基于RFID技術(shù)的熱交換器生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)

王燕椿

（約克廣州空調(diào)冷凍設(shè)備有限公司， 廣東 清遠(yuǎn) 511685）

引言

在傳統(tǒng)制造企業(yè)中，作為生產(chǎn)基礎(chǔ)單元，管理主要集中在生產(chǎn)計(jì)劃管理、工藝質(zhì)量管理、人員考勤及權(quán)限管理等。通常這些數(shù)據(jù)和信息是通過(guò)人工輸入數(shù)據(jù)，并且大多數(shù)使用紙和筆來(lái)記錄，有些企業(yè)則是通過(guò)一些信息系統(tǒng)記錄使得作業(yè)無(wú)紙化。這些方式使得制造企業(yè)需要面對(duì)大量的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤、冗余、滯后，造成生產(chǎn)力降低和決策混亂。企業(yè)早已意識(shí)到這些問(wèn)題的存在，并一直通過(guò)各種方法嘗試解決。在國(guó)內(nèi)，一部分生產(chǎn)企業(yè)采用條形碼識(shí)別方式解決人工錄入數(shù)據(jù)，但從實(shí)踐來(lái)看，還存在一些問(wèn)題需要解決。智能化的生產(chǎn)線需要應(yīng)用到相應(yīng)的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)釋放出作業(yè)人員作業(yè)時(shí)間，能對(duì)工件進(jìn)行定義和識(shí)別，能與每個(gè)設(shè)備進(jìn)行相互通訊和控制，實(shí)現(xiàn)在虛擬世界中映射現(xiàn)實(shí)的物理世界，以達(dá)到更好的生產(chǎn)管理，提高生產(chǎn)力，推動(dòng)企業(yè)向智能化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

1 RFID技術(shù)優(yōu)勢(shì)

智能化生產(chǎn)線對(duì)于遠(yuǎn)距離無(wú)線接觸、自動(dòng)識(shí)別、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳遞等要求越來(lái)越高。RFID技術(shù)與條形碼技術(shù)相比，在快速反應(yīng)、重復(fù)利用、穿透性讀取、抗污染、體積、存儲(chǔ)容量、安全性、遠(yuǎn)距離讀取等方面有明顯優(yōu)勢(shì)[1]。因此，RFID技術(shù)在智能化、數(shù)字化生產(chǎn)線應(yīng)用前景更具有優(yōu)勢(shì)。

2 商用空調(diào)熱交換器生產(chǎn)線總體設(shè)計(jì)方案

熱交換器制造是制冷行業(yè)中重要和特殊的制造過(guò)程，其質(zhì)量直接影響到空調(diào)整機(jī)的能效性和可靠性。熱交換器一般是由沖壓、穿管、脹管、烘干、裝配小彎頭、裝配頭管、焊接、貼標(biāo)簽、檢漏、下線碼垛等工序組成。

2.1 生產(chǎn)線的功能需求

通過(guò)采用RFID技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)采集生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，結(jié)合各工序的工藝、質(zhì)量等特性，實(shí)施在線監(jiān)測(cè)和分析。同時(shí)將此類信息與產(chǎn)品的系列號(hào)進(jìn)行關(guān)聯(lián)綁定，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的可追溯性。

2.1.1 訂單生產(chǎn)進(jìn)度管理

根據(jù)排產(chǎn)計(jì)劃，在上生產(chǎn)線時(shí)，將訂單信息根據(jù)規(guī)則轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品系列號(hào)寫入RFID芯片內(nèi)。每道工序通過(guò)讀寫器讀寫產(chǎn)品系列號(hào)與MES系統(tǒng)通訊，獲取相應(yīng)的制造工藝信息，并顯示當(dāng)前產(chǎn)品生產(chǎn)的流程至哪道工序，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程透明化。

2.1.2 各工序平衡率計(jì)算

實(shí)時(shí)獲取產(chǎn)品在每道工序開(kāi)始時(shí)間和完成時(shí)間數(shù)據(jù)，用于計(jì)算各工序平衡率，為生產(chǎn)線的優(yōu)化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.1.3 設(shè)備管理

實(shí)時(shí)記錄設(shè)備的利用率；根據(jù)產(chǎn)品系列號(hào)調(diào)取、寫入設(shè)備的參數(shù)，通過(guò)參數(shù)控制設(shè)備的機(jī)構(gòu)動(dòng)作，以滿足生產(chǎn)當(dāng)前產(chǎn)品的需求。

2.1.4 作業(yè)人員管理

作業(yè)人員佩帶RFID工卡。系統(tǒng)通過(guò)工卡可以知道作業(yè)人員的崗位信息、作業(yè)技能、設(shè)備作業(yè)權(quán)限等。如不符合作業(yè)權(quán)限要求，系統(tǒng)將拒絕并報(bào)警和記錄。

2.1.5 作業(yè)指導(dǎo)書在線展示

在人工作業(yè)崗位，傳統(tǒng)作業(yè)崗位懸掛的是紙質(zhì)作業(yè)指導(dǎo)書，很難及時(shí)隨生產(chǎn)的產(chǎn)品型號(hào)切換而更新，而且字體小、頁(yè)數(shù)多、內(nèi)容單調(diào)、缺少動(dòng)態(tài)三維裝配演示。通過(guò)RFID技術(shù)與MES系統(tǒng)，可以及時(shí)在顯示屏上展示相應(yīng)產(chǎn)品的電子作業(yè)指導(dǎo)書。

2.1.6 工藝參數(shù)、圖紙和質(zhì)量數(shù)據(jù)管理

裝配時(shí)，需要查看裝配圖和設(shè)備設(shè)置參數(shù)。通過(guò)RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備工藝參數(shù)的設(shè)置，以及過(guò)程數(shù)據(jù)和質(zhì)量數(shù)據(jù)的采集分析，計(jì)算一次通過(guò)合格率。

2.1.7 物料調(diào)度管理

根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃和生產(chǎn)線的進(jìn)度數(shù)據(jù)，倉(cāng)庫(kù)的智能物料配送系統(tǒng)可以合理調(diào)度AGV配送生產(chǎn)線上所需要的物料。

2.2 生產(chǎn)線的設(shè)備組成

商用空調(diào)熱交換器生產(chǎn)線由沖壓設(shè)備、穿管作業(yè)臺(tái)、立式脹管機(jī)、紅外烘干機(jī)、自動(dòng)插小彎頭設(shè)備、自動(dòng)焊接機(jī)、自動(dòng)貼標(biāo)簽設(shè)備、氦質(zhì)譜檢漏設(shè)備、自動(dòng)下線碼垛設(shè)備等組成。

2.3 生產(chǎn)線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)由工控電腦作為生產(chǎn)線的上位機(jī)，通過(guò)總線方式進(jìn)行設(shè)備之間的通訊。生產(chǎn)線的上位機(jī)通過(guò)工業(yè)無(wú)線AP，采用Web Service協(xié)議通訊訪問(wèn)MES系統(tǒng)[2]，如圖1所示。

圖1 生產(chǎn)線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

2.4 RFID系統(tǒng)選型要求

在生產(chǎn)線上每臺(tái)設(shè)備入口處配置RFID讀寫器，在工裝板上安裝電子標(biāo)簽。要求RFID讀寫器和電子標(biāo)簽選型能滿足特殊工序溫度超過(guò)100℃的要求及真空環(huán)境下的使用需求。

2.5 電子標(biāo)簽內(nèi)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

生產(chǎn)線各設(shè)備所需要的制造工藝信息主要包括了機(jī)型、配管圖、工件高度、工件排、以及流水線的運(yùn)行速度。RFID電子標(biāo)簽內(nèi)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)應(yīng)包含有產(chǎn)品機(jī)型和系列號(hào)[3]。通過(guò)電子標(biāo)簽內(nèi)數(shù)據(jù)索引相應(yīng)的制造工藝信息。

2.6 流水線上各工序設(shè)備邏輯關(guān)系

1）沖壓設(shè)備、穿管作業(yè)臺(tái)、立式脹管機(jī)沒(méi)有與其他設(shè)備成線連接，可以通過(guò)系統(tǒng)直接采集設(shè)備作業(yè)數(shù)據(jù)，計(jì)算出單臺(tái)設(shè)備利用率。同時(shí)在作業(yè)區(qū)域附近安裝顯示器用于作業(yè)指導(dǎo)書展示。

2）考慮到生產(chǎn)線的設(shè)備數(shù)量和數(shù)據(jù)量較多，如果每臺(tái)設(shè)備都直接與MES系統(tǒng)通信將會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)帶寬不夠及數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。因此采用了兩種方法減輕服務(wù)器通訊負(fù)荷，一種是MES系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃提前將相應(yīng)的制造工藝信息發(fā)放至生產(chǎn)線的工控電腦，在生產(chǎn)時(shí)，直接從工控電腦調(diào)取制造工藝信息，如果工控電腦沒(méi)有，再向MES系統(tǒng)請(qǐng)求發(fā)放。另外一種是設(shè)備運(yùn)行后產(chǎn)生的過(guò)程數(shù)據(jù)和質(zhì)量數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)到工控電腦，工控電腦在后臺(tái)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)情況再上傳至MES服務(wù)器。

3）熱交換器上線后，MES系統(tǒng)把工件的系列號(hào)、型號(hào)等寫入其RFID電子標(biāo)簽內(nèi)，并校驗(yàn)數(shù)據(jù)包是否完整無(wú)錯(cuò)。如果數(shù)據(jù)異常，系統(tǒng)報(bào)警，同時(shí)生產(chǎn)線的阻擋器將停止放行。

4）為了避免生產(chǎn)線工控電腦中的制造工藝信息沒(méi)有及時(shí)更新造成生產(chǎn)異常的情況，要求工控電腦中的數(shù)據(jù)只作為當(dāng)班生產(chǎn)使用。在系統(tǒng)開(kāi)機(jī)初始化或關(guān)機(jī)時(shí)自動(dòng)清除該臨時(shí)制造工藝信息，從而確保與MES系統(tǒng)的制造工藝信息一致。

5）各設(shè)備在接收制造工藝信息后，自動(dòng)設(shè)置設(shè)備的參數(shù)，并控制機(jī)構(gòu)調(diào)整；調(diào)整到位后，給出反饋信號(hào)以便于工控電腦控制生產(chǎn)線上相應(yīng)的阻擋器放行。

2.7 工裝板

工裝板結(jié)構(gòu)由底板、兩組導(dǎo)向輪、彈簧和夾塊等組成[4]。工裝板在流水線上流動(dòng)時(shí)最易出現(xiàn)因摩擦力大卡住，因此在底板兩側(cè)的相對(duì)邊緣處分別安裝一組導(dǎo)向輪。每個(gè)導(dǎo)向輪的外輪廓有一部分能夠向外伸出，以超出底板相應(yīng)的一個(gè)邊緣，直接與流水線的側(cè)面接觸產(chǎn)生相對(duì)滾動(dòng)運(yùn)行。在流水線的上線處和下線處分別安裝一套由氣缸驅(qū)動(dòng)的打開(kāi)裝置，用于拉開(kāi)工裝板上的兩側(cè)夾塊，使熱交換器可以放進(jìn)和取出。松開(kāi)時(shí)，夾塊在彈簧力作用下夾緊產(chǎn)品，確保熱交換器在流水線上平穩(wěn)流動(dòng)。工裝板的底板根據(jù)熱交換器的底端板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加工，使得夾塊即使在被拉開(kāi)的情況下，熱交換器依舊可以保持立著的姿態(tài)。

2.8 自動(dòng)下線碼垛設(shè)備的特珠情況處理方式

1）在下線處，RFID讀取當(dāng)前的電子標(biāo)簽內(nèi)的數(shù)據(jù)，判斷當(dāng)前的機(jī)型是否合格。如果不合格，碼垛工位的機(jī)器人將該熱交換器工件夾取放置到不合格區(qū)域，等待質(zhì)檢人員進(jìn)一步的檢查。

2）在下線處，RFID讀取當(dāng)前電子標(biāo)簽內(nèi)的數(shù)據(jù)，判斷當(dāng)前工件的機(jī)型與否與上一個(gè)工件的機(jī)型一樣。如果機(jī)型不一樣，表示熱交換器型號(hào)已開(kāi)始切換，因工件大小不一和碼垛工藝要求，需要更換一塊空的托盤用于碼垛下一個(gè)型號(hào)的工件。當(dāng)前碼垛工位的托盤在鏈條輸送線移動(dòng)至AGV接駁處，AGV將此托盤轉(zhuǎn)運(yùn)至總裝線或庫(kù)位；同時(shí)托盤存儲(chǔ)工位自動(dòng)放置一塊空的托盤至碼垛工位。

3）紅外烘干機(jī)、自動(dòng)插小彎頭設(shè)備、自動(dòng)焊接機(jī)、自動(dòng)貼標(biāo)簽設(shè)備、氦質(zhì)譜檢漏設(shè)備、自動(dòng)下線碼垛設(shè)備等運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控、收集。同時(shí)將生產(chǎn)線上各種設(shè)備的過(guò)程數(shù)據(jù)和質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總運(yùn)算，在工控電腦上顯示和存儲(chǔ)，并能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)所顯示的頁(yè)面。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)商用空調(diào)熱交換器生產(chǎn)線設(shè)計(jì)和應(yīng)用，通過(guò)RFID電子標(biāo)簽集成了設(shè)備之間的通訊和控制，及與MES系統(tǒng)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)制造工藝信息的及時(shí)分發(fā)和產(chǎn)品質(zhì)量控制過(guò)程數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)收集分析。