RFID技術(shù)在智能生產(chǎn)制造中的應(yīng)用方案

一、總述

1.1、 建設(shè)背景

隨著工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度越來越高，機(jī)器接管了大部分體力勞動(dòng)，同時(shí)也接管了一部分腦力勞動(dòng)，工業(yè)生產(chǎn)能力超越了人類的消費(fèi)能力，人類進(jìn)入了生產(chǎn)過剩的時(shí)代，產(chǎn)品的生命周期也隨之大大縮短，從前的大批量生產(chǎn)會(huì)造成產(chǎn)能過剩，以往的一刀切的的辦法做出來的產(chǎn)品，不能適應(yīng)現(xiàn)在用戶都需要。

互聯(lián)網(wǎng)改變了這個(gè)局面，人與人，人與廠商，可以低成本的實(shí)現(xiàn)連接，從而讓每個(gè)人的個(gè)性需求被放大，人們?cè)絹碓较矚g個(gè)性化的東西。但是個(gè)性化的東西需求量沒有那么大，這就需要工業(yè)企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)快速、小批量、定制化的生產(chǎn)。

實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)，需要業(yè)務(wù)系統(tǒng)提出的需求，通過制造執(zhí)行系統(tǒng)負(fù)責(zé)執(zhí)行、監(jiān)控和管理生產(chǎn)，智能生產(chǎn)制造是在原有的管理系統(tǒng)與機(jī)器互聯(lián)的基礎(chǔ)上，增加生產(chǎn)設(shè)備與原材料的管理、機(jī)器與機(jī)器之間的管理，通過對(duì)生產(chǎn)原材料的管理，能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品定制化、多品種、小批量生產(chǎn)。

采用RFID電子標(biāo)進(jìn)行原材料管理，能跟蹤記錄每個(gè)元器件相關(guān)的所有屬性，包括生產(chǎn)流程、下個(gè)工序、自身顏色、尺寸，甚至能延生到組裝成成品后的編號(hào)、流向地或者定制的客戶信息，能根據(jù)客戶的需求進(jìn)行精細(xì)化生產(chǎn)，在原材料開始流入生產(chǎn)時(shí)，就逐步進(jìn)入定制化生產(chǎn)環(huán)節(jié)。控制器能與RFID電子標(biāo)簽無(wú)線通訊，能簽替換原有的條碼技術(shù)，RFID電子標(biāo)簽?zāi)苓h(yuǎn)距離讀取及批量讀取，避免條碼必須可視才能讀取的缺點(diǎn)，能在檢測(cè)工位能自動(dòng)識(shí)別并添加質(zhì)量數(shù)據(jù)，出入庫(kù)能批量識(shí)別自動(dòng)出入庫(kù)，能自動(dòng)識(shí)別順序，大大提高生產(chǎn)水平，避免人為操作失誤或者漏操作帶來的不利影響。同時(shí)RFID電子標(biāo)簽表面印刷有芯片條碼，能兼容舊有的設(shè)備，避免資產(chǎn)浪費(fèi)。

RFID技術(shù)在智能生產(chǎn)制造方面主要有以下優(yōu)勢(shì)：

1、 可以不用接觸，整個(gè)過程無(wú)需人工干預(yù)，能夠完成數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集并且還不容易損壞;

2、 對(duì)在運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的物體也可以進(jìn)行信息的采集，并且能夠同時(shí)識(shí)別多卡，操作比較便捷;

3、 可以適用于生產(chǎn)環(huán)境惡劣、人員無(wú)法達(dá)到、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量較大、數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性要求較高、數(shù)據(jù)傳輸能可靠有效的進(jìn)行等一系列要求。

總體上來講，RFID在智能生產(chǎn)制造、倉(cāng)儲(chǔ)、物流的工作環(huán)境中對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集有很大的應(yīng)用前景，實(shí)現(xiàn)了從原材料、工廠制造、銷售、客戶需求一體化的管理，可靈活的按時(shí)生產(chǎn)、按需生產(chǎn)、按順序生產(chǎn)等，實(shí)現(xiàn)真正的智能生產(chǎn)制造。

下面通過對(duì)汽車制造行業(yè)零配件生產(chǎn)廠的生產(chǎn)過程說明，來闡述工業(yè)4.0智能生產(chǎn)制造解決方案。

1.2、 建設(shè)內(nèi)容

汽車生產(chǎn)面臨多平臺(tái)，多車型，柔性化要求極高，如果采用傳統(tǒng)的零件拉動(dòng)方式，則需要在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)針對(duì)每種零配件準(zhǔn)備足夠的庫(kù)存，隨著車型的增加汽車生產(chǎn)廠產(chǎn)線的面積將不足以支持零件的擺放和生產(chǎn)的正常運(yùn)作。

排序拉動(dòng)(JIS)通過車輛上線序列及整車BOM，將同類零件歸類，按與整車生產(chǎn)一致的序列擺放向供應(yīng)商進(jìn)行零件拉動(dòng)，零件排序拉動(dòng)方式可以幫助汽車制造企業(yè)節(jié)省廠內(nèi)零件使用面積，提高零件周轉(zhuǎn)率，并進(jìn)一步提升工程生產(chǎn)的柔性化。

作為為汽車制造廠家提供漆件的零配件供應(yīng)商，需要使用RFID技術(shù)，從注塑開始綁定RFID電子標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)緩存區(qū)入庫(kù)、噴漆排序、檢驗(yàn)加工、漆件倉(cāng)庫(kù)、預(yù)檢、裝配排序、終檢、出庫(kù)排序、出廠核驗(yàn)等全流程自動(dòng)數(shù)據(jù)采集及質(zhì)量控制，以實(shí)現(xiàn)大件產(chǎn)品跟蹤、質(zhì)量控制、庫(kù)存控制，優(yōu)化產(chǎn)線、倉(cāng)儲(chǔ)管理規(guī)劃，滿足汽車制造廠拉動(dòng)排序(JIS)的需要，創(chuàng)新管理模式，提高管理水平，進(jìn)一步突破生產(chǎn)建設(shè)及倉(cāng)儲(chǔ)管理瓶頸，達(dá)到工業(yè)4.0智能生產(chǎn)制造的建設(shè)水平。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1、 建設(shè)范圍

通過RFID系統(tǒng)的建設(shè)，對(duì)用戶生產(chǎn)過程中的主物料流進(jìn)行跟蹤、監(jiān)控、注記、統(tǒng)計(jì)。

監(jiān)控范圍：

全廠區(qū)車間的物流出入口、人員出入口、廠區(qū)對(duì)外的出入口、產(chǎn)線、工位及倉(cāng)庫(kù);

監(jiān)控對(duì)象：

所有大件產(chǎn)品(保險(xiǎn)杠+門檻+擾流板);

可擴(kuò)展：

人員門禁、產(chǎn)品的周轉(zhuǎn)器具自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù);

監(jiān)控物流鏈：

注塑件→塑件緩存區(qū)→噴涂上件區(qū)→噴涂下線檢驗(yàn)區(qū)→漆件倉(cāng)儲(chǔ)→裝配預(yù)檢→裝配總成件終檢→裝配排序→廠區(qū)大門查驗(yàn)。

大件存及識(shí)別形態(tài)：

單個(gè)或批量注塑生產(chǎn)、排序(多種形態(tài))、工位檢驗(yàn)、批量出入庫(kù)、出廠查驗(yàn);

運(yùn)輸形態(tài)：

側(cè)開門、后開門、集裝箱。

2.2、 建設(shè)重點(diǎn)與難點(diǎn)

系統(tǒng)及設(shè)備部署簡(jiǎn)單，在廠區(qū)生產(chǎn)環(huán)境內(nèi)穩(wěn)定可靠，可維護(hù)性好，能通過管理平臺(tái)監(jiān)控及管理所有設(shè)備，是系統(tǒng)成功的基礎(chǔ);

能精確識(shí)別塑件噴涂前的位置及預(yù)裝排序和裝配排序，是項(xiàng)目成功的關(guān)鍵;

設(shè)備支持雙信號(hào)輸出，采集數(shù)據(jù)能在傳輸?shù)讲杉?wù)器的同時(shí)，能傳輸相同的數(shù)據(jù)到本地的工作站，大大提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，保證數(shù)據(jù)的完整性，以應(yīng)付不同的異常狀況，是項(xiàng)目成功的保障。

2.3、 系統(tǒng)功能及架構(gòu)

系統(tǒng)主要由分體式批量識(shí)別設(shè)備、一體式識(shí)別設(shè)備、通道門、手持式移動(dòng)采集設(shè)備以及集中采集服務(wù)器組成，所有讀寫器的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)讲杉?wù)器并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)支持本地RS485接口傳輸?shù)奖镜豂PC(工作站)，各功能區(qū)(工段)的讀寫器將讀取到的RFID數(shù)據(jù)上傳到特定的采集服務(wù)器，并通過數(shù)據(jù)接口與上級(jí)系統(tǒng)(WMS/MES/TMS)對(duì)接。

2.3.1、 系統(tǒng)功能模塊

系統(tǒng)功能模塊由標(biāo)簽綁定模塊、固定式設(shè)備集中采集服務(wù)、手持終端采集及異常處理，數(shù)據(jù)通過中間件服務(wù)器共享數(shù)據(jù)庫(kù)的方式與現(xiàn)有的MES、WMS、TMS進(jìn)行對(duì)接，如下圖所示：

2.3.1、 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

硬件架構(gòu)如下圖所示：

所有設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)與采集服務(wù)器進(jìn)行通訊，現(xiàn)有MES通過數(shù)據(jù)庫(kù)與采集服務(wù)器進(jìn)行對(duì)接，所需數(shù)據(jù)全部在采集服務(wù)器上通過數(shù)據(jù)庫(kù)中間件獲取，減輕現(xiàn)有系統(tǒng)改造難度，同時(shí)能劃清工作職責(zé)，便于后期維護(hù)及排查問題，并能增加服務(wù)器的安全性，能最小化的開放提供最大化的改造，提升生產(chǎn)效率。硬件架構(gòu)如下圖所示：

所有設(shè)備能支持同時(shí)兩路輸出，一路RJ45輸出，一路RS485輸出，在輸出數(shù)據(jù)到采集服務(wù)器的同時(shí)，能輸出一路數(shù)據(jù)給現(xiàn)場(chǎng)工作站進(jìn)行質(zhì)量數(shù)據(jù)輸入，提高HMI的響應(yīng)速度，提高每個(gè)節(jié)拍的生產(chǎn)效率。同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)堵塞或者中斷的時(shí)候，能不影響現(xiàn)場(chǎng)的工作，在網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)，能同步上傳網(wǎng)絡(luò)中斷期間產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。

2.3.1、 系統(tǒng)中間件及機(jī)構(gòu)

采集服務(wù)器采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過過濾，將有用的信息插入到數(shù)據(jù)庫(kù)中，MES等系統(tǒng)在處理業(yè)務(wù)邏輯中，當(dāng)需要識(shí)別塑件或漆件信息時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)查詢當(dāng)前工位或工序所采集到的RFID標(biāo)簽信息，然后進(jìn)行翻譯找到相關(guān)信息并進(jìn)行處理，從而代替原來手工掃描條碼的步驟，通過RFID遠(yuǎn)距離無(wú)線識(shí)別實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)管理流程。