方式多為印刷法、腐蝕法、激光刻制法、平面氧化法、沖壓或銑切等，制造過(guò)程影響因素多，且在長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中容易磨損、落灰，造成標(biāo)牌不易識(shí)別?；谏鲜鰡?wèn)題，本文提出選擇NFC標(biāo)牌代替?zhèn)鹘y(tǒng)標(biāo)牌的建議，NFC標(biāo)牌可兼顧傳統(tǒng)標(biāo)牌與二維碼標(biāo)牌的功能，解決傳統(tǒng)標(biāo)牌使用的局限性，功能豐富且更有利于航空智能制造的發(fā)展。

NFC工作原理

NFC為近場(chǎng)通訊技術(shù)，由無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)RFID（Radio Frequency Identification）和互聯(lián)互通技術(shù)整合演變而來(lái)。通過(guò)在單一芯片上配置感應(yīng)式讀卡器、感應(yīng)卡片和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)功能，在短距離范圍內(nèi)利用電磁感應(yīng)耦合技術(shù)與兼容設(shè)備進(jìn)行識(shí)別和數(shù)據(jù)交換，原理示意圖，如圖1所示。NFC設(shè)備通過(guò)由一對(duì)耦合電感線圈組成的天線向標(biāo)牌發(fā)送信息，標(biāo)牌通過(guò)負(fù)載調(diào)制應(yīng)答反饋。

圖1 NFC技術(shù)工作原理

NFC有主動(dòng)和被動(dòng)兩種工作模式。主動(dòng)模式下NFC讀卡器和NFC標(biāo)牌均在連接前先產(chǎn)生自己的RF場(chǎng)，通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式傳遞數(shù)據(jù)，應(yīng)答設(shè)備需要與發(fā)起設(shè)備的傳輸速率一致。被動(dòng)模式是指由其中一方作為主設(shè)備產(chǎn)生RF場(chǎng)，從設(shè)備利用感生電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行應(yīng)答。

構(gòu)建NFC航空智能標(biāo)牌系統(tǒng)

NFC航空智能標(biāo)牌系統(tǒng)應(yīng)由Web服務(wù)器、移動(dòng)端和NFC標(biāo)牌三大部分組成，數(shù)據(jù)能夠在各部分間傳輸，如圖2所示。

圖2 NFC智能標(biāo)牌系統(tǒng)示意圖

Web服務(wù)器為數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，存儲(chǔ)標(biāo)牌所需指示的詳細(xì)信息，具有輸入和編輯功能，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)起指導(dǎo)和保障作用。Web服務(wù)器在接收到數(shù)據(jù)后，將相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，保存至相對(duì)應(yīng)的標(biāo)牌存儲(chǔ)區(qū)。管理員可登錄平臺(tái)進(jìn)行標(biāo)牌信息批量錄入和企業(yè)用戶權(quán)限控制等操作。

移動(dòng)端主要指NFC識(shí)讀設(shè)備，即標(biāo)牌讀卡器，該設(shè)備能夠快速有效識(shí)別NFC標(biāo)牌并顯示標(biāo)牌所包含的內(nèi)容，根據(jù)需要選擇上傳或編輯功能。

NFC標(biāo)牌由存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的芯片和天線組成，將標(biāo)牌根據(jù)不同工作環(huán)境封裝在適宜的材料中進(jìn)行保護(hù)，根據(jù)需求分布于飛機(jī)的各個(gè)部位。

基于NFC工作模式，使得NFC設(shè)備和NFC標(biāo)牌的選擇不受電源限制。如由NFC讀卡器作為主設(shè)備提供RF場(chǎng)，貼近NFC標(biāo)牌，兩者間產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)負(fù)載調(diào)制技術(shù)完成傳輸。被動(dòng)模式下的NFC標(biāo)牌類似于傳統(tǒng)標(biāo)牌，無(wú)需電源支持，在主設(shè)備的RF場(chǎng)中利用電磁感應(yīng)獲得能量工作。同理可讓NFC標(biāo)牌作為主設(shè)備，NFC讀卡器作為從設(shè)備在沒(méi)有電源的情況下依舊能工作，適合不同情況下的工作環(huán)境。

NFC標(biāo)牌特點(diǎn)

NFC技術(shù)與紅外線、Wi-Fi、WSN、藍(lán)牙一樣，均為非接觸傳輸，但NFC技術(shù)與紅外相比，不需要嚴(yán)格的方向性且傳輸速度較快，比Wi-Fi造價(jià)更低，比WSN更容易物-物相連，比藍(lán)牙建立連接速度快，無(wú)需繁瑣的驗(yàn)證。因此，NFC標(biāo)牌更適合代替?zhèn)鹘y(tǒng)的航空標(biāo)牌。

讀寫(xiě)存儲(chǔ)更智能

與傳統(tǒng)標(biāo)牌相比，NFC標(biāo)牌具有可讀寫(xiě)、存儲(chǔ)、安全、低功耗等特點(diǎn)。通過(guò)NFC設(shè)備讀取標(biāo)牌信息，將新?tīng)顟B(tài)寫(xiě)入并傳送至數(shù)據(jù)庫(kù)處理。NFC標(biāo)牌根據(jù)讀寫(xiě)能力、存儲(chǔ)空間、傳輸速率不同分為4種類型，見(jiàn)表1，對(duì)于僅錄入所指示零件的編號(hào)、名稱且需要后期維護(hù)的建議選擇第2類，具有可讀寫(xiě)能力且存儲(chǔ)空間能夠滿足要求，成本與第1類相比較低些。對(duì)于需要存儲(chǔ)很多擴(kuò)展內(nèi)容的標(biāo)牌，選擇第3類標(biāo)牌，在滿足存儲(chǔ)的要求下性價(jià)比更高。當(dāng)然隨著存儲(chǔ)材料技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)容量將持續(xù)增大以滿足更多需求。

表1

近距離傳輸更安全

NFC標(biāo)牌工作頻段為13.56MHz，由于其信號(hào)衰減方案的特殊性，為近距離、低功耗傳輸方式，有效工作距離小于20cm（通常為4cm），NFC設(shè)備在讀取標(biāo)牌時(shí)需近距離方可建立連接且不與其它標(biāo)牌連接。近距離連接與其它遠(yuǎn)距離傳輸方式相比更具安全性，且可通過(guò)硬件加密或內(nèi)置的“芯片密碼”（Chip-and-Pin）技術(shù)提高安全性和保密性。

低耗材且性價(jià)比高

隨著NFC技術(shù)的發(fā)展和普及，NFC標(biāo)簽紙的價(jià)格不高，且由于芯片載體可多材料選擇，芯片添加一層載體保護(hù)膜，增強(qiáng)標(biāo)牌的抗磨損、抗沖擊及抗腐蝕性能。對(duì)需要更新內(nèi)容的標(biāo)牌采用NFC標(biāo)牌。在每次數(shù)據(jù)更新時(shí)無(wú)需更換標(biāo)牌，僅作數(shù)據(jù)更新即可，該標(biāo)牌的反復(fù)讀寫(xiě)、重復(fù)使用，切實(shí)做到了低耗材、節(jié)能、環(huán)保。

飛機(jī)減重

飛機(jī)重量控制從設(shè)計(jì)、制造到運(yùn)營(yíng)，貫穿其整個(gè)生命周期，制造商通過(guò)優(yōu)化表面處理工藝、結(jié)構(gòu)成型等工藝來(lái)減輕飛機(jī)重量。若采用NFC標(biāo)牌，標(biāo)牌指示的內(nèi)容便不受標(biāo)牌面幅限制，減小標(biāo)牌大小或更換更高性能的材質(zhì)標(biāo)牌可以有效減輕飛機(jī)上標(biāo)牌所造成的重量。

NFC航空標(biāo)牌的應(yīng)用方向

零件生產(chǎn)過(guò)程的跟蹤

對(duì)于需要溯源生產(chǎn)信息的零件標(biāo)牌，通過(guò)NFC設(shè)備與服務(wù)器的聯(lián)系及時(shí)獲取詳細(xì)信息。整個(gè)飛機(jī)零件的制造過(guò)程中，需要經(jīng)歷很長(zhǎng)的周期，以飛機(jī)整體油箱為例，選擇化學(xué)銑切，加工該整體壁板，從冷軋厚板開(kāi)始下料，經(jīng)過(guò)淬火時(shí)效、拉伸處理、化銑成型、矯正、光整加工、表面處理等一系列流程，到最終上機(jī)裝配，在整個(gè)流程中需要監(jiān)控跟蹤審查數(shù)據(jù)。為方便管理，制造商會(huì)對(duì)該零件在開(kāi)始下料時(shí)進(jìn)行編碼，做標(biāo)記或配標(biāo)牌進(jìn)行全流程身份證明，而在這些過(guò)程中要了解該零件的詳細(xì)事項(xiàng)，需要通過(guò)查閱藍(lán)圖、生產(chǎn)原始記錄、檢驗(yàn)記錄等方能知曉，整個(gè)過(guò)程依賴標(biāo)記或標(biāo)牌進(jìn)行索引，較為繁瑣，在生產(chǎn)過(guò)程中極為不便。采用NFC標(biāo)牌，可以在生產(chǎn)制造過(guò)程中將關(guān)鍵信息、特殊信息及特殊提醒信息錄入系統(tǒng)，在下一階段識(shí)別時(shí)能夠迅速掌握前期過(guò)程，并在該階段錄入新的信息進(jìn)行存儲(chǔ)。由于芯片存儲(chǔ)量有限，可將更多信息接入服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)并與其他平臺(tái)互聯(lián)，達(dá)到信息互通。

維護(hù)信息更新

在需要定期維護(hù)的零件旁配置NFC標(biāo)牌，利用NFC標(biāo)牌讀寫(xiě)功能及時(shí)更新維護(hù)信息。民用飛機(jī)上有很多維護(hù)設(shè)備或系統(tǒng)，如燃油系統(tǒng)加/放油口蓋、氧氣系統(tǒng)加氣口蓋、水系統(tǒng)加（放）水口蓋位置等都需要操作人員定期進(jìn)行維護(hù)，傳統(tǒng)標(biāo)牌或標(biāo)識(shí)需要人員一一查看辨析方能找到需要維修的口蓋，查詢檢修記錄較為費(fèi)時(shí)，而采用NFC智能標(biāo)牌可幫助維修人員迅速完成飛機(jī)勤務(wù)工作。維修人員使用NFC設(shè)備讀取標(biāo)牌，通過(guò)識(shí)讀設(shè)備了解之前的檢修信息，也可鏈接到Web服務(wù)端對(duì)該口蓋登記維修、檢查情況?，F(xiàn)場(chǎng)信息動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)維護(hù)更新可更好實(shí)現(xiàn)資源數(shù)據(jù)的智能化管理，減輕現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)和數(shù)據(jù)維護(hù)雙方的工作壓力和強(qiáng)度，提高工作效率。

擴(kuò)展內(nèi)容輸出

對(duì)于內(nèi)容較多的標(biāo)牌選擇NFC標(biāo)牌，利用其存儲(chǔ)功能在需要識(shí)別時(shí)才進(jìn)行信息顯示。傳統(tǒng)標(biāo)牌由于空間有限僅能作簡(jiǎn)單描述，如對(duì)于傳統(tǒng)的飛機(jī)登機(jī)門內(nèi)部打開(kāi)操作標(biāo)牌、應(yīng)急逃生裝備使用說(shuō)明標(biāo)牌、盥洗室使用操作提示標(biāo)牌僅作簡(jiǎn)要提示，部分人員操作仍有困難。采用NFC智能標(biāo)牌，按需可通過(guò)NFC讀取器閱覽擴(kuò)展信息，方便旅客對(duì)飛機(jī)上的物品正確使用，減少誤操作帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)，有條件也可以選用具有朗讀功能NFC讀取器能夠多方式獲取所含信息。

數(shù)據(jù)收集與人員分配

NFC標(biāo)牌在每次被操作人員用NFC移動(dòng)端識(shí)別時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)記錄并傳回Web服務(wù)器。通過(guò)對(duì)服務(wù)器所記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控分析，排除潛在問(wèn)題，確保制造過(guò)程的準(zhǔn)確。同時(shí)可以根據(jù)需維護(hù)或檢查的頻次安排人員布局，將人員最合理安排。

針對(duì)目前航空傳統(tǒng)的靜態(tài)標(biāo)牌存在的局限性，提出基于NFC技術(shù)搭建網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，利用NFC標(biāo)牌使其所指示的零件或設(shè)備能夠“自報(bào)家門”，保證了在生產(chǎn)或使用中保證迅速快捷的信息交互，且標(biāo)牌數(shù)據(jù)可以通過(guò)NFC標(biāo)牌實(shí)現(xiàn)信息化管理，如此將進(jìn)一步發(fā)揮航空標(biāo)牌在生產(chǎn)、使用過(guò)程中的作用，也將使得航空制造智能化更上一層樓。