RFID在生產(chǎn)線(xiàn)監控中應用

　　RFID(Radio Frequency Identity technology，無(wú)線(xiàn)射頻識別技術(shù))通過(guò)無(wú)線(xiàn)的方式，對存儲于RFID標簽中的數據進(jìn)行自動(dòng)采集，以獲取被標識對象相關(guān)信息，一個(gè)簡(jiǎn)單的RFID數據采集系統由RFID讀寫(xiě)器、天線(xiàn)(內置或外置)、RFID標簽3部份組成，如圖1所示。

圖1 RFID數據采集系統
隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，RFID逐漸開(kāi)始被應用到離散制造行業(yè)中，相對目前被廣泛使用的條碼技術(shù)而言，RFID標簽具有本質(zhì)上的優(yōu)勢，RFID標簽的優(yōu)勢包括：可無(wú)線(xiàn)遠距離讀寫(xiě)，可穿透性讀寫(xiě)，可在高速移動(dòng)的狀態(tài)下讀寫(xiě)、存儲更多的數據，可在惡劣的環(huán)境下使用等，因此，RFID技術(shù)不只是條碼技術(shù)的簡(jiǎn)單替換，它在離散制造業(yè)中的應用將改變離散制造企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)方式，目前，RFID技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始應用于離散制造行業(yè)的供應鏈管理、倉庫管理、物料管理等領(lǐng)域。目前RFID技術(shù)在離散制造業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)上的應用還沒(méi)有通用的方案，Fagui Liu和Zhaowei Miao研究了RFID技術(shù)在生產(chǎn)控制中的應用，但重點(diǎn)在系統的構建上，并主要討論的是在陶瓷行業(yè)的應用，本研究基于RFID先進(jìn)技術(shù)，重點(diǎn)研究該技術(shù)在裝配行業(yè)的生產(chǎn)線(xiàn)可視化和生產(chǎn)過(guò)程控制中的應用，并依托國家863高技術(shù)研究發(fā)展計劃資助項目，在重慶某摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機生產(chǎn)線(xiàn)監控系統中得到了應用。

　　1 基于RFID的生產(chǎn)線(xiàn)監控技術(shù)

　　1.1 生產(chǎn)線(xiàn)可視化

　　1.1.1 技術(shù)原理

　　生產(chǎn)線(xiàn)可視化的目標是使企業(yè)管理層能夠實(shí)時(shí)地發(fā)現在制品生產(chǎn)和生產(chǎn)線(xiàn)運轉狀態(tài)，本研究的技術(shù)實(shí)施方案如圖2所示。方案主要由流水線(xiàn)、RFID數據采集系統、在制品和工位幾個(gè)部分組成，在制品在流水線(xiàn)上移動(dòng)，到達工位后由工人取下進(jìn)行零配件組裝，完成后再放回流水線(xiàn)，直到完成所有工序，RFID數據采集系統主要包括一個(gè)帶有雙天線(xiàn)的RFID讀寫(xiě)器，每個(gè)在制品都和一個(gè)RFID標簽進(jìn)行綁定。

圖2 生產(chǎn)線(xiàn)可視化技術(shù)實(shí)施方案
該技術(shù)的基本原理是：當綁定有RFID標簽的在制品以先后順序經(jīng)過(guò)天線(xiàn)1和天線(xiàn)2時(shí)，將觸發(fā)2次RFID標簽讀寫(xiě)事件，通過(guò)對事件產(chǎn)生的相關(guān)數據的記錄與處理，來(lái)判斷在制品的完成情況及各個(gè)工位的運轉情況。

　　以讀寫(xiě)器代號和工位代號為關(guān)鍵字的RFID標簽讀寫(xiě)事件數據表如表1所示。

　　另外，生產(chǎn)線(xiàn)和工位之間構成一個(gè)以生產(chǎn)線(xiàn)代號為關(guān)鍵字關(guān)系表，令生產(chǎn)線(xiàn)代碼為L(cháng)ine_code，那么它們的關(guān)系為：

　　(Line_codei，WPoint_codei1，WPoint_codei2，…WPoint_codein)。

　　1.1.2 技術(shù)實(shí)現

　　1)生產(chǎn)線(xiàn)監測。生產(chǎn)線(xiàn)監測是通過(guò)對工位的監測，判斷整條流水線(xiàn)是否運轉正常。當在制品在工位逗留時(shí)間過(guò)長(cháng)，或工位出現在制品堆積時(shí)，可判斷為工位異常。令在制品在工位允許的最大逗留時(shí)間為T(mén)maxi，工位允許堆積的在制品最大數量為Nmaxi，則判斷工位異常的公式如下：

　　如果Timej-Timei>Tmaxi，則在制品逗留超時(shí)，式中Timej，Timei為讀寫(xiě)器天線(xiàn)2和天線(xiàn)1的2次讀寫(xiě)事件發(fā)生的時(shí)刻。

　　當在制品經(jīng)過(guò)天線(xiàn)1，而沒(méi)有經(jīng)過(guò)天線(xiàn)2時(shí)，公式變?yōu)椋篢imecorrent-Timei>Tmaxi。

　　對某個(gè)工位堆積在制品數量的判斷，依賴(lài)于查找表1所構成的工位操作歷史表，其查找過(guò)程如下：

　　步驟1 通過(guò)流水號Line_code找到工位號Wpoint_code。
步驟2 通過(guò)工位號Wpoint_code，查找經(jīng)過(guò)天線(xiàn)1而未經(jīng)過(guò)天線(xiàn)2的在制品代號Product code。
步驟3 累積在制品數量并與Nmaxi比較，即可判斷在制品是否超量。

　　2)在制品監測。在制品監測是通過(guò)實(shí)時(shí)地獲取在制品上RFID標簽數據，以判斷在制品所處的工位及已經(jīng)完成的工序，假設在制品Product_codei有Ni道工序，則在制品生產(chǎn)狀態(tài)的監測算法如下：

　　步驟1 在制品上線(xiàn)時(shí)，椴據在制品的制造要求，確定工序數量Ni，并確定工位順序，生成一個(gè)二進(jìn)制代瑪，使其從最低位開(kāi)始順彥代表其經(jīng)過(guò)的工位的完成狀態(tài)，完成為1，未完成為0。在在制品上線(xiàn)時(shí)，其初始值為0。
步驟2 把該代碼寫(xiě)入RFID標簽并和在制品綁定。
步驟3 在制品每完成一次工序并離開(kāi)工位時(shí)，修改相應位。
步驟4 讀取RFID標簽相應位，就可以確定已經(jīng)完成的工序和正在完成的工序。

　　1.2 生產(chǎn)過(guò)程控制

　　1.2.1 技術(shù)原理

　　生產(chǎn)過(guò)程控制目標是根據在制品信息，靜態(tài)或動(dòng)態(tài)地確定在剃品組裝路線(xiàn)和組裝方式，其基本原理是：實(shí)對檢測到在制品信息后，根據控制系統設定的組裝路線(xiàn)和組裝方式，生成路徑選擇指令和組裝提示，技術(shù)實(shí)施方案如圖3所示。系統主要由RFID數據采集系統、工位控制器、看板和路徑選擇執行機構組成。

圖３　生產(chǎn)控制技術(shù)實(shí)施方案
在制品的組裝路線(xiàn)既酉以是上線(xiàn)之前制定的靜態(tài)路線(xiàn)，也可以是上線(xiàn)后臨時(shí)改變的動(dòng)態(tài)路線(xiàn)，本研究采用虛擬生產(chǎn)線(xiàn)(VPL)的概念，給每一個(gè)在制品 Product_codei分配一個(gè)虛擬生產(chǎn)線(xiàn)代碼VPL_codei，VPL_codei和Wpoint_codei關(guān)系為：

　　(VPL_codei，Wpoint_code1，Wpoint_code2，Wpoint_coden)

　　1.2.2 技術(shù)實(shí)現

　　1)組裝路線(xiàn)控制算法如下：

　　步驟1 根據在制品的組裝要求，生成虛擬生產(chǎn)線(xiàn)。
步驟2 將RFID標簽中的在制品代碼和虛擬生產(chǎn)綁定，然后將標簽和在制品綁定。
步驟3 當在制品進(jìn)行多徑選擇時(shí)，讀寫(xiě)器讀取標簽中的在制品代碼，并根據虛擬生產(chǎn)線(xiàn)中的信息，確定下一個(gè)工位。

　　該算法的優(yōu)點(diǎn)是，當需要對在制品的制造工序進(jìn)行改變時(shí)，只需更改控制器中存儲的虛擬生產(chǎn)線(xiàn)和工位關(guān)系，便于組裝路徑動(dòng)態(tài)控制。

　　2)組裝方式控制算法如下：

　　步驟1 跟據在制品組裝要求，生成組裝指令表。
步驟2 讀取RFID標簽中的在制品代碼和工序代碼，查找組裝指令表。
步驟3 在看板中發(fā)布組裝指令，指導生產(chǎn)。

　　2 應用

　　2.1 系統實(shí)現

　　為了驗證RFID技術(shù)在生產(chǎn)線(xiàn)監控中的實(shí)用性，在重慶某摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行了應用示范，發(fā)動(dòng)機生產(chǎn)是典型的離散零配件組裝式生產(chǎn)，企業(yè)管理層有監控在制品生產(chǎn)和生產(chǎn)線(xiàn)運行狀態(tài)的需求；同時(shí)，發(fā)動(dòng)機在包裝之前要進(jìn)行質(zhì)量檢查，不合格的產(chǎn)品將會(huì )進(jìn)入返修程序，因此在制品的組裝路徑需要控制。該生產(chǎn)線(xiàn)主要包括上線(xiàn)、曲軸、箱蓋、返修、貼花及包裝等工位。系統實(shí)施體系結構圖如圖4所示。

圖4 系統體系結構
該系統在各工位配置13.56 MHz的RFID讀寫(xiě)器及存儲容量力2KB的標簽，以構成RFID數據采集系統，用于生產(chǎn)線(xiàn)監控系統數據采集。系統配置 19英寸的MD顯示屏，用于裝配要點(diǎn)的提示。工位控制器采用嵌入式單板機WAFER-5822，運行嵌入式操作系統。車(chē)間控制器和ERP應用系統采用PC 機平臺，使用C／S架構。車(chē)間控制器用于工位協(xié)調，ERP應用系統系統用于計劃排產(chǎn)和生產(chǎn)線(xiàn)狀態(tài)顯示。由于該摩托車(chē)企業(yè)的發(fā)動(dòng)枧生產(chǎn)線(xiàn)沒(méi)有實(shí)現機械化的路徑改變裝置，每當在制品經(jīng)過(guò)質(zhì)量檢測后，工人需要根據LCD上顯示的指令決定在制品的前進(jìn)路徑。如果在制品需要返修，則由工人需把在制品從生產(chǎn)線(xiàn)上取下，再由專(zhuān)門(mén)的運載工具轉運到返修工位。

　　工位LCD顯示界面如圖5所示。

圖5 工位LCD界面

　　2.2 示范效果

　　管理層實(shí)現了生產(chǎn)線(xiàn)的實(shí)時(shí)監控，顯著(zhù)地提供了該摩托車(chē)企業(yè)的生產(chǎn)效率(生產(chǎn)線(xiàn)的整體生產(chǎn)效率提高10％)，而因配件物料管理發(fā)生混亂和操作狀態(tài)混亂帶采的生產(chǎn)過(guò)程停頓或中斷次數降低弱60％。