基于RFID技術的輪胎企業MES系統應用
發表于：2017/4/11 8:58:47??閱讀量： [關閉]
摘要：輪胎企業MES系統中生產數據信息的采集主要依靠手工掃描和人工錄入的方式，存在自動化低、誤差率高的缺點，針對此現狀，在輪胎企業MES系統中應用基于RFID無線識別技術來進行生產數據采集。該系統利用RFID技術管理輪胎生產過程的各道生產工序，通過使用RFID標簽，自動記錄管理和控制輪胎生產過程中的數據信息，對每條輪胎在生產過程中進行質量追蹤，實現了企業內部從手動物流向自動化物流的轉變，提高了輪胎企業MES系統自動化的程度。
1 引言
在輪胎生產制造企業中，輪胎生產信息的正確采集和存儲將對控制輪胎的生產過程、質量檢驗和質量跟蹤等方面起著重要作用。目前，企業MES系統依靠手工記錄和條碼掃描的方式進行數據采集，由于輪胎生產工序多且復雜，半成品物料就有十幾種工序，依靠手工記錄和傳統人工條碼掃描方式操作繁雜，容易出錯，不利于企業精細化管理。在輪胎質量檢測不合格時，條形碼很難快速地追溯到故障原因，造成資源的浪費。
由此現狀，在輪胎企業MES系統中，需要尋求一種新的識別技術來提高信息采集的自動化水平。隨著科技的發展，RFID作為一種非接觸式自動識別技術，實現信息的快速流通。故障追溯識別功能，能夠滿足輪胎生產線的實際需求。因此RFID技術在輪胎企業MES系統中有很好的應用前景。
2 RFID系統簡介
RFID系統主要由RFID標簽(Tag)、讀寫器(Reader/Writer)和應用系統(Application System)三部分組成。RFID系統利用射頻信號以無線方式傳輸數據，根據RFID標簽擁有的唯一識別碼來高效地分辨、追蹤、管理產品，實現查詢、結賬、存貨控制、統計等功能。
2.1 RFID標簽(Tag)
電子標簽核心主要由帶存儲的芯片組成，存儲包含待識別物體的身份代碼和技術參數等信息。電子標簽可以安裝在待識別物體的適當部位。電子標簽與條形碼相比主要優勢：
①更大的信息存儲空間，并為以后的信息擴展提供可能。②產品信息動態存儲。在整個輪胎生產過程中，這些信息可以自動提示工人物料的信息，提高了生產效率。③電子標簽經過二次封裝，可適應震動，腐蝕，潮濕金屬等惡劣的工業環境。④信息讀寫時標簽不一定要在天線的可視范圍內，可以嵌入載體、工裝、托盤中，使用十分方便。
2.2 讀寫器(Reader/Writer)
主要包括讀寫主機、天線和連接線纜等，天線安裝在待識別物體通過的通道或所須的數據采集點上。讀寫器采集到的信息包括待識別物體身份代碼信息，如產品型號、序號、生產時間以及其他需記錄的信息。在輪胎的生產過程中，主要應用讀寫器非接觸識別和快速讀寫的特點避免人工介入、減少錯誤，實現生產信息采集的自動化。
2.3 應用系統(Application System)
應用系統是RFID系統框架中重要的一環。是用來管理讀寫器、PC/PLC、服務器等的通信接口。負責實現硬件設備的信息交互以及與IVIES系統的兼容等問題。
3 基于RFID技術的MES系統設計開發
3.1 原有輪胎企業MES系統
目前，在輪胎企業應用較為成熟的MES系統有“密煉車間管控網絡系統”、“半成品和成型數字管控系統”和“輪胎條碼物流管理系統”，這些iVIES系統都是基于條形碼技術實現數據采集的，已經覆蓋了輪胎生產的原材料倉庫、煉膠車間、成型、硫化車間、各質檢工序、成品倉庫管理以及輪胎銷售、三包售后等各個業務環節。由于條形碼技術本身的缺陷，MEs系統在實際輪胎生產過程中常常會出現以下問題：
①在生產過程中，各環節信息都有人工輸入，容易出現錯誤，使工作步驟不能正常銜接，影響生產效率。
②出現產品質量問題時，由于記錄數據不完全，導致不能追溯到出現質量問題的工序和工位上。
③生產部門對現場信息掌握不全，使輪胎半成品生產物料容易產生大量庫存，影響企業生產和管理。
④管理人員不能直接了解生產線生產狀況，不能根據生產的實際情況及時調整作業計劃，解決生產中的實際問題。
應用RFID技術后，以上問題可以迎刃而解：它能動態存儲每個工序作業的內容;對生產線實現監控管理，使需求計劃更加及時準確;減少時間和資源的浪費;可追蹤定位輪胎每道工序的加工信息，提高了生產質量和效率。
3.2 RFID系統在輪胎工序生產線上的應用設計
輪胎生產線是個封閉循環系統，讀寫器和工位機進行通信，每個工位PC都由后臺集中控制管理。標簽安裝到輪胎生產物料的各種工裝上，每個工位的讀寫器在工裝安裝到機位時進行讀取，識別此工裝物料信息，并在工位機上明確顯示，操作人員可以清楚地識別。
以輪胎生產半成品—威型工序為例，詳細介紹一下基于RFID技術的MES系統的現場應用設計。
圖2 基于RFID技術的MES系統框架
目前，輪胎半成品一成型工序應用的工裝分為工字輪、百葉車和推車三大類，以常用的三鼓成型機為例，一條輪胎成型過程中需要13種物料，應用現有的條形碼，需要把每種物料的條行碼進行掃描，操作繁瑣還易出錯，而應用了RFID技術后，操作人員把物料工裝安在相應工位上后，無需進行額外的操作，系統會自動識別每一種物料的信息。并把正確的物料信息記錄到MES系統中。如果物料安裝錯誤系統會提示錯誤信息，避免了生產浪費。RFID標簽采用防金屬技術，安裝在工字輪輻上，讀取天線安裝在工位上方附近，對于百葉車等工裝標簽可安在車下方，天線安裝在地下，整個系統布置好后，操作工在進行更換工裝物料時，安裝在附近的天線會自動讀取所換的工裝上的標簽信息，自動記錄到MES系統中。
通過輪胎生產各工序安裝RFID系統后，對輪胎生產的各環節可以進行生產質量追溯。
圖3 基于RFID技術各工序物料質量追溯工序圖
3.3 基于RFID技術的MES系統應用操作流程設計
3.3.1 RFID系統操作流程
①RFID標簽初始化
——工人在交接班后，在工位機上輸入即將生產的物料類型和所需原料。
——工人領取原料后，通過帶有標簽的工裝在使用位置自動進行識別存儲。
——生產時，工人把帶有標簽的工裝，安裝到機位時，系統自動識別工裝信息，并在
——工位機上顯示，以便查看核實，完成電子標簽初始化。
——當工裝物料生產完后，寫入生產信息，物料進行下一流轉環節。
②讀寫電子標簽
——待加工的工裝物料安裝在成型機工位時，MES系統通過RFID自動讀取并顯示當前物料的信息，以免上錯物料，并把當前物料信息記錄到成型工位機上，進行記錄，完成追溯連接。
——更換物料時，工人先在工位機上確認當前已用物料，再進行下一物料的識別生產。
——如果物料弄錯時，系統會出現錯誤警報，工人可以清楚的知道哪種物料出現錯誤，進行及時有效地更正。
③提取電子標簽信息
——輪胎半成品物料統一放到存放區，質檢人員發現不合格時，從讀寫器中提取己寫入信息，定位追溯到此物料生產工位，查找質量原因，做到及時更正。
——通過對物料存放區中工裝標簽的識別統計，可以實時地掌握當前物料信息，為后續安排計劃和生產任務提供了科學依據。
4 基于RFID技術的企業MES系統功能設計
4.1 系統特點
RFID輪胎企業IVIES系統具有以下特點：
●生產計劃和工藝直接下達到工序、設備(而ERP、MRPII一般只能下達到品種、車間)，直接指導設備加工、防止跨工序加工，減少工藝錯誤。
●數據采集實時性，可及時進行計劃考核，實時監控生產進度。
●各車間職能科室可以共享生產數據，了解相關工序的生產進度，便于生產協調。準確確認交貨時間，實現批次管理。
●工藝反饋校正：及時修正工藝錯誤、縮短工藝糾正周期。
●加工數據有效性：減少手工操作、紙張傳遞：便于質量追溯。
●智能看板：完成質量信息采集與質量分析。
●擴展物流管理：RFID批次號.條碼.產品。
4.2 系統包括如下功能設計
4.2.1 總體架構和系統模型的建設
通過對網絡架構、工廠設備、通信路由、軟硬件組合及系統規模與性能進行深入分析，確立監控系統軟件與數據采集硬件設備之間的層次關系，確定各功能模塊的劃分，模塊之間的接口，完成總體架構的建設。充分考慮系統的可集成性、可配置性、可適應性、可擴展性和可靠性。
4.2.2 軟件平臺的架構建設
基于面向對象設計技術、分布式網絡、和各種先進的數據庫及組態技術，建設適合即時、現場、遠程監控的，便于擴容和修改的系統軟件基礎平臺，充分體現面向輪胎生產特點的系統應用集成，支持實時活動，實現基于現場管理規則和綜合管理知識的管控結合。
主要包括軟件系統功能定位、平臺選型和數據采集、數據存儲、網絡應用、客戶端查詢瀏覽等架構組成的建設。
4.2.3 功能模塊設計
功能模塊的具體軟件開發，包括：
①生產計劃及生產管理;
②現場數據采集;
③④物料信息管理和跟蹤查詢;
⑤半成品信息管理和跟蹤查詢;
⑥產品生命周期檔案;
⑦設備管理：
⑧產量監控分析：
◎質量及績效分析查詢。
4.4 工作流設計
設計工作流模型及網絡數據流規劃，支持各種控制和溝通策略，支持生產過程的各種工作流程，實現制造生產和管理過程的自動驅動、記錄、跟蹤、分析、信息共享等，并容易實現與ERP、PDM等的無縫集成，形成一個信息流的順暢通道。
5 RFID硬件設備選型
RFID硬件設備主要是電子標簽和讀寫器，兩者的選型從以下幾個方面考慮：工作的可靠性、較高的性價比、識別的距離、工作的頻率、系統的可擴展性、產品提供及維護的便攜性、是否有成功的應用案例。
基于以上考慮，選擇UHF頻段讀寫器，工作頻段為902"-928 MHz，符合標準EPCGen2，讀寫距離0～15 m，電子標簽選擇EPC Gen2標準的防金屬UHF標簽。
6 結束語
隨著輪胎企業信息化的發展，MES系統的功能不單單在于企業內部，而是基于產品全生命周期管理的信息交互與共享。RFID技術與MES集成應用改善了業務流程，使制造過程中的成本和錯誤大大減少，提高了生產率，經濟效益更為突出。目前RFID標簽的數據內容編碼還未形成統一的全球化標準，區域性標準已發布，這樣通過互聯網RFID不僅僅實現制造執行系統內的信息交流，而且可實現與企業其他應用系統的集成，從而使產品信息識別和實時信息共享成為可能。來源：萬方數據
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