上海实甲涂装生产线RFID数据采集解决方案

　　一、引言

　　射频识别(Radio Frequency Identification，缩写RFID)俗称电子标签，广泛用于资产、人员、生产线、供应链等领域。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，可工作于各种恶劣环境。超高频RFID技术可远距离识别高速运动物体，且可同时识别多个标签，操作快捷方便。最基本的RFID系统由三部分组成：标签(Tag)：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象;阅读器(Reader)：读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式;天线(Antenna)：在标签和读取器间传递射频信号。基本的RFID系统组成如图1。

图1、RFID系统组成图

　　将射频识别技术与条码(Barcode)技术相互比较，射频识别拥有许多优点，如识别距离远、识别时不需要标签视觉可见、能够在恶劣环境中使用、内容可以更新、能够批量读取多个标签、可识别高速运动物品、信息量大、不容易仿制等。

　　射频识别技术被认为是21世纪最有发展前途的信息技术之一，就目前的技术发展来看，RFID领域处于物联网发展的最前端，也是实现物联网的基础技术之一。

　　二、项目背景

　　传统的制造企业中，管理主要集中在产品管理、质量管理、仓库管理、移动资产管理、现场人员管理、车队管理等。通常，生产线信息的采集采用人工采集、手工输入的方式。人工采集、手工输入的方式准确性不足，存在一定的错误率。手工输入只能定时进行，导致生产计划按周计划、月计划提交，不能精确到日。系统中生产数据无法实时更新，滞后情况严重，不利于生产流的顺利进行，制约了产能的进一步提高。同时制造企业大部分职能部门大多数使用纸和笔，这使得制造企业的大部分职能部门面对着大量的数据错误，降低了生产力。

　　企业早已意识到这些问题的存在，并想尽办法尝试解决。在我国，部分生产型企业采用条码识别或手工输入的办法来进行录入数据，但条码识别或手工录入还是带来一系列问题：

　　A.工人的效率不同，容易引起小组的分工不均匀;

　　B.生产异常、生产线瓶颈问题无法实时发现;

　　C.劳动效率低下，实际工作时间利用率不高;

　　D.人工输入信息容易出错;

　　E.无法实时追踪，管理层难以根据工作状态进行工作安排，如果工作过程某个工序出现问题，要排除的话也必须等到下一天;

　　F.人工或条码数据采集需要专门安排人员队伍进行操作，按 1000 人的工厂计算，三个统计员工的工资大约￥4500 元，一年￥54000 元，劳动成本开销大;

　　G.每个月产票纸张的消耗、打印机的消耗都是一笔庞大的、看不到的账本。按 1000 人的工厂计算，每个月打印机维护及纸张耗材纸￥8000 元，一年￥96000 元。

　　在生产制造行业中，相对目前被广泛使用的手工或条码技术而言，RFID 标签具有本质上的优势，RFID标签的优势包括：可无线远距离读写，可穿透性读写 ，可在高速移动的状态下读写 ，存储更多的数据，可在恶劣的环境下使用等。因此 ，RFID 技术不只是条码技术的简单替换，它在生产制造业中的应用将改变企业的生产经营方式。目前，RFID技术已经开始应用于生产制造行业的供应链管理 、仓库管理 、物料管理等。涂装线现场环境恶劣，高温高湿度、且有油漆污染，普通的识别方式不能满足使用要求，上海实甲根据客户的现场情况提出RFID电子标签的管理方案。

　　三、方案设计

　　3.1方案设计

　　根据某厂涂装线的实际情况，其采用悬挂链系统对工件在产线的不同工序进行移动，采用横梁及吊钩对工件抓取，进行实现从投入原材料到处理完出成品的整个过程，主要涉及静电除尘、预热、底漆喷涂、烘干、表面喷涂、溜平干燥等工艺过程，在每个环节采用超高频对数据进行识别，采用无线Wi-Fi和管理系统进行通讯;硬件网络拓扑图如下：

　　3.2流程设计

　　工作流程描述如下：

　　贴标：采用SR-3200B对电子标签数据进行初始化;初始化后将标签贴在横梁或吊钩上，重复使用;

　　上线标签初始化;待处理的实物上线前通过智能移动终端将实物信息和电子标签信息进行读取关联，完成标签和实物的对应;

　　各工序的标签实时识别：在各工序安装固定式读写器和天线，对经过该工序的实物进行识别，并在数据库后台记录时间;实时监控产线的生产进度和质量情况;

　　3.3系统实施效益

　　生产型企业引入RFID，把 RFID 和现有的制造信息系统如 MES、ERP 等系统相结合，建立生产线实时管理体制，更优化、更合理利用资源，提高产能、提高资产利用率以及更高层次的质量控制和各种在线测量为企业创造更大的效益。

　　A.对实时数据流的影响

　　RFID 可提供不断更新的实时数据流。与制造执行系统互补，RFID 提供的信息可用来保证正确使用劳动力、机器、工具和部件，从而实现无纸化生产和减少停机时间。更进一步地，当材料、零部件和装配件通过生产线时，可以实时进行控制、修改甚至重组生产过程，以保证可靠性和高质量。 所有数据均通过无线方式被客户端电脑高速采集。

　　B.对生产线实时监管的影响

　　有了实时数据流作为基础，ERP 等管理系统可对这些大量的数据进行挖掘，对生产进度、过程进行实时的有效的监管，找出生产瓶颈、解决生产问题，部署更高层次的质量控制和各种在线测量。

　　C.对生产线实际生产能力的影响

　　RFID 可提供最精确的工序所需工时计算结果。ERP 软件可以通过 RFID 对每个工人每个工序、工时进行准确的评估，计算出每条生产线实际生产能力，企业管理人员可使用这些数据对企业业务能力作出更准确的分析。

　　D.对平衡生产线的影响

　　完成数据的挖掘、分析，企业管理人员掌握车间生产能力、即时解决生产瓶颈、实时监管生产进度、通过质量监控改进生产工艺，RFID 都为企业实现平衡生产线提供基础，与企业 ERP、SCM、MCS 等主流管理系统结合，让企业内每一个员工都发挥出最大作用，生产线有效工作时间提高15%，产出提高10%;供应链成本下降30%，库存下降25%;销售额提升10%。

　　对生产质量的影响

　　完成产线的数据采集，降低劳动工作强度，实现工件的有序进行，保证了产品的高质量，同时可以对出现问题的工件进行溯源和分析，达到改进生产质量的目的。

　　四、设备配置

　　设备配置清单如下：

　　序号 名称 型号 数量 备注

　　1 发卡机 SR-3200B 1 发卡

　　2 固定式读写器 SR-2514 8 Wifi通讯，各工序读取

　　3 射频电缆组件 SCA-SMA/N-J-3 8

　　4 RFID天线 SA-915-VL9 8

　　5 智能移动终端 SP-2414-2A 1 带RFID功能，产线上线处

　　6 智能移动终端 SP-2414-2A 1 不带RFID功能，产线缓存区

　　7 电子标签型号1 400 7、8两项二选一

　　8 电子标签型号2 400 7、8两项二选一

　　五、主要设备介绍

　　标签选型一

　　产品概述：

　　本产品为无源超高频耐高温抗金属标签。产品耐高温，体积小，价格低，性价比高，坚固耐用，能在高温等恶劣环境中使用。广泛适用于模具管理，产品资产管理等需要高温环境下的应用。

　　产品参数：

　　基材：陶瓷

　　天线：银印刷

　　产品尺寸：21*17*2mm

　　测试距离：固定读写器2m(30dBm)

　　手持机 1m(28dBm)

　　测试距离根据环境及天线增益的不同有差异

　　标签芯片：Impinj M3(如客户有特殊要求，可以使用不同芯片)

　　协议：EPC Class1Gen2(ISO18000-6C)

　　频率：902^928MHz

　　使用温度：-40~250℃

　　安装方式：背胶3M9473PC(-40~250℃)

　　外壳：PPA

　　防护等级：IP68

　　静电防护：2000V

　　内存容量(如下图)：EPC 96Bits ;TID 32Bits

　　可擦写次数：100000次

　　产品优势：

　　耐高温，产品单体瞬间耐温可以达到250℃，常态耐温可以达到200℃

　　标签选型二

　　产品概述：

　　本产品为无源超高频抗金属标签。产品体积小，价格低，性价比高，坚固耐用，能在恶劣环境中使用。广泛适用于模具管理，产品资产管理等

　　产品参数：

　　基材：陶瓷

　　天线：银印刷

　　产品尺寸： 30*30*3.0mm

　　测试距离：固定读写器5m-8M

　　手持机 3m-4m

　　测试距离根据环境及天线增益的不同有差异

　　标签芯片：Alien H3(如客户有特殊要求，可以使用不同芯片)

　　协议：EPC Class1Gen2(ISO18000-6C)

　　频率：902^928MHz

　　使用温度：-40~250℃

　　安装方式：-40~250℃

　　防护等级：IP68

　　静电防护：2000V

　　内存容量：EPC 96Bits ;TID 32Bits ;User 512Bits

　　数据存储时间：50年

　　可擦写次数：100000次