基于射頻技術的模具車間信息采集系統設計

王 尊，王玉國，唐 佳，葛鵬翼

（南京工程學院 汽車與軌道交通學院，江蘇 南京211167）

在實際的中小型企業模具生產加工過程中，模具生產車間具有模具品種多樣、單件小批量、生產工藝復雜、一物一碼的特點。

現有技術中，所有的生產信息（包括訂單執行狀態信息、員工產量、設備產量等）均需通過手動記錄或專門人員將生產信息逐一錄入電腦的方式來實現同步或者異步記錄，管理人員還需要花費大量的時間對記錄結果進行統計，用于記錄的單據種類龐雜，記錄和統計工作量大，記錄過程極易出現錯漏，導致最終統計結果出現偏差；另外，生產過程中容易出現臨時訂單、臨時任務，這部分訂單任務的追蹤所需的人力物力較正常訂單任務更多，管控更難[1-3]。

通過射頻技術可實現對生產作業任務的可溯源實時監控，自動統計監控結果所包括的各項參數，以實現對員工、設備、訂單、零件生產過程多個方面的有效管控，且針對臨時訂單，具有較高的處理效率[4-7]。

1 信息采集系統設計

RFID 生產信息采集系統包括無線信息采集終端、無線控制器、管理客戶端、服務器、現場客戶端，其中無線信息采集終端又包括射頻卡、手持式信息采集終端和固定式信息采集終端。本文所涉及的生產信息采集系統結合管理客戶端可以對整個生產流程進行監控和信息記錄。

系統各組成部分之間的關系如圖1 所示。無線信息采集終端與無線控制器連接，無線控制器將接收到的數據通過交換機分別傳輸至現場客戶端和管理客戶端。

圖1 模具生產信息采集系統結構示意圖

2 射頻技術模塊設計

射頻技術模塊包括射頻卡和無線信息采集終端。

射頻卡分為員工卡、設備卡、零件卡，其中，員工卡和員工信息一一對應，設備卡和生產設備信息一一對應，零件卡和零件一一對應，零件卡中存儲著生產零件所需的所有生產作業任務信息。

無線信息采集終端有手持式信息采集終端和固定式信息采集終端兩種，它包括輸入單元、顯示單元、控制單元、存儲器。手持式信息采集終端采用鋰電池供電，固定式信息采集終端的供電方式為9 V 直流電供電。

輸入單元包括控制指令輸入單元和射頻卡檢測器，控制指令輸入單元用于輸入外部控制指令；射頻卡檢測器用于讀取指定區域內的射頻卡信息。輸入單元與控制單元連接，將接收到的外部控制指令或射頻卡信息發送至控制單元。

控制單元內安裝有生產作業任務管理軟件，生產作業任務管理軟件包括開工處理模塊和完工處理模塊兩個基本模塊。控制單元根據接收到的外部控制指令和/或射頻卡信息，調用對應的開工處理模塊、完工處理模塊以對生產作業任務狀態進行監控，將監控結果更新至存儲器。

3 信息追溯系統作業流程

模具生產信息采集系統工作的總體流程如圖2 所示，具體過程介紹如下。

企業接收外部發送的訂單信息，將訂單信息解析成多個零件生產任務，獲取每個零件所對應的生產作業任務，針對每個零件生成對應的零件卡信息，將生成的零件卡信息更新至其中一個空白零件卡中，零件卡信息包括所屬零件所對應的所有生產作業任務，每個生產作業任務與至少一個員工卡和/或至少一個設備卡匹配，生產作業任務按照工藝流程順序排列；將員工卡下發至對應的員工，將設備卡下發至對應的生產設備；最后，將零件卡下發至對應的第一個生產工位，以對該生產工位所對應的生產作業任務進行監控，在當前生產工位的生產作業任務完成后，將零件卡移至下一個生產工位以監控下一個生產作業任務，依次類推，直至零件卡移至最后一個生產工位，完成整個零件生產過程，回收零件卡和生產完成的零件。

圖2 模具生產信息采集系統業務流程圖

其中，對每個生產工位所對應的生產作業任務進行監控包括兩部分：①接收無線信息采集終端發送的對各自所在生產工位的生產作業任務狀態的監控結果，生產作業任務狀態至少包括開工狀態、完工狀態、待開工狀態，其中，待開工狀態為生產作業任務的初始狀態；②對生產作業任務狀態的監控結果進行解析，獲取其中所包含的零件信息、員工信息、設備信息以及訂單信息，計算得到對應零件和訂單的完成狀態、統計并更新員工生產信息和設備生產信息，員工生產信息包括員工已完成任務信息、員工正在完成任務信息，設備生產信息包括設備已完成任務信息以及設備正在完成任務信息。

而訂單的解析依據為所生產零件的工藝。通常一個工藝對應多項工序，如某零件A 包含下料、車銑加工、熱處理、放電等工序，每個工序可拆解成一個或者多個生產作業任務，每個生產作業任務與其中一個或者多個人員、設備相匹配，從而將生產信息或者訂單信息分解成多個零件的生產任務，再針對每個零件生成多個生產作業任務，通過零件卡的形式下發至車間，交由員工執行，一個零件對應一個零件卡，每個零件卡中包含所有生產該零件所需的生產作業任務。

4 系統操作與實現

模具生產信息采集系統數據流轉如圖3 所示，模具生產信息采集系統由射頻卡、手持式無線信息采集終端、交換機、電源連接線構成。

在手持終端里點擊按鍵“1”，彈出“開工”界面，按提示依次刷員工卡、設備卡和任務卡，系統則會提示開工成功；點擊按鍵“2”，彈出“完工”界面，依次刷員工卡、設備卡和任務卡，隨后彈出確認界面，點擊“確認”按鈕即可完工。通過該方式，可以對整個生產作業任務進行監控，對于已經開工，但并沒有完工的訂單的進度、涉及的人員、設備等進行追溯。

圖3 模具生產信息采集系統數據流轉示意圖

手持終端上掃描的數據，通過中間件上傳到數據庫。打開中間件軟件，點擊“開始監控”按鈕，即可將數據實時更新到站點窗口中。由手持終端掃描得到的數據，經過中間件軟件，上傳到數據庫的存儲器中，即時數據即被顯示在數據庫軟件的管理客戶端中。

5 結語

應用本文所設計的系統，使企業由多個生產作業任務共同生產出來的零件均可溯源，實現對生產過程、加工產品、零件加工進程、訂單進程的有效監控，提高了企業的信息化水平和生產效率。

特別說明：本文研究對象為模具車間信息采集系統，作者在康尼精密機械有限公司實習，該系統為企業制造執行系統的一部分，作者設計此系統并應用于模具車間，以提高企業生產效率并達到信息追溯的目的。