基于RFID技术的发动机生产过程应用研究

■一汽解放事业本部发动机事业部锡柴工厂 （江苏无锡 214000） 陈 意 吕 玮 邰志慧

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1.RFID概述

RFID无线射频技术（Radio Frequency Identification）是一种近些年才兴起的数据采集技术，同时也是目前最受重视的自动识别和数据采集技术。它的基本原理是利用感应式耦合和电磁耦合，实现对标识物体的自动识别和跟踪。射频技术具有精度高、适应环境能力强、抗干扰性强及可重复利用等诸多优点，目前己被广泛应用于商业百货销售、物流运输管理和工业自动化生产线等众多领域。

一汽解放锡柴惠山基地拥有现代化的重型车用柴油机生产线，包含4条金属切削及装配、校车、油封共7条生产线。其中6DM机加生产线引进自德国GROB公司。其生产线过程信息特别是工件加工信息、工件实时流转状态，设备效率等是生产管理层一直关注的重点。由于车间生产设备上存在硬件限制，急需要在现有的硬件基础上进行功能升级。实现对每一个工件加工信息进行读写、存储，并上传到数据服务器进行大数据采集分析，分析结果最终可用于生产管理。

本文主要针对一汽解放锡柴重型柴油机智能制造示范基地建设项目中，6DM机加线RFID数据采集和传输功能进行阐述。

2.RFID硬件选型

根据现场机床硬件配置要求，选择BALLUFF RFID相关产品，其应用在工件信息读写的BIS M系列感应式耦合RFID产品，包含RFID处理器、RFID读写头、RFID数据载体和联接电缆接头等。

该产品结构紧凑，使用寿命长，抗干扰能力强，数据读写快速，特别适合应用在机械加工生产线工件物流信息的采集。

（1）硬件介绍：BALLUFF BIS M处理器的工作频率为13.56 MHz高频通信，处理器支持连接两个读写头，选择与之配套的读写头型号为BIS00M6，服务接口可用于联接配置软件进行数据载体的读写。

为了便于可靠安装在缸体缸盖上，选择一款类似螺钉的数据载体BIS00PT，它可以像螺钉一样被拧在缸体缸盖上，实现可靠的安装。和配套的读写头一起使用，该数据载体读写识别距离最大为4cm，满足生产线工件流转过程中的读写要求（见图1）。

（2）以工件生产加工信息为例，根据需要采集的生产过程信息，结合生产线管理要求，定义了数据载体内数据区域存储要求。附表所示包含了加工过程RFID需要采集的数据信息。

6DM机加线生产过程信息需要通过RFID采集的数据主要有两类：工件信息和加工过程信息。工件信息主要有工件零件号、流水号等；加工过程信息有工件加工质量、工件状态和加工工序号等信息。

数据载体内信息定义表

以缸体线OP40工位为例，在机床上料和下料处均有一个读写头，当安装了数据载体的缸体流转至OP40上料处时，PLC完成上料处工件的信息读写。例如工件零件号、工件流水号及前一工序的加工信息等，并将相关信息显示在HMI面板上，同时进行加工信息校验，判断该工件是否是上一个工序合格的加工件，流程如图2所示。

图2 数据载体读写流程

当机床完成该工件的加工后，工件流转至下料口，PLC完成加工信息的写入，同时将信息显示在HMI面板上，OP40的加工信息同时也记录在数据载体内。PLC将该加工信息，连同之前读取的工件零件号、流水号等一同传送至数据服务器，形成该工件的加工数据链和工件整条加工流程信息表，数据服务器作为和上层服务器的通信接口，暂时存储生产线机床加工的相关信息。

（3）RFID在GROB机床内的配置。完成硬件接线后，首先需要在PLC上进行硬件组态（见图3），并配置IO地址。之后完成和PLC编程数据螺钉的读写（见图4）。

重新编写HMI显示界面，用于RFID信息显示及确认。例如，操作工可以通过该界面确认不合格的加工信息。

图3 PLC硬件组态

图4 PLC读写程序

（4）上线工件ID的写入。在上料工位，使用PC+PLC+RFID的方式，增加上料工件螺钉信息录入设备。当工件流转至该工位时，由操作工将数据螺钉拧到工件上，并在PC上输入唯一的流水号，工件流通时，PLC将流水ID号写到数据螺钉内。实物如图5所示。

该数据螺钉将跟随工件一直流转，直至下线工位。在工件加工流转过程中，每个工序的加工信息、连同ID号都被传输至数据服务器。

（5）数据采集及分析。生产线数据采集段落增加一台数据服务器，使用专业软件建立上层服务器和现场设备的桥梁。例如，用KEPServer采集机床需要的数据，如工件ID号、加工信息、加工数量及机床报警信息等。再由专业的数据采集分析软件公司编写数据采集分析软件，读取KEPServer采集的数据。数据经过分析后，结合相关APP，可在电脑、平板等客户端上实时浏览，形成一套智能工厂管理平台。最终实现生产产量、设备效率及设备报警等综合管理。利用该平台，实现对生产、物流和调度的大数据分析（见图6）。

数据采集系统软件是工厂管理系统的重要组成部分。包含了服务器端、客户端和手持端三部分。设计应遵循简单易操作，可靠性高，实时性好，结构清晰等原则。

3.结语

将RFID射频识别技术应用到生产线工件加工信息传输和采集上，提高工件加工过程信息的透明性。以服务器大数据采集分析为平台，为生产管理提供可靠的参考借鉴。

图5 上线工件ID信息写入RFID载体

图6 部分段落机床生产效率

随着信息技术的提升，企业信息化的趋势越来越明显。实现高效的生产管理是制造工厂未来发展的重要方向。伴随智能制造2025的不断推进，RFID技术也将得到广泛应用，并会推动中国制造业信息化的发展。RFID显著的数据采集技术特点，也必然使其成为制造业生产中的主流技术。RFID技术的深入应用将会提高制造业的信息化水平，提高生产效率和生产管理水平。