無紙化技術(shù)在空調(diào)產(chǎn)線的研究與應(yīng)用

吳晗

（珠海格力電器股份有限公司，廣東珠海，519070）

0 引言

我司空調(diào)產(chǎn)品生產(chǎn)主要以紙質(zhì)質(zhì)控卡作為信息載體，通過人工將產(chǎn)品訂單信息、重點物料信息等打印在紙質(zhì)質(zhì)控卡上，各檢驗崗位檢驗合格后在質(zhì)控卡上蓋章，最后隨產(chǎn)品流至打包檢驗崗位掃描收卡，在此過程依靠紙質(zhì)質(zhì)控卡傳遞產(chǎn)品的生產(chǎn)狀態(tài)，指導(dǎo)產(chǎn)品裝配質(zhì)量，對檢驗不合格產(chǎn)品，檢驗員將故障內(nèi)容記錄在紙質(zhì)質(zhì)控卡上，并由機修工維修確認后手工簽字。

目前紙質(zhì)質(zhì)控卡在生產(chǎn)檢驗過程中存在以下痛點： 1、質(zhì)量追溯難度大：紙質(zhì)質(zhì)控卡上沒有對電氣安全檢驗數(shù)據(jù)進行記錄，而耐壓儀設(shè)備也未能實現(xiàn)與產(chǎn)品訂單條碼關(guān)聯(lián)，檢驗員僅對測試結(jié)果進行判斷，存在漏檢、誤判隱患；2、管理難度大，管理成本較高：熵檢測試電流及壓力值，由檢驗員手工記錄在紙質(zhì)質(zhì)控卡，但紙質(zhì)質(zhì)控卡存放需要花費大量的人力、場地去保存管理，且只保存一定的周期，此種方式管理難度大且后期質(zhì)量追溯困難；3、質(zhì)量防呆效果不明顯： 各檢驗崗位的信息依賴紙質(zhì)質(zhì)控卡進行傳遞，各檢驗崗位只能通過紙質(zhì)質(zhì)控卡了解前道檢驗崗位的檢驗信息，依賴人工判定防錯，檢驗崗位間未能互鎖防錯，存在質(zhì)量異常產(chǎn)品流入下工序隱患。

1 總體方案設(shè)計

本文應(yīng)用場景為家用空調(diào)裝配生產(chǎn)線，采用無紙化工藝技術(shù)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，開發(fā)無紙化系統(tǒng)取代紙質(zhì)質(zhì)控卡。整個系統(tǒng)基于RFID技術(shù)的離散制造業(yè)務(wù)流程和所涉及的動態(tài)數(shù)據(jù)，與MES、ERP等系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)融合，并引入了PML技術(shù)，基于PML的離散制造過程動態(tài)數(shù)據(jù)的封裝、解析和轉(zhuǎn)換，為動態(tài)數(shù)據(jù)管理提供支撐，應(yīng)用SOA架構(gòu)和Web服務(wù)技術(shù)，使離散制造動態(tài)數(shù)據(jù)的采集、發(fā)布、組合燈各種服務(wù)實現(xiàn)［1］。

無紙化系統(tǒng)主要記錄了產(chǎn)品從總裝上線至打包入庫之間的生產(chǎn)過程信息，實現(xiàn)空調(diào)生產(chǎn)全流程的信息化管控。紙質(zhì)質(zhì)控卡上記錄了產(chǎn)品的MES條碼信息，關(guān)聯(lián)了訂單、產(chǎn)線、物料等信息，生產(chǎn)過程中需記錄各崗位檢驗信息，包括檢驗品質(zhì)情況和檢驗人員信息，因此系統(tǒng)所關(guān)聯(lián)的信息眾多。系統(tǒng)包括4個層級，分別為管理層、執(zhí)行層、應(yīng)用層、控制層，各層級對應(yīng)的具體業(yè)務(wù)均和質(zhì)控卡系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，質(zhì)控卡系統(tǒng)與PLM、ERP、MES等系統(tǒng)互聯(lián)互通，實時獲取訂單、物料等數(shù)據(jù)，服務(wù)器需要實時與質(zhì)控卡系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互，客戶端需要展示系統(tǒng)內(nèi)容，接收系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并錄入相關(guān)信息，控制層實時采集底層數(shù)據(jù)發(fā)送至系統(tǒng)［2］。如圖1為電子質(zhì)控卡系統(tǒng)總體架構(gòu)圖。

圖1 無紙化系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

2 系統(tǒng)硬軟件組成

該系統(tǒng)包括硬件、軟件兩部分組成，硬件部分主要實現(xiàn)空調(diào)生產(chǎn)線數(shù)據(jù)的采集、指令執(zhí)行、信息展示，由工業(yè)控制計算機、RFID 射頻識別設(shè)備、顯示終端、信息錄入設(shè)備、工業(yè)通訊板卡等幾部分組成； 軟件部分主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀取、運算、處理、整理、存儲，由上位機軟件、SQL 數(shù)據(jù)庫軟件構(gòu)成。

射頻識別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID），又稱為無線射頻識別，利用無線電波或微波能量進行非接觸雙向信息傳遞。當(dāng)貼有電子標(biāo)簽的待識別物出現(xiàn)在讀寫器的讀取范圍內(nèi)時，讀寫器自動以非接觸的方式將電子標(biāo)簽內(nèi)的識別信息取出，實現(xiàn)物料自動識別和數(shù)據(jù)交換功能。

RFID系統(tǒng)一般由電子標(biāo)簽（Tag）、讀寫器（ Reader） 以及遠距離收發(fā)信號的天線（Abtenna）組成，讀寫器向電子標(biāo)簽發(fā)送射頻信號，電子標(biāo)簽進入射頻信號的識別區(qū)域后將產(chǎn)生感應(yīng)電流從而獲得能量，并將電子標(biāo)簽信息通過嵌入式天線發(fā)出去，讀寫器將電子標(biāo)簽信息利用解碼板進行解碼，再通過網(wǎng)絡(luò)或RS232等接口將標(biāo)簽信息傳送到計算機。電子標(biāo)簽由耦合元件和芯片組成，根據(jù)標(biāo)簽有沒有電源分為有源和無源標(biāo)簽，無源標(biāo)簽的電能供應(yīng)從讀寫器發(fā)出的射頻信號中取得，因此要求讀寫器有較高的發(fā)射功率，系統(tǒng)識別距離較近。有源標(biāo)簽依靠自帶的微型電池供電，系統(tǒng)識別距離較遠。讀寫器是RFID系統(tǒng)的核心，其作用就是作為連接上位機和電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)交換環(huán)節(jié)［3-4］。RFID系統(tǒng)的運行原理如圖1所示。

SQL Servers 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)具有較高的數(shù)據(jù)管理性能，因其優(yōu)越的性能，應(yīng)用范圍非常廣，大量應(yīng)用于服務(wù)器和客戶體系結(jié)構(gòu)中。SQL Servers 數(shù)據(jù)庫的性質(zhì)主要體現(xiàn)在系統(tǒng)的吞吐量、響應(yīng)時間以及并行處理能力，發(fā)出請求服務(wù)器回應(yīng)的速度，還有不同屏幕之間切換的速度等方面。在實際的SQL 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計工作當(dāng)中，設(shè)計人員會面臨各種各樣的問題，這些問題對于設(shè)計人員而言是比較復(fù)雜且難以解決的。正因如此，設(shè)計人員在進行優(yōu)化設(shè)計工作時，一定要結(jié)合實際情況，并針對不同部分的不同工序，制定合理的優(yōu)化方案及設(shè)計方案，通過這種方式提高系統(tǒng)的運行效率，實現(xiàn)對信息管理系統(tǒng)的整體優(yōu)化［5］。

上位機軟件基于C#平臺開發(fā)，提供良好的用戶操作界面，該軟件工作在Windows系統(tǒng)上，可以訪問已經(jīng)搭載好的文件傳輸服務(wù)器，實現(xiàn)寫碼文件基于文件傳輸協(xié)議的上傳與下載。該軟件還提供了簡單的命令按鈕，點擊按鈕即可發(fā)送命令，實現(xiàn)相應(yīng)功能，以及使用進度條顯示事件的進度。顯示終端采用Java程序，接收系統(tǒng)傳輸過來的數(shù)據(jù)進行實時展示，并可在終端錄入相應(yīng)在制品信息，信息存儲在服務(wù)器內(nèi)，進行系統(tǒng)平臺的數(shù)據(jù)交互［6］。

3 系統(tǒng)運行邏輯

隨著MES 系統(tǒng)的全面推廣以及三維數(shù)字化設(shè)計工藝應(yīng)用的逐步開展，信息化系統(tǒng)已逐步完善，現(xiàn)有的數(shù)字化應(yīng)用框架如圖2所示，生產(chǎn)車間無紙化生產(chǎn)的條件開始逐步具備。無紙化生產(chǎn)是指在生產(chǎn)過程中不需要通過二維圖紙和工藝來傳遞信息，而是通過數(shù)字化方式來傳遞信息，利用信息化應(yīng)用系統(tǒng)進行制造過程管控，達到無紙質(zhì)圖紙、無紙質(zhì)工藝的三維數(shù)字化集成制造，無紙化生產(chǎn)是數(shù)字化設(shè)計與制造發(fā)展的必然結(jié)果。搭建無紙化生產(chǎn)平臺，實施無紙化生產(chǎn)，能夠有效控制生產(chǎn)數(shù)據(jù)技術(shù)狀態(tài)，提高信息傳遞效率和生產(chǎn)質(zhì)量，降低研制成本［7］。

圖2 RFID系統(tǒng)原理圖

圖3 數(shù)字化應(yīng)用框架

無紙化技術(shù)的應(yīng)用主要基于PDM 系統(tǒng)、MES系統(tǒng)和無紙化數(shù)據(jù)平臺，在生產(chǎn)現(xiàn)場構(gòu)建相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備，建立無紙化生產(chǎn)的技術(shù)支撐環(huán)境。在PDM 系統(tǒng)中，BOM確保設(shè)計數(shù)據(jù)的準確性，工藝在BOM 的基礎(chǔ)建立裝配件的裝配工藝和零件的加工工藝，在工藝中組織管理工藝數(shù)據(jù)，包括工藝路線、工序信息、制造過程中所需的設(shè)備工裝等，設(shè)計數(shù)據(jù)和工藝數(shù)據(jù)相互關(guān)聯(lián)。MES系統(tǒng)中根據(jù)BOM形成生產(chǎn)計劃并下達生產(chǎn)計劃，操作人員或檢驗人員在查看生產(chǎn)計劃時通過將圖號版本傳遞至無紙化數(shù)據(jù)發(fā)布平臺獲取PDM中相應(yīng)的設(shè)計和工藝文件，實現(xiàn)無紙化生產(chǎn)的應(yīng)用［8］。整個無紙化生產(chǎn)框架如圖4所示。

圖4 無紙化生產(chǎn)框架

根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場需求，無紙化生產(chǎn)數(shù)據(jù)包括兩種模式: 一種是正常的生產(chǎn)流程，無紙化數(shù)據(jù)平臺從MES 系統(tǒng)的生產(chǎn)計劃中獲取BOM 相應(yīng)的圖紙和工藝資料；另一種生產(chǎn)現(xiàn)場各崗位生產(chǎn)數(shù)據(jù)或返修、故障異常問題處理，通過現(xiàn)場終端設(shè)備錄入相應(yīng)生產(chǎn)信息，集成至后臺數(shù)據(jù)庫，發(fā)布至無紙化系統(tǒng)平臺。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

通過在線體各崗位上安裝RFID感應(yīng)讀寫設(shè)備，在工位工控機上安裝RFID系統(tǒng)工位客戶端程序，并配置工位模塊實現(xiàn)在工控機上顯示工藝指導(dǎo)。電子標(biāo)簽內(nèi)嵌在工裝板上，電子標(biāo)簽在總裝上線時關(guān)聯(lián)了MES條碼信息，當(dāng)工裝板流動到該崗位時，RFID讀寫器感應(yīng)到電子標(biāo)簽，讀取到該在制品的MES條碼號，工位工控機會在工藝庫中調(diào)取該在制品的操作指導(dǎo)，實時指導(dǎo)員工操作?？照{(diào)產(chǎn)線應(yīng)用示例如圖5所示。

圖5 空調(diào)產(chǎn)線應(yīng)用示例圖

在生產(chǎn)現(xiàn)場有很多檢驗崗位，線邊顯示終端顯示通過RFID讀取顯示生產(chǎn)機型信息后，生產(chǎn)員工按照生產(chǎn)工藝要求對機型各工序進行檢驗，包括電子檢漏、工序檢驗、電氣安全、運轉(zhuǎn)測試等，檢驗是否合格，測試值是否符合工藝規(guī)范，檢驗完成需要在終端上錄入檢驗信息。在終檢崗位需要核實各崗位檢驗數(shù)據(jù)，如存在某一項不合格，則需要下線返修，由返修工對該機型進行返修，合格后進行信息維護打包入庫。線邊終端應(yīng)用如圖6所示。

圖6 線邊終端應(yīng)用圖

5 結(jié)論

應(yīng)用無紙化系統(tǒng)替代紙質(zhì)指導(dǎo)書、質(zhì)控卡，降低紙質(zhì)成本、耗材打印成本及紙質(zhì)流程卡倉儲和管理成本，以達到降成本收益。各檢驗崗位測試結(jié)果關(guān)聯(lián)互鎖，并進行邏輯上的防呆控制，避免不合格品流入下道工序，避免錯檢、漏檢等異常問題造成的質(zhì)量封存戒返包事故，生產(chǎn)過程錯檢、漏檢導(dǎo)致生產(chǎn)事故的幾率降至0 %。自主開發(fā)無紙化系統(tǒng)，減少崗位員工放置紙質(zhì)卡操作工序，崗位作業(yè)效率提升25 %以上，檢驗崗位減少蓋章動作，減少打包崗位收取紙質(zhì)卡等操作，提升檢驗效率10 %以上，實現(xiàn)無紙化、信息化、自動化的車間管理。