射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）在空調(diào)生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

吳晗，范樂瑤

（1. 珠海格力電器股份有限公司，廣東珠海 519070；2. 珠海凌達(dá)壓縮機(jī)有限公司，廣東珠海 519010）

0 引言

根據(jù)工業(yè)4.0及《中國制造2025》發(fā)展指導(dǎo)思想，未來要打造智能化、數(shù)字化工廠、自動(dòng)化工廠，以格力電器RFID信息化系統(tǒng)作為總裝分廠生產(chǎn)管理的核心骨干平臺(tái)，通過運(yùn)用射頻識(shí)別技術(shù)，在生產(chǎn)線關(guān)鍵崗位配置相應(yīng)硬件，并與企業(yè)MES、BOM系統(tǒng)有效集成為總裝生產(chǎn)提供各類信息化服務(wù)，消除人工掃描采集數(shù)據(jù)的作業(yè)方式，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、數(shù)字化、信息化的智慧工廠［1］。

1 射頻識(shí)別技術(shù)

射頻識(shí)別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID），又稱為無線射頻識(shí)別，利用無線電波或微波能量進(jìn)行非接觸雙向通信。當(dāng)貼有電子標(biāo)簽的待識(shí)別物料出現(xiàn)在讀寫器的讀出范圍內(nèi)時(shí)，讀寫器自動(dòng)以非接觸的方式將電子標(biāo)簽內(nèi)的識(shí)別信息取出，實(shí)現(xiàn)物料自動(dòng)識(shí)別和數(shù)據(jù)交換功能。RFID系統(tǒng)一般由電子標(biāo)簽（Tag）、讀寫器（Reader）以及遠(yuǎn)距離收發(fā)信號(hào)的天線（Abtenna）組成，讀寫器向電子標(biāo)簽發(fā)送射頻信號(hào)，電子標(biāo)簽進(jìn)入射頻信號(hào)的識(shí)別區(qū)域后將產(chǎn)生感應(yīng)電流從而獲得能量，并將電子標(biāo)簽信息通過嵌入式天線發(fā)出去，讀寫器將電子標(biāo)簽信息利用解碼板進(jìn)行解碼，再通過網(wǎng)絡(luò)或RS232等接口將標(biāo)簽信息傳送到計(jì)算機(jī)。將RFID技術(shù)應(yīng)用到空調(diào)生產(chǎn)系統(tǒng)中，能夠把管理層中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)、柔性生產(chǎn)計(jì)劃、排產(chǎn)調(diào)度指令等信息下達(dá)到生產(chǎn)層，同時(shí)又能實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)層的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)并傳輸?shù)焦芾韺樱兄诠芾碚{(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度安排，實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)和數(shù)字化管理，解決傳統(tǒng)制造業(yè)生產(chǎn)工藝路線固定、生產(chǎn)信息脫節(jié)、售后難以追溯等諸多問題［2-4］。

電子標(biāo)簽由耦合元件和芯片組成，根據(jù)標(biāo)簽有沒有電源分為有源和無源標(biāo)簽，無源標(biāo)簽的電能供應(yīng)從讀寫器發(fā)出的射頻信號(hào)中取得，因此要求讀寫器有較高的發(fā)射功率，系統(tǒng)識(shí)別距離較近。有源標(biāo)簽依靠自帶的微型電池供電，系統(tǒng)識(shí)別距離較遠(yuǎn)。讀寫器是RFID系統(tǒng)的核心，其作用就是作為連接上位機(jī)和電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)交換環(huán)節(jié)［5］。

RFID系統(tǒng)的運(yùn)行原理如圖1所示。上位機(jī)程序?qū)⒅噶畎l(fā)送到讀寫器，讀寫器將要發(fā)送的信號(hào)經(jīng)過編碼加載在某一頻率的載波信號(hào)上經(jīng)天線向外發(fā)送。進(jìn)入讀寫器工作區(qū)域的電子標(biāo)簽接受此脈沖信號(hào)，電子標(biāo)簽中的芯片對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，對(duì)讀命令或?qū)懨钸M(jìn)行操作，之后再把讀到的信息反饋給讀寫器，讀寫器將信號(hào)處理后發(fā)送至上位機(jī)信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理［6］。射頻識(shí)別技術(shù)利用無線射頻的方式在讀寫器和電子標(biāo)簽之間進(jìn)行非接觸性的雙向數(shù)據(jù)傳輸，以達(dá)到目標(biāo)識(shí)別和數(shù)據(jù)交換的目的。

圖1 RFID系統(tǒng)原理圖

2 RFID系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

RFID系統(tǒng)工作運(yùn)行依賴于其他控制設(shè)備，因此RFID設(shè)備需要與其他設(shè)備進(jìn)行通訊，并能夠被其他設(shè)備控制。讀寫器通訊協(xié)議網(wǎng)關(guān)主要用于RFID讀寫器在不同的通訊協(xié)議之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使得RFID設(shè)備能夠更加容易地與其它設(shè)備進(jìn)行通訊，RFID系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集中間件使用主要為TCP/IP方式，如圖2。

圖2 TCP/IP技術(shù)路線圖

在空調(diào)總裝生產(chǎn)線上，RFID讀寫器被大批量地部署在產(chǎn)線的不同位置，并由同一個(gè)控制設(shè)備控制。每一臺(tái)讀寫器都需要通過數(shù)據(jù)接口連接來與產(chǎn)線控制設(shè)備進(jìn)行通訊，但各種控制設(shè)備支持的通訊協(xié)議種類不盡相同，在RFID產(chǎn)品的應(yīng)用過程中需要重新編寫其在控制設(shè)備中的程序，以實(shí)現(xiàn)控制設(shè)備與RFID讀寫器的通訊。如圖3所示，為RFID系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。

圖3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

通過采用支持總線協(xié)議的網(wǎng)關(guān)，能夠把讀寫器便捷地連接進(jìn)入控制系統(tǒng)中，且在需要同時(shí)連接大量讀寫器的情況下，降低了布線難度、布線與設(shè)備成本。將采用私有協(xié)議RFID讀寫器通過接入擁有標(biāo)準(zhǔn)總線接口的網(wǎng)關(guān)，可簡單地接入到各種控制器中，使其能夠通過標(biāo)準(zhǔn)的總線協(xié)議程序訪問并操作讀寫器。各種設(shè)備只要選用特定的協(xié)議網(wǎng)關(guān)，即可嵌入RFID功能，通過RFID設(shè)備讀寫空調(diào)流水線上工藝板的標(biāo)簽編碼，以讀取或保存工藝板的數(shù)據(jù)，進(jìn)行綁定。如圖4所示，是RFID系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)總線圖。

圖4 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)總線圖

在空調(diào)生產(chǎn)線應(yīng)用中，采用了防失效設(shè)計(jì)、物聯(lián)系統(tǒng)中間件等技術(shù)，可有效提升系統(tǒng)的高效性、穩(wěn)定性和易用性。

3 RFID系統(tǒng)應(yīng)用管理

RFID讀寫頭與讀寫器通過饋線（射頻線）連接，RFID讀寫器放置于小型配電箱內(nèi)，安裝在總裝流水線附近的安全位置，通過網(wǎng)線連接到附近的網(wǎng)絡(luò)端口，接入網(wǎng)絡(luò)?？照{(diào)總裝生產(chǎn)線從零部件上線到成品下線包括了幾十道工序，需要規(guī)劃好重點(diǎn)信息采集崗位，布置并連接好RFID網(wǎng)絡(luò)［7］。如圖5所示，是RFID系統(tǒng)應(yīng)用流程圖。

圖5 RFID系統(tǒng)應(yīng)用流程圖

根據(jù)空調(diào)生產(chǎn)線功能需要，RFID系統(tǒng)可以為生產(chǎn)線提供產(chǎn)品識(shí)別智能化、生產(chǎn)可視化、產(chǎn)品檢測(cè)智能化、設(shè)備管理、工藝質(zhì)量管理等功能。產(chǎn)品識(shí)別智能化主要通過掃描條形碼綁定的方式，在零部件上線點(diǎn)掃描條形碼綁定，主要應(yīng)用在預(yù)先已生成制造碼（或MES條碼）的場(chǎng)景，應(yīng)用前提是上線工位配備了工位電腦并且可部署“RFID數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”工位客戶端。在上線工位的工位電腦中配備配套軟件及掃碼器進(jìn)行工裝板同產(chǎn)品的綁定工作，并將相關(guān)上線綁定信息發(fā)送給MES系統(tǒng)，通過上線點(diǎn)的工裝板將標(biāo)記為已上線。上線前工裝板系統(tǒng)狀態(tài)應(yīng)為空狀態(tài)或已下線狀態(tài)，對(duì)于狀態(tài)為已上線的工裝板通過上線點(diǎn)時(shí)會(huì)觸發(fā)異常上線報(bào)警事件［8］。如圖6所示，為信息綁定流程圖。

圖6 信息綁定流程圖

通過在工位上安裝數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，在工位工控機(jī)上安裝RFID系統(tǒng)工位客戶端程序，并配置工位模塊實(shí)現(xiàn)在工控機(jī)上顯示工藝指導(dǎo)。基于現(xiàn)場(chǎng)電子看板的工藝指導(dǎo)顯示一般由MES系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。在MES系統(tǒng)不具備相關(guān)軟硬件功能的情況下，也可以提供相應(yīng)成套解決方案。通過在工位上安裝數(shù)據(jù)采集點(diǎn)、智能顯示屏（安卓），并在RFID產(chǎn)線應(yīng)用系統(tǒng)中配置工藝指導(dǎo)模塊參數(shù)實(shí)現(xiàn)工位工藝實(shí)時(shí)指導(dǎo)。如圖7所示，為空調(diào)產(chǎn)線應(yīng)用實(shí)例圖。

圖7 空調(diào)產(chǎn)線應(yīng)用實(shí)例圖

通過RFID數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對(duì)設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)測(cè)性維護(hù)、異常模式自動(dòng)識(shí)別。預(yù)測(cè)性結(jié)果分析和可視化實(shí)時(shí)信息,有效減少設(shè)備的停機(jī)，提高產(chǎn)出，而且提升工廠整體的運(yùn)行性能。實(shí)現(xiàn)質(zhì)量信息采集，主要依托RFID技術(shù)，系統(tǒng)以空調(diào)室外機(jī)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝流程為主線，分別對(duì)生產(chǎn)線各工序的需求和實(shí)現(xiàn)功能進(jìn)行細(xì)化設(shè)計(jì)，將各工序執(zhí)行的異常情況及過程質(zhì)量檢測(cè)參數(shù)進(jìn)行記錄和統(tǒng)計(jì)，并形成電子指控卡。通過采集到的信息數(shù)據(jù)建立和完善質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，做到產(chǎn)前預(yù)警，產(chǎn)中控制，產(chǎn)后分析，從而建立機(jī)型健全的質(zhì)量保障體系。

4 結(jié)語

通過將射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)總裝生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)RFID數(shù)據(jù)信息采集功能，實(shí)時(shí)采集空調(diào)在制品的生產(chǎn)過程信息，形成完整的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；與線體對(duì)接實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品自動(dòng)分流控制，與生產(chǎn)、檢測(cè)設(shè)備對(duì)接，實(shí)現(xiàn)空調(diào)在制品加工、檢測(cè)參數(shù)的自動(dòng)化調(diào)節(jié)；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與MES系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵工件質(zhì)量追溯防錯(cuò)、重點(diǎn)工序人員管控，支撐生產(chǎn)現(xiàn)況與管理的可視化需求實(shí)現(xiàn)。

實(shí)現(xiàn)混流生產(chǎn)過程中關(guān)鍵工件有效防錯(cuò)手段，根據(jù)產(chǎn)品自動(dòng)判斷和校驗(yàn)關(guān)鍵工件安裝是否正確。混流生產(chǎn)的情況下，快速準(zhǔn)確地識(shí)別在線產(chǎn)品并對(duì)工位工人提供實(shí)時(shí)工藝指導(dǎo)。紙質(zhì)質(zhì)控卡變?yōu)殡娮淤|(zhì)控卡，核心質(zhì)量部件做到同產(chǎn)品一一高效綁定，并提供完整的質(zhì)量追溯。實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵工位自動(dòng)識(shí)別產(chǎn)品信息，并結(jié)合自動(dòng)化對(duì)接工裝，實(shí)現(xiàn)測(cè)試設(shè)備與空調(diào)產(chǎn)品的自動(dòng)對(duì)接檢測(cè)，并將測(cè)試結(jié)果、測(cè)試報(bào)告實(shí)現(xiàn)同產(chǎn)品綁定。實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品、設(shè)備同MES等信息系統(tǒng)集成，打通信息通道，大大提升空調(diào)生產(chǎn)線的信息化水平。