基于射頻技術(shù)的模具車(chē)間信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王 尊，王玉國(guó)，唐 佳，葛鵬翼

（南京工程學(xué)院 汽車(chē)與軌道交通學(xué)院，江蘇 南京211167）

在實(shí)際的中小型企業(yè)模具生產(chǎn)加工過(guò)程中，模具生產(chǎn)車(chē)間具有模具品種多樣、單件小批量、生產(chǎn)工藝復(fù)雜、一物一碼的特點(diǎn)。

現(xiàn)有技術(shù)中，所有的生產(chǎn)信息（包括訂單執(zhí)行狀態(tài)信息、員工產(chǎn)量、設(shè)備產(chǎn)量等）均需通過(guò)手動(dòng)記錄或?qū)ｉT(mén)人員將生產(chǎn)信息逐一錄入電腦的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)同步或者異步記錄，管理人員還需要花費(fèi)大量的時(shí)間對(duì)記錄結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，用于記錄的單據(jù)種類(lèi)龐雜，記錄和統(tǒng)計(jì)工作量大，記錄過(guò)程極易出現(xiàn)錯(cuò)漏，導(dǎo)致最終統(tǒng)計(jì)結(jié)果出現(xiàn)偏差；另外，生產(chǎn)過(guò)程中容易出現(xiàn)臨時(shí)訂單、臨時(shí)任務(wù)，這部分訂單任務(wù)的追蹤所需的人力物力較正常訂單任務(wù)更多，管控更難[1-3]。

通過(guò)射頻技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)的可溯源實(shí)時(shí)監(jiān)控，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)監(jiān)控結(jié)果所包括的各項(xiàng)參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)員工、設(shè)備、訂單、零件生產(chǎn)過(guò)程多個(gè)方面的有效管控，且針對(duì)臨時(shí)訂單，具有較高的處理效率[4-7]。

1 信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

RFID 生產(chǎn)信息采集系統(tǒng)包括無(wú)線(xiàn)信息采集終端、無(wú)線(xiàn)控制器、管理客戶(hù)端、服務(wù)器、現(xiàn)場(chǎng)客戶(hù)端，其中無(wú)線(xiàn)信息采集終端又包括射頻卡、手持式信息采集終端和固定式信息采集終端。本文所涉及的生產(chǎn)信息采集系統(tǒng)結(jié)合管理客戶(hù)端可以對(duì)整個(gè)生產(chǎn)流程進(jìn)行監(jiān)控和信息記錄。

系統(tǒng)各組成部分之間的關(guān)系如圖1 所示。無(wú)線(xiàn)信息采集終端與無(wú)線(xiàn)控制器連接，無(wú)線(xiàn)控制器將接收到的數(shù)據(jù)通過(guò)交換機(jī)分別傳輸至現(xiàn)場(chǎng)客戶(hù)端和管理客戶(hù)端。

圖1 模具生產(chǎn)信息采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 射頻技術(shù)模塊設(shè)計(jì)

射頻技術(shù)模塊包括射頻卡和無(wú)線(xiàn)信息采集終端。

射頻卡分為員工卡、設(shè)備卡、零件卡，其中，員工卡和員工信息一一對(duì)應(yīng)，設(shè)備卡和生產(chǎn)設(shè)備信息一一對(duì)應(yīng)，零件卡和零件一一對(duì)應(yīng)，零件卡中存儲(chǔ)著生產(chǎn)零件所需的所有生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)信息。

無(wú)線(xiàn)信息采集終端有手持式信息采集終端和固定式信息采集終端兩種，它包括輸入單元、顯示單元、控制單元、存儲(chǔ)器。手持式信息采集終端采用鋰電池供電，固定式信息采集終端的供電方式為9 V 直流電供電。

輸入單元包括控制指令輸入單元和射頻卡檢測(cè)器，控制指令輸入單元用于輸入外部控制指令；射頻卡檢測(cè)器用于讀取指定區(qū)域內(nèi)的射頻卡信息。輸入單元與控制單元連接，將接收到的外部控制指令或射頻卡信息發(fā)送至控制單元。

控制單元內(nèi)安裝有生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)管理軟件，生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)管理軟件包括開(kāi)工處理模塊和完工處理模塊兩個(gè)基本模塊。控制單元根據(jù)接收到的外部控制指令和/或射頻卡信息，調(diào)用對(duì)應(yīng)的開(kāi)工處理模塊、完工處理模塊以對(duì)生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，將監(jiān)控結(jié)果更新至存儲(chǔ)器。

3 信息追溯系統(tǒng)作業(yè)流程

模具生產(chǎn)信息采集系統(tǒng)工作的總體流程如圖2 所示，具體過(guò)程介紹如下。

企業(yè)接收外部發(fā)送的訂單信息，將訂單信息解析成多個(gè)零件生產(chǎn)任務(wù)，獲取每個(gè)零件所對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)，針對(duì)每個(gè)零件生成對(duì)應(yīng)的零件卡信息，將生成的零件卡信息更新至其中一個(gè)空白零件卡中，零件卡信息包括所屬零件所對(duì)應(yīng)的所有生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)，每個(gè)生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)與至少一個(gè)員工卡和/或至少一個(gè)設(shè)備卡匹配，生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)按照工藝流程順序排列；將員工卡下發(fā)至對(duì)應(yīng)的員工，將設(shè)備卡下發(fā)至對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)設(shè)備；最后，將零件卡下發(fā)至對(duì)應(yīng)的第一個(gè)生產(chǎn)工位，以對(duì)該生產(chǎn)工位所對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)進(jìn)行監(jiān)控，在當(dāng)前生產(chǎn)工位的生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)完成后，將零件卡移至下一個(gè)生產(chǎn)工位以監(jiān)控下一個(gè)生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)，依次類(lèi)推，直至零件卡移至最后一個(gè)生產(chǎn)工位，完成整個(gè)零件生產(chǎn)過(guò)程，回收零件卡和生產(chǎn)完成的零件。

圖2 模具生產(chǎn)信息采集系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖

其中，對(duì)每個(gè)生產(chǎn)工位所對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)進(jìn)行監(jiān)控包括兩部分：①接收無(wú)線(xiàn)信息采集終端發(fā)送的對(duì)各自所在生產(chǎn)工位的生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)狀態(tài)的監(jiān)控結(jié)果，生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)狀態(tài)至少包括開(kāi)工狀態(tài)、完工狀態(tài)、待開(kāi)工狀態(tài)，其中，待開(kāi)工狀態(tài)為生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)的初始狀態(tài)；②對(duì)生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)狀態(tài)的監(jiān)控結(jié)果進(jìn)行解析，獲取其中所包含的零件信息、員工信息、設(shè)備信息以及訂單信息，計(jì)算得到對(duì)應(yīng)零件和訂單的完成狀態(tài)、統(tǒng)計(jì)并更新員工生產(chǎn)信息和設(shè)備生產(chǎn)信息，員工生產(chǎn)信息包括員工已完成任務(wù)信息、員工正在完成任務(wù)信息，設(shè)備生產(chǎn)信息包括設(shè)備已完成任務(wù)信息以及設(shè)備正在完成任務(wù)信息。

而訂單的解析依據(jù)為所生產(chǎn)零件的工藝。通常一個(gè)工藝對(duì)應(yīng)多項(xiàng)工序，如某零件A 包含下料、車(chē)銑加工、熱處理、放電等工序，每個(gè)工序可拆解成一個(gè)或者多個(gè)生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)，每個(gè)生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)與其中一個(gè)或者多個(gè)人員、設(shè)備相匹配，從而將生產(chǎn)信息或者訂單信息分解成多個(gè)零件的生產(chǎn)任務(wù)，再針對(duì)每個(gè)零件生成多個(gè)生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)，通過(guò)零件卡的形式下發(fā)至車(chē)間，交由員工執(zhí)行，一個(gè)零件對(duì)應(yīng)一個(gè)零件卡，每個(gè)零件卡中包含所有生產(chǎn)該零件所需的生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)。

4 系統(tǒng)操作與實(shí)現(xiàn)

模具生產(chǎn)信息采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)如圖3 所示，模具生產(chǎn)信息采集系統(tǒng)由射頻卡、手持式無(wú)線(xiàn)信息采集終端、交換機(jī)、電源連接線(xiàn)構(gòu)成。

在手持終端里點(diǎn)擊按鍵“1”，彈出“開(kāi)工”界面，按提示依次刷員工卡、設(shè)備卡和任務(wù)卡，系統(tǒng)則會(huì)提示開(kāi)工成功；點(diǎn)擊按鍵“2”，彈出“完工”界面，依次刷員工卡、設(shè)備卡和任務(wù)卡，隨后彈出確認(rèn)界面，點(diǎn)擊“確認(rèn)”按鈕即可完工。通過(guò)該方式，可以對(duì)整個(gè)生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)于已經(jīng)開(kāi)工，但并沒(méi)有完工的訂單的進(jìn)度、涉及的人員、設(shè)備等進(jìn)行追溯。

圖3 模具生產(chǎn)信息采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)示意圖

手持終端上掃描的數(shù)據(jù)，通過(guò)中間件上傳到數(shù)據(jù)庫(kù)。打開(kāi)中間件軟件，點(diǎn)擊“開(kāi)始監(jiān)控”按鈕，即可將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新到站點(diǎn)窗口中。由手持終端掃描得到的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)中間件軟件，上傳到數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)器中，即時(shí)數(shù)據(jù)即被顯示在數(shù)據(jù)庫(kù)軟件的管理客戶(hù)端中。

5 結(jié)語(yǔ)

應(yīng)用本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，使企業(yè)由多個(gè)生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)共同生產(chǎn)出來(lái)的零件均可溯源，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程、加工產(chǎn)品、零件加工進(jìn)程、訂單進(jìn)程的有效監(jiān)控，提高了企業(yè)的信息化水平和生產(chǎn)效率。

特別說(shuō)明：本文研究對(duì)象為模具車(chē)間信息采集系統(tǒng)，作者在康尼精密機(jī)械有限公司實(shí)習(xí)，該系統(tǒng)為企業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)的一部分，作者設(shè)計(jì)此系統(tǒng)并應(yīng)用于模具車(chē)間，以提高企業(yè)生產(chǎn)效率并達(dá)到信息追溯的目的。