基于RFID技术的模具电极MES系统的应用研究

毛金城 陈凯 陈绪兵 王瑜辉 方雄利
摘 要: 将RFID技术引入到模具电极的生产过程中,通过RFID读写器从电极备料、电极加工、电极检测、电极使用四个模块完成对电极数据的实时采集。系统对接口的集成,实现制造执行系统与各个系统的数据和业务集成,提出基于射频识别技术的模具电极生产模式,构建了该模式下的制造执行系统,并应用于实际生产中。根据该系统在东莞某制造公司中的应用情况表明,该系统能够提高生产制造的信息化程度和生产效率,并对模具电极进行了智能化管理,有效地改善了企业质量管理状况。
关键词: 射频识别技术; 模具电极; 制造执行系统; 电子编码
中图分类号: TN103?34; TN805 文献标识码: A 文章编号: 1004?373X(2017)10?0065?03
Abstract: The RFID technology was applied to mold electrode production. The real?time acquisition of the electrode data is achieved by RFID reader in the aspects of electrode material stock, electrode machining, electrode detection and electrode application. Data and business integration between MES and each system data is fulfilled through system integration interface. The mold electrode manufacturing mode based on RFID technology is proposed to construct MES. The application result in a manufacturing company in Dongguan shows that the system can improve the informatization level, intelligent management level and efficiency of the mold electrode production, and enterprise quality control status effectively.
Keywords: RFID technology; mold electrode; MES; EPC
0 引 言
模具是現代制造业大批量生产中的一种重要工艺装备,而电极是模具制造过程中不可缺少的加工工具。制造业信息化是当代国际制造业发展的大趋势[1],模具制造企业也必须努力推进模具制造业的信息化水平,对降低生产成本、提高模具电极的生产及管理效率、增强市场竞争力有着极为重要的意义[2]。
随着物联网(IOT)及RFID(Radio Frequency Identification)技术的高速发展[3],越来越多的模具制造企业将RFID技术应用到模具电极的制造过程中。利用RFID技术的非接触性、可重复使用、快速识别、读取方便、数据容量大、使用寿命长、无需直接接触、无需光学可视、无需人工干预等众多优点[4?6],解决处理传统模具制造业生产过程中流动量大、信息变换过程多、多场景信息交互的问题。
制造执行系统(Manufacturing Execution System,MES)是位于企业上层生产计划和底层工业控制(Process Control System,PCS)之间,面向车间层的生产管理技术与实时信息系统[7]。MES作为企业资源计划(Enterprise Resource Planning,ERP)系统和供应链管理(Supply Chain Management,SCM)系统的信息桥梁,调度底层过程控制系统(Process Control System,PCS)的枢纽,模具电极生产过程中起到了重要的作用,是一种先进的车间管理技术[8]。而将RFID技术应用到模具电极MES系统中,正好可以解决企业资源计划和控制层存在的信息管理的断层和信息反馈延迟的问题,实现车间模具电极生产数据传输的畅通,使模具电极的生产准备时间和生产周期大大缩短,提高了产品质量[9]。
本文结合广东省东莞市某模具电极生产企业的具体情况,从RFID应用模型、模具电极MES系统的业务流程分析及模具电极MES系统应用架构分析来进行研究。
1 RFID应用模型
本系统将RFID电子标签嵌入式地安装在电极座的侧面,如图1所示,用来识别模具电极,每个电极都与电极座一一对应。每个工位上都有采用ISO15693标准协议的超高频读写器,对电极座进行写入和读取电极信息,与MES系统进行交互。
本系统采用的RFID标签储存区分为产品电子编码(Electronic Product Code,EPC)存储区、标签惟一识别号(Tag Identifier,TID)、用户数据存储区和保留存储区。EPC存储区和用户数据存储区储存的信息是本文自定义的。其中EPC存储区可以快速读取,一般用来存储模具电极序号来进行快速识别,而用户数据存储区容量大,用来存储电极信息(电极编号、偏移量值等),RFID电子标签内存分配表如表1所示。
在电极备料仓库,备料员收到备料清单后,将毛坯新料夹入电极座中,并安装RFID电子标签,然后对电极一一绑定。再用RFID读写器向标签中写入电极编号和毛坏z轴高度。
随后进入数控加工车间,读写器自动读取模具电极的编号和毛坯z轴高度。在数据库中下载电极的NC程序对电极进行加工。完成后,电极成品进入检测车间。
在电极检测车间,对送检测的电极成品进行质量检测,合格的电极成品进入偏移量测量工序,不合格的电极成品返回二次加工。电极x,y,z偏移量值写入电子标签并上传到系统数据库中存储。
在电极使用车间,EDM机床自动读取电极x,y,z偏移量并合成放电程序,电火花加工完成后得到模具成品。电极回收时,仓库管理员通过RFID读写器读取电极编号并绑定相应的存储位置。通过系统可以查看电极的规格、存放位置、使用次数、状态等信息。
2 基于RFID模具电极制造执行系统总体架构方案
2.1 系统网络架构
系统通过RFID模块对模具电极进行数据采集传输,并向MES系统提供实时可靠的数据信息。系统利用服务器上的RFID软件对各个工位上的RFID模块进行统一管理,各车间PC机都用网线通过交换机与服务器连接。仓库中配置有无线路由器,与另一交换机连接,仓库中的移动端通过WiFi连接服务器。基于RFID模具电极制造执行系统网络拓扑图如图3所示。
2.3 系统业务流程设计
系统总体业务流程如图4所示。
2.2 系统功能模块设计
根据企業实际需求,系统的主要模块分为:工作站客户端和Web后台管理模块。工作站客户端主要包括电极的配料、CNC加工、QC检测、EDM加工以及仓库管理等模块。Web后台管理系统则包括电极管理、电极座管理、生产状况、报表查询、仓库管理、用户管理、日志记录和系统设置8个模块。这些功能模块为企业提供了管理平台和数据支撑。系统主要功能模块的划分见图5。
3 基于RFID模具电极制造执行系统的实现
本系统采用C/S架构和B/S架构的混合体系进行开发,工作站客户端模块采用C/S架构开发,Web后台管理系统采用B/S架构开发,结合两种架构的特性,实现制造执行系统的业务功能。其中C/S架构采用Microsoft .NET 3.5 Framework开发环境,C#开发语言,实现软件的快速开发,而B/S架构则采用ASP.NET技术与JavaScript进行Web开发。数据库采用微软的SQL Server数据库,数据访问技术采用ADO.NET技术,安全有效地访问数据库。工作站客户端和Web后台管理系统软件主界面如图7所示。
4 结 语
本文在对模具电极生产制造的研究分析的基础上,将RFID技术运用到电极的制造执行系统中,提出一套基于RFID技术的模具电极制造执行系统的解决方案。根据该系统在东莞某制造公司中的应用情况表明,该系统能够提高生产制造的信息化程度,提高生产效率,并对模具电极进行了智能化管理,有效地改善了企业质量的管理状况。
参考文献
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