基于RFID技術(shù)的空調(diào)混流生產(chǎn)方法研究

劉海冰，吳晗

（珠海格力電器股份有限公司，廣東珠海，519070）

格力電器家用空調(diào)年產(chǎn)能達6000萬臺(套)，商用空調(diào)年產(chǎn)達550萬臺(套)。珠?？偛坑?大總裝分廠，6大配套分廠，產(chǎn)銷規(guī)模以每年20%以上的速度高速增長；生產(chǎn)的空調(diào)產(chǎn)品涵蓋20個大類、400個系列、12700多個品種規(guī)格，需要外購的物料達30多萬種。生產(chǎn)制造過程不但有批量大、品種單一的訂單生產(chǎn)模式，還有批量小、品種多、個性化的訂單生產(chǎn)模式。在當前的經(jīng)濟環(huán)境下，賣方市場向買方市場的轉(zhuǎn)變，意味著小批量、多頻次、個性化的生產(chǎn)模式愈漸成為制造型企業(yè)的一大難題，管理難度急劇增加，物料種類繁多，對產(chǎn)品質(zhì)量、制造過程效率造成重大影響。所以，需要生產(chǎn)成本更低、產(chǎn)品型號更豐富、個性化更強的產(chǎn)品，從而需要我司具備柔性化更優(yōu)，智能化更強，快速響應市場需求的生產(chǎn)系統(tǒng)。在個性化需求激增的潮流下，大多數(shù)的空調(diào)制造商選擇使用小批量、多類型的混流生產(chǎn)方式，這種生產(chǎn)方式對生產(chǎn)線的柔性及員工的操作能力有著很高的要求，可快速應對高速變化的市場需求［1］。因此，將RFID技術(shù)應用于空調(diào)混流生產(chǎn)十分重要。

1 RFID技術(shù)

RFID技術(shù)（Radio Frequency Identification），又稱為無線射頻識別技術(shù)，利用讀寫器與電子標簽之間的電磁耦合來實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，通過控制器向電子標簽讀取或者寫入數(shù)據(jù)，從而對電子標簽及其所代表的對象進行識別或者向電子標簽存儲有用數(shù)據(jù)。當貼有電子標簽的待識別物料出現(xiàn)在讀寫器的讀出范圍內(nèi)時，讀寫器自動以非接觸的方式將電子標簽內(nèi)的識別信息取出，實現(xiàn)物料自動識別和數(shù)據(jù)交換功能［2-3］。

RFID系統(tǒng)一般由電子標簽（Tag）、讀寫器（Reader）以及遠距離收發(fā)信號的天線（Abtenna）組成，電子標簽由耦合元件和芯片組成，標簽類別可分為有源和無源標簽，無源標簽從讀寫器發(fā)出的射頻信號中獲取電能，系統(tǒng)識別距離較近；有源標簽自帶微型電池供電，系統(tǒng)識別距離較遠。讀寫器是RFID系統(tǒng)的核心，連接上位機和電子標簽通信，進行數(shù)據(jù)交換［4］。上位機程序?qū)⒅噶畎l(fā)送到讀寫器，讀寫器將要發(fā)送的信號經(jīng)過編碼加載在某一頻率的載波信號上經(jīng)天線向外發(fā)送。進入讀寫器工作區(qū)域的電子標簽接受此脈沖信號，電子標簽中的芯片對信號進行調(diào)制解調(diào)，對讀命令或?qū)懨钸M行操作，之后再把讀到的信息反饋給讀寫器，讀寫器將信號處理后再通過網(wǎng)絡端口、RS232、RS485等數(shù)據(jù)接口，將信息發(fā)送至上位機信息系統(tǒng)進行有關(guān)數(shù)據(jù)處理，RFID技術(shù)原理如圖1所示。

圖1 RFID技術(shù)原理圖

將RFID技術(shù)應用到空調(diào)混流生產(chǎn)中，RFID系統(tǒng)與我司MES系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，能夠把管理層中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)、生產(chǎn)計劃、排產(chǎn)調(diào)度等信息下達到生產(chǎn)層，可通過線體PLC調(diào)節(jié)線體生產(chǎn)設備參數(shù)、拉動物料來料、調(diào)整崗位資質(zhì)員工等，并實時采集生產(chǎn)層的現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦芾韺?，有助于管理調(diào)整生產(chǎn)計劃和調(diào)度安排，實現(xiàn)柔性化混流生產(chǎn)和信息化管理［5］。

2 混流生產(chǎn)線工藝流程分析

空調(diào)行業(yè)年產(chǎn)能巨大，客戶所需空調(diào)種類繁多，傳統(tǒng)混流產(chǎn)線工藝已不能滿足生產(chǎn)需求，該問題在我司日益突出。初步統(tǒng)計我司單條分體外機生產(chǎn)線平均日產(chǎn)能約為2500臺，涉及的生產(chǎn)機型每天可多達200種，而且部分機型差別較大，對產(chǎn)線的調(diào)度影響較大，導致生產(chǎn)效率較低。

以我司分體外機生產(chǎn)線為例，單條生產(chǎn)線標準工序包括底盤上線、裝壓縮機、裝冷凝器部件、配管等，初步統(tǒng)計裝配、測試、檢驗等工序約100道，部分復雜機型工序可達120道，生產(chǎn)工藝流程圖如圖2所示。

圖2 生產(chǎn)工藝流程圖

混流生產(chǎn)線工序流程眾多，不同機型的生產(chǎn)物料差別也較大，如表1所示，底盤物料的編碼可多達100多種，其搭配的壓縮機型號均有差別，后續(xù)裝配工序也將有較大差別?；炝魃a(chǎn)過程中人員、設備、物料、裝配方法、操作環(huán)境、操作工時等都隨著生產(chǎn)機型的切換而變化，對現(xiàn)有的生產(chǎn)模式形成了較大的挑戰(zhàn)，現(xiàn)有的混流生產(chǎn)工藝模式已不能滿足日益增加的混流生產(chǎn)需求，主要涉及到生產(chǎn)過程信息流記錄、生產(chǎn)物料切換、生產(chǎn)設備工藝參數(shù)調(diào)節(jié)等，需要通過信息化、智能化手段進行提升。

表1 底盤生產(chǎn)物料表

在空調(diào)混流生產(chǎn)線中，搭建混流生產(chǎn)全流程信息化管理平臺，引進RFID技術(shù)，增加信號數(shù)據(jù)采集設備，開發(fā)線體設備通訊端口，并關(guān)聯(lián)公司MES、ERP系統(tǒng)，可實現(xiàn)混流線體數(shù)據(jù)互聯(lián)，提升我司車間信息化管理水平。

3 混流生產(chǎn)線RFID應用

在空調(diào)混流生產(chǎn)線上，RFID天線、讀寫器等設備被大批量的部署在生產(chǎn)線的不同崗位，從零部件上線組裝，到基本功能檢驗，最后檢測合格成品打包下線，各個崗位的硬件設備均由同一個PLC進行控制。各個崗位讀寫器都需要通過數(shù)據(jù)接口連接來與產(chǎn)線控制設備進行通訊，但各種控制設備支持的通訊協(xié)議種類不盡相同，在RFID產(chǎn)品的應用過程中需要重新編寫其在控制設備中的程序，以實現(xiàn)控制設備與RFID讀寫器的通訊［6］。如圖3所示，為RFID系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖。

圖3 系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖

RFID信號標簽安裝在流水線工藝板上，每條生產(chǎn)線約有100塊工藝板，所選用標簽型號為SGHT-263，安裝完成后采用PDA手持機進行信息初始化。RFID天線安裝在需采集信號崗位處，位于流水線上水平位置，不得高于流水線上工藝板邊緣，讀取距離為5cm-8cm。RFID讀寫器位于該崗位附近的小型控制柜內(nèi)，讀寫器與天線通過射頻信號饋線連接。各崗位均配置了Windows電腦或安卓一體機，電腦與讀寫器通過串口數(shù)據(jù)線進行連接，實現(xiàn)信息聯(lián)通。

圖4 硬件安裝圖

根據(jù)混流生產(chǎn)模式需求，應用多系統(tǒng)交互融合通訊技術(shù)，打通ERP、MES、PLM之間數(shù)據(jù)流，基于射頻識別技術(shù)，自主開發(fā)底層RFID軟件，搭建基于裝配制造模式的智能制造服務平臺。在零部件上線時進行信息掃描綁定，圖5所示為RFID軟件平臺界面，RFID條碼與MES訂單條碼綁定成功后，該信息將作為產(chǎn)品生產(chǎn)過程的流程信息，貫穿整個生產(chǎn)流程，直到該產(chǎn)品裝配測試完成，作為成品下線，在下線前進行解綁［7］。

圖5 RFID軟件平臺界面

根據(jù)混流生產(chǎn)線功能需要，通過在各需求崗位上安裝RFID數(shù)據(jù)采集點，并在崗位上安裝一體機終端設備，配置安裝RFID管理系統(tǒng)，實現(xiàn)單個工序的數(shù)據(jù)采集、分析、集成、顯示，各個工序通過線體PLC、網(wǎng)關(guān)會將信息反饋至服務器，再由服務器發(fā)送直接，實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)功能。

混流生產(chǎn)過程中轉(zhuǎn)機切換頻繁，通過開發(fā)RFID軟件系統(tǒng)與MES系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，可以優(yōu)化流程，實現(xiàn)快速切換。單純的MES系統(tǒng)部具備軟硬件功能，但是RFID系統(tǒng)采集并反饋硬件數(shù)據(jù)，正好解決了這一難題。通過產(chǎn)品信息上線時一一對應綁定，確定產(chǎn)品生產(chǎn)流程信息唯一性，在后續(xù)每個裝配崗位，該崗位顯示終端會顯示該機型信息，如裝配有誤、不合格，則自動報錯，聲光三色燈提示，阻擋器升上來，不合格產(chǎn)品會記錄故障信息，下線處理合格后再重新上線［8］。在制品加工邏輯如圖6所示。

圖6 在制品加工邏輯圖

RFID系統(tǒng)可以為混流生產(chǎn)線提供產(chǎn)品識別智能化、生產(chǎn)可視化、產(chǎn)品檢測智能化、設備管理等功能。通過RFID系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)生產(chǎn)、產(chǎn)品、設備等數(shù)據(jù)采集分析，對混流產(chǎn)品生產(chǎn)進度實現(xiàn)顯示更新，對物料進行預警，拉動前段物料配送，對設備狀態(tài)實時監(jiān)控、預測性維護、異常模式自動識別。RFID技術(shù)應用于混流生產(chǎn)線，可以有效提升產(chǎn)品質(zhì)量管控水平。以空調(diào)外機生產(chǎn)線為例，應用RFID技術(shù)可以優(yōu)化產(chǎn)品生產(chǎn)管控流程，對各工序的需求和實現(xiàn)功能進行細化設計，各工序崗位的異常情況和過程質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)可以實時采集，并反饋至后臺系統(tǒng)進行統(tǒng)計分析，形成混流產(chǎn)品內(nèi)部數(shù)據(jù)庫。通過采集到的信息數(shù)據(jù)建立和完善質(zhì)量標準，做到產(chǎn)前預警，產(chǎn)中控制，產(chǎn)后分析，從而建立機型健全的質(zhì)量保障體系。

4 結(jié)論

通過將RFID技術(shù)應用于空調(diào)混流生產(chǎn)線，實現(xiàn)混流生產(chǎn)線全流程質(zhì)量跟蹤管理。RFID信息采集點布局于線體各個崗位，實時采集混流空調(diào)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程信息，形成完整的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，通過軟件控制平臺，實現(xiàn)快速轉(zhuǎn)機切換，提升混流生產(chǎn)線工作效率。

空調(diào)混流生產(chǎn)線實現(xiàn)信息化工藝革新，可快速準確識別在線產(chǎn)品生產(chǎn)狀況，并依靠線體終端實時指導生產(chǎn)。各關(guān)鍵崗位可通過RFID天線自動識別產(chǎn)品信息，系統(tǒng)可根據(jù)機型信息自動調(diào)節(jié)設備參數(shù)，通過自動化工裝，實現(xiàn)測試設備自動對接測試，檢測結(jié)果自動上傳至后臺數(shù)據(jù)庫。RFID系統(tǒng)平臺與MES、ERP等系統(tǒng)互聯(lián)，實現(xiàn)系統(tǒng)互聯(lián)集成，有效提升混流生產(chǎn)線信息管控水平，確保公司產(chǎn)品質(zhì)量。