基于RFID技術的熱交換器生產線的設計

王燕椿

（約克廣州空調冷凍設備有限公司， 廣東 清遠 511685）

引言

在傳統制造企業中，作為生產基礎單元，管理主要集中在生產計劃管理、工藝質量管理、人員考勤及權限管理等。通常這些數據和信息是通過人工輸入數據，并且大多數使用紙和筆來記錄，有些企業則是通過一些信息系統記錄使得作業無紙化。這些方式使得制造企業需要面對大量的數據錯誤、冗余、滯后，造成生產力降低和決策混亂。企業早已意識到這些問題的存在，并一直通過各種方法嘗試解決。在國內，一部分生產企業采用條形碼識別方式解決人工錄入數據，但從實踐來看，還存在一些問題需要解決。智能化的生產線需要應用到相應的自動識別技術釋放出作業人員作業時間，能對工件進行定義和識別，能與每個設備進行相互通訊和控制，實現在虛擬世界中映射現實的物理世界，以達到更好的生產管理，提高生產力，推動企業向智能化、數字化轉型。

1 RFID技術優勢

智能化生產線對于遠距離無線接觸、自動識別、實時數據傳遞等要求越來越高。RFID技術與條形碼技術相比，在快速反應、重復利用、穿透性讀取、抗污染、體積、存儲容量、安全性、遠距離讀取等方面有明顯優勢[1]。因此，RFID技術在智能化、數字化生產線應用前景更具有優勢。

2 商用空調熱交換器生產線總體設計方案

熱交換器制造是制冷行業中重要和特殊的制造過程，其質量直接影響到空調整機的能效性和可靠性。熱交換器一般是由沖壓、穿管、脹管、烘干、裝配小彎頭、裝配頭管、焊接、貼標簽、檢漏、下線碼垛等工序組成。

2.1 生產線的功能需求

通過采用RFID技術，實現系統自動采集生產過程數據和設備狀態數據，結合各工序的工藝、質量等特性，實施在線監測和分析。同時將此類信息與產品的系列號進行關聯綁定，實現產品的可追溯性。

2.1.1 訂單生產進度管理

根據排產計劃，在上生產線時，將訂單信息根據規則轉換為產品系列號寫入RFID芯片內。每道工序通過讀寫器讀寫產品系列號與MES系統通訊，獲取相應的制造工藝信息，并顯示當前產品生產的流程至哪道工序，實現生產過程透明化。

2.1.2 各工序平衡率計算

實時獲取產品在每道工序開始時間和完成時間數據，用于計算各工序平衡率，為生產線的優化提供基礎數據。

2.1.3 設備管理

實時記錄設備的利用率；根據產品系列號調取、寫入設備的參數，通過參數控制設備的機構動作，以滿足生產當前產品的需求。

2.1.4 作業人員管理

作業人員佩帶RFID工卡。系統通過工卡可以知道作業人員的崗位信息、作業技能、設備作業權限等。如不符合作業權限要求，系統將拒絕并報警和記錄。

2.1.5 作業指導書在線展示

在人工作業崗位，傳統作業崗位懸掛的是紙質作業指導書，很難及時隨生產的產品型號切換而更新，而且字體小、頁數多、內容單調、缺少動態三維裝配演示。通過RFID技術與MES系統，可以及時在顯示屏上展示相應產品的電子作業指導書。

2.1.6 工藝參數、圖紙和質量數據管理

裝配時，需要查看裝配圖和設備設置參數。通過RFID技術實現設備工藝參數的設置，以及過程數據和質量數據的采集分析，計算一次通過合格率。

2.1.7 物料調度管理

根據生產計劃和生產線的進度數據，倉庫的智能物料配送系統可以合理調度AGV配送生產線上所需要的物料。

2.2 生產線的設備組成

商用空調熱交換器生產線由沖壓設備、穿管作業臺、立式脹管機、紅外烘干機、自動插小彎頭設備、自動焊接機、自動貼標簽設備、氦質譜檢漏設備、自動下線碼垛設備等組成。

2.3 生產線網絡結構

系統由工控電腦作為生產線的上位機，通過總線方式進行設備之間的通訊。生產線的上位機通過工業無線AP，采用Web Service協議通訊訪問MES系統[2]，如圖1所示。

圖1 生產線網絡結構示意圖

2.4 RFID系統選型要求

在生產線上每臺設備入口處配置RFID讀寫器，在工裝板上安裝電子標簽。要求RFID讀寫器和電子標簽選型能滿足特殊工序溫度超過100℃的要求及真空環境下的使用需求。

2.5 電子標簽內基礎數據

生產線各設備所需要的制造工藝信息主要包括了機型、配管圖、工件高度、工件排、以及流水線的運行速度。RFID電子標簽內的基礎數據應包含有產品機型和系列號[3]。通過電子標簽內數據索引相應的制造工藝信息。

2.6 流水線上各工序設備邏輯關系

1）沖壓設備、穿管作業臺、立式脹管機沒有與其他設備成線連接，可以通過系統直接采集設備作業數據，計算出單臺設備利用率。同時在作業區域附近安裝顯示器用于作業指導書展示。

2）考慮到生產線的設備數量和數據量較多，如果每臺設備都直接與MES系統通信將會導致網絡帶寬不夠及數據錯誤。因此采用了兩種方法減輕服務器通訊負荷，一種是MES系統根據生產計劃提前將相應的制造工藝信息發放至生產線的工控電腦，在生產時，直接從工控電腦調取制造工藝信息，如果工控電腦沒有，再向MES系統請求發放。另外一種是設備運行后產生的過程數據和質量數據直接存儲到工控電腦，工控電腦在后臺根據網絡情況再上傳至MES服務器。

3）熱交換器上線后，MES系統把工件的系列號、型號等寫入其RFID電子標簽內，并校驗數據包是否完整無錯。如果數據異常，系統報警，同時生產線的阻擋器將停止放行。

4）為了避免生產線工控電腦中的制造工藝信息沒有及時更新造成生產異常的情況，要求工控電腦中的數據只作為當班生產使用。在系統開機初始化或關機時自動清除該臨時制造工藝信息，從而確保與MES系統的制造工藝信息一致。

5）各設備在接收制造工藝信息后，自動設置設備的參數，并控制機構調整；調整到位后，給出反饋信號以便于工控電腦控制生產線上相應的阻擋器放行。

2.7 工裝板

工裝板結構由底板、兩組導向輪、彈簧和夾塊等組成[4]。工裝板在流水線上流動時最易出現因摩擦力大卡住，因此在底板兩側的相對邊緣處分別安裝一組導向輪。每個導向輪的外輪廓有一部分能夠向外伸出，以超出底板相應的一個邊緣，直接與流水線的側面接觸產生相對滾動運行。在流水線的上線處和下線處分別安裝一套由氣缸驅動的打開裝置，用于拉開工裝板上的兩側夾塊，使熱交換器可以放進和取出。松開時，夾塊在彈簧力作用下夾緊產品，確保熱交換器在流水線上平穩流動。工裝板的底板根據熱交換器的底端板結構設計加工，使得夾塊即使在被拉開的情況下，熱交換器依舊可以保持立著的姿態。

2.8 自動下線碼垛設備的特珠情況處理方式

1）在下線處，RFID讀取當前的電子標簽內的數據，判斷當前的機型是否合格。如果不合格，碼垛工位的機器人將該熱交換器工件夾取放置到不合格區域，等待質檢人員進一步的檢查。

2）在下線處，RFID讀取當前電子標簽內的數據，判斷當前工件的機型與否與上一個工件的機型一樣。如果機型不一樣，表示熱交換器型號已開始切換，因工件大小不一和碼垛工藝要求，需要更換一塊空的托盤用于碼垛下一個型號的工件。當前碼垛工位的托盤在鏈條輸送線移動至AGV接駁處，AGV將此托盤轉運至總裝線或庫位；同時托盤存儲工位自動放置一塊空的托盤至碼垛工位。

3）紅外烘干機、自動插小彎頭設備、自動焊接機、自動貼標簽設備、氦質譜檢漏設備、自動下線碼垛設備等運行參數實時監控、收集。同時將生產線上各種設備的過程數據和質量數據進行匯總運算，在工控電腦上顯示和存儲，并能通過網絡訪問所顯示的頁面。

3 結語

通過商用空調熱交換器生產線設計和應用，通過RFID電子標簽集成了設備之間的通訊和控制，及與MES系統互聯，實現了對制造工藝信息的及時分發和產品質量控制過程數據的實時收集分析。