基于RFID技術(shù)的加工制造車間數(shù)據(jù)采集方法的研究

曹善甫 李珺濤（天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院有限公司，甘肅蘭州730060）

0 引言

在當(dāng)今時(shí)代的機(jī)械加工制造行業(yè)，加工車間依舊運(yùn)用人力采集、人力錄入等形式獲取與儲(chǔ)存生產(chǎn)線有關(guān)數(shù)據(jù)，這樣的方式主要有兩個(gè)不足，一是效率低下，車間規(guī)模大了手錄的工作量非常大，且手錄要占用工人大量的時(shí)間；二是手錄會(huì)出現(xiàn)一定的失誤。人工錄入只能在固定時(shí)間錄入，難以即時(shí)更新平臺(tái)中的生產(chǎn)信息，存在特別嚴(yán)重的滯后問題，妨礙生產(chǎn)流的順暢開展，不利于生產(chǎn)能力的提升。為此，企業(yè)發(fā)展面臨重大阻礙因素：生產(chǎn)環(huán)節(jié)的信息無(wú)法即時(shí)采集。

1 加工制造車間生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)采集的現(xiàn)狀

對(duì)于大多數(shù)制造行業(yè)的公司而言，車間的信息化工作開展很不理想，生產(chǎn)環(huán)節(jié)的信息難以即時(shí)傳輸給公司的管理人員，導(dǎo)致企業(yè)決策缺乏合理性與時(shí)效性。制造行業(yè)的企業(yè)普遍存有下述問題：

（1）產(chǎn)品構(gòu)成繁雜，種類多。每類產(chǎn)品的架構(gòu)關(guān)系繁雜，皆由諸多零部件構(gòu)成。為了有效滿足市場(chǎng)需求，企業(yè)還需要不斷開發(fā)新產(chǎn)品，不斷豐富產(chǎn)品類型。

（2）工藝路線繁雜富于變化，生產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)。成品需歷經(jīng)零部件制造、安裝等諸多過程，許多零件需很多道工序才能夠制造完成，牽涉很多車間、外部合作單位。從原料購(gòu)買、加工、安裝到從工廠運(yùn)出，通常需幾十天乃至好幾個(gè)月，致使產(chǎn)品制造周期過長(zhǎng)。

（3）生產(chǎn)過程繁雜。要保持正常生產(chǎn)，需原料、機(jī)械、工裝夾具、倉(cāng)儲(chǔ)、實(shí)操工作者等諸多環(huán)節(jié)諸多人員的配合，涉及企業(yè)多個(gè)職能組織和供應(yīng)單位，制造流程繁雜。

該些問題導(dǎo)致管理工作者對(duì)制造周期的預(yù)計(jì)、管控能力減弱，難以應(yīng)對(duì)產(chǎn)品個(gè)性化需求增多、交貨時(shí)間短的當(dāng)前市場(chǎng)發(fā)展形勢(shì)。

2 RFID的應(yīng)用研究

2.1 射頻識(shí)別技術(shù)RFID

RFID，中文意思是無(wú)線射頻識(shí)別，其是由芯片與耦合元件構(gòu)成的擁有唯一電子編碼的標(biāo)簽。最基礎(chǔ)的程序通常包含發(fā)射接收天線、讀寫器、應(yīng)用程序、RFID 標(biāo)簽等內(nèi)容[1]。把儲(chǔ)存有有關(guān)數(shù)據(jù)的芯片粘貼到待辨識(shí)物體的外表，依托讀取器獲取、更新信息，且在破解編碼后傳輸給電腦，讓其對(duì)信息進(jìn)行處理。當(dāng)前該技術(shù)已大量運(yùn)用到高速公路收費(fèi)、供應(yīng)鏈管控、身份辨識(shí)等多個(gè)方面。德國(guó)的企業(yè)BMW 把射頻識(shí)別系統(tǒng)RFID 標(biāo)簽運(yùn)用到汽車制造領(lǐng)域。Motorola企業(yè)將該技術(shù)運(yùn)用在超凈車間中以對(duì)生產(chǎn)線的零件流動(dòng)方向進(jìn)行管控。RFID 已被有關(guān)專業(yè)人士確定為二十一世紀(jì)影響力最大的技術(shù)領(lǐng)域，該技術(shù)被譽(yù)為當(dāng)前最具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)之一[2]。

2.2 RFID應(yīng)用的四個(gè)方面研究

制造行業(yè)的信息系統(tǒng)MES 是依托信息管控的一個(gè)精準(zhǔn)執(zhí)行程序，這必定需要對(duì)計(jì)劃與實(shí)行過程加以精準(zhǔn)管控。為此需要有精準(zhǔn)的信息作為基礎(chǔ)和保證，此便要求在制造過程中采集即時(shí)信息，搜集更全面的生產(chǎn)即時(shí)信息以確保方案與實(shí)行的同步，并第一時(shí)間對(duì)異常狀況加以科學(xué)處理。

生產(chǎn)車間生產(chǎn)環(huán)節(jié)的信息包含車間操作工作者、生產(chǎn)原料、生產(chǎn)機(jī)械、工票、工人服裝、加工程序等，牽涉到車間的諸多方面。制造現(xiàn)場(chǎng)的信息包含操作者、原料、機(jī)械、工票、車間加工環(huán)節(jié)等。在該方面，RFID技術(shù)可以迅速、精準(zhǔn)地提供即時(shí)信息，運(yùn)用信息采集器現(xiàn)場(chǎng)獲取制造環(huán)節(jié)的有關(guān)數(shù)據(jù)比在制造現(xiàn)場(chǎng)放置多臺(tái)計(jì)算機(jī)以人工的方式進(jìn)行輸入更快捷、高效。

經(jīng)過在制造車間廣泛運(yùn)用RFID技術(shù)，能夠把由RFID獲取的各類信息加以高效集成處理。該技術(shù)能夠和智能化的生產(chǎn)線結(jié)合，在生產(chǎn)管理的優(yōu)化方面，RFID技術(shù)的作用主要體現(xiàn)在下述四點(diǎn)：

（1）在生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度方面，比如安裝、加工等機(jī)械的RFID能夠提供機(jī)械的運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)、運(yùn)行狀態(tài)、功能特點(diǎn)等，如此便能夠基于產(chǎn)品訂單對(duì)車間即時(shí)生產(chǎn)狀況加以監(jiān)督，且安排車間的具體生產(chǎn)計(jì)劃。

（2）物料和倉(cāng)儲(chǔ)方面，運(yùn)用RFID 技術(shù)，能夠在短時(shí)間內(nèi)讓生產(chǎn)環(huán)節(jié)以可視化形態(tài)出現(xiàn)，有利于倉(cāng)庫(kù)第一時(shí)間了解物料使用狀況。在確保零部件和原料供給充足的基礎(chǔ)上，調(diào)整庫(kù)存水平，降低庫(kù)存所占用的資本。

（3）在零部件跟蹤方面，可以達(dá)成由原料到成品的全部流程的追蹤。當(dāng)零部件出現(xiàn)在生產(chǎn)線或者出現(xiàn)在完工區(qū)時(shí)，RFID技術(shù)能夠智能化記錄生產(chǎn)過程、機(jī)械、工人編碼、生產(chǎn)時(shí)長(zhǎng)，防止了人力錄入信息、條形碼掃描等操作失誤問題的出現(xiàn)。

（4）在質(zhì)量控制方面，產(chǎn)品能夠追溯的信息的獲取——產(chǎn)品架構(gòu)與制造信息的獲取是實(shí)施產(chǎn)品召回措施的前提，RFID技術(shù)能夠提供最新的即時(shí)信息流，能夠確保科學(xué)運(yùn)用人工、機(jī)械、生產(chǎn)工藝等，進(jìn)而達(dá)成無(wú)紙化制造且縮短不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)的銜接時(shí)間，以確保制造流程和產(chǎn)品品質(zhì)的穩(wěn)定性。經(jīng)過在原料與成品上粘貼的RFID標(biāo)簽便能夠即時(shí)獲取有關(guān)數(shù)據(jù)。

2.3 RFID的實(shí)時(shí)方法

每個(gè)零部件自物料開始便具有獨(dú)特的射頻標(biāo)簽，在其出現(xiàn)在流水線或者出現(xiàn)在完工區(qū)的所有環(huán)節(jié)，皆有射頻讀寫器自主記錄機(jī)械、操作者編碼、生產(chǎn)工序、生產(chǎn)時(shí)長(zhǎng)等數(shù)據(jù)，且依托互聯(lián)網(wǎng)把新信息傳輸?shù)狡髽I(yè)管理平臺(tái)，防止了人力錄入信息的不及時(shí)性和人工錄入或許產(chǎn)生的信息不準(zhǔn)確問題的產(chǎn)生。

在工序開始的第一個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)立在產(chǎn)品相對(duì)應(yīng)的RFID 電子標(biāo)簽,且將其固定在流水線臺(tái)架上，當(dāng)作制造產(chǎn)品在整個(gè)制造流程監(jiān)視的標(biāo)識(shí)。產(chǎn)品達(dá)到流水線時(shí)和電子標(biāo)簽捆綁，下線之后將標(biāo)簽解除，RFID電子標(biāo)簽可在流水線上多次運(yùn)用。

在產(chǎn)品制造流程監(jiān)視的核心工位上，工位管控器依托RFID采集器與天線，智能采集達(dá)到該地點(diǎn)的產(chǎn)品的重要標(biāo)識(shí)信息，且經(jīng)過對(duì)光電傳感器進(jìn)行設(shè)置有效辨識(shí)空臺(tái)架，檢查出由于金屬事物遮掩等因素導(dǎo)致的RFID 電子標(biāo)簽漏讀，保證準(zhǔn)確采集在制品有關(guān)數(shù)據(jù)。零件出現(xiàn)在流水線或者出現(xiàn)在完工區(qū)，電子標(biāo)簽便可自行記錄加工流程、機(jī)械、工作人員編碼、加工時(shí)長(zhǎng)，防止產(chǎn)生人力信息錄入、條形碼掃描等操作導(dǎo)致的信息不準(zhǔn)確問題的產(chǎn)生。如此，依托RFID 技術(shù)可達(dá)成產(chǎn)品由物料到最后成品的全流程追蹤。

RFID 讀寫器獲取經(jīng)過有關(guān)工位的正在制造過程中的產(chǎn)品電子標(biāo)簽上的數(shù)據(jù)，在傳輸?shù)杰囬g管控器的同時(shí)，當(dāng)作生產(chǎn)管控的根本依據(jù)；另外還傳輸?shù)焦の还芸仄鳎撛O(shè)備把其生產(chǎn)方案和目前的進(jìn)度情況進(jìn)行比較，滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的才可以進(jìn)入制造工位；不然便以聲光的方式發(fā)出預(yù)警，保證生產(chǎn)工位原料傳輸?shù)木珳?zhǔn)無(wú)誤，防止之前經(jīng)常出現(xiàn)的由于忽略零部件細(xì)微差別而導(dǎo)致的裝配失誤問題的產(chǎn)生。工位控制器依據(jù)處于制造過程中的產(chǎn)品有關(guān)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)命令加以處理，且依托電子看板為操作人員提供科學(xué)的指引；另外，把核心零部件信息傳輸?shù)杰囬g控制器進(jìn)行儲(chǔ)存，以便于后期對(duì)質(zhì)量進(jìn)行剖析。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）RFID實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是企業(yè)信息化實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的手段，RFID 是MES 管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，只有把基礎(chǔ)打好了，才能把MES 的功能發(fā)揮出來；他甚至間接影響企業(yè)ERP 系統(tǒng)，RFID系統(tǒng)為完成從原料購(gòu)買、倉(cāng)儲(chǔ)、營(yíng)銷到財(cái)會(huì)核算的完整的信息程序規(guī)劃，達(dá)成營(yíng)銷、原料購(gòu)買、倉(cāng)儲(chǔ)、制造、財(cái)會(huì)、成本、品質(zhì)、機(jī)械、技術(shù)、工人管控的有效融合，達(dá)成企業(yè)無(wú)紙化生產(chǎn)與智能化管控奠定了基礎(chǔ)。

（2）RFID 技術(shù)體現(xiàn)出穩(wěn)定性強(qiáng)、精準(zhǔn)度高、錄入效率高、非接觸等突出優(yōu)勢(shì)，改變了信息輸入與信息獲取的效率低、準(zhǔn)確率低的現(xiàn)狀，把RFID 技術(shù)和當(dāng)前已經(jīng)比較成熟的ERP 技術(shù)、MES技術(shù)有效融合，讓制造過程與儲(chǔ)存過程中對(duì)在制品的追蹤和產(chǎn)品的品質(zhì)追蹤更為準(zhǔn)確全面，有利于企業(yè)優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量，減短產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)間，壓縮生產(chǎn)費(fèi)用，提升生產(chǎn)速率，提升企業(yè)的整體競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。