基于RFID技術的空調混流生產方法研究

劉海冰，吳晗

（珠海格力電器股份有限公司，廣東珠海，519070）

格力電器家用空調年產能達6000萬臺(套)，商用空調年產達550萬臺(套)。珠海總部有8大總裝分廠，6大配套分廠，產銷規模以每年20%以上的速度高速增長；生產的空調產品涵蓋20個大類、400個系列、12700多個品種規格，需要外購的物料達30多萬種。生產制造過程不但有批量大、品種單一的訂單生產模式，還有批量小、品種多、個性化的訂單生產模式。在當前的經濟環境下，賣方市場向買方市場的轉變，意味著小批量、多頻次、個性化的生產模式愈漸成為制造型企業的一大難題，管理難度急劇增加，物料種類繁多，對產品質量、制造過程效率造成重大影響。所以，需要生產成本更低、產品型號更豐富、個性化更強的產品，從而需要我司具備柔性化更優，智能化更強，快速響應市場需求的生產系統。在個性化需求激增的潮流下，大多數的空調制造商選擇使用小批量、多類型的混流生產方式，這種生產方式對生產線的柔性及員工的操作能力有著很高的要求，可快速應對高速變化的市場需求［1］。因此，將RFID技術應用于空調混流生產十分重要。

1 RFID技術

RFID技術（Radio Frequency Identification），又稱為無線射頻識別技術，利用讀寫器與電子標簽之間的電磁耦合來實現數據通信，通過控制器向電子標簽讀取或者寫入數據，從而對電子標簽及其所代表的對象進行識別或者向電子標簽存儲有用數據。當貼有電子標簽的待識別物料出現在讀寫器的讀出范圍內時，讀寫器自動以非接觸的方式將電子標簽內的識別信息取出，實現物料自動識別和數據交換功能［2-3］。

RFID系統一般由電子標簽（Tag）、讀寫器（Reader）以及遠距離收發信號的天線（Abtenna）組成，電子標簽由耦合元件和芯片組成，標簽類別可分為有源和無源標簽，無源標簽從讀寫器發出的射頻信號中獲取電能，系統識別距離較近；有源標簽自帶微型電池供電，系統識別距離較遠。讀寫器是RFID系統的核心，連接上位機和電子標簽通信，進行數據交換［4］。上位機程序將指令發送到讀寫器，讀寫器將要發送的信號經過編碼加載在某一頻率的載波信號上經天線向外發送。進入讀寫器工作區域的電子標簽接受此脈沖信號，電子標簽中的芯片對信號進行調制解調，對讀命令或寫命令進行操作，之后再把讀到的信息反饋給讀寫器，讀寫器將信號處理后再通過網絡端口、RS232、RS485等數據接口，將信息發送至上位機信息系統進行有關數據處理，RFID技術原理如圖1所示。

圖1 RFID技術原理圖

將RFID技術應用到空調混流生產中，RFID系統與我司MES系統、ERP系統關聯，能夠把管理層中的產品數據、生產計劃、排產調度等信息下達到生產層，可通過線體PLC調節線體生產設備參數、拉動物料來料、調整崗位資質員工等，并實時采集生產層的現場數據傳輸到管理層，有助于管理調整生產計劃和調度安排，實現柔性化混流生產和信息化管理［5］。

2 混流生產線工藝流程分析

空調行業年產能巨大，客戶所需空調種類繁多，傳統混流產線工藝已不能滿足生產需求，該問題在我司日益突出。初步統計我司單條分體外機生產線平均日產能約為2500臺，涉及的生產機型每天可多達200種，而且部分機型差別較大，對產線的調度影響較大，導致生產效率較低。

以我司分體外機生產線為例，單條生產線標準工序包括底盤上線、裝壓縮機、裝冷凝器部件、配管等，初步統計裝配、測試、檢驗等工序約100道，部分復雜機型工序可達120道，生產工藝流程圖如圖2所示。

圖2 生產工藝流程圖

混流生產線工序流程眾多，不同機型的生產物料差別也較大，如表1所示，底盤物料的編碼可多達100多種，其搭配的壓縮機型號均有差別，后續裝配工序也將有較大差別。混流生產過程中人員、設備、物料、裝配方法、操作環境、操作工時等都隨著生產機型的切換而變化，對現有的生產模式形成了較大的挑戰，現有的混流生產工藝模式已不能滿足日益增加的混流生產需求，主要涉及到生產過程信息流記錄、生產物料切換、生產設備工藝參數調節等，需要通過信息化、智能化手段進行提升。

表1 底盤生產物料表

在空調混流生產線中，搭建混流生產全流程信息化管理平臺，引進RFID技術，增加信號數據采集設備，開發線體設備通訊端口，并關聯公司MES、ERP系統，可實現混流線體數據互聯，提升我司車間信息化管理水平。

3 混流生產線RFID應用

在空調混流生產線上，RFID天線、讀寫器等設備被大批量的部署在生產線的不同崗位，從零部件上線組裝，到基本功能檢驗，最后檢測合格成品打包下線，各個崗位的硬件設備均由同一個PLC進行控制。各個崗位讀寫器都需要通過數據接口連接來與產線控制設備進行通訊，但各種控制設備支持的通訊協議種類不盡相同，在RFID產品的應用過程中需要重新編寫其在控制設備中的程序，以實現控制設備與RFID讀寫器的通訊［6］。如圖3所示，為RFID系統網絡結構圖。

圖3 系統網絡結構圖

RFID信號標簽安裝在流水線工藝板上，每條生產線約有100塊工藝板，所選用標簽型號為SGHT-263，安裝完成后采用PDA手持機進行信息初始化。RFID天線安裝在需采集信號崗位處，位于流水線上水平位置，不得高于流水線上工藝板邊緣，讀取距離為5cm-8cm。RFID讀寫器位于該崗位附近的小型控制柜內，讀寫器與天線通過射頻信號饋線連接。各崗位均配置了Windows電腦或安卓一體機，電腦與讀寫器通過串口數據線進行連接，實現信息聯通。

圖4 硬件安裝圖

根據混流生產模式需求，應用多系統交互融合通訊技術，打通ERP、MES、PLM之間數據流，基于射頻識別技術，自主開發底層RFID軟件，搭建基于裝配制造模式的智能制造服務平臺。在零部件上線時進行信息掃描綁定，圖5所示為RFID軟件平臺界面，RFID條碼與MES訂單條碼綁定成功后，該信息將作為產品生產過程的流程信息，貫穿整個生產流程，直到該產品裝配測試完成，作為成品下線，在下線前進行解綁［7］。

圖5 RFID軟件平臺界面

根據混流生產線功能需要，通過在各需求崗位上安裝RFID數據采集點，并在崗位上安裝一體機終端設備，配置安裝RFID管理系統，實現單個工序的數據采集、分析、集成、顯示，各個工序通過線體PLC、網關會將信息反饋至服務器，再由服務器發送直接，實現自動調節功能。

混流生產過程中轉機切換頻繁，通過開發RFID軟件系統與MES系統關聯，可以優化流程，實現快速切換。單純的MES系統部具備軟硬件功能，但是RFID系統采集并反饋硬件數據，正好解決了這一難題。通過產品信息上線時一一對應綁定，確定產品生產流程信息唯一性，在后續每個裝配崗位，該崗位顯示終端會顯示該機型信息，如裝配有誤、不合格，則自動報錯，聲光三色燈提示，阻擋器升上來，不合格產品會記錄故障信息，下線處理合格后再重新上線［8］。在制品加工邏輯如圖6所示。

圖6 在制品加工邏輯圖

RFID系統可以為混流生產線提供產品識別智能化、生產可視化、產品檢測智能化、設備管理等功能。通過RFID系統平臺，實現生產、產品、設備等數據采集分析，對混流產品生產進度實現顯示更新，對物料進行預警，拉動前段物料配送，對設備狀態實時監控、預測性維護、異常模式自動識別。RFID技術應用于混流生產線，可以有效提升產品質量管控水平。以空調外機生產線為例，應用RFID技術可以優化產品生產管控流程，對各工序的需求和實現功能進行細化設計，各工序崗位的異常情況和過程質量檢測數據可以實時采集，并反饋至后臺系統進行統計分析，形成混流產品內部數據庫。通過采集到的信息數據建立和完善質量標準，做到產前預警，產中控制，產后分析，從而建立機型健全的質量保障體系。

4 結論

通過將RFID技術應用于空調混流生產線，實現混流生產線全流程質量跟蹤管理。RFID信息采集點布局于線體各個崗位，實時采集混流空調產品的生產過程信息，形成完整的基礎數據庫，通過軟件控制平臺，實現快速轉機切換，提升混流生產線工作效率。

空調混流生產線實現信息化工藝革新，可快速準確識別在線產品生產狀況，并依靠線體終端實時指導生產。各關鍵崗位可通過RFID天線自動識別產品信息，系統可根據機型信息自動調節設備參數，通過自動化工裝，實現測試設備自動對接測試，檢測結果自動上傳至后臺數據庫。RFID系統平臺與MES、ERP等系統互聯，實現系統互聯集成，有效提升混流生產線信息管控水平，確保公司產品質量。