基于RFID技术的轮胎生产智能化管理系统

　　在轮胎企业中，轮胎生产信息的正确采集和存储对轮胎生产过程的控制、质量检验和质量跟踪等方面起着重要作用。现今采用的条形码技术虽然解决了部分问题，但在实际操作过程中，生产信息流通前后脱节严重，不能满足生产线的实际需求，而且在轮胎质量检测不合格时，通过条形码很难快速地找出故障原因，造成资源的巨大浪费。RFID(射频识别)是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，作为条形码的无线版本，RFID技术具有条形码不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签上数据可以加密和存储数据容量大等优点，具有信息的快速流通和故障追溯识别功能，能够满足轮胎生产线的实际需求。

　　1 RFID系统简介

　　RFID系统主要由RFID标签、读写器和应用系统3部分组成，基于RFID技术的企业管理系统结构如图1所示。RFID系统根据RFID标签拥有的惟一识别码来高效地分辨、追踪、管理产品，实现查询、结账、存货控制、统计等功能。

　　(1)RFID标签

　　电子标签核心主要由带存储的芯片组成，存储包含待识别物体的身份代码和技术参数等信息。电子标签可以安装在待识别物体的适当部位，与条形码相比主要优势为：① 更大的信息存储空间，并为以后的信息扩展提供可能；②在整个轮胎生产过程中，产品信息动态存储，可以自动提示工人物料的信息，提高生产效率；③ 电子标签经过二次封装，可适应震动、腐蚀、潮湿等恶劣的工业环境；④信息读写时标签不一定要在天线的可视范围内，可以嵌入载体、工装、托盘中，使用十分方便。

图1 基于RFID 技术的企业管理系统结构

　　(2)读写器

　　读写器主要包括读写装置主机和天线等，安装在待识别物体通过的通道或必需的数据采集点上。读写器采集到的信息包括待识别物体身
份代码信息，如产品型号、序号和生产时间以及
其它需记录的信息等。在轮胎生产过程中，主要应用读写器非接触识别和快速读写的特点，避免人工介入，减少错误，实现生产信息采集的自动化。

　　(3)应用系统

　　应用系统主要管理读写器、PC／PLC和服务器等的通讯接口，负责实现硬件设备的信息交互以及与其它管理系统的兼容等问题。

　　2 基于RFID轮胎智能化管理系统

　　2．1 系统优势

　　目前，在轮胎企业应用较为成熟的管理系统有密炼车间网络系统、半成品和胎坯成型管理系统以及轮胎条形码物流管理系统，这些系统均基于条形码技术，已经覆盖了轮胎生产的原材料仓库、炼胶车间、成型车间、硫化车间、各检验工序、成品仓库管理以及轮胎销售、三包售后等各个业务环节。由于条形码技术本身的缺陷，在轮胎生产过程中常常会导致以下问题：

　　(1)在生产过程中，各环节信息都由人工输入，容易出现错误，使工作步骤不能正常衔接，影响生产效率；

　　(2)出现产品质量问题时，由于记录数据不完全，导致不能追溯到出现质量问题的工位上；

　　(3)生产部门对现场信息掌握不全，易使轮胎半成品积压，影响生产和管理；

　　(4)管理人员不能直接了解生产线生产状况，不能根据生产的实际情况及时调整作业计划，解决生产中的实际问题。

　　应用RFID技术后，以上问题可以迎刃而解。由于电子标签能动态存储每个工序作业的内容，可对生产线实现监控管理，使需求计划更加及时准确；减少时间和资源的浪费；通过与轮胎企业管理执行系统的无缝融合，可追踪定位轮胎每道工序的加工信息，提高生产质量和效率。

　　2．2 应用设计

　　轮胎生产线是封闭循环系统，读写器和工位PC机进行通信，每个工位PC机都由后台集中控制管理。标签安装到轮胎生产的各种工装上，每个工位的读写器在工装安装到机位时进行读取，并识别此工装信息，在工位PC机上明确显示，操作人员可以清楚地识别。

　　以成型生产线为例，轮胎成型工序采用的工装分为工字轮和百叶车两类，对现用的三鼓成型机，一条轮胎成型过程中需要13种物料，应用现有的条形码，需要扫描每种物料的条码，而采用RFID系统后，操作人员无需进行额外的操作，系统会自动识别每一种物料的信息。标签采用防金属标签。工字轮标签安装在工字轮的轮辐上，读取天线安装在工字轮上方附近；百叶车标签则可安在车下方，天线安装在地下。系统布置完成后，操作人员更换物料时，安装在附近的天线会自动读取所换的物料标签信息，并记录到上层系统中。

　　2．3 主要操作流程

　　(1)电子标签初始化

　　工人在交接班后，在工位PC机上输入即将生产的胶料类型和所需原料。

　　工人领取原料后，通过带有标签的工装在使用位置自动进行识别存储。

　　生产时，工人把带有标签的工装安装到机位时，系统自动识别工装信息，并在PC机上显示，以便查看核实，完成电子标签初始化。

　　当工装物料生产完后，写人生产信息，为保障系统稳定不影响生产，条形码可作为预防措施跟随工装一起流转。

　　(2)读写电子标签

　　待加工的工装物料送至工位时，在安装到机位后，显示当前物料的信息，以免上错物料，并把当前物料信息记录到PC机上，进行识别追溯。换去物料时，工人先在PC机上确认当前已用物料，再进行下一物料的识别生产。

　　若物料弄错，系统会出现错误警报，工人可以清楚地知道哪种物料出现错误，进行及时有效的更正。

　　(3)提取电子标签信息

　　轮胎生产的物料统一放到存放区，质检人员发现不合格时，从读写器中提取已写人信息，定位追溯到此物料生产工位，查找原因，及时更正。通过对物料存放区中工装标签的识别统计，可以实时地掌握当前物料信息，为后续安排计划和生产任务提供了科学依据。

　　3 系统功能设计

　　3．1 制造执行系统(MES)功能模块设计

　　MES连接了企业ERP(企业资源计划)和MRP(制造资源计划)等上层应用软件和车间现场生产，是两者进行有效沟通的桥梁，采用RFID技术的MES数据流结构如图2所示。未应用RFID技术之前，ERP／MRP把生产计划下到车间后，并不能有效控制每个产品的实际生产过程，有时会由于信息不准确出现脱离实际的错误决策。采用了RFID技术后，ERP／MRP能准确地控制车间的生产，相应地对相关的功能模块要进行改进和补充，实现其与RFID技术的无缝融合。

　　3．2 各工序子系统功能设计

　　针对轮胎生产每个工序的特点和相同之处，

图2 采用RFID技术的MES数据流结构

　　各工序管理子系统主要包括以下功能：
　　(1)生产计划管理；
　　(2)物料信息管理；
　　(3)人员信息管理；
　　(4)设备管理；
　　(5)产量监控分析；
　　(6)半成品质量追溯档案。

　　以轮胎半成品为例，管理控制系统结构和管理控制子系统结构如图3和4所示。

　　4 RFID硬件设备

　　RFID硬件设备主要是电子标签和读写器，两者的选型从工作可靠性、性价比、识别距离、工作频率、系统可扩展性、产品便携性及维护难易程度、是否有成功的应用案例等方面考虑。

　　基于以上考虑，选择UHF频段读写器，工作频段为902～928 MHz，符合标准EPC Gen2，读写距离为0～15 m，电子标签选择EPC Gen2标准的防金属UHF标签。

图3 采用RFID技术的轮胎半成品管理控制系统结构

图4 轮胎半成品管理控制子系统结构

　　5 结语

　　RFID技术给轮胎企业带来的并非仅为电子标签与读写器，这两种设备只是能比条形码进行更有效地读写，不能给企业带来长久竞争力，也不能引发企业本身根本性转变和创新。RFID技术对于轮胎企业是连续改进过程中的一个阶段，要实现这种根本性的转变和创新，除有效的数据采集之外，更要靠企业本身管理水平的提高，通过整合企业现有的各种资源，优化流程，挖掘信息的有用价值，才能更好地发挥RFID技术作用，给企业带来更高的效益。