RFID在生產線監(jiān)控中應用

作者：時間：2011-01-17 來源：網絡

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　　RFID(Radio Frequency Identity technology，無線射頻識別技術)通過無線的方式，對存儲于RFID標簽中的數據進行自動采集，以獲取被標識對象相關信息，一個簡單的RFID數據采集系統由RFID讀寫器、天線(內置或外置)、RFID標簽3部份組成，如圖1所示。

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/260541.htm

圖1 RFID數據采集系統
隨著技術的發(fā)展，RFID逐漸開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而言，RFID標簽具有本質上的優(yōu)勢，RFID標簽的優(yōu)勢包括：可無線遠距離讀寫，可穿透性讀寫，可在高速移動的狀態(tài)下讀寫、存儲更多的數據，可在惡劣的環(huán)境下使用等，因此，RFID技術不只是條碼技術的簡單替換，它在離散制造業(yè)中的應用將改變離散制造企業(yè)的生產經營方式，目前，RFID技術已經開始應用于離散制造行業(yè)的供應鏈管理、倉庫管理、物料管理等領域。目前RFID技術在離散制造業(yè)生產線上的應用還沒有通用的方案，Fagui Liu和Zhaowei Miao研究了RFID技術在生產控制中的應用，但重點在系統的構建上，并主要討論的是在陶瓷行業(yè)的應用，本研究基于RFID先進技術，重點研究該技術在裝配行業(yè)的生產線可視化和生產過程控制中的應用，并依托國家863高技術研究發(fā)展計劃資助項目，在重慶某摩托車發(fā)動機生產線監(jiān)控系統中得到了應用。

　　1 基于RFID的生產線監(jiān)控技術

　　1.1 生產線可視化

　　1.1.1 技術原理

　　生產線可視化的目標是使企業(yè)管理層能夠實時地發(fā)現在制品生產和生產線運轉狀態(tài)，本研究的技術實施方案如圖2所示。方案主要由流水線、RFID數據采集系統、在制品和工位幾個部分組成，在制品在流水線上移動，到達工位后由工人取下進行零配件組裝，完成后再放回流水線，直到完成所有工序，RFID數據采集系統主要包括一個帶有雙天線的RFID讀寫器，每個在制品都和一個RFID標簽進行綁定。

圖2 生產線可視化技術實施方案
該技術的基本原理是：當綁定有RFID標簽的在制品以先后順序經過天線1和天線2時，將觸發(fā)2次RFID標簽讀寫事件，通過對事件產生的相關數據的記錄與處理，來判斷在制品的完成情況及各個工位的運轉情況。

　　以讀寫器代號和工位代號為關鍵字的RFID標簽讀寫事件數據表如表1所示。

　　另外，生產線和工位之間構成一個以生產線代號為關鍵字關系表，令生產線代碼為Line_code，那么它們的關系為：

　　(Line_codei，WPoint_codei1，WPoint_codei2，…WPoint_codein)。

　　1.1.2 技術實現

　　1)生產線監(jiān)測。生產線監(jiān)測是通過對工位的監(jiān)測，判斷整條流水線是否運轉正常。當在制品在工位逗留時間過長，或工位出現在制品堆積時，可判斷為工位異常。令在制品在工位允許的最大逗留時間為Tmaxi，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，式中Timej，Timei為讀寫器天線2和天線1的2次讀寫事件發(fā)生的時刻。

　　當在制品經過天線1，而沒有經過天線2時，公式變?yōu)椋篢imecorrent-Timei>Tmaxi。

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

　　步驟1 通過流水號Line_code找到工位號Wpoint_code。
步驟2 通過工位號Wpoint_code，查找經過天線1而未經過天線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(jiān)測。在制品監(jiān)測是通過實時地獲取在制品上RFID標簽數據，以判斷在制品所處的工位及已經完成的工序，假設在制品Product_codei有Ni道工序，則在制品生產狀態(tài)的監(jiān)測算法如下：

　　步驟1 在制品上線時，椴據在制品的制造要求，確定工序數量Ni，并確定工位順序，生成一個二進制代瑪，使其從最低位開始順彥代表其經過的工位的完成狀態(tài)，完成為1，未完成為0。在在制品上線時，其初始值為0。
步驟2 把該代碼寫入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工位時，修改相應位。
步驟4 讀取RFID標簽相應位，就可以確定已經完成的工序和正在完成的工序。

　　1.2 生產過程控制

　　1.2.1 技術原理

　　生產過程控制目標是根據在制品信息，靜態(tài)或動態(tài)地確定在剃品組裝路線和組裝方式，其基本原理是：實對檢測到在制品信息后，根據控制系統設定的組裝路線和組裝方式，生成路徑選擇指令和組裝提示，技術實施方案如圖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(zhí)行機構組成。

圖３　生產控制技術實施方案
在制品的組裝路線既酉以是上線之前制定的靜態(tài)路線，也可以是上線后臨時改變的動態(tài)路線，本研究采用虛擬生產線(VPL)的概念，給每一個在制品 Product_codei分配一個虛擬生產線代碼VPL_codei，VPL_codei和Wpoint_codei關系為：

　　(VPL_codei，Wpoint_code1，Wpoint_code2，Wpoint_coden)

　　1.2.2 技術實現

　　1)組裝路線控制算法如下：

　　步驟1 根據在制品的組裝要求，生成虛擬生產線。
步驟2 將RFID標簽中的在制品代碼和虛擬生產綁定，然后將標簽和在制品綁定。
步驟3 當在制品進行多徑選擇時，讀寫器讀取標簽中的在制品代碼，并根據虛擬生產線中的信息，確定下一個工位。

　　該算法的優(yōu)點是，當需要對在制品的制造工序進行改變時，只需更改控制器中存儲的虛擬生產線和工位關系，便于組裝路徑動態(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。

　　2 應用

　　2.1 系統實現

　　為了驗證RFID技術在生產線監(jiān)控中的實用性，在重慶某摩托車發(fā)動機生產線進行了應用示范，發(fā)動機生產是典型的離散零配件組裝式生產，企業(yè)管理層有監(jiān)控在制品生產和生產線運行狀態(tài)的需求；同時，發(fā)動機在包裝之前要進行質量檢查，不合格的產品將會進入返修程序，因此在制品的組裝路徑需要控制。該生產線主要包括上線、曲軸、箱蓋、返修、貼花及包裝等工位。系統實施體系結構圖如圖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，用于生產線監(jiān)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。車間控制器和ERP應用系統采用PC 機平臺，使用C／S架構。車間控制器用于工位協調，ERP應用系統系統用于計劃排產和生產線狀態(tài)顯示。由于該摩托車企業(yè)的發(fā)動枧生產線沒有實現機械化的路徑改變裝置，每當在制品經過質量檢測后，工人需要根據LCD上顯示的指令決定在制品的前進路徑。如果在制品需要返修，則由工人需把在制品從生產線上取下，再由專門的運載工具轉運到返修工位。