基于RFID技术的加工制造车间数据采集方法的研究

曹善甫 李珺涛（天华化工机械及自动化研究设计院有限公司，甘肃兰州730060）

0 引言

在当今时代的机械加工制造行业，加工车间依旧运用人力采集、人力录入等形式获取与储存生产线有关数据，这样的方式主要有两个不足，一是效率低下，车间规模大了手录的工作量非常大，且手录要占用工人大量的时间；二是手录会出现一定的失误。人工录入只能在固定时间录入，难以即时更新平台中的生产信息，存在特别严重的滞后问题，妨碍生产流的顺畅开展，不利于生产能力的提升。为此，企业发展面临重大阻碍因素：生产环节的信息无法即时采集。

1 加工制造车间生产信息数据采集的现状

对于大多数制造行业的公司而言，车间的信息化工作开展很不理想，生产环节的信息难以即时传输给公司的管理人员，导致企业决策缺乏合理性与时效性。制造行业的企业普遍存有下述问题：

（1）产品构成繁杂，种类多。每类产品的架构关系繁杂，皆由诸多零部件构成。为了有效满足市场需求，企业还需要不断开发新产品，不断丰富产品类型。

（2）工艺路线繁杂富于变化，生产时间长。成品需历经零部件制造、安装等诸多过程，许多零件需很多道工序才能够制造完成，牵涉很多车间、外部合作单位。从原料购买、加工、安装到从工厂运出，通常需几十天乃至好几个月，致使产品制造周期过长。

（3）生产过程繁杂。要保持正常生产，需原料、机械、工装夹具、仓储、实操工作者等诸多环节诸多人员的配合，涉及企业多个职能组织和供应单位，制造流程繁杂。

该些问题导致管理工作者对制造周期的预计、管控能力减弱，难以应对产品个性化需求增多、交货时间短的当前市场发展形势。

2 RFID的应用研究

2.1 射频识别技术RFID

RFID，中文意思是无线射频识别，其是由芯片与耦合元件构成的拥有唯一电子编码的标签。最基础的程序通常包含发射接收天线、读写器、应用程序、RFID 标签等内容[1]。把储存有有关数据的芯片粘贴到待辨识物体的外表，依托读取器获取、更新信息，且在破解编码后传输给电脑，让其对信息进行处理。当前该技术已大量运用到高速公路收费、供应链管控、身份辨识等多个方面。德国的企业BMW 把射频识别系统RFID 标签运用到汽车制造领域。Motorola企业将该技术运用在超净车间中以对生产线的零件流动方向进行管控。RFID 已被有关专业人士确定为二十一世纪影响力最大的技术领域，该技术被誉为当前最具发展潜力的技术之一[2]。

2.2 RFID应用的四个方面研究

制造行业的信息系统MES 是依托信息管控的一个精准执行程序，这必定需要对计划与实行过程加以精准管控。为此需要有精准的信息作为基础和保证，此便要求在制造过程中采集即时信息，搜集更全面的生产即时信息以确保方案与实行的同步，并第一时间对异常状况加以科学处理。

生产车间生产环节的信息包含车间操作工作者、生产原料、生产机械、工票、工人服装、加工程序等，牵涉到车间的诸多方面。制造现场的信息包含操作者、原料、机械、工票、车间加工环节等。在该方面，RFID技术可以迅速、精准地提供即时信息，运用信息采集器现场获取制造环节的有关数据比在制造现场放置多台计算机以人工的方式进行输入更快捷、高效。

经过在制造车间广泛运用RFID技术，能够把由RFID获取的各类信息加以高效集成处理。该技术能够和智能化的生产线结合，在生产管理的优化方面，RFID技术的作用主要体现在下述四点：

（1）在生产计划调度方面，比如安装、加工等机械的RFID能够提供机械的运行时长、运行状态、功能特点等，如此便能够基于产品订单对车间即时生产状况加以监督，且安排车间的具体生产计划。

（2）物料和仓储方面，运用RFID 技术，能够在短时间内让生产环节以可视化形态出现，有利于仓库第一时间了解物料使用状况。在确保零部件和原料供给充足的基础上，调整库存水平，降低库存所占用的资本。

（3）在零部件跟踪方面，可以达成由原料到成品的全部流程的追踪。当零部件出现在生产线或者出现在完工区时，RFID技术能够智能化记录生产过程、机械、工人编码、生产时长，防止了人力录入信息、条形码扫描等操作失误问题的出现。

（4）在质量控制方面，产品能够追溯的信息的获取——产品架构与制造信息的获取是实施产品召回措施的前提，RFID技术能够提供最新的即时信息流，能够确保科学运用人工、机械、生产工艺等，进而达成无纸化制造且缩短不同生产环节的衔接时间，以确保制造流程和产品品质的稳定性。经过在原料与成品上粘贴的RFID标签便能够即时获取有关数据。

2.3 RFID的实时方法

每个零部件自物料开始便具有独特的射频标签，在其出现在流水线或者出现在完工区的所有环节，皆有射频读写器自主记录机械、操作者编码、生产工序、生产时长等数据，且依托互联网把新信息传输到企业管理平台，防止了人力录入信息的不及时性和人工录入或许产生的信息不准确问题的产生。

在工序开始的第一个环节设立在产品相对应的RFID 电子标签,且将其固定在流水线台架上，当作制造产品在整个制造流程监视的标识。产品达到流水线时和电子标签捆绑，下线之后将标签解除，RFID电子标签可在流水线上多次运用。

在产品制造流程监视的核心工位上，工位管控器依托RFID采集器与天线，智能采集达到该地点的产品的重要标识信息，且经过对光电传感器进行设置有效辨识空台架，检查出由于金属事物遮掩等因素导致的RFID 电子标签漏读，保证准确采集在制品有关数据。零件出现在流水线或者出现在完工区，电子标签便可自行记录加工流程、机械、工作人员编码、加工时长，防止产生人力信息录入、条形码扫描等操作导致的信息不准确问题的产生。如此，依托RFID 技术可达成产品由物料到最后成品的全流程追踪。

RFID 读写器获取经过有关工位的正在制造过程中的产品电子标签上的数据，在传输到车间管控器的同时，当作生产管控的根本依据；另外还传输到工位管控器，该设备把其生产方案和目前的进度情况进行比较，满足有关标准的才可以进入制造工位；不然便以声光的方式发出预警，保证生产工位原料传输的精准无误，防止之前经常出现的由于忽略零部件细微差别而导致的装配失误问题的产生。工位控制器依据处于制造过程中的产品有关数据和生产命令加以处理，且依托电子看板为操作人员提供科学的指引；另外，把核心零部件信息传输到车间控制器进行储存，以便于后期对质量进行剖析。

3 结语

（1）RFID实时数据采集系统是企业信息化实现物联网的手段，RFID 是MES 管理系统的数据基础，只有把基础打好了，才能把MES 的功能发挥出来；他甚至间接影响企业ERP 系统，RFID系统为完成从原料购买、仓储、营销到财会核算的完整的信息程序规划，达成营销、原料购买、仓储、制造、财会、成本、品质、机械、技术、工人管控的有效融合，达成企业无纸化生产与智能化管控奠定了基础。

（2）RFID 技术体现出稳定性强、精准度高、录入效率高、非接触等突出优势，改变了信息输入与信息获取的效率低、准确率低的现状，把RFID 技术和当前已经比较成熟的ERP 技术、MES技术有效融合，让制造过程与储存过程中对在制品的追踪和产品的品质追踪更为准确全面，有利于企业优化产品质量，减短产品生产时间，压缩生产费用，提升生产速率，提升企业的整体竞争实力。