基于RFID技術(shù)的發(fā)動機生產(chǎn)過程應(yīng)用研究

■一汽解放事業(yè)本部發(fā)動機事業(yè)部錫柴工廠 （江蘇無錫 214000） 陳 意 呂 瑋 邰志慧

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1.RFID概述

RFID無線射頻技術(shù)（Radio Frequency Identification）是一種近些年才興起的數(shù)據(jù)采集技術(shù)，同時也是目前最受重視的自動識別和數(shù)據(jù)采集技術(shù)。它的基本原理是利用感應(yīng)式耦合和電磁耦合，實現(xiàn)對標(biāo)識物體的自動識別和跟蹤。射頻技術(shù)具有精度高、適應(yīng)環(huán)境能力強、抗干擾性強及可重復(fù)利用等諸多優(yōu)點，目前己被廣泛應(yīng)用于商業(yè)百貨銷售、物流運輸管理和工業(yè)自動化生產(chǎn)線等眾多領(lǐng)域。

一汽解放錫柴惠山基地擁有現(xiàn)代化的重型車用柴油機生產(chǎn)線，包含4條金屬切削及裝配、校車、油封共7條生產(chǎn)線。其中6DM機加生產(chǎn)線引進自德國GROB公司。其生產(chǎn)線過程信息特別是工件加工信息、工件實時流轉(zhuǎn)狀態(tài)，設(shè)備效率等是生產(chǎn)管理層一直關(guān)注的重點。由于車間生產(chǎn)設(shè)備上存在硬件限制，急需要在現(xiàn)有的硬件基礎(chǔ)上進行功能升級。實現(xiàn)對每一個工件加工信息進行讀寫、存儲，并上傳到數(shù)據(jù)服務(wù)器進行大數(shù)據(jù)采集分析，分析結(jié)果最終可用于生產(chǎn)管理。

本文主要針對一汽解放錫柴重型柴油機智能制造示范基地建設(shè)項目中，6DM機加線RFID數(shù)據(jù)采集和傳輸功能進行闡述。

2.RFID硬件選型

根據(jù)現(xiàn)場機床硬件配置要求，選擇BALLUFF RFID相關(guān)產(chǎn)品，其應(yīng)用在工件信息讀寫的BIS M系列感應(yīng)式耦合RFID產(chǎn)品，包含RFID處理器、RFID讀寫頭、RFID數(shù)據(jù)載體和聯(lián)接電纜接頭等。

該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊，使用壽命長，抗干擾能力強，數(shù)據(jù)讀寫快速，特別適合應(yīng)用在機械加工生產(chǎn)線工件物流信息的采集。

（1）硬件介紹：BALLUFF BIS M處理器的工作頻率為13.56 MHz高頻通信，處理器支持連接兩個讀寫頭，選擇與之配套的讀寫頭型號為BIS00M6，服務(wù)接口可用于聯(lián)接配置軟件進行數(shù)據(jù)載體的讀寫。

為了便于可靠安裝在缸體缸蓋上，選擇一款類似螺釘?shù)臄?shù)據(jù)載體BIS00PT，它可以像螺釘一樣被擰在缸體缸蓋上，實現(xiàn)可靠的安裝。和配套的讀寫頭一起使用，該數(shù)據(jù)載體讀寫識別距離最大為4cm，滿足生產(chǎn)線工件流轉(zhuǎn)過程中的讀寫要求（見圖1）。

（2）以工件生產(chǎn)加工信息為例，根據(jù)需要采集的生產(chǎn)過程信息，結(jié)合生產(chǎn)線管理要求，定義了數(shù)據(jù)載體內(nèi)數(shù)據(jù)區(qū)域存儲要求。附表所示包含了加工過程RFID需要采集的數(shù)據(jù)信息。

6DM機加線生產(chǎn)過程信息需要通過RFID采集的數(shù)據(jù)主要有兩類：工件信息和加工過程信息。工件信息主要有工件零件號、流水號等；加工過程信息有工件加工質(zhì)量、工件狀態(tài)和加工工序號等信息。

數(shù)據(jù)載體內(nèi)信息定義表

以缸體線OP40工位為例，在機床上料和下料處均有一個讀寫頭，當(dāng)安裝了數(shù)據(jù)載體的缸體流轉(zhuǎn)至OP40上料處時，PLC完成上料處工件的信息讀寫。例如工件零件號、工件流水號及前一工序的加工信息等，并將相關(guān)信息顯示在HMI面板上，同時進行加工信息校驗，判斷該工件是否是上一個工序合格的加工件，流程如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)載體讀寫流程

當(dāng)機床完成該工件的加工后，工件流轉(zhuǎn)至下料口，PLC完成加工信息的寫入，同時將信息顯示在HMI面板上，OP40的加工信息同時也記錄在數(shù)據(jù)載體內(nèi)。PLC將該加工信息，連同之前讀取的工件零件號、流水號等一同傳送至數(shù)據(jù)服務(wù)器，形成該工件的加工數(shù)據(jù)鏈和工件整條加工流程信息表，數(shù)據(jù)服務(wù)器作為和上層服務(wù)器的通信接口，暫時存儲生產(chǎn)線機床加工的相關(guān)信息。

（3）RFID在GROB機床內(nèi)的配置。完成硬件接線后，首先需要在PLC上進行硬件組態(tài)（見圖3），并配置IO地址。之后完成和PLC編程數(shù)據(jù)螺釘?shù)淖x寫（見圖4）。

重新編寫HMI顯示界面，用于RFID信息顯示及確認(rèn)。例如，操作工可以通過該界面確認(rèn)不合格的加工信息。

圖3 PLC硬件組態(tài)

圖4 PLC讀寫程序

（4）上線工件ID的寫入。在上料工位，使用PC+PLC+RFID的方式，增加上料工件螺釘信息錄入設(shè)備。當(dāng)工件流轉(zhuǎn)至該工位時，由操作工將數(shù)據(jù)螺釘擰到工件上，并在PC上輸入唯一的流水號，工件流通時，PLC將流水ID號寫到數(shù)據(jù)螺釘內(nèi)。實物如圖5所示。

該數(shù)據(jù)螺釘將跟隨工件一直流轉(zhuǎn)，直至下線工位。在工件加工流轉(zhuǎn)過程中，每個工序的加工信息、連同ID號都被傳輸至數(shù)據(jù)服務(wù)器。

（5）數(shù)據(jù)采集及分析。生產(chǎn)線數(shù)據(jù)采集段落增加一臺數(shù)據(jù)服務(wù)器，使用專業(yè)軟件建立上層服務(wù)器和現(xiàn)場設(shè)備的橋梁。例如，用KEPServer采集機床需要的數(shù)據(jù)，如工件ID號、加工信息、加工數(shù)量及機床報警信息等。再由專業(yè)的數(shù)據(jù)采集分析軟件公司編寫數(shù)據(jù)采集分析軟件，讀取KEPServer采集的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)經(jīng)過分析后，結(jié)合相關(guān)APP，可在電腦、平板等客戶端上實時瀏覽，形成一套智能工廠管理平臺。最終實現(xiàn)生產(chǎn)產(chǎn)量、設(shè)備效率及設(shè)備報警等綜合管理。利用該平臺，實現(xiàn)對生產(chǎn)、物流和調(diào)度的大數(shù)據(jù)分析（見圖6）。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件是工廠管理系統(tǒng)的重要組成部分。包含了服務(wù)器端、客戶端和手持端三部分。設(shè)計應(yīng)遵循簡單易操作，可靠性高，實時性好，結(jié)構(gòu)清晰等原則。

3.結(jié)語

將RFID射頻識別技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)線工件加工信息傳輸和采集上，提高工件加工過程信息的透明性。以服務(wù)器大數(shù)據(jù)采集分析為平臺，為生產(chǎn)管理提供可靠的參考借鑒。

圖5 上線工件ID信息寫入RFID載體

圖6 部分段落機床生產(chǎn)效率

隨著信息技術(shù)的提升，企業(yè)信息化的趨勢越來越明顯。實現(xiàn)高效的生產(chǎn)管理是制造工廠未來發(fā)展的重要方向。伴隨智能制造2025的不斷推進，RFID技術(shù)也將得到廣泛應(yīng)用，并會推動中國制造業(yè)信息化的發(fā)展。RFID顯著的數(shù)據(jù)采集技術(shù)特點，也必然使其成為制造業(yè)生產(chǎn)中的主流技術(shù)。RFID技術(shù)的深入應(yīng)用將會提高制造業(yè)的信息化水平，提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)管理水平。