2．2車間過程控制系統(tǒng)應用模型
通過對離散制造車間生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的各功能模塊的分析，可以得到如圖4所示的生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的應用模型。
圖4 生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)應用模型
首先由生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的生產(chǎn)計劃模塊生成生產(chǎn)作業(yè)計劃，生產(chǎn)車間根據(jù)生產(chǎn)作業(yè)計劃展開生產(chǎn)。數(shù)據(jù)采集和處理模塊對貼有射頻標簽的加工物料和加工設備的狀態(tài)數(shù)據(jù)進行采集，經(jīng)過過濾、分析處理后，將數(shù)據(jù)傳送至生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)控模塊和閉環(huán)調(diào)度模塊。當出現(xiàn)故障信息時，狀態(tài)監(jiān)控模塊就會向過程控制系統(tǒng)發(fā)出故障報告，過程控制系統(tǒng)將報告?zhèn)魉椭灵]環(huán)調(diào)度模塊，最后由閉環(huán)調(diào)度模塊生成故障排除方案，再通過過程控制系統(tǒng)解決故障。
2．3硬件及接口設計
基于RFID的離散制造業(yè)生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)由處于底層的數(shù)據(jù)采集終端，通過CAN總線與工作站進行通信，把數(shù)據(jù)信息傳送到車間工作站，車間工作站通過企業(yè)網(wǎng)絡把數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫，然后通過接口程序傳送到其他系統(tǒng)，為企業(yè)管理決策提供可靠、準確、實時的數(shù)據(jù)支持。本系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)和接口程序構成。
2．3．1硬件系統(tǒng)設計
硬件系統(tǒng)包括2個主要部分：數(shù)據(jù)采集終端和基站。數(shù)據(jù)采集終端的作用是用來采集離散制造業(yè)生產(chǎn)一線的實時數(shù)據(jù)，其組成結構包括I源ID管理模塊，數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)存儲模塊，狀態(tài)顯示模塊等。
基站的主要作用是實現(xiàn)車間工作站運行的通信程序與終端之間的數(shù)據(jù)交互，主要由數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊組成。利用RFID進行數(shù)據(jù)采集過程如圖5所示。
圖5 RFID數(shù)據(jù)采集過程
2．3．2接口程序設計
接口程序是把從車間現(xiàn)場采集到的實時數(shù)據(jù)傳送到其他的系統(tǒng)中，以便查詢、統(tǒng)計生產(chǎn)信息。利用中間件的設計思想，把接口程序設置在系統(tǒng)服務器端，接口程序可采用定時和觸發(fā)2種方式傳遞信息。接口程序主要完成以下數(shù)據(jù)的傳遞：加工信息、加工設備信息、工藝參數(shù)信息、質量信息、產(chǎn)品信息、檢驗數(shù)據(jù)等。
生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)針對位于企業(yè)計劃層和工業(yè)控制層之間的執(zhí)行層管理問題，可向企業(yè)現(xiàn)有的ERP系統(tǒng)、PDM系統(tǒng)等提供可靠、及時、準確的信息，能有效防止車間管理信息的“斷層”。本系統(tǒng)采用通用數(shù)據(jù)接口程序，把分布在所有車間終端上采集的數(shù)據(jù)提交給上層管理系統(tǒng)，為企業(yè)決策提供數(shù)據(jù)支撐。接口程序采用中間件開發(fā)思想，集成加隆和ERP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)參數(shù)傳遞方式，采用定時和事件觸發(fā)的方式對接口函數(shù)進行調(diào)用。
3 系統(tǒng)開發(fā)與功能實現(xiàn)
3．1系統(tǒng)仿真平臺開發(fā)
仿真平臺主要由上位計算機、總控制臺ARM控制器、自動輸送小車AGV、加工單元和自動化立體倉庫組成，其中加工單元包括機械手、加工設備、射頻讀卡裝置以及零件緩沖區(qū)等。已貼射頻標簽的物料存儲于自動化立體倉庫中。生產(chǎn)運行后，根據(jù)生產(chǎn)作業(yè)計劃，AGv從倉庫出庫臺搬運物料至相應加工單元，由ARM控制加工單元運作。所有加工工序完成后，物料再由AGV運送回倉庫。讀卡器會在加工開始與結束分別讀取RFID的數(shù)據(jù)，過濾處理后，上傳至控制系統(tǒng)。
仿真平臺的實物照片如圖6所示，該實驗平臺可以模擬離散制造車間生產(chǎn)過程，本文將在該平臺上驗證基于RFID離散制造業(yè)車間生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的有效性和可行性。
圖6 仿真平臺的原型
3．2功能實現(xiàn)
根據(jù)對系統(tǒng)總體設計的要求，已搭建完成的車間生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)包括以下功能模塊：基礎數(shù)據(jù)管理、生產(chǎn)作業(yè)管理、生產(chǎn)監(jiān)控管理、生產(chǎn)查詢管理、資源管理和數(shù)據(jù)接口。各主要模塊實現(xiàn)功能如下：
a．基礎數(shù)據(jù)管理。
基礎數(shù)據(jù)管理模塊可以定義產(chǎn)品生產(chǎn)特性及物流管理信息系統(tǒng)用戶，執(zhí)行功能的權限及用戶使用功能的授權，并對各子系統(tǒng)公用的基礎數(shù)據(jù)進行維護，如工序、工人、車間等信息，這些基礎數(shù)據(jù)是進行制造生產(chǎn)和運行調(diào)度的基礎。
b．生產(chǎn)作業(yè)管理。
該模塊自動生成車間作業(yè)計劃�？梢钥刂萍庸すに�、加工過程、優(yōu)先級調(diào)度等。系統(tǒng)設置的控制器會根據(jù)生產(chǎn)能力、設備狀況生成計劃，通過RFID閱讀器對標簽的識讀，實現(xiàn)對現(xiàn)場生產(chǎn)作業(yè)信息的錄入，并把數(shù)據(jù)信息輸入到服務器上的數(shù)據(jù)庫，方便管理人員合理安排生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率。
c．生產(chǎn)監(jiān)控管理。
該模塊主要提供信息給一般用戶、企業(yè)管理人員等需及時了解生產(chǎn)進度情況的人員。它主要包括訂單執(zhí)行情況的實時監(jiān)控、工序生產(chǎn)的實時監(jiān)控、工位生產(chǎn)的實時檢測。這些實時監(jiān)測功能提供了整體生產(chǎn)執(zhí)行信息，可以實時地觀察車間各種設備運行狀態(tài)和加工進度。方便用戶根據(jù)實際情況及時調(diào)整生產(chǎn)計劃。
d．生產(chǎn)查詢管理。
工作狀況，采用圖表、直方圖或餅圖等方式進行直觀的反映，為管理者提供決策依據(jù)。查詢功能可以查詢到每個工位的操作信息．如裝配的具體時間、物料需求信息、員工操作結果、質量狀況等，而且還可以追溯生產(chǎn)歷史，從而找到殘次品產(chǎn)生的環(huán)節(jié)。
e．資源管理。
該模塊主要對生產(chǎn)線上的設備進行管理，提供給用戶當前各設備的工作狀態(tài)，及時了解現(xiàn)有設備的實際使用情況，以便為安排生產(chǎn)或者設備維護提供參考依據(jù)。
f．數(shù)據(jù)接口。
該模塊提供與車間設備、MES、ERP或其他車問管理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口功能。
4 結束語
離散型制造企業(yè)的生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的特點表明，利用RFID技術將從根本上提高產(chǎn)品生產(chǎn)過程中物料監(jiān)控和協(xié)調(diào)調(diào)度的管理水平�；赗FID技術的控制系統(tǒng)適合大部分離散型生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)過程控制應用，既可以提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，又能降低企業(yè)生產(chǎn)成本，有較高的實用價值，具有非常良好的市場前景。為提高中國制造業(yè)信息化水平，以信息化帶動工業(yè)化，在企業(yè)原材料供貨、生產(chǎn)計劃管理、生產(chǎn)過程控制、精益制造等多個方面使用RFID技術，可以實現(xiàn)生產(chǎn)過程的實時數(shù)據(jù)采集可視化、準時化以及業(yè)務協(xié)同和產(chǎn)品信息可追溯�；赗FlD過程控制系統(tǒng)的應用還可與ERP、CRM等系統(tǒng)形成良好的互補，有效地解決ERP系統(tǒng)在物資和產(chǎn)品數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)準確性和實時輸入等方面的問題，是實現(xiàn)離散型制造企業(yè)整體信息化的樞紐信息系統(tǒng)，有助于企業(yè)減少產(chǎn)品缺陷，縮短產(chǎn)品制造周期，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，提高企業(yè)在市場上的綜合競爭力。
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本文標題：基于RFID離散制造業(yè)車間生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)研究與開發(fā)（下）
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