基于RFID技術的模具電極MES系統的應用研究

毛金城　陳凱　陳緒兵　王瑜輝　方雄利

摘 要： 將RFID技術引入到模具電極的生產過程中，通過RFID讀寫器從電極備料、電極加工、電極檢測、電極使用四個模塊完成對電極數據的實時采集。系統對接口的集成，實現制造執行系統與各個系統的數據和業務集成，提出基于射頻識別技術的模具電極生產模式，構建了該模式下的制造執行系統，并應用于實際生產中。根據該系統在東莞某制造公司中的應用情況表明，該系統能夠提高生產制造的信息化程度和生產效率，并對模具電極進行了智能化管理，有效地改善了企業質量管理狀況。

關鍵詞： 射頻識別技術； 模具電極； 制造執行系統； 電子編碼

中圖分類號： TN103?34； TN805 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）10?0065?03

Abstract： The RFID technology was applied to mold electrode production. The real?time acquisition of the electrode data is achieved by RFID reader in the aspects of electrode material stock， electrode machining， electrode detection and electrode application. Data and business integration between MES and each system data is fulfilled through system integration interface. The mold electrode manufacturing mode based on RFID technology is proposed to construct MES. The application result in a manufacturing company in Dongguan shows that the system can improve the informatization level， intelligent management level and efficiency of the mold electrode production， and enterprise quality control status effectively.

Keywords： RFID technology； mold electrode； MES； EPC

0 引 言

模具是現代制造業大批量生產中的一種重要工藝裝備，而電極是模具制造過程中不可缺少的加工工具。制造業信息化是當代國際制造業發展的大趨勢[1]，模具制造企業也必須努力推進模具制造業的信息化水平，對降低生產成本、提高模具電極的生產及管理效率、增強市場競爭力有著極為重要的意義[2]。

隨著物聯網（IOT）及RFID（Radio Frequency Identification）技術的高速發展[3]，越來越多的模具制造企業將RFID技術應用到模具電極的制造過程中。利用RFID技術的非接觸性、可重復使用、快速識別、讀取方便、數據容量大、使用壽命長、無需直接接觸、無需光學可視、無需人工干預等眾多優點[4?6]，解決處理傳統模具制造業生產過程中流動量大、信息變換過程多、多場景信息交互的問題。

制造執行系統（Manufacturing Execution System，MES）是位于企業上層生產計劃和底層工業控制（Process Control System，PCS）之間，面向車間層的生產管理技術與實時信息系統[7]。MES作為企業資源計劃（Enterprise Resource Planning，ERP）系統和供應鏈管理（Supply Chain Management，SCM）系統的信息橋梁，調度底層過程控制系統（Process Control System，PCS）的樞紐，模具電極生產過程中起到了重要的作用，是一種先進的車間管理技術[8]。而將RFID技術應用到模具電極MES系統中，正好可以解決企業資源計劃和控制層存在的信息管理的斷層和信息反饋延遲的問題，實現車間模具電極生產數據傳輸的暢通，使模具電極的生產準備時間和生產周期大大縮短，提高了產品質量[9]。

本文結合廣東省東莞市某模具電極生產企業的具體情況，從RFID應用模型、模具電極MES系統的業務流程分析及模具電極MES系統應用架構分析來進行研究。

1 RFID應用模型

本系統將RFID電子標簽嵌入式地安裝在電極座的側面，如圖1所示，用來識別模具電極，每個電極都與電極座一一對應。每個工位上都有采用ISO15693標準協議的超高頻讀寫器，對電極座進行寫入和讀取電極信息，與MES系統進行交互。

本系統采用的RFID標簽儲存區分為產品電子編碼（Electronic Product Code，EPC）存儲區、標簽惟一識別號（Tag Identifier，TID）、用戶數據存儲區和保留存儲區。EPC存儲區和用戶數據存儲區儲存的信息是本文自定義的。其中EPC存儲區可以快速讀取，一般用來存儲模具電極序號來進行快速識別，而用戶數據存儲區容量大，用來存儲電極信息（電極編號、偏移量值等），RFID電子標簽內存分配表如表1所示。

在電極備料倉庫，備料員收到備料清單后，將毛坯新料夾入電極座中，并安裝RFID電子標簽，然后對電極一一綁定。再用RFID讀寫器向標簽中寫入電極編號和毛壞z軸高度。

隨后進入數控加工車間，讀寫器自動讀取模具電極的編號和毛坯z軸高度。在數據庫中下載電極的NC程序對電極進行加工。完成后，電極成品進入檢測車間。

在電極檢測車間，對送檢測的電極成品進行質量檢測，合格的電極成品進入偏移量測量工序，不合格的電極成品返回二次加工。電極x，y，z偏移量值寫入電子標簽并上傳到系統數據庫中存儲。

在電極使用車間，EDM機床自動讀取電極x，y，z偏移量并合成放電程序，電火花加工完成后得到模具成品。電極回收時，倉庫管理員通過RFID讀寫器讀取電極編號并綁定相應的存儲位置。通過系統可以查看電極的規格、存放位置、使用次數、狀態等信息。

2 基于RFID模具電極制造執行系統總體架構方案

2.1 系統網絡架構

系統通過RFID模塊對模具電極進行數據采集傳輸，并向MES系統提供實時可靠的數據信息。系統利用服務器上的RFID軟件對各個工位上的RFID模塊進行統一管理，各車間PC機都用網線通過交換機與服務器連接。倉庫中配置有無線路由器，與另一交換機連接，倉庫中的移動端通過WiFi連接服務器。基于RFID模具電極制造執行系統網絡拓撲圖如圖3所示。

2.3 系統業務流程設計

系統總體業務流程如圖4所示。

2.2 系統功能模塊設計

根據企業實際需求，系統的主要模塊分為：工作站客戶端和Web后臺管理模塊。工作站客戶端主要包括電極的配料、CNC加工、QC檢測、EDM加工以及倉庫管理等模塊。Web后臺管理系統則包括電極管理、電極座管理、生產狀況、報表查詢、倉庫管理、用戶管理、日志記錄和系統設置8個模塊。這些功能模塊為企業提供了管理平臺和數據支撐。系統主要功能模塊的劃分見圖5。

3 基于RFID模具電極制造執行系統的實現

本系統采用C/S架構和B/S架構的混合體系進行開發，工作站客戶端模塊采用C/S架構開發，Web后臺管理系統采用B/S架構開發，結合兩種架構的特性，實現制造執行系統的業務功能。其中C/S架構采用Microsoft .NET 3.5 Framework開發環境，C#開發語言，實現軟件的快速開發，而B/S架構則采用ASP.NET技術與JavaScript進行Web開發。數據庫采用微軟的SQL Server數據庫，數據訪問技術采用ADO.NET技術，安全有效地訪問數據庫。工作站客戶端和Web后臺管理系統軟件主界面如圖7所示。

4 結 語

本文在對模具電極生產制造的研究分析的基礎上，將RFID技術運用到電極的制造執行系統中，提出一套基于RFID技術的模具電極制造執行系統的解決方案。根據該系統在東莞某制造公司中的應用情況表明，該系統能夠提高生產制造的信息化程度，提高生產效率，并對模具電極進行了智能化管理，有效地改善了企業質量的管理狀況。

參考文獻

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