RFID生产管理系统

上海烨煊信息技术RFID生产管理系统

　　一：项目背景

　　1.1项目现状

　　随着市场竞争加剧，产品生命周期缩短，离散制造业对市场反应速度的敏感性越来越强。而与反应速度有关的参数，最具有代表性的是反应时间和交货期。为此，企业必须采用信息技术和先进制造技术在保障质量的前提下提高企业的生产效率。这更加要求管理人员加强企业资源计划层和过程控制层之间的生产过程管理。

　　传统的离散型制造业现状:

　　生产过程中缺少监管机制，生产信息不透明，生产调度难，导致生产执行困难。

　　不能全面及时发现和处理产品异常，不能提供全面的绩效指标和管理报表。

　　条码易破损受污染难读取，信息储存量小，易复制。

　　人工操作繁琐，表格记录易出错，劳动力浪费等。

　　与现有的ERP等系统衔接困难，缺乏完整的追溯系统。

　　因此改变现在的这种从生产制造流程到自动识别技术的困局都需要一个新的方案和技术来解决这些问题，改变当前生产效率低下，劳动力浪费，管理混乱以及追溯困难的现状。

　　RFID技术，作为近几年来新兴的自动识别技术。首先其拥有全球唯一的编码标示，标签本身具有写入功能，远距离识别，群读能力强等特点，无疑成为了这个困局的解救者，为新的流水线系统的实施创造了可能。

　　1.2项目实施的意义

　　RFID技术拥有全国唯一的识别号，其传输速度快，群读能力好，受污染破损依然可以工作，使用寿命长，可以重复利用等特点决定了其作为身份识别的最佳选择。面对离散型制造业过程中的生产效率低下，劳动力浪费，生产过程不透明，信息调度难等问题，上海有限公司炘璞电子科技推出的RFID流水线管理追溯系统针对性的为企业解决以上问题。

　　RFID流水线管理追溯系统优点:

　　生产信息透明，管理人员可以通过看板或者电脑实时观看流水作业每时的进度。

　　可以实时监测产线需要安装的设备是否出错，避免重复劳动，产品流水作业串位报警。

　　解决了原来条码的弊端问题，拥有唯一识别TID号，可以结合系统建立完善的追溯体系。

　　提高流水线作业速度，减少不必要的劳动力陈本，增加企业利润。

　　提供完善的软件接口，接入企业ERP系统。

　　二：系统概述

　　2.1系统设计的原则及原理

　　本系统立足于完善和配合企业现有软件管理之系统，具有很强的定制性。秉承提高生产效率完善生产制度以及企业后续溯源的理念，全面提升企业信息化程度。

　　在每个需要检测的工位附近安装一个RFID读写器，每个需要检测的工位合理区位安装一个RFID读写器天线，同时在一些需要管理的生产产品托盘或者产品黏贴一个RFID标签。当产品随着流水线的传送带到每个需要检测的工位处，读写器自动识别相关工位的产品(可以读取产品的信息：包括产品的批次，颜色，型号生产厂家等)并且将相关数据录入系统进行管理和调度。同时可以结合条码，对一些重要的零部件进行绑定，现实后期的产品质量溯源。对于上个工位没有进行操作的动作进行提醒和报警等。

　　其内容主要包括以下几点

　　在装配流水线的每个工位上对装配的零部件进行监控。

　　对装配的零部件在工位上被发现异常情况时发出报警信号。

　　对每个装配的零部件的批次号存档并建立数据库，以备洗衣机发生质量事故时可进行历史追溯。

　　系统硬件架构

　　项目的硬件架构分二层。第一层为RFID数据采集控制层，第二层为数据管理层。整个RFID系统设计满足在较为恶劣的工业环境下也能正常运行。

　　系统的扩充非常容易，本系统与工厂的控制系统连接可以做到无缝连接。本系统与工厂的MES系统或者ERP系统连接也十分方便。因为，本系统的架构是在大构架的基础上建立的一个小系统，完全满足SIMATIC PLC的整体要求。系统架构图示如下。

　　本系统架构图示说明：

　　第一层由读写器、天线、T电子标签、条形码手持机和现场显示屏(看板)、漏波电缆、红绿灯排等组成。PLC作为采集控制主机，可方便地加入现场各种输入输出设备，当RFID采集点增加时通过工业以太网就可以轻松地加入，当采集点大量加入时通过增加以太网通讯板，就能满足大规模的RFID采集点需要。而软件通过组态软件的编程，只要很少的时间就可以完成系统重新构建工作。

　　该层的RFID数据采集由RF四通道读写器和天线完成。对本装配流水线RF读写器可连接3至20米距离的天线，一个读写器带4个工位的天线毫无问题，使读写器的费用大大减少。

　　本方案设计一个现场显示屏作为现场看板，显示流水线的相关信息和报警提示，帮助工位工人及时了解生产状况。同时在每个工位配备红绿灯排，在流水线安装的过程中当前工位发生故障时及时提醒工人迅速排除故障。

　　第二层为数据管理层， 由上位工业计算机构成，本方案采用了性价比极高的西门子工业PC机。它是一款坚固可靠的机架式工控机，采用19英寸标准4U机架式设计，配置IntelPentium Dual Core G2010处理器，可在环境温度高达 40oC 的工业条件下保证CPU 24小时全速运行。为了确保系统小型数据库的容量，我们选用该系列中内存16G和硬盘500G的实用型工业PC机。

　　系统软件结构

　　项目软件供了完整的组态开发软件。从下层数据采集到现场的控制与显示，最后全系统的全面监控都可以在各个层面用相应的组态软件编程。

　　本系统软件开发下层的数据采集采用RFID systems RF，即RFID系统的中间件软件。可灵活对现场监测点设备的配置、调整、采集密度等进行组态，还可以对采集层的数据上传、指令下发及必要的I/O信号的执行进行组态。

　　现场显示信息和报警看板采用西门子Human Machine Interface 组态软件，组态流水线生产过程重要的信息显示，包括：各类图表、生产过程信息(计划完成统计报表、趋势图)、报警提示。必要时可组态现场个别需要控制的而加入的控制功能。考虑到本系统以采集现场装配流水线各工位装配的部件的批次号数据以及数据管理功能为主的特点，系统不需要与流水线实际的控制结合的要求。况且本系统不大，系统的管理功能不太复杂。由我公司采用通用软件完成数据库管理和上层数据转发及与其它系统信息交互的应用软件的开发。通过一个完备的服务器平台，可以在该平台上建立Web服务器扩展模块。提供完美而可以轻松创建具有适应多变的工业需求所需的灵活性的命令窗口、按钮、菜单、工具栏和其他屏幕元素。

　　系统使用 IIS7.0 + Framework4.0 + SqlServer 2008作为上位计算机(服务器和数据库)软件开发平台，使用B/S或C/S架构进行系统搭建。开发工具为 Visual Studio 2012。

　　三：RFID系统管理设计

　　3.1装备流水线的组成

　　选择五个工位先行试点RFID数据采集和信息管理，试点项目完成后进一步完善提高，将在整条流水线推广应用 。

　　3.1.1 五个工位初步拟定为：

　　工位1：装配起始工序，洗衣机滚筒放到工装板上

　　工位2：电脑板装入洗衣机

　　工位3：机械程控器装入洗衣机

　　工位4：减速器装入洗衣机

　　工位5：电容器装入洗衣机

　　五个工位在流水线上的分布及每个工位的检测设备布置如下

　　RFID设备图示说明：

　　1)读写器天线，安装于工位前的30-40 cm处。

　　2)带4/2天线读写器各一个，分别安装在适当的工位处。

　　3)条码扫描器，放在工位的边上，扫描条形码信息。

　　4)工位红绿灯排，放在工位稍高处，显示部件装配报警信息。

　　5)显示屏，西门子HMI展示屏，显示流水线运行相关信息

        6) 漏波电缆，作为条码手持机的信息传媒介质。

　　3.2 装配工位检测过程

　　工位1：开始装配工位

　　首先，在工装板放上流水线之前先把250个RFID标签装入工装板底部，并且对250个工装板进行固定编号，编号为0001、0002、0003……0249、0250，这些编号一般比较固定，也可以更改，建议较少更改。把装有RFID标签的工装板放上流水线工位1，装在工位1处的读写器天线自动读到了该工装板的固定编号。同时工位1上的工人把洗衣机滚筒放到工装板上。工人用扫描枪扫描滚筒上的一维条形码，PLC RFID系统读到了该滚筒的相关信息，包括：产品编号、生产日期、材料牌号等，并且自动把这些信息与当前工位上的工装板编号绑定在一起，作为该批次被安装部件首件存入数据管理中心数据库。数据管理中心把绑定的信息显示在工位1看板上。数据如表1-1。

　　工位1每放一块工装板重复以上过程，数据中心自动对当前批次号的待装部件减1，并进行判断。

　　现场的HMI显示看板分红黄绿灯警示区、数据显示区。数据中心记下首件滚筒的编号同时，在该批待装的滚筒数量上自动减1。红黄绿灯分别警示待装滚筒数量的状态，绿灯亮表示待装滚筒供应正常，黄灯亮表示待装滚筒数量很少(比如设定3个以内)，提醒工人应准备新的批次待装滚筒。红灯亮表示该批待装的滚筒数量为零，提醒工人必须要换新批次的待装滚筒。如果，下一批次滚筒在工装板放入工位1时，首件滚筒未被扫描，红灯继续亮，直到扫描到首件滚筒信息后红灯熄灭绿灯翻亮。在每个工位处同时安装红绿灯排，同步显示看板的红绿灯信息。

　　工位1监测流程示意如下：

　　工位2： 电脑板装配工位

　　当工装板移动到工位2时，工位2前的读写器天线首先读到工装板标签，表示该洗衣机进入工位2进行装配。工人用扫描枪扫描电脑板箱上的条形码，读取电脑板箱批号。扫描枪把相关数据发送给数据管理中心进行数据绑定，并把该电脑板作为该批次电脑板的首件存储。以后工装板进入工位2安装电脑板时，不用扫描电脑板箱条形码，直到该批次电脑板用完。其它过程同以上工位1。

　　工位3： 机械程控器装配工位

　　当工装板移动到工位3时，工位3前的读写器天线首先读到工装板标签，数据管理中心判断移出工位2的零部件信息是否正常，正常看板不会报警，否则看板报警，同时工位2的红绿灯排显示与看板相同的信息。工位2工人将迅速对移出的洗衣机进行再次复核检查，合格后放行。不合格时按不合格品处理方法处理。工位3 的其它监测功能同岗位2.

　　工位4：减速器装配工位

　　同工位3

　　工位5：电容器装配工位

　　3.3在线数据管理功能

　　装配线在运行RFID系统后，按照公司ERP系统下发的生产计划，动态采集装配全过程的信息，对每一道装配工序的进入和完成时间精确统计，为及时调整装配线生产能力提供了准确的数据。同时，每个工位安装的部件批次号将记录下来，存入历史档案，为追溯产品的质量提供直接的数据。管理功能包括：

　　·在装配流水线的每个工位上对装配的零部件进行监控;

　　·对装配的零部件在工位上被发现异常情况时发出报警信号;

　　·对每个装配的零部件的批次号存档并建立数据库，以备洗衣机发生质量事故时可进行历史追溯;

　　·无论是正常的装配计划还是临时增加/改变的装配计划，装配流水线的管理将自动跟着计划改变而改变。以上管理功能都不变;

　　·把ERP的BOM清单，与实际装配的部件精确比较，自动监控每一道工位的安装部件的准确性;

　　·试点项目已考虑以后监测工位扩大到全流水线时，RFID系统功能具有可扩展性，读写器等RFID设备可方便地扩充，软件的编程通过中间件软件组态就可完成。如果要把本系统与上层MES或ERP链接，也十分方便。系统的软硬件都能满足系统扩展的要求。

　　3.4工位上的待装部件发现问题

　　当装配工人发现待装部件质量有问题，应把该问题部件挪离放到不合格品区，同时用扫描枪扫描工位条形码，表示该工位发现了一个问题部件，数据管理中心接到该工位条形码信息，记录该工位出现问题部件的时间、问题部件的批次号，并自动在该批次号总数量上减1。

　　3.4.1工位部件安装后发现问题

　　当前工位洗衣机移动到下一个工位时，数据管理中心将对上一工位安装部件的信息进行自动校对。信息一致放行。不一致，工人将不合格洗衣机挪离流水线，然后用工位2扫描枪扫描工位2 条形码，数据管理中心接收到工位2的条码信息，同时也接受到工位3的工装板电子标签的信息时，表示该洗衣机离线，作为不合格品处理。数据管理中心将对洗衣机装配计划的数量重新统计。

　　3.4.2洗衣机安装非规则排列装配

　　当洗衣机装配顺序的排列非规则或各种洗衣机装配顺序混搭时，流水线看板将显示当前将要安装的洗衣机型号、应该装配的部件批次号。并提醒工人检查被装配的部件批次号是否与看板显示的批次号一致，一致进行首件部件批次号条形码扫描。然后步骤同以上各工位的监测过程。不一致，报告装配线组长检查原因。

　　3.4.3漏装部件

　　下一个工位工人发现上一工位漏装部件，应立即通知上个工位工人，上个工位的工人按异常情况处理功能2进行处理。

　　3.4.4流水线故障突然停运

　　发生此类问题，RFID系统自动保存流水线当前各工位的信息，同时流水线看板显示当前装配线五个工位的相关信息。

　　3.4.5工装板标签故障

　　系统发现工装板故障时，流水线看板将给出提示报警信息，故障板所在的红绿灯排显示故障信息。此时，工位工人应立即使用条码扫描枪扫描贴于工装板上的紧急情况下使用的工装板条形码。因为，此条形码已与工装板标签绑定，紧急情况下可采用扫描此条形码代替工装板标签，起到与标签相同的作用。

　　3.4.6工位读写器故障

　　工位读写器故障时，要求系统维护人员迅速更换备用读写器。在发生故障后到更换新的读写器期间，工位工人应使用条形码扫描枪扫描工装板应急条形码。更换读写器的时间不会超过半小时，不会给个人增加太多的工作量。

　　3.4.7系统上位机(服务器)故障

　　系统服务器故障是系统重大事故。应尽量避免这种事故发生。此时，PLC正常工作。数据暂存在PLC的CPU内存中，在上位机修复后数据自动发送到上位机。

　　3.4.8 工业以太网故障

　　以太网故障可能有以下几种情况发生：

　　·个别读写器以太网连线损坏致使读写器不能传输数据，用条码手持机代替读写器。

　　·连接PLC到二个读写器的以太网故障，此时连接漏波电缆的以太网起到备用网的作用，每个工位的条码手持机代替读写器的天线，读取工装板备用的条形码。

　　·连接漏波电缆的以太网故障，此时，每个工位的部件如果还有足够多，工位读写器仍自动减1，不影响生产，但是流水线看板将报警，工位红绿灯排同时显示报警，此时应紧急修复该段以太网故障。如果工位待装部件已经很少，应紧急报警，停流水线。

四：上海烨煊信息技术部分项目案例