劉 通，朱朦朦

(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所，南京 211153)

0 引 言

RFID技術(shù)又稱無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)，是通過(guò)無(wú)線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)。與以往的通信技術(shù)不同，RFID技術(shù)無(wú)需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸即可在一定距離范圍內(nèi)自動(dòng)識(shí)別，具有讀取方便快捷、識(shí)別速度快、數(shù)據(jù)容量大、使用壽命長(zhǎng)、標(biāo)簽數(shù)據(jù)可動(dòng)態(tài)更改等優(yōu)點(diǎn)。目前，該技術(shù)已廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)和生活的眾多領(lǐng)域。

1 RFID工作原理

一套完整的RFID系統(tǒng)是由電子標(biāo)簽、天線、閱讀器和應(yīng)用軟件系統(tǒng)4部分組成。閱讀器由物理讀寫器和數(shù)據(jù)協(xié)議處理器組成。本文描述的RFID系統(tǒng)分為讀和寫兩個(gè)互逆的過(guò)程。數(shù)據(jù)讀取的工作原理是電子標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)后接收由天線發(fā)出的射頻信號(hào)，電子標(biāo)簽收到天線發(fā)出的無(wú)線電波能量產(chǎn)生感應(yīng)耦合作用將標(biāo)簽內(nèi)數(shù)據(jù)送給天線再由射頻電纜將原始數(shù)據(jù)送給物理讀寫器，物理讀寫器接收數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)協(xié)議處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)解碼，最后由中央信息系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)寫入電子標(biāo)簽的過(guò)程與數(shù)據(jù)讀取流程互逆，具體見(jiàn)圖1。

2 T/R組件混裝生產(chǎn)線簡(jiǎn)述

T/R組件混裝生產(chǎn)線采用人工裝配工位、自動(dòng)裝配工位和調(diào)試工位相結(jié)合的離線裝配模式。由于T/R組件品種較多且組件的裝配工藝路線不同，在多個(gè)型號(hào)組件投產(chǎn)計(jì)劃同時(shí)下達(dá)至車間時(shí)裝配線需要對(duì)多個(gè)型號(hào)組件同時(shí)在線混裝。所以，T/R組件混裝生產(chǎn)線采用離線裝配模式，整線共設(shè)20個(gè)人工裝配工位、2個(gè)自動(dòng)擰螺釘工位、2個(gè)自動(dòng)焊接工位、4個(gè)調(diào)試工位和1個(gè)上下件工位。線體采用1條高速環(huán)形主線、6段輔線和8個(gè)自動(dòng)移載線將各個(gè)操作工位并聯(lián)。整線采用倍速鏈和頂升平移機(jī)實(shí)現(xiàn)主線和輔線、工位與工位之間的連接和流轉(zhuǎn)。組件在線上隨工裝板運(yùn)行，其中主線的右側(cè)采用2套提升機(jī)構(gòu)將線體架高至2.5 m高度，方便人員和AGV小車從下方安全通行。T/R組件混裝生產(chǎn)線布局見(jiàn)圖2。

由圖2可見(jiàn)，T/R組件混裝生產(chǎn)線上的各個(gè)工位均為離線布局，通過(guò)采用RFID技術(shù)可快速編制各個(gè)工位靈活多變的組合方式，實(shí)現(xiàn)不同型號(hào)組件按指定的工位流程運(yùn)行，保證各個(gè)產(chǎn)品在運(yùn)行過(guò)程中節(jié)拍穩(wěn)定，互不干涉。

3 RFID技術(shù)在線體上的應(yīng)用

按上述功能要求，在線上的所有頂升平移機(jī)構(gòu)和操作工位的位置設(shè)置RFID讀寫頭，頂升平移機(jī)構(gòu)上的RFID讀寫系統(tǒng)用于讀取運(yùn)行指令，操作工位上的RFID系統(tǒng)用于讀寫產(chǎn)品的生產(chǎn)信息。RFID標(biāo)簽固定在工裝板的一角，工裝板及RFID標(biāo)簽見(jiàn)圖3。

RFID讀寫器與上位設(shè)備通過(guò)TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信，計(jì)算機(jī)及PLC等上位設(shè)備相當(dāng)于“客戶端”，讀寫器相當(dāng)于“服務(wù)器”。讀寫器的IP地址可根據(jù)設(shè)定隨意變更。上位設(shè)備發(fā)送至RFID讀寫器的指令信息稱為“詢問(wèn)”，讀寫器發(fā)出的反饋信息為“響應(yīng)”。采用TCP/IP詢問(wèn)和響應(yīng)的通信格式見(jiàn)表1和表2。

表2 “響應(yīng)”傳輸格式表

參照表1和表2可見(jiàn)，當(dāng)發(fā)生數(shù)據(jù)“詢問(wèn)”或數(shù)據(jù)“響應(yīng)”通信時(shí)，唯一的格式不同體現(xiàn)在事務(wù)識(shí)別符上。當(dāng)發(fā)生數(shù)據(jù)“詢問(wèn)”通信時(shí)，事務(wù)識(shí)別符為X(X為指定的任意值)，此處指定的任意值將被復(fù)制至讀寫器發(fā)出的響應(yīng)的事務(wù)識(shí)別符中。當(dāng)發(fā)生數(shù)據(jù)“響應(yīng)”通信時(shí)，事務(wù)識(shí)別符為復(fù)制詢問(wèn)所指定的值。二者的其他數(shù)據(jù)格式均一致，協(xié)議識(shí)別符的值固定為0000Hex。字段長(zhǎng)度是從單元識(shí)別符至數(shù)據(jù)末尾的字節(jié)數(shù)，“Byte-4”的值固定為00Hex?！癇yte-6” 至“Byte-n”為“字段長(zhǎng)度”的指定范圍，其中單元識(shí)別符的值固定為FFHex。

功能代碼是指定RFID讀寫器執(zhí)行的功能的指定代碼。功能代碼執(zhí)行的功能見(jiàn)表3。最終所有的數(shù)據(jù)均暫存在保持寄存器內(nèi)。數(shù)據(jù)的傳輸格式因功能代碼而異，RFID讀寫器通過(guò)TCP/IP通信使用保持寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)，保持寄存器可讀取或?qū)懭腴L(zhǎng)16位的數(shù)據(jù)。

RFID讀寫器與上位設(shè)備(計(jì)算機(jī)或PLC)之間的詢問(wèn)和響應(yīng)的流程見(jiàn)圖4。

將RFID讀寫器沿生產(chǎn)線的移動(dòng)方向布置在各個(gè)工作站點(diǎn)，多個(gè)讀寫器通過(guò)射頻電纜統(tǒng)一連接至交換式集線器，數(shù)據(jù)通過(guò)統(tǒng)一處理后由PLC執(zhí)行響應(yīng)，詳見(jiàn)圖5和圖6。

4 典型生產(chǎn)示例

此處將A型號(hào)產(chǎn)品的T/R組件和B型號(hào)產(chǎn)品的T/R組件作為混產(chǎn)示例，兩種產(chǎn)品的裝配工序流程圖分別見(jiàn)圖7和圖8。

將A型號(hào)產(chǎn)品裝配的14道工序和B型號(hào)產(chǎn)品裝配的7道工序分配至裝配線的工位上，工位流程在線體上的布局見(jiàn)圖9。

車間MES系統(tǒng)按上述工位流程圖編制裝配線的運(yùn)行策略并將策略發(fā)送至線體各工站執(zhí)行。線體運(yùn)行時(shí)，2種產(chǎn)品即可按各自路徑在線同時(shí)運(yùn)行，保證運(yùn)行過(guò)程中互不干涉。

5 結(jié)束語(yǔ)

將RFID技術(shù)運(yùn)用在T/R組件混裝生產(chǎn)線上具備兩大優(yōu)勢(shì)：一采用RFID識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)裝配線上各工站靈活多變的組合方式，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)不同T/R組件多種投產(chǎn)模式的在線混合裝配；二是產(chǎn)品在線上各工站操作過(guò)程中產(chǎn)生的生產(chǎn)信息可暫存于RFID標(biāo)簽內(nèi)，待產(chǎn)品下線時(shí)將標(biāo)簽內(nèi)的信息統(tǒng)一打包并存入數(shù)據(jù)庫(kù)，避免生產(chǎn)信息頻繁與數(shù)據(jù)庫(kù)交互，降低了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膲毫Σp小數(shù)據(jù)出錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)。