基于RFID的生產(chǎn)線監(jiān)控技術(shù)解析

RFID（Radio Frequency Identity technology，無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)）通過(guò)無(wú)線的方式，對(duì)存儲(chǔ)于RFID標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集，以獲取被標(biāo)識(shí)對(duì)象相關(guān)信息，一個(gè)簡(jiǎn)單的RFID數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由RFID讀寫器、天線（內(nèi)置或外置）、RFID標(biāo)簽3部份組成，如圖1所示。

圖1 RFID數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

隨著技術(shù)的發(fā)展，RFID逐漸開(kāi)始被應(yīng)用到離散制造行業(yè)中，相對(duì)目前被廣泛使用的條碼技術(shù)而言，RFID標(biāo)簽具有本質(zhì)上的優(yōu)勢(shì)，RFID標(biāo)簽的優(yōu)勢(shì)包括：可無(wú)線遠(yuǎn)距離讀寫，可穿透性讀寫，可在高速移動(dòng)的狀態(tài)下讀寫、存儲(chǔ)更多的數(shù)據(jù)，可在惡劣的環(huán)境下使用等，因此，RFID技術(shù)不只是條碼技術(shù)的簡(jiǎn)單替換，它在離散制造業(yè)中的應(yīng)用將改變離散制造企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)方式，目前，RFID技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用于離散制造行業(yè)的供應(yīng)鏈管理、倉(cāng)庫(kù)管理、物料管理等領(lǐng)域。目前RFID技術(shù)在離散制造業(yè)生產(chǎn)線上的應(yīng)用還沒(méi)有通用的方案，F(xiàn)agui Liu和Zhaowei Miao研究了RFID技術(shù)在生產(chǎn)控制中的應(yīng)用，但重點(diǎn)在系統(tǒng)的構(gòu)建上，并主要討論的是在陶瓷行業(yè)的應(yīng)用，本研究基于RFID先進(jìn)技術(shù)，重點(diǎn)研究該技術(shù)在裝配行業(yè)的生產(chǎn)線可視化和生產(chǎn)過(guò)程控制中的應(yīng)用，并依托國(guó)家863高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目，在重慶某摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)中得到了應(yīng)用。

1 基于RFID的生產(chǎn)線監(jiān)控技術(shù)

1.1 生產(chǎn)線可視化

1.1.1 技術(shù)原理

生產(chǎn)線可視化的目標(biāo)是使企業(yè)管理層能夠?qū)崟r(shí)地發(fā)現(xiàn)在制品生產(chǎn)和生產(chǎn)線運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，本研究的技術(shù)實(shí)施方案如圖2所示。方案主要由流水線、RFID數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、在制品和工位幾個(gè)部分組成，在制品在流水線上移動(dòng)，到達(dá)工位后由工人取下進(jìn)行零配件組裝，完成后再放回流水線，直到完成所有工序，RFID數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包括一個(gè)帶有雙天線的RFID讀寫器，每個(gè)在制品都和一個(gè)RFID標(biāo)簽進(jìn)行綁定。

圖2 生產(chǎn)線可視化技術(shù)實(shí)施方案

該技術(shù)的基本原理是：當(dāng)綁定有RFID標(biāo)簽的在制品以先后順序經(jīng)過(guò)天線1和天線2時(shí)，將觸發(fā)2次RFID標(biāo)簽讀寫事件，通過(guò)對(duì)事件產(chǎn)生的相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄與處理，來(lái)判斷在制品的完成情況及各個(gè)工位的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

以讀寫器代號(hào)和工位代號(hào)為關(guān)鍵字的RFID標(biāo)簽讀寫事件數(shù)據(jù)表如表1所示。

另外，生產(chǎn)線和工位之間構(gòu)成一個(gè)以生產(chǎn)線代號(hào)為關(guān)鍵字關(guān)系表，令生產(chǎn)線代碼為L(zhǎng)ine_code，那么它們的關(guān)系為：

（Line_codei，WPoint_codei1，WPoint_codei2，…WPoint_codein）。

1.1.2 技術(shù)實(shí)現(xiàn)

1）生產(chǎn)線監(jiān)測(cè)。生產(chǎn)線監(jiān)測(cè)是通過(guò)對(duì)工位的監(jiān)測(cè)，判斷整條流水線是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常。當(dāng)在制品在工位逗留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，或工位出現(xiàn)在制品堆積時(shí)，可判斷為工位異常。令在制品在工位允許的最大逗留時(shí)間為Tmaxi，工位允許堆積的在制品最大數(shù)量為Nmaxi，則判斷工位異常的公式如下：

如果Timej-Timei》Tmaxi，則在制品逗留超時(shí)，式中Timej，Timei為讀寫器天線2和天線1的2次讀寫事件發(fā)生的時(shí)刻。

當(dāng)在制品經(jīng)過(guò)天線1，而沒(méi)有經(jīng)過(guò)天線2時(shí)，公式變?yōu)椋篢imecorrent-Timei》Tmaxi。

對(duì)某個(gè)工位堆積在制品數(shù)量的判斷，依賴于查找表1所構(gòu)成的工位操作歷史表，其查找過(guò)程如下：

步驟1 通過(guò)流水號(hào)Line_code找到工位號(hào)Wpoint_code。

步驟2 通過(guò)工位號(hào)Wpoint_code，查找經(jīng)過(guò)天線1而未經(jīng)過(guò)天線2的在制品代號(hào)Product code。

步驟3 累積在制品數(shù)量并與Nmaxi比較，即可判斷在制品是否超量。

2）在制品監(jiān)測(cè)。在制品監(jiān)測(cè)是通過(guò)實(shí)時(shí)地獲取在制品上RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)，以判斷在制品所處的工位及已經(jīng)完成的工序，假設(shè)在制品Product_codei有Ni道工序，則在制品生產(chǎn)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)算法如下：

步驟1 在制品上線時(shí)，椴據(jù)在制品的制造要求，確定工序數(shù)量Ni，并確定工位順序，生成一個(gè)二進(jìn)制代瑪，使其從最低位開(kāi)始順彥代表其經(jīng)過(guò)的工位的完成狀態(tài)，完成為1，未完成為0。在在制品上線時(shí)，其初始值為0。

步驟2 把該代碼寫入RFID標(biāo)簽并和在制品綁定。

步驟3 在制品每完成一次工序并離開(kāi)工位時(shí)，修改相應(yīng)位。

步驟4 讀取RFID標(biāo)簽相應(yīng)位，就可以確定已經(jīng)完成的工序和正在完成的工序。

1.2 生產(chǎn)過(guò)程控制

1.2.1 技術(shù)原理