射頻識(shí)別技術(shù)在模具電極管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

李歡，陳緒兵，王瑜輝，張超，胡國繁，韓桂榮

1.武漢工程大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 湖北 武漢 430205；2.化工裝備強(qiáng)化與本質(zhì)安全湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（武漢工程大學(xué)）,湖北 武漢 430205；3.東莞華中科技大學(xué)制造工程研究院 廣東 東莞 523808

射頻識(shí)別技術(shù)在模具電極管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

李歡1,2，陳緒兵1,2，王瑜輝3，張超3，胡國繁1,2，韓桂榮1,2

1.武漢工程大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 湖北 武漢 430205；2.化工裝備強(qiáng)化與本質(zhì)安全湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（武漢工程大學(xué)）,湖北 武漢 430205；3.東莞華中科技大學(xué)制造工程研究院 廣東 東莞 523808

在通常的模具生產(chǎn)車間,模具電極只能依靠人來監(jiān)控和管理,導(dǎo)致工作量大且效率低.為了解決這一問題,研究了無線射頻識(shí)別技術(shù)在模具電極管理中的應(yīng)用.利用微軟Visual Studio 2008作為開發(fā)工具,采用B／S（瀏覽器／服務(wù)器）的系統(tǒng)架構(gòu),開發(fā)了一套基于無線射頻識(shí)別技術(shù)的模具電極管理系統(tǒng).首先,對系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),包括主要硬件的選型及參數(shù)的設(shè)置；接著,對系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程進(jìn)行了規(guī)范,再根據(jù)業(yè)務(wù)流程進(jìn)行了功能需求分析；然后,對系統(tǒng)各功能模塊進(jìn)行了劃分,對數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)；最后,運(yùn)用NET技術(shù)開發(fā)了系統(tǒng)各界面及功能.實(shí)踐證明該系統(tǒng)對電極的管理方便有效,提高了模具電極管理的智能化水平.

RFID；模具制造；抗金屬標(biāo)簽；電極管理系統(tǒng)

0 引言

射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification,簡稱RFID）是一種非接觸的自動(dòng)識(shí)別技術(shù),通過射頻信號(hào)來識(shí)別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù).RFID技術(shù)是從20世紀(jì)90年代開始興起,被列為21世紀(jì)十大重要技術(shù)之一.由于現(xiàn)代射頻識(shí)別技術(shù)具有非接觸性、可重復(fù)使用、快速識(shí)別、讀取方便快捷、數(shù)據(jù)容量大、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)［1－3］被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代制造業(yè)、物流行業(yè)、交通運(yùn)輸管理、資產(chǎn)管理等諸多行業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中.

目前,隨著模具行業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大,模具加工電極種類和數(shù)量快速增長,使得模具電極的管理日趨復(fù)雜和困難［4-5］.面對復(fù)雜的模具生產(chǎn)工藝流程和協(xié)作關(guān)系,加上數(shù)量日漸龐大的生產(chǎn)、配套和管理信息,傳統(tǒng)的制造系統(tǒng)加上人工的電極管理模式,已經(jīng)很難解決這種生產(chǎn)過程中流動(dòng)量大,信息變換過程多,多場景信息交互的問題,一定程度上制約了模具生產(chǎn)企業(yè)的發(fā)展.

近年來,國內(nèi)專家和學(xué)者先后對模具電極管理問題提出了一些研究方法.如華中科技大學(xué)的蘇兆河［5］等研究了基于UG的注塑模具電極設(shè)計(jì)與管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了電極的智能CAD功能.蘇州大學(xué)的徐煒［6］等研發(fā)了一套面向MES的車間模具電極管理系統(tǒng),為模具生產(chǎn)企業(yè)建立智能制造執(zhí)行系統(tǒng)提供了思路.青島大學(xué)的張?jiān)品澹?］等從模具電極的制造工藝和結(jié)構(gòu)相似性出發(fā),利用VB和SQL server研發(fā)了一套用于模具電極管理的CAPP系統(tǒng).

本文將新興的RFID技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)模具制造行業(yè),設(shè)計(jì)并實(shí)踐了一套基于RFID技術(shù)的模具電極管理系統(tǒng).采用該系統(tǒng)能夠?qū)δ＞唠姌O進(jìn)行智能識(shí)別,減少大量人力操作,能夠給模具生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)效率、管理成本、產(chǎn)品質(zhì)量帶來新的突破.

1 系統(tǒng)功能及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)硬件構(gòu)成

在電極座側(cè)面內(nèi)嵌式安裝SG－HT－113M型抗金屬電子標(biāo)簽（如圖1所示）,并將電極座與電極一一對應(yīng)、相互綁定.使用ISO15693協(xié)議的高頻讀寫器對電極座RFID標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別,在不同工位寫入或讀出電極信息（電極編號(hào)、X,Y偏移量、Z軸高度）與系統(tǒng)交互.

圖1 SG－HT－113M抗金屬標(biāo)簽安裝位置圖Fig.1 The mounting position of SG－HT－113M anti－metal tag

抗金屬電子標(biāo)簽作為本系統(tǒng)的核心基礎(chǔ)部件,其性能穩(wěn)定性至關(guān)重要.因此,本文筆者委托深圳市計(jì)量質(zhì)量檢測研究院（國家數(shù)字電子產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心）對SG-HT-113M型抗金屬RFID電子標(biāo)簽做了性能檢測（報(bào)告編號(hào)：WT138002780）,報(bào)告結(jié)果,電子標(biāo)簽的參數(shù)指標(biāo)（如表1所示）均合格,能夠滿足工業(yè)應(yīng)用要求.

表1 .SG-HT-113M抗金屬電子標(biāo)簽參數(shù)Table1.The parameters of SG-HT-113M anti-metal tag

1.2 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)

模具電極管理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程主要包括計(jì)算機(jī)輔助加工（CAM）、電極坯料裝夾和預(yù)調(diào)、電極數(shù)控加工（CNC）、電極質(zhì)量檢測（QC）、電極偏移量測量（CMM）、電火花加工（EDM）等,如圖2所示.

圖2 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖Fig.2The diagrams of system business process

1.3 系統(tǒng)功能需求分析

根據(jù)系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程要求,RFID模具電極管理系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)功能模塊組成,如圖3所示.

（1）電極管理模塊：能夠顯示加工模具所需的電極列表,包括電極編號(hào)、規(guī)格、材質(zhì)、Z軸高度、裝夾次數(shù)等信息,支持電極信息的增、刪、改、查功能.

（2）電極座管理模塊：能夠顯示電極座信息列表,包括電極座編號(hào)、標(biāo)簽ID、倉庫位置、已裝夾電極等信息,支持電極座信息的增、刪、改、查功能.

（3）生產(chǎn)監(jiān)控模塊：支持生產(chǎn)監(jiān)控和機(jī)床狀態(tài)監(jiān)控功能.

圖3 系統(tǒng)軟件功能模塊圖Fig.3The diagram of system software function block

（4）報(bào)表查詢模塊：支持通過日期區(qū)間、時(shí)間粒度、機(jī)床名,對機(jī)床工作量進(jìn)行報(bào)表查詢.支持通過電極編號(hào)、日期區(qū)間、用戶名,對用戶操作歷史進(jìn)行查詢.

（5）倉庫管理模塊：能夠?qū)﹄姌O清單、入庫清單、出庫清單、庫存實(shí)況等進(jìn)行查詢與管理.

（6）用戶權(quán)限模塊：支持對用戶的賬號(hào)、權(quán)限、狀態(tài)等信息進(jìn)行增、刪、改、查操作.

（7）日志管理模塊：支持CAM同步、記錄登錄日志和操作日志等.

（8）參數(shù)設(shè)置模塊：包括倉庫配置、貨架配置、CNC機(jī)床清單、EDM機(jī)床清單等.

1.4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

運(yùn)用Microsoft Office Visio數(shù)據(jù)庫模型圖對模具電極管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫E－R圖如圖4所示.

圖4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫E－R圖Fig.4The E－R diagram of system database

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

RFID模具電極管理系統(tǒng)軟件基于C／S與B／S混合構(gòu)架開發(fā),采用了Visual Studio 2008集成開發(fā)環(huán)境,并利用SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理.根據(jù)用戶需求對同一授權(quán)用戶系統(tǒng)提供功能完全對等的客戶端和瀏覽器兩種訪問方式,以適應(yīng)不同用戶習(xí)慣的需求.RFID模具電極倉庫管理系統(tǒng)客戶端軟件界面如圖5所示.

在電極管理系統(tǒng)倉庫管理客戶端軟件界面中可以查看倉庫視圖,如圖6，A1,A2,A3,A4分別表示A貨架1,2,3,4層.每個(gè)貨架都由4層組成,每層都設(shè)有28列×8行共224個(gè)電極存儲(chǔ)位置.用戶可以根據(jù)庫房名和貨架號(hào)組合查詢,顯示電極倉庫各倉格的存儲(chǔ)狀態(tài)（空閑、電極、毛坯、空治具、已鎖定、可回收舊料、報(bào)廢舊料）,并分別用不同的顏色加以區(qū)分顯示.

RFID模具電極管理系統(tǒng)瀏覽器界面如圖6所示.

在系統(tǒng)管理界面,可以進(jìn)行電極管理、電極座管理、生產(chǎn)狀況監(jiān)控、電極倉庫查詢等操作.在電極倉庫查詢中,能夠查看各貨架的信息（貨架號(hào)、是否雙格、層數(shù)、列數(shù)、格數(shù)）和使用狀況（位置總數(shù)、存放電極數(shù)、占用比）等.

圖5 電極倉庫管理客戶端軟件界面Fig.5The client interface of electrode warehouse management system

圖6 電極管理系統(tǒng)瀏覽器界面Fig.6The browser interface of electrode management system

3 系統(tǒng)測試及應(yīng)用效果

表2所列是廣東省東莞市東莞勁勝精密組件股份有限公司使用此RFID模具電極管理系統(tǒng)的前后效果對比.

可以看出將本RFID電極管理系統(tǒng)運(yùn)用于模具制造企業(yè),取得了較好的效果,主要表現(xiàn)如下：

（1）出入庫效率提高：利用無線射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)對電極進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別,從而省去了繁瑣的手工錄入過程,大大減少了操作時(shí)間,提高了效率.

（2）盤點(diǎn)工作量減少、出錯(cuò)率降低：使用RFID電極管理系統(tǒng)大大減少了人工數(shù)據(jù)操作和比對繁重的工作量,出錯(cuò)率明顯降低.

（3）倉庫空間利用率提高：在系統(tǒng)界面中倉格存儲(chǔ)狀態(tài)（空閑、電極、毛壞等）可視化,能夠更加合理安排存儲(chǔ)空間,極大地提高了空間利用率.

（4）產(chǎn)能提升：以勁勝公司烏沙車間為例,運(yùn)用RFID電極管理系統(tǒng)后,加工準(zhǔn)備時(shí)間縮短,設(shè)備組產(chǎn)出速度平均增加0.13件／h,以車間10臺(tái)夏米爾EDM機(jī)床每天工作8小時(shí)進(jìn)行產(chǎn)能核算,烏沙車間每年新增產(chǎn)能ΔM：

式（1）中，ΔM為設(shè)備增加的產(chǎn)能；F為單臺(tái)設(shè)備有效工作時(shí)間；S為設(shè)備數(shù)量；ΔP為增加的產(chǎn)量定額.

由公式（1）計(jì)算后可得，系統(tǒng)上線后預(yù)計(jì)新增產(chǎn)能約3640件／年.若以模具均價(jià)800元／件進(jìn)行估算，烏沙車間年新增產(chǎn)能約291.2萬元.

表2 使用RFID電極管理系統(tǒng)前后的效果對比表Table.2The effect comparison table of using RFID electrode management system before and after

4 結(jié)語

將RFID技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)模具制造行業(yè)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套集RFID電極座管理、模具電極管理、電極倉庫管理等為一體的模具電極管理系統(tǒng).首先對系統(tǒng)總體功能與結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，規(guī)范系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程；接著對系統(tǒng)的主要硬件構(gòu)成及參數(shù)進(jìn)行選型；再根據(jù)系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程進(jìn)行功能需求分析、數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；最后運(yùn)用.NET技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)各管理界面與功能.該系統(tǒng)能夠?qū)?shù)量龐大、規(guī)格各異的模具用電極進(jìn)行智能化管理，對于提高模具生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)效益和市場競爭力具有重要意義.

上述設(shè)計(jì)的基于RFID技術(shù)的模具電極管理系統(tǒng)還可以在電極轉(zhuǎn)運(yùn)自動(dòng)化、倉庫實(shí)現(xiàn)無人值守等方面進(jìn)行拓展.此研究之后可進(jìn)一步研究應(yīng)用AGV小車或智能搬運(yùn)機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)電極倉庫的無人值守，進(jìn)一步提高模具電極管理的智能化水平.

致謝

感謝東莞華中科技大學(xué)制造工程研究院提供的項(xiàng)目支持和幫助；感謝東莞勁勝精密組件股份有限公司提供的應(yīng)用環(huán)境！

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Application of radio frequency identification technology in the mould electrode management system

LI Huan1,2，CHEN Xu-bing1,2,*，WANG Yu-hui3，ZHANG Chao3，HU Guo-fan1,2，HAN Guirong1,2
1.School of Mechanical and Electrical Engineering,Wuhan Institute of Technology,Wuhan 430205,China；2.Hubei Key Laboratory of Chemical Equipment Intensification and Intrinsic Safety(Wuhan Institute of Technology),Wuhan 430205,China; 3.DG-HUST Manufacturing Engineering Institute,Dongguan 523808,China

the mould electrode can only be monitored and managed by human in common mould manufacturing workshop,which led to plenty of workload and low efficiency.To solve this problem,the application of radio frequency identification technology in mould electrode management was researched.And the microsoft visual studio 2008 was employed as the development tool and a Brower/Server framework was used to develop an electrode management system.Firstly,the overall structure was designed,including major hardware selections and parameter settings.Secondly,the functional requirements were analyzed after the business process was standardized.Thirdly,the functional modules were partitioned and the database structure was designed. Finally,the NET technology was used to develop interfaces and functions.Practice indicated that the developed management system makes mould electrode management convenient and effective,which is important to improve the intelligent level of electrode management.

radio frequency identification;mould manufacturing;anti-metal tag;electrode management system

TP315

A

10.3969/j.issn.1674-2869.2015.01.004

本文編輯：陳小平

1674－2869（2015）01－0014－06

2014-12-29

國家863計(jì)劃項(xiàng)目：支持模具設(shè)計(jì)制造全過程精益管控的制造物聯(lián)技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用示范（2013AA040404）；武漢工程大學(xué)第五屆研究生教育創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目（CX2013074）

李歡（1988－）,男,湖北黃岡人,碩士研究生.研究方向：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用研究.