上海燁煊信息技術RFID生產管理系統

　　一：項目背景

　　1.1項目現狀

　　隨著市場競爭加劇，產品生命周期縮短，離散制造業對市場反應速度的敏感性越來越強。而與反應速度有關的參數，最具有代表性的是反應時間和交貨期。為此，企業必須采用信息技術和先進制造技術在保障質量的前提下提高企業的生產效率。這更加要求管理人員加強企業資源計劃層和過程控制層之間的生產過程管理。

　　傳統的離散型制造業現狀:

　　生產過程中缺少監管機制，生產信息不透明，生產調度難，導致生產執行困難。

　　不能全面及時發現和處理產品異常，不能提供全面的績效指標和管理報表。

　　條碼易破損受污染難讀取，信息儲存量小，易復制。

　　人工操作繁瑣，表格記錄易出錯，勞動力浪費等。

　　與現有的ERP等系統銜接困難，缺乏完整的追溯系統。

　　因此改變現在的這種從生產制造流程到自動識別技術的困局都需要一個新的方案和技術來解決這些問題，改變當前生產效率低下，勞動力浪費，管理混亂以及追溯困難的現狀。

　　RFID技術，作為近幾年來新興的自動識別技術。首先其擁有全球唯一的編碼標示，標簽本身具有寫入功能，遠距離識別，群讀能力強等特點，無疑成為了這個困局的解救者，為新的流水線系統的實施創造了可能。

　　1.2項目實施的意義

　　RFID技術擁有全國唯一的識別號，其傳輸速度快，群讀能力好，受污染破損依然可以工作，使用壽命長，可以重復利用等特點決定了其作為身份識別的最佳選擇。面對離散型制造業過程中的生產效率低下，勞動力浪費，生產過程不透明，信息調度難等問題，上海有限公司炘璞電子科技推出的RFID流水線管理追溯系統針對性的為企業解決以上問題。

　　RFID流水線管理追溯系統優點:

　　生產信息透明，管理人員可以通過看板或者電腦實時觀看流水作業每時的進度。

　　可以實時監測產線需要安裝的設備是否出錯，避免重復勞動，產品流水作業串位報警。

　　解決了原來條碼的弊端問題，擁有唯一識別TID號，可以結合系統建立完善的追溯體系。

　　提高流水線作業速度，減少不必要的勞動力陳本，增加企業利潤。

　　提供完善的軟件接口，接入企業ERP系統。

　　二：系統概述

　　2.1系統設計的原則及原理

　　本系統立足于完善和配合企業現有軟件管理之系統，具有很強的定制性。秉承提高生產效率完善生產制度以及企業后續溯源的理念，全面提升企業信息化程度。

　　在每個需要檢測的工位附近安裝一個RFID讀寫器，每個需要檢測的工位合理區位安裝一個RFID讀寫器天線，同時在一些需要管理的生產產品托盤或者產品黏貼一個RFID標簽。當產品隨著流水線的傳送帶到每個需要檢測的工位處，讀寫器自動識別相關工位的產品(可以讀取產品的信息：包括產品的批次，顏色，型號生產廠家等)并且將相關數據錄入系統進行管理和調度。同時可以結合條碼，對一些重要的零部件進行綁定，現實后期的產品質量溯源。對于上個工位沒有進行操作的動作進行提醒和報警等。

　　其內容主要包括以下幾點

　　在裝配流水線的每個工位上對裝配的零部件進行監控。

　　對裝配的零部件在工位上被發現異常情況時發出報警信號。

　　對每個裝配的零部件的批次號存檔并建立數據庫，以備洗衣機發生質量事故時可進行歷史追溯。

　　系統硬件架構

　　項目的硬件架構分二層。第一層為RFID數據采集控制層，第二層為數據管理層。整個RFID系統設計滿足在較為惡劣的工業環境下也能正常運行。

　　系統的擴充非常容易，本系統與工廠的控制系統連接可以做到無縫連接。本系統與工廠的MES系統或者ERP系統連接也十分方便。因為，本系統的架構是在大構架的基礎上建立的一個小系統，完全滿足SIMATIC PLC的整體要求。系統架構圖示如下。

　　本系統架構圖示說明：

　　第一層由讀寫器、天線、T電子標簽、條形碼手持機和現場顯示屏(看板)、漏波電纜、紅綠燈排等組成。PLC作為采集控制主機，可方便地加入現場各種輸入輸出設備，當RFID采集點增加時通過工業以太網就可以輕松地加入，當采集點大量加入時通過增加以太網通訊板，就能滿足大規模的RFID采集點需要。而軟件通過組態軟件的編程，只要很少的時間就可以完成系統重新構建工作。

　　該層的RFID數據采集由RF四通道讀寫器和天線完成。對本裝配流水線RF讀寫器可連接3至20米距離的天線，一個讀寫器帶4個工位的天線毫無問題，使讀寫器的費用大大減少。

　　本方案設計一個現場顯示屏作為現場看板，顯示流水線的相關信息和報警提示，幫助工位工人及時了解生產狀況。同時在每個工位配備紅綠燈排，在流水線安裝的過程中當前工位發生故障時及時提醒工人迅速排除故障。

　　第二層為數據管理層， 由上位工業計算機構成，本方案采用了性價比極高的西門子工業PC機。它是一款堅固可靠的機架式工控機，采用19英寸標準4U機架式設計，配置IntelPentium Dual Core G2010處理器，可在環境溫度高達 40oC 的工業條件下保證CPU 24小時全速運行。為了確保系統小型數據庫的容量，我們選用該系列中內存16G和硬盤500G的實用型工業PC機。

　　系統軟件結構

　　項目軟件供了完整的組態開發軟件。從下層數據采集到現場的控制與顯示，最后全系統的全面監控都可以在各個層面用相應的組態軟件編程。

　　本系統軟件開發下層的數據采集采用RFID systems RF，即RFID系統的中間件軟件。可靈活對現場監測點設備的配置、調整、采集密度等進行組態，還可以對采集層的數據上傳、指令下發及必要的I/O信號的執行進行組態。

　　現場顯示信息和報警看板采用西門子Human Machine Interface 組態軟件，組態流水線生產過程重要的信息顯示，包括：各類圖表、生產過程信息(計劃完成統計報表、趨勢圖)、報警提示。必要時可組態現場個別需要控制的而加入的控制功能。考慮到本系統以采集現場裝配流水線各工位裝配的部件的批次號數據以及數據管理功能為主的特點，系統不需要與流水線實際的控制結合的要求。況且本系統不大，系統的管理功能不太復雜。由我公司采用通用軟件完成數據庫管理和上層數據轉發及與其它系統信息交互的應用軟件的開發。通過一個完備的服務器平臺，可以在該平臺上建立Web服務器擴展模塊。提供完美而可以輕松創建具有適應多變的工業需求所需的靈活性的命令窗口、按鈕、菜單、工具欄和其他屏幕元素。

　　系統使用 IIS7.0 + Framework4.0 + SqlServer 2008作為上位計算機(服務器和數據庫)軟件開發平臺，使用B/S或C/S架構進行系統搭建。開發工具為 Visual Studio 2012。

　　三：RFID系統管理設計

　　3.1裝備流水線的組成

　　選擇五個工位先行試點RFID數據采集和信息管理，試點項目完成后進一步完善提高，將在整條流水線推廣應用 。

　　3.1.1 五個工位初步擬定為：

　　工位1：裝配起始工序，洗衣機滾筒放到工裝板上

　　工位2：電腦板裝入洗衣機

　　工位3：機械程控器裝入洗衣機

　　工位4：減速器裝入洗衣機

　　工位5：電容器裝入洗衣機

　　五個工位在流水線上的分布及每個工位的檢測設備布置如下

　　RFID設備圖示說明：

　　1)讀寫器天線，安裝于工位前的30-40 cm處。

　　2)帶4/2天線讀寫器各一個，分別安裝在適當的工位處。

　　3)條碼掃描器，放在工位的邊上，掃描條形碼信息。

　　4)工位紅綠燈排，放在工位稍高處，顯示部件裝配報警信息。

　　5)顯示屏，西門子HMI展示屏，顯示流水線運行相關信息

        6) 漏波電纜，作為條碼手持機的信息傳媒介質。

　　3.2 裝配工位檢測過程

　　工位1：開始裝配工位

　　首先，在工裝板放上流水線之前先把250個RFID標簽裝入工裝板底部，并且對250個工裝板進行固定編號，編號為0001、0002、0003……0249、0250，這些編號一般比較固定，也可以更改，建議較少更改。把裝有RFID標簽的工裝板放上流水線工位1，裝在工位1處的讀寫器天線自動讀到了該工裝板的固定編號。同時工位1上的工人把洗衣機滾筒放到工裝板上。工人用掃描槍掃描滾筒上的一維條形碼，PLC RFID系統讀到了該滾筒的相關信息，包括：產品編號、生產日期、材料牌號等，并且自動把這些信息與當前工位上的工裝板編號綁定在一起，作為該批次被安裝部件首件存入數據管理中心數據庫。數據管理中心把綁定的信息顯示在工位1看板上。數據如表1-1。

　　工位1每放一塊工裝板重復以上過程，數據中心自動對當前批次號的待裝部件減1，并進行判斷。

　　現場的HMI顯示看板分紅黃綠燈警示區、數據顯示區。數據中心記下首件滾筒的編號同時，在該批待裝的滾筒數量上自動減1。紅黃綠燈分別警示待裝滾筒數量的狀態，綠燈亮表示待裝滾筒供應正常，黃燈亮表示待裝滾筒數量很少(比如設定3個以內)，提醒工人應準備新的批次待裝滾筒。紅燈亮表示該批待裝的滾筒數量為零，提醒工人必須要換新批次的待裝滾筒。如果，下一批次滾筒在工裝板放入工位1時，首件滾筒未被掃描，紅燈繼續亮，直到掃描到首件滾筒信息后紅燈熄滅綠燈翻亮。在每個工位處同時安裝紅綠燈排，同步顯示看板的紅綠燈信息。

　　工位1監測流程示意如下：

　　工位2： 電腦板裝配工位

　　當工裝板移動到工位2時，工位2前的讀寫器天線首先讀到工裝板標簽，表示該洗衣機進入工位2進行裝配。工人用掃描槍掃描電腦板箱上的條形碼，讀取電腦板箱批號。掃描槍把相關數據發送給數據管理中心進行數據綁定，并把該電腦板作為該批次電腦板的首件存儲。以后工裝板進入工位2安裝電腦板時，不用掃描電腦板箱條形碼，直到該批次電腦板用完。其它過程同以上工位1。

　　工位3： 機械程控器裝配工位

　　當工裝板移動到工位3時，工位3前的讀寫器天線首先讀到工裝板標簽，數據管理中心判斷移出工位2的零部件信息是否正常，正常看板不會報警，否則看板報警，同時工位2的紅綠燈排顯示與看板相同的信息。工位2工人將迅速對移出的洗衣機進行再次復核檢查，合格后放行。不合格時按不合格品處理方法處理。工位3 的其它監測功能同崗位2.

　　工位4：減速器裝配工位

　　同工位3

　　工位5：電容器裝配工位

　　3.3在線數據管理功能

　　裝配線在運行RFID系統后，按照公司ERP系統下發的生產計劃，動態采集裝配全過程的信息，對每一道裝配工序的進入和完成時間精確統計，為及時調整裝配線生產能力提供了準確的數據。同時，每個工位安裝的部件批次號將記錄下來，存入歷史檔案，為追溯產品的質量提供直接的數據。管理功能包括：

　　·在裝配流水線的每個工位上對裝配的零部件進行監控;

　　·對裝配的零部件在工位上被發現異常情況時發出報警信號;

　　·對每個裝配的零部件的批次號存檔并建立數據庫，以備洗衣機發生質量事故時可進行歷史追溯;

　　·無論是正常的裝配計劃還是臨時增加/改變的裝配計劃，裝配流水線的管理將自動跟著計劃改變而改變。以上管理功能都不變;

　　·把ERP的BOM清單，與實際裝配的部件精確比較，自動監控每一道工位的安裝部件的準確性;

　　·試點項目已考慮以后監測工位擴大到全流水線時，RFID系統功能具有可擴展性，讀寫器等RFID設備可方便地擴充，軟件的編程通過中間件軟件組態就可完成。如果要把本系統與上層MES或ERP鏈接，也十分方便。系統的軟硬件都能滿足系統擴展的要求。

　　3.4工位上的待裝部件發現問題

　　當裝配工人發現待裝部件質量有問題，應把該問題部件挪離放到不合格品區，同時用掃描槍掃描工位條形碼，表示該工位發現了一個問題部件，數據管理中心接到該工位條形碼信息，記錄該工位出現問題部件的時間、問題部件的批次號，并自動在該批次號總數量上減1。

　　3.4.1工位部件安裝后發現問題

　　當前工位洗衣機移動到下一個工位時，數據管理中心將對上一工位安裝部件的信息進行自動校對。信息一致放行。不一致，工人將不合格洗衣機挪離流水線，然后用工位2掃描槍掃描工位2 條形碼，數據管理中心接收到工位2的條碼信息，同時也接受到工位3的工裝板電子標簽的信息時，表示該洗衣機離線，作為不合格品處理。數據管理中心將對洗衣機裝配計劃的數量重新統計。

　　3.4.2洗衣機安裝非規則排列裝配

　　當洗衣機裝配順序的排列非規則或各種洗衣機裝配順序混搭時，流水線看板將顯示當前將要安裝的洗衣機型號、應該裝配的部件批次號。并提醒工人檢查被裝配的部件批次號是否與看板顯示的批次號一致，一致進行首件部件批次號條形碼掃描。然后步驟同以上各工位的監測過程。不一致，報告裝配線組長檢查原因。

　　3.4.3漏裝部件

　　下一個工位工人發現上一工位漏裝部件，應立即通知上個工位工人，上個工位的工人按異常情況處理功能2進行處理。

　　3.4.4流水線故障突然停運

　　發生此類問題，RFID系統自動保存流水線當前各工位的信息，同時流水線看板顯示當前裝配線五個工位的相關信息。

　　3.4.5工裝板標簽故障

　　系統發現工裝板故障時，流水線看板將給出提示報警信息，故障板所在的紅綠燈排顯示故障信息。此時，工位工人應立即使用條碼掃描槍掃描貼于工裝板上的緊急情況下使用的工裝板條形碼。因為，此條形碼已與工裝板標簽綁定，緊急情況下可采用掃描此條形碼代替工裝板標簽，起到與標簽相同的作用。

　　3.4.6工位讀寫器故障

　　工位讀寫器故障時，要求系統維護人員迅速更換備用讀寫器。在發生故障后到更換新的讀寫器期間，工位工人應使用條形碼掃描槍掃描工裝板應急條形碼。更換讀寫器的時間不會超過半小時，不會給個人增加太多的工作量。

　　3.4.7系統上位機(服務器)故障

　　系統服務器故障是系統重大事故。應盡量避免這種事故發生。此時，PLC正常工作。數據暫存在PLC的CPU內存中，在上位機修復后數據自動發送到上位機。

　　3.4.8 工業以太網故障

　　以太網故障可能有以下幾種情況發生：

　　·個別讀寫器以太網連線損壞致使讀寫器不能傳輸數據，用條碼手持機代替讀寫器。

　　·連接PLC到二個讀寫器的以太網故障，此時連接漏波電纜的以太網起到備用網的作用，每個工位的條碼手持機代替讀寫器的天線，讀取工裝板備用的條形碼。

　　·連接漏波電纜的以太網故障，此時，每個工位的部件如果還有足夠多，工位讀寫器仍自動減1，不影響生產，但是流水線看板將報警，工位紅綠燈排同時顯示報警，此時應緊急修復該段以太網故障。如果工位待裝部件已經很少，應緊急報警，停流水線。

四：上海燁煊信息技術部分項目案例