基于RFID技術的加工制造車間數據采集方法的研究

曹善甫 李珺濤（天華化工機械及自動化研究設計院有限公司，甘肅蘭州730060）

0 引言

在當今時代的機械加工制造行業，加工車間依舊運用人力采集、人力錄入等形式獲取與儲存生產線有關數據，這樣的方式主要有兩個不足，一是效率低下，車間規模大了手錄的工作量非常大，且手錄要占用工人大量的時間；二是手錄會出現一定的失誤。人工錄入只能在固定時間錄入，難以即時更新平臺中的生產信息，存在特別嚴重的滯后問題，妨礙生產流的順暢開展，不利于生產能力的提升。為此，企業發展面臨重大阻礙因素：生產環節的信息無法即時采集。

1 加工制造車間生產信息數據采集的現狀

對于大多數制造行業的公司而言，車間的信息化工作開展很不理想，生產環節的信息難以即時傳輸給公司的管理人員，導致企業決策缺乏合理性與時效性。制造行業的企業普遍存有下述問題：

（1）產品構成繁雜，種類多。每類產品的架構關系繁雜，皆由諸多零部件構成。為了有效滿足市場需求，企業還需要不斷開發新產品，不斷豐富產品類型。

（2）工藝路線繁雜富于變化，生產時間長。成品需歷經零部件制造、安裝等諸多過程，許多零件需很多道工序才能夠制造完成，牽涉很多車間、外部合作單位。從原料購買、加工、安裝到從工廠運出，通常需幾十天乃至好幾個月，致使產品制造周期過長。

（3）生產過程繁雜。要保持正常生產，需原料、機械、工裝夾具、倉儲、實操工作者等諸多環節諸多人員的配合，涉及企業多個職能組織和供應單位，制造流程繁雜。

該些問題導致管理工作者對制造周期的預計、管控能力減弱，難以應對產品個性化需求增多、交貨時間短的當前市場發展形勢。

2 RFID的應用研究

2.1 射頻識別技術RFID

RFID，中文意思是無線射頻識別，其是由芯片與耦合元件構成的擁有唯一電子編碼的標簽。最基礎的程序通常包含發射接收天線、讀寫器、應用程序、RFID 標簽等內容[1]。把儲存有有關數據的芯片粘貼到待辨識物體的外表，依托讀取器獲取、更新信息，且在破解編碼后傳輸給電腦，讓其對信息進行處理。當前該技術已大量運用到高速公路收費、供應鏈管控、身份辨識等多個方面。德國的企業BMW 把射頻識別系統RFID 標簽運用到汽車制造領域。Motorola企業將該技術運用在超凈車間中以對生產線的零件流動方向進行管控。RFID 已被有關專業人士確定為二十一世紀影響力最大的技術領域，該技術被譽為當前最具發展潛力的技術之一[2]。

2.2 RFID應用的四個方面研究

制造行業的信息系統MES 是依托信息管控的一個精準執行程序，這必定需要對計劃與實行過程加以精準管控。為此需要有精準的信息作為基礎和保證，此便要求在制造過程中采集即時信息，搜集更全面的生產即時信息以確保方案與實行的同步，并第一時間對異常狀況加以科學處理。

生產車間生產環節的信息包含車間操作工作者、生產原料、生產機械、工票、工人服裝、加工程序等，牽涉到車間的諸多方面。制造現場的信息包含操作者、原料、機械、工票、車間加工環節等。在該方面，RFID技術可以迅速、精準地提供即時信息，運用信息采集器現場獲取制造環節的有關數據比在制造現場放置多臺計算機以人工的方式進行輸入更快捷、高效。

經過在制造車間廣泛運用RFID技術，能夠把由RFID獲取的各類信息加以高效集成處理。該技術能夠和智能化的生產線結合，在生產管理的優化方面，RFID技術的作用主要體現在下述四點：

（1）在生產計劃調度方面，比如安裝、加工等機械的RFID能夠提供機械的運行時長、運行狀態、功能特點等，如此便能夠基于產品訂單對車間即時生產狀況加以監督，且安排車間的具體生產計劃。

（2）物料和倉儲方面，運用RFID 技術，能夠在短時間內讓生產環節以可視化形態出現，有利于倉庫第一時間了解物料使用狀況。在確保零部件和原料供給充足的基礎上，調整庫存水平，降低庫存所占用的資本。

（3）在零部件跟蹤方面，可以達成由原料到成品的全部流程的追蹤。當零部件出現在生產線或者出現在完工區時，RFID技術能夠智能化記錄生產過程、機械、工人編碼、生產時長，防止了人力錄入信息、條形碼掃描等操作失誤問題的出現。

（4）在質量控制方面，產品能夠追溯的信息的獲取——產品架構與制造信息的獲取是實施產品召回措施的前提，RFID技術能夠提供最新的即時信息流，能夠確保科學運用人工、機械、生產工藝等，進而達成無紙化制造且縮短不同生產環節的銜接時間，以確保制造流程和產品品質的穩定性。經過在原料與成品上粘貼的RFID標簽便能夠即時獲取有關數據。

2.3 RFID的實時方法

每個零部件自物料開始便具有獨特的射頻標簽，在其出現在流水線或者出現在完工區的所有環節，皆有射頻讀寫器自主記錄機械、操作者編碼、生產工序、生產時長等數據，且依托互聯網把新信息傳輸到企業管理平臺，防止了人力錄入信息的不及時性和人工錄入或許產生的信息不準確問題的產生。

在工序開始的第一個環節設立在產品相對應的RFID 電子標簽,且將其固定在流水線臺架上，當作制造產品在整個制造流程監視的標識。產品達到流水線時和電子標簽捆綁，下線之后將標簽解除，RFID電子標簽可在流水線上多次運用。

在產品制造流程監視的核心工位上，工位管控器依托RFID采集器與天線，智能采集達到該地點的產品的重要標識信息，且經過對光電傳感器進行設置有效辨識空臺架，檢查出由于金屬事物遮掩等因素導致的RFID 電子標簽漏讀，保證準確采集在制品有關數據。零件出現在流水線或者出現在完工區，電子標簽便可自行記錄加工流程、機械、工作人員編碼、加工時長，防止產生人力信息錄入、條形碼掃描等操作導致的信息不準確問題的產生。如此，依托RFID 技術可達成產品由物料到最后成品的全流程追蹤。

RFID 讀寫器獲取經過有關工位的正在制造過程中的產品電子標簽上的數據，在傳輸到車間管控器的同時，當作生產管控的根本依據；另外還傳輸到工位管控器，該設備把其生產方案和目前的進度情況進行比較，滿足有關標準的才可以進入制造工位；不然便以聲光的方式發出預警，保證生產工位原料傳輸的精準無誤，防止之前經常出現的由于忽略零部件細微差別而導致的裝配失誤問題的產生。工位控制器依據處于制造過程中的產品有關數據和生產命令加以處理，且依托電子看板為操作人員提供科學的指引；另外，把核心零部件信息傳輸到車間控制器進行儲存，以便于后期對質量進行剖析。

3 結語

（1）RFID實時數據采集系統是企業信息化實現物聯網的手段，RFID 是MES 管理系統的數據基礎，只有把基礎打好了，才能把MES 的功能發揮出來；他甚至間接影響企業ERP 系統，RFID系統為完成從原料購買、倉儲、營銷到財會核算的完整的信息程序規劃，達成營銷、原料購買、倉儲、制造、財會、成本、品質、機械、技術、工人管控的有效融合，達成企業無紙化生產與智能化管控奠定了基礎。

（2）RFID 技術體現出穩定性強、精準度高、錄入效率高、非接觸等突出優勢，改變了信息輸入與信息獲取的效率低、準確率低的現狀，把RFID 技術和當前已經比較成熟的ERP 技術、MES技術有效融合，讓制造過程與儲存過程中對在制品的追蹤和產品的品質追蹤更為準確全面，有利于企業優化產品質量，減短產品生產時間，壓縮生產費用，提升生產速率，提升企業的整體競爭實力。