RFID技術(shù)在T/R組件混裝生產(chǎn)線上的應(yīng)用

劉 通，朱朦朦

(中國船舶重工集團公司第七二四研究所，南京 211153)

0 引 言

RFID技術(shù)又稱無線射頻識別技術(shù)，是通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)。與以往的通信技術(shù)不同，RFID技術(shù)無需識別系統(tǒng)與特定目標之間建立機械或光學接觸即可在一定距離范圍內(nèi)自動識別，具有讀取方便快捷、識別速度快、數(shù)據(jù)容量大、使用壽命長、標簽數(shù)據(jù)可動態(tài)更改等優(yōu)點。目前，該技術(shù)已廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)和生活的眾多領(lǐng)域。

1 RFID工作原理

一套完整的RFID系統(tǒng)是由電子標簽、天線、閱讀器和應(yīng)用軟件系統(tǒng)4部分組成。閱讀器由物理讀寫器和數(shù)據(jù)協(xié)議處理器組成。本文描述的RFID系統(tǒng)分為讀和寫兩個互逆的過程。數(shù)據(jù)讀取的工作原理是電子標簽進入磁場后接收由天線發(fā)出的射頻信號，電子標簽收到天線發(fā)出的無線電波能量產(chǎn)生感應(yīng)耦合作用將標簽內(nèi)數(shù)據(jù)送給天線再由射頻電纜將原始數(shù)據(jù)送給物理讀寫器，物理讀寫器接收數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)協(xié)議處理器進行數(shù)據(jù)解碼，最后由中央信息系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)寫入電子標簽的過程與數(shù)據(jù)讀取流程互逆，具體見圖1。

2 T/R組件混裝生產(chǎn)線簡述

T/R組件混裝生產(chǎn)線采用人工裝配工位、自動裝配工位和調(diào)試工位相結(jié)合的離線裝配模式。由于T/R組件品種較多且組件的裝配工藝路線不同，在多個型號組件投產(chǎn)計劃同時下達至車間時裝配線需要對多個型號組件同時在線混裝。所以，T/R組件混裝生產(chǎn)線采用離線裝配模式，整線共設(shè)20個人工裝配工位、2個自動擰螺釘工位、2個自動焊接工位、4個調(diào)試工位和1個上下件工位。線體采用1條高速環(huán)形主線、6段輔線和8個自動移載線將各個操作工位并聯(lián)。整線采用倍速鏈和頂升平移機實現(xiàn)主線和輔線、工位與工位之間的連接和流轉(zhuǎn)。組件在線上隨工裝板運行，其中主線的右側(cè)采用2套提升機構(gòu)將線體架高至2.5 m高度，方便人員和AGV小車從下方安全通行。T/R組件混裝生產(chǎn)線布局見圖2。

由圖2可見，T/R組件混裝生產(chǎn)線上的各個工位均為離線布局，通過采用RFID技術(shù)可快速編制各個工位靈活多變的組合方式，實現(xiàn)不同型號組件按指定的工位流程運行，保證各個產(chǎn)品在運行過程中節(jié)拍穩(wěn)定，互不干涉。

3 RFID技術(shù)在線體上的應(yīng)用

按上述功能要求，在線上的所有頂升平移機構(gòu)和操作工位的位置設(shè)置RFID讀寫頭，頂升平移機構(gòu)上的RFID讀寫系統(tǒng)用于讀取運行指令，操作工位上的RFID系統(tǒng)用于讀寫產(chǎn)品的生產(chǎn)信息。RFID標簽固定在工裝板的一角，工裝板及RFID標簽見圖3。

RFID讀寫器與上位設(shè)備通過TCP/IP協(xié)議進行通信，計算機及PLC等上位設(shè)備相當于“客戶端”，讀寫器相當于“服務(wù)器”。讀寫器的IP地址可根據(jù)設(shè)定隨意變更。上位設(shè)備發(fā)送至RFID讀寫器的指令信息稱為“詢問”，讀寫器發(fā)出的反饋信息為“響應(yīng)”。采用TCP/IP詢問和響應(yīng)的通信格式見表1和表2。

表2 “響應(yīng)”傳輸格式表

參照表1和表2可見，當發(fā)生數(shù)據(jù)“詢問”或數(shù)據(jù)“響應(yīng)”通信時，唯一的格式不同體現(xiàn)在事務(wù)識別符上。當發(fā)生數(shù)據(jù)“詢問”通信時，事務(wù)識別符為X(X為指定的任意值)，此處指定的任意值將被復(fù)制至讀寫器發(fā)出的響應(yīng)的事務(wù)識別符中。當發(fā)生數(shù)據(jù)“響應(yīng)”通信時，事務(wù)識別符為復(fù)制詢問所指定的值。二者的其他數(shù)據(jù)格式均一致，協(xié)議識別符的值固定為0000Hex。字段長度是從單元識別符至數(shù)據(jù)末尾的字節(jié)數(shù)，“Byte-4”的值固定為00Hex?！癇yte-6” 至“Byte-n”為“字段長度”的指定范圍，其中單元識別符的值固定為FFHex。

功能代碼是指定RFID讀寫器執(zhí)行的功能的指定代碼。功能代碼執(zhí)行的功能見表3。最終所有的數(shù)據(jù)均暫存在保持寄存器內(nèi)。數(shù)據(jù)的傳輸格式因功能代碼而異，RFID讀寫器通過TCP/IP通信使用保持寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)，保持寄存器可讀取或?qū)懭腴L16位的數(shù)據(jù)。

RFID讀寫器與上位設(shè)備(計算機或PLC)之間的詢問和響應(yīng)的流程見圖4。

將RFID讀寫器沿生產(chǎn)線的移動方向布置在各個工作站點，多個讀寫器通過射頻電纜統(tǒng)一連接至交換式集線器，數(shù)據(jù)通過統(tǒng)一處理后由PLC執(zhí)行響應(yīng)，詳見圖5和圖6。

4 典型生產(chǎn)示例

此處將A型號產(chǎn)品的T/R組件和B型號產(chǎn)品的T/R組件作為混產(chǎn)示例，兩種產(chǎn)品的裝配工序流程圖分別見圖7和圖8。

將A型號產(chǎn)品裝配的14道工序和B型號產(chǎn)品裝配的7道工序分配至裝配線的工位上，工位流程在線體上的布局見圖9。

車間MES系統(tǒng)按上述工位流程圖編制裝配線的運行策略并將策略發(fā)送至線體各工站執(zhí)行。線體運行時，2種產(chǎn)品即可按各自路徑在線同時運行，保證運行過程中互不干涉。

5 結(jié)束語

將RFID技術(shù)運用在T/R組件混裝生產(chǎn)線上具備兩大優(yōu)勢：一采用RFID識別技術(shù)實現(xiàn)裝配線上各工站靈活多變的組合方式，進而實現(xiàn)不同T/R組件多種投產(chǎn)模式的在線混合裝配；二是產(chǎn)品在線上各工站操作過程中產(chǎn)生的生產(chǎn)信息可暫存于RFID標簽內(nèi)，待產(chǎn)品下線時將標簽內(nèi)的信息統(tǒng)一打包并存入數(shù)據(jù)庫，避免生產(chǎn)信息頻繁與數(shù)據(jù)庫交互，降低了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膲毫Σp小數(shù)據(jù)出錯的風險。