射頻識別技術（RFID）在空調生產中的應用研究

吳晗，范樂瑤

（1. 珠海格力電器股份有限公司，廣東珠海 519070；2. 珠海凌達壓縮機有限公司，廣東珠海 519010）

0 引言

根據工業4.0及《中國制造2025》發展指導思想，未來要打造智能化、數字化工廠、自動化工廠，以格力電器RFID信息化系統作為總裝分廠生產管理的核心骨干平臺，通過運用射頻識別技術，在生產線關鍵崗位配置相應硬件，并與企業MES、BOM系統有效集成為總裝生產提供各類信息化服務，消除人工掃描采集數據的作業方式，實現自動化、數字化、信息化的智慧工廠［1］。

1 射頻識別技術

射頻識別技術（Radio Frequency Identification，RFID），又稱為無線射頻識別，利用無線電波或微波能量進行非接觸雙向通信。當貼有電子標簽的待識別物料出現在讀寫器的讀出范圍內時，讀寫器自動以非接觸的方式將電子標簽內的識別信息取出，實現物料自動識別和數據交換功能。RFID系統一般由電子標簽（Tag）、讀寫器（Reader）以及遠距離收發信號的天線（Abtenna）組成，讀寫器向電子標簽發送射頻信號，電子標簽進入射頻信號的識別區域后將產生感應電流從而獲得能量，并將電子標簽信息通過嵌入式天線發出去，讀寫器將電子標簽信息利用解碼板進行解碼，再通過網絡或RS232等接口將標簽信息傳送到計算機。將RFID技術應用到空調生產系統中，能夠把管理層中的產品數據、柔性生產計劃、排產調度指令等信息下達到生產層，同時又能實時采集生產層的現場數據并傳輸到管理層，有助于管理調整生產計劃和調度安排，實現柔性生產和數字化管理，解決傳統制造業生產工藝路線固定、生產信息脫節、售后難以追溯等諸多問題［2-4］。

電子標簽由耦合元件和芯片組成，根據標簽有沒有電源分為有源和無源標簽，無源標簽的電能供應從讀寫器發出的射頻信號中取得，因此要求讀寫器有較高的發射功率，系統識別距離較近。有源標簽依靠自帶的微型電池供電，系統識別距離較遠。讀寫器是RFID系統的核心，其作用就是作為連接上位機和電子標簽的數據交換環節［5］。

RFID系統的運行原理如圖1所示。上位機程序將指令發送到讀寫器，讀寫器將要發送的信號經過編碼加載在某一頻率的載波信號上經天線向外發送。進入讀寫器工作區域的電子標簽接受此脈沖信號，電子標簽中的芯片對信號進行調制解調，對讀命令或寫命令進行操作，之后再把讀到的信息反饋給讀寫器，讀寫器將信號處理后發送至上位機信息系統進行有關數據處理［6］。射頻識別技術利用無線射頻的方式在讀寫器和電子標簽之間進行非接觸性的雙向數據傳輸，以達到目標識別和數據交換的目的。

圖1 RFID系統原理圖

2 RFID系統網絡結構設計

RFID系統工作運行依賴于其他控制設備，因此RFID設備需要與其他設備進行通訊，并能夠被其他設備控制。讀寫器通訊協議網關主要用于RFID讀寫器在不同的通訊協議之間進行轉換，使得RFID設備能夠更加容易地與其它設備進行通訊，RFID系統數據采集中間件使用主要為TCP/IP方式，如圖2。

圖2 TCP/IP技術路線圖

在空調總裝生產線上，RFID讀寫器被大批量地部署在產線的不同位置，并由同一個控制設備控制。每一臺讀寫器都需要通過數據接口連接來與產線控制設備進行通訊，但各種控制設備支持的通訊協議種類不盡相同，在RFID產品的應用過程中需要重新編寫其在控制設備中的程序，以實現控制設備與RFID讀寫器的通訊。如圖3所示，為RFID系統網絡結構圖。

圖3 系統網絡結構圖

通過采用支持總線協議的網關，能夠把讀寫器便捷地連接進入控制系統中，且在需要同時連接大量讀寫器的情況下，降低了布線難度、布線與設備成本。將采用私有協議RFID讀寫器通過接入擁有標準總線接口的網關，可簡單地接入到各種控制器中，使其能夠通過標準的總線協議程序訪問并操作讀寫器。各種設備只要選用特定的協議網關，即可嵌入RFID功能，通過RFID設備讀寫空調流水線上工藝板的標簽編碼，以讀取或保存工藝板的數據，進行綁定。如圖4所示，是RFID系統網絡總線圖。

圖4 系統網絡總線圖

在空調生產線應用中，采用了防失效設計、物聯系統中間件等技術，可有效提升系統的高效性、穩定性和易用性。

3 RFID系統應用管理

RFID讀寫頭與讀寫器通過饋線（射頻線）連接，RFID讀寫器放置于小型配電箱內，安裝在總裝流水線附近的安全位置，通過網線連接到附近的網絡端口，接入網絡?？照{總裝生產線從零部件上線到成品下線包括了幾十道工序，需要規劃好重點信息采集崗位，布置并連接好RFID網絡［7］。如圖5所示，是RFID系統應用流程圖。

圖5 RFID系統應用流程圖

根據空調生產線功能需要，RFID系統可以為生產線提供產品識別智能化、生產可視化、產品檢測智能化、設備管理、工藝質量管理等功能。產品識別智能化主要通過掃描條形碼綁定的方式，在零部件上線點掃描條形碼綁定，主要應用在預先已生成制造碼（或MES條碼）的場景，應用前提是上線工位配備了工位電腦并且可部署“RFID數據采集系統”工位客戶端。在上線工位的工位電腦中配備配套軟件及掃碼器進行工裝板同產品的綁定工作，并將相關上線綁定信息發送給MES系統，通過上線點的工裝板將標記為已上線。上線前工裝板系統狀態應為空狀態或已下線狀態，對于狀態為已上線的工裝板通過上線點時會觸發異常上線報警事件［8］。如圖6所示，為信息綁定流程圖。

圖6 信息綁定流程圖

通過在工位上安裝數據采集點，在工位工控機上安裝RFID系統工位客戶端程序，并配置工位模塊實現在工控機上顯示工藝指導?；诂F場電子看板的工藝指導顯示一般由MES系統實現。在MES系統不具備相關軟硬件功能的情況下，也可以提供相應成套解決方案。通過在工位上安裝數據采集點、智能顯示屏（安卓），并在RFID產線應用系統中配置工藝指導模塊參數實現工位工藝實時指導。如圖7所示，為空調產線應用實例圖。

圖7 空調產線應用實例圖

通過RFID數據采集系統，對設備狀態實時監控、預測性維護、異常模式自動識別。預測性結果分析和可視化實時信息,有效減少設備的停機，提高產出，而且提升工廠整體的運行性能。實現質量信息采集，主要依托RFID技術，系統以空調室外機產品生產工藝流程為主線，分別對生產線各工序的需求和實現功能進行細化設計，將各工序執行的異常情況及過程質量檢測參數進行記錄和統計，并形成電子指控卡。通過采集到的信息數據建立和完善質量標準，做到產前預警，產中控制，產后分析，從而建立機型健全的質量保障體系。

4 結語

通過將射頻識別技術應用于空調總裝生產線，實現RFID數據信息采集功能，實時采集空調在制品的生產過程信息，形成完整的基礎數據；與線體對接實現產品自動分流控制，與生產、檢測設備對接，實現空調在制品加工、檢測參數的自動化調節；數據采集系統與MES系統對接，實現關鍵工件質量追溯防錯、重點工序人員管控，支撐生產現況與管理的可視化需求實現。

實現混流生產過程中關鍵工件有效防錯手段，根據產品自動判斷和校驗關鍵工件安裝是否正確?；炝魃a的情況下，快速準確地識別在線產品并對工位工人提供實時工藝指導。紙質質控卡變為電子質控卡，核心質量部件做到同產品一一高效綁定，并提供完整的質量追溯。實現關鍵工位自動識別產品信息，并結合自動化對接工裝，實現測試設備與空調產品的自動對接檢測，并將測試結果、測試報告實現同產品綁定。實現產品、設備同MES等信息系統集成，打通信息通道，大大提升空調生產線的信息化水平。