基于RFID技術(shù)的輪胎企業(yè)MES系統應用

發(fā)表于：2017/4/11 8:58:47??閱讀量： [關(guān)閉]

　　摘要：輪胎企業(yè)MES系統中生產(chǎn)數據信息的采集主要依靠手工掃描和人工錄入的方式，存在自動(dòng)化低、誤差率高的缺點(diǎn)，針對此現狀，在輪胎企業(yè)MES系統中應用基于RFID無(wú)線(xiàn)識別技術(shù)來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)數據采集。該系統利用RFID技術(shù)管理輪胎生產(chǎn)過(guò)程的各道生產(chǎn)工序，通過(guò)使用RFID標簽，自動(dòng)記錄管理和控制輪胎生產(chǎn)過(guò)程中的數據信息，對每條輪胎在生產(chǎn)過(guò)程中進(jìn)行質(zhì)量追蹤，實(shí)現了企業(yè)內部從手動(dòng)物流向自動(dòng)化物流的轉變，提高了輪胎企業(yè)MES系統自動(dòng)化的程度。

　　1 引言

　　在輪胎生產(chǎn)制造企業(yè)中，輪胎生產(chǎn)信息的正確采集和存儲將對控制輪胎的生產(chǎn)過(guò)程、質(zhì)量檢驗和質(zhì)量跟蹤等方面起著(zhù)重要作用。目前，企業(yè)MES系統依靠手工記錄和條碼掃描的方式進(jìn)行數據采集，由于輪胎生產(chǎn)工序多且復雜，半成品物料就有十幾種工序，依靠手工記錄和傳統人工條碼掃描方式操作繁雜，容易出錯，不利于企業(yè)精細化管理。在輪胎質(zhì)量檢測不合格時(shí)，條形碼很難快速地追溯到故障原因，造成資源的浪費。

　　由此現狀，在輪胎企業(yè)MES系統中，需要尋求一種新的識別技術(shù)來(lái)提高信息采集的自動(dòng)化水平。隨著(zhù)科技的發(fā)展，RFID作為一種非接觸式自動(dòng)識別技術(shù)，實(shí)現信息的快速流通。故障追溯識別功能，能夠滿(mǎn)足輪胎生產(chǎn)線(xiàn)的實(shí)際需求。因此RFID技術(shù)在輪胎企業(yè)MES系統中有很好的應用前景。

　　2 RFID系統簡(jiǎn)介

　　RFID系統主要由RFID標簽(Tag)、讀寫(xiě)器(Reader/Writer)和應用系統(Application System)三部分組成。RFID系統利用射頻信號以無(wú)線(xiàn)方式傳輸數據，根據RFID標簽擁有的唯一識別碼來(lái)高效地分辨、追蹤、管理產(chǎn)品，實(shí)現查詢(xún)、結賬、存貨控制、統計等功能。

　　2.1 RFID標簽(Tag)

　　電子標簽核心主要由帶存儲的芯片組成，存儲包含待識別物體的身份代碼和技術(shù)參數等信息。電子標簽可以安裝在待識別物體的適當部位。電子標簽與條形碼相比主要優(yōu)勢：

　?、俑蟮男畔⒋鎯臻g，并為以后的信息擴展提供可能。②產(chǎn)品信息動(dòng)態(tài)存儲。在整個(gè)輪胎生產(chǎn)過(guò)程中，這些信息可以自動(dòng)提示工人物料的信息，提高了生產(chǎn)效率。③電子標簽經(jīng)過(guò)二次封裝，可適應震動(dòng)，腐蝕，潮濕金屬等惡劣的工業(yè)環(huán)境。④信息讀寫(xiě)時(shí)標簽不一定要在天線(xiàn)的可視范圍內，可以嵌入載體、工裝、托盤(pán)中，使用十分方便。

　　2.2 讀寫(xiě)器(Reader/Writer)

　　主要包括讀寫(xiě)主機、天線(xiàn)和連接線(xiàn)纜等，天線(xiàn)安裝在待識別物體通過(guò)的通道或所須的數據采集點(diǎn)上。讀寫(xiě)器采集到的信息包括待識別物體身份代碼信息，如產(chǎn)品型號、序號、生產(chǎn)時(shí)間以及其他需記錄的信息。在輪胎的生產(chǎn)過(guò)程中，主要應用讀寫(xiě)器非接觸識別和快速讀寫(xiě)的特點(diǎn)避免人工介入、減少錯誤，實(shí)現生產(chǎn)信息采集的自動(dòng)化。

　　2.3 應用系統(Application System)

　　應用系統是RFID系統框架中重要的一環(huán)。是用來(lái)管理讀寫(xiě)器、PC/PLC、服務(wù)器等的通信接口。負責實(shí)現硬件設備的信息交互以及與IVIES系統的兼容等問(wèn)題。

　　3 基于RFID技術(shù)的MES系統設計開(kāi)發(fā)

　　3.1 原有輪胎企業(yè)MES系統

　　目前，在輪胎企業(yè)應用較為成熟的MES系統有“密煉車(chē)間管控網(wǎng)絡(luò )系統”、“半成品和成型數字管控系統”和“輪胎條碼物流管理系統”，這些iVIES系統都是基于條形碼技術(shù)實(shí)現數據采集的，已經(jīng)覆蓋了輪胎生產(chǎn)的原材料倉庫、煉膠車(chē)間、成型、硫化車(chē)間、各質(zhì)檢工序、成品倉庫管理以及輪胎銷(xiāo)售、三包售后等各個(gè)業(yè)務(wù)環(huán)節。由于條形碼技術(shù)本身的缺陷，MEs系統在實(shí)際輪胎生產(chǎn)過(guò)程中常常會(huì )出現以下問(wèn)題：

　?、僭谏a(chǎn)過(guò)程中，各環(huán)節信息都有人工輸入，容易出現錯誤，使工作步驟不能正常銜接，影響生產(chǎn)效率。

　?、诔霈F產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題時(shí)，由于記錄數據不完全，導致不能追溯到出現質(zhì)量問(wèn)題的工序和工位上。

　?、凵a(chǎn)部門(mén)對現場(chǎng)信息掌握不全，使輪胎半成品生產(chǎn)物料容易產(chǎn)生大量庫存，影響企業(yè)生產(chǎn)和管理。

　?、芄芾砣藛T不能直接了解生產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)狀況，不能根據生產(chǎn)的實(shí)際情況及時(shí)調整作業(yè)計劃，解決生產(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)題。

　　應用RFID技術(shù)后，以上問(wèn)題可以迎刃而解：它能動(dòng)態(tài)存儲每個(gè)工序作業(yè)的內容;對生產(chǎn)線(xiàn)實(shí)現監控管理，使需求計劃更加及時(shí)準確;減少時(shí)間和資源的浪費;可追蹤定位輪胎每道工序的加工信息，提高了生產(chǎn)質(zhì)量和效率。

　　3.2 RFID系統在輪胎工序生產(chǎn)線(xiàn)上的應用設計

　　輪胎生產(chǎn)線(xiàn)是個(gè)封閉循環(huán)系統，讀寫(xiě)器和工位機進(jìn)行通信，每個(gè)工位PC都由后臺集中控制管理。標簽安裝到輪胎生產(chǎn)物料的各種工裝上，每個(gè)工位的讀寫(xiě)器在工裝安裝到機位時(shí)進(jìn)行讀取，識別此工裝物料信息，并在工位機上明確顯示，操作人員可以清楚地識別。

　　以輪胎生產(chǎn)半成品—威型工序為例，詳細介紹一下基于RFID技術(shù)的MES系統的現場(chǎng)應用設計。

　　圖2 基于RFID技術(shù)的MES系統框架

　　目前，輪胎半成品一成型工序應用的工裝分為工字輪、百葉車(chē)和推車(chē)三大類(lèi)，以常用的三鼓成型機為例，一條輪胎成型過(guò)程中需要13種物料，應用現有的條形碼，需要把每種物料的條行碼進(jìn)行掃描，操作繁瑣還易出錯，而應用了RFID技術(shù)后，操作人員把物料工裝安在相應工位上后，無(wú)需進(jìn)行額外的操作，系統會(huì )自動(dòng)識別每一種物料的信息。并把正確的物料信息記錄到MES系統中。如果物料安裝錯誤系統會(huì )提示錯誤信息，避免了生產(chǎn)浪費。RFID標簽采用防金屬技術(shù)，安裝在工字輪輻上，讀取天線(xiàn)安裝在工位上方附近，對于百葉車(chē)等工裝標簽可安在車(chē)下方，天線(xiàn)安裝在地下，整個(gè)系統布置好后，操作工在進(jìn)行更換工裝物料時(shí)，安裝在附近的天線(xiàn)會(huì )自動(dòng)讀取所換的工裝上的標簽信息，自動(dòng)記錄到MES系統中。

　　通過(guò)輪胎生產(chǎn)各工序安裝RFID系統后，對輪胎生產(chǎn)的各環(huán)節可以進(jìn)行生產(chǎn)質(zhì)量追溯。

　　圖3 基于RFID技術(shù)各工序物料質(zhì)量追溯工序圖

　　3.3 基于RFID技術(shù)的MES系統應用操作流程設計

　　3.3.1 RFID系統操作流程

　?、賀FID標簽初始化

　　——工人在交接班后，在工位機上輸入即將生產(chǎn)的物料類(lèi)型和所需原料。

　　——工人領(lǐng)取原料后，通過(guò)帶有標簽的工裝在使用位置自動(dòng)進(jìn)行識別存儲。

　　——生產(chǎn)時(shí)，工人把帶有標簽的工裝，安裝到機位時(shí)，系統自動(dòng)識別工裝信息，并在

　　——工位機上顯示，以便查看核實(shí)，完成電子標簽初始化。

　　——當工裝物料生產(chǎn)完后，寫(xiě)入生產(chǎn)信息，物料進(jìn)行下一流轉環(huán)節。

　?、谧x寫(xiě)電子標簽

　　——待加工的工裝物料安裝在成型機工位時(shí)，MES系統通過(guò)RFID自動(dòng)讀取并顯示當前物料的信息，以免上錯物料，并把當前物料信息記錄到成型工位機上，進(jìn)行記錄，完成追溯連接。

　　——更換物料時(shí)，工人先在工位機上確認當前已用物料，再進(jìn)行下一物料的識別生產(chǎn)。

　　——如果物料弄錯時(shí)，系統會(huì )出現錯誤警報，工人可以清楚的知道哪種物料出現錯誤，進(jìn)行及時(shí)有效地更正。

　?、厶崛‰娮訕撕炐畔?/p>

　　——輪胎半成品物料統一放到存放區，質(zhì)檢人員發(fā)現不合格時(shí)，從讀寫(xiě)器中提取己寫(xiě)入信息，定位追溯到此物料生產(chǎn)工位，查找質(zhì)量原因，做到及時(shí)更正。

　　——通過(guò)對物料存放區中工裝標簽的識別統計，可以實(shí)時(shí)地掌握當前物料信息，為后續安排計劃和生產(chǎn)任務(wù)提供了科學(xué)依據。

　　4 基于RFID技術(shù)的企業(yè)MES系統功能設計

　　4.1 系統特點(diǎn)

　　RFID輪胎企業(yè)IVIES系統具有以下特點(diǎn)：

　　●生產(chǎn)計劃和工藝直接下達到工序、設備(而ERP、MRPII一般只能下達到品種、車(chē)間)，直接指導設備加工、防止跨工序加工，減少工藝錯誤。

　　●數據采集實(shí)時(shí)性，可及時(shí)進(jìn)行計劃考核，實(shí)時(shí)監控生產(chǎn)進(jìn)度。

　　●各車(chē)間職能科室可以共享生產(chǎn)數據，了解相關(guān)工序的生產(chǎn)進(jìn)度，便于生產(chǎn)協(xié)調。準確確認交貨時(shí)間，實(shí)現批次管理。

　　●工藝反饋校正：及時(shí)修正工藝錯誤、縮短工藝糾正周期。

　　●加工數據有效性：減少手工操作、紙張傳遞：便于質(zhì)量追溯。

　　●智能看板：完成質(zhì)量信息采集與質(zhì)量分析。

　　●擴展物流管理：RFID批次號.條碼.產(chǎn)品。

　　4.2 系統包括如下功能設計

　　4.2.1 總體架構和系統模型的建設

　　通過(guò)對網(wǎng)絡(luò )架構、工廠(chǎng)設備、通信路由、軟硬件組合及系統規模與性能進(jìn)行深入分析，確立監控系統軟件與數據采集硬件設備之間的層次關(guān)系，確定各功能模塊的劃分，模塊之間的接口，完成總體架構的建設。充分考慮系統的可集成性、可配置性、可適應性、可擴展性和可靠性。

　　4.2.2 軟件平臺的架構建設

　　基于面向對象設計技術(shù)、分布式網(wǎng)絡(luò )、和各種先進(jìn)的數據庫及組態(tài)技術(shù)，建設適合即時(shí)、現場(chǎng)、遠程監控的，便于擴容和修改的系統軟件基礎平臺，充分體現面向輪胎生產(chǎn)特點(diǎn)的系統應用集成，支持實(shí)時(shí)活動(dòng)，實(shí)現基于現場(chǎng)管理規則和綜合管理知識的管控結合。

　　主要包括軟件系統功能定位、平臺選型和數據采集、數據存儲、網(wǎng)絡(luò )應用、客戶(hù)端查詢(xún)?yōu)g覽等架構組成的建設。

　　4.2.3 功能模塊設計

　　功能模塊的具體軟件開(kāi)發(fā)，包括：

　?、偕a(chǎn)計劃及生產(chǎn)管理;

　?、诂F場(chǎng)數據采集;

　?、邰芪锪闲畔⒐芾砗透櫜樵?xún);

　?、莅氤善沸畔⒐芾砗透櫜樵?xún);

　?、蕻a(chǎn)品生命周期檔案;

　?、咴O備管理：

　?、喈a(chǎn)量監控分析：

　　◎質(zhì)量及績(jì)效分析查詢(xún)。

　　4.4 工作流設計

　　設計工作流模型及網(wǎng)絡(luò )數據流規劃，支持各種控制和溝通策略，支持生產(chǎn)過(guò)程的各種工作流程，實(shí)現制造生產(chǎn)和管理過(guò)程的自動(dòng)驅動(dòng)、記錄、跟蹤、分析、信息共享等，并容易實(shí)現與ERP、PDM等的無(wú)縫集成，形成一個(gè)信息流的順暢通道。

　　5 RFID硬件設備選型

　　RFID硬件設備主要是電子標簽和讀寫(xiě)器，兩者的選型從以下幾個(gè)方面考慮：工作的可靠性、較高的性?xún)r(jià)比、識別的距離、工作的頻率、系統的可擴展性、產(chǎn)品提供及維護的便攜性、是否有成功的應用案例。

　　基于以上考慮，選擇UHF頻段讀寫(xiě)器，工作頻段為902"-928 MHz，符合標準EPCGen2，讀寫(xiě)距離0～15 m，電子標簽選擇EPC Gen2標準的防金屬UHF標簽。

　　6 結束語(yǔ)

　　隨著(zhù)輪胎企業(yè)信息化的發(fā)展，MES系統的功能不單單在于企業(yè)內部，而是基于產(chǎn)品全生命周期管理的信息交互與共享。RFID技術(shù)與MES集成應用改善了業(yè)務(wù)流程，使制造過(guò)程中的成本和錯誤大大減少，提高了生產(chǎn)率，經(jīng)濟效益更為突出。目前RFID標簽的數據內容編碼還未形成統一的全球化標準，區域性標準已發(fā)布，這樣通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)RFID不僅僅實(shí)現制造執行系統內的信息交流，而且可實(shí)現與企業(yè)其他應用系統的集成，從而使產(chǎn)品信息識別和實(shí)時(shí)信息共享成為可能。來(lái)源：萬(wàn)方數據