RFID射频识别技术在智能制造工厂刀具管理中的应用

时间：2017-06-22

摘要:通过在刀具上安装RFID电子标签用于刀具全生命周期的身份识别和信息读写，在智能制造数控机台等设备主机上安装RFID电子标签读写器，作为RFID电子标签与主要控制系统之间信息交互接口，利用RFID电子标签作为信息载体实现刀具与主机以及主机与主机之间的信息交互，以实现刀具生命周期的管理。新的解决方案可实现刀具在其生命周期内的信息监控与存储管理。刀具整个生命周期一般包括计划、采购、标识、入库、借出、装配、使用、归还、重磨、报废等。

一.刀具管理的行业背景
智能制造数控机台已成为机械等行业加工车间的主流设备，一般小型数控加工车间的刀具配备量多达上千把，再加上其配套零部件，总量上万把，品种上百种。随着刀具在数量和种类上急剧增加，生产车间各种类型及规格的标准和非标准刀具并存，大量刀具频繁地在刀具库房与机台、机台设备之间流动和交换。当前国内加工车间多靠手工方式和纸质条码管理刀具。纸质条码在油污环境下容易污损，刀具寿命也只能靠经验判断。由于缺乏刀具，造成很多加工流程停止，机台操作工需耗费大量时间在查找刀具上。随着智能制造数控机台种类及新产品种类的增加，现有刀具管理方案已不能满足需求，故引入无线射频技术(RFID)。
RFID是20世纪90年代兴起的一种非接触式的自动识别技术，具有快速扫描、体积小、抗污染能力和耐久性强、可重复使用、穿透性和无屏障阅读、数据记忆容量大*性强等特点，因此在生产数据采集、监控、数据传递方面具有巨大的应用潜力。本文以无线射频技术为基础，将RFID芯片安装在刀具的刀柄上，实现刀具信息的采集与管理，降低综合生产成本。

RFID刀具管理1.jpg

二.刀具管理行业现状及需求
国内外从事刀具管理研究的*开发出很多刀具管理软件，但无法满足刀具管理的全部要求，现有刀具管理存在以下问题：
①无法分析刀具的整个寿命周期的记录和数据，只是在时间点上实现刀具信息的采集与监控，无法获得未加工时的数据;
②传统刀具管理缺乏M2M信息交互，无法实现集成化管理;
③现有刀具管理方案以满足生产需求为目的，未考虑刀具整个生命周期内的成本问题。
为解决上述问题，实现制造业更加智能化自动化的目标，急需引入新的RFID射频识别技术手段来管理刀具信息。在加工过程中，针对刀具在机台中的使用进行智能化管理，将刀具参数传递给机台，使刀具加入机台刀库，供加工程序进行调用。刀具加工完成时，将刀具生产时间写入刀具的RFID中，实现刀具实时信息采集，刀具状态跟踪等功能。

转刀盘.jpg

三.刀具信息管理系统作业流程
刀具信息管理系统是指在制造单元内的机器设备(如智能制造数控机台、对刀仪等)及RFID读写器进行通讯的基础上，利用无线射频技术、CNC与RFID电子标签读写器采取串口通讯技术，实现刀具在其生命周期内的信息监控与存储管理。刀具整个生命周期一般包括计划、采购、标识、入库、借出、装配、使用、归还、重磨、报废等。本文采用上海营信专门为刀具设计的RFID电子标签，刀柄如图1所示，RFID读写标签的时间为500ms。
机台刀具管理的前提条件是刀具已经进行组刀，并通过对刀仪对刀。为了实现刀具相应的功能，机台需要进行刀库初始化，将刀具加工时间写入刀柄RFID中。由于高频RFID的读写距离比较短，所以在读写刀柄的RFID时，要将天线通过气动装置靠近RFID电子标签。
(1)机台刀库初始化
要实现数控刀具信息的智能化传输，首先要依靠智能制造数控机台。为确保在刀具装入机台时自动入刀库，并将刀具参数从RFID电子标签读入到机台刀库中，需对机台刀库进行初始化操作，具体流程说明如下：
①在机台有刀具变动时，需要机台控制刀盘转动一周(见图)，将所有刀具重新初始化到机台刀库;
②对每把刀需要进行如下操作：CNC通过指令驱动气缸**升RFID电子标签读头，气缸到位后，CNC获取感应开关状态，启动RFID电子标签读写器工作;气缸状态维持500ms，CNC通过串口通讯驱动RFID读写器对刀柄RFID芯片进行读取操作;收回气缸，CNC检测气缸磁感应开关到位后，刀具继续运转;
③需要控制的功能：在CNC操作界面加一个按钮，每按一次该按钮刀盘自动旋转一周，确保每次换刀都能转动一周，初始化机台刀库;不允许直接将刀安装到机台的刀库刀柄。
(2)刀具生产时间记录
在卸(组)刀时，会将刀具的生产量(加工时间)写入到刀具管理系统中。将机台加工时间写入刀柄的RFID中的流程如下：
①在机台卸刀前或组刀后，机台记录使用的刀具，旋转刀盘，逐个写入刀具加工时间;
②气缸状态维持500ms，CNC通过串口通讯驱动RFID读写器并对刀柄RFID芯片进行写入操作;
③收回气缸，CNC检测气缸磁感应开关到位后，刀盘继续转动。
要保证上述方案操作顺利进行，需在CNC操作界面增加一个按钮，在卸刀前或组刀后，按一次按钮，使机台旋转一周，并写入刀具使用时间，较终完成刀具寿命的控制。在进行方案流程操作时，应注意操作规范。方案流程如图3所示。
(3)RFID芯片中刀具数据存储
刀具编码是确定刀具身份一性的重要信息，将其写入RFID，通过刀具编码来管理每一把刀具。在编写相应程序时，可根据刀具的规格型号确定刀具的名义直径、名义长度及相应程序，然后根据实际情况给予相应的直径补偿和长度补偿。由于同一把刀具可以安装在不同的机台上，同一台机台也可以加工不同产品，加工产品时，也可能出现异常情况，故在加工时，需要展示以上加工信息。可通过程序控制，在加工过程动态展示报表显示刀具编码、加工产品、产品数量、异常信息等以及RFID记录中的刀具编码、刀具寿命、刀具已使用时间等信息。

四.硬件系统构成及软件开发
硬件由可嵌入刀具的电子标签(RFID)、天线、RFID读写器及相关数据接口构成。RFID电子标签为数据载体，由芯片及耦合元件组成，每个RFID电子标签都具有一的电子编码;RFID电子标签天线是RFID电子标签的应答器天线，通过通信感应来传递标签与控制器之间的无线射频信号，读写器是用来读取或写入RFID电子标签信息的设备。
该系统为分布式应用系统，采取C/S模式更利于该系统运行。系统开发平台为微软公司的Visual Framework3.5及以上版本，采用C#开发，数据库为ORACLE。
系统采用的RFID编码块为EEPROM存储类型，由于一般机台数控系统配备COM串行通讯接口，故采用RS232通讯协议。刀具使用寿命需要实时更新，为保证存储数据的实时性，在更换刀具时及时更新芯片中的刀具信息，将数控系统NCK变量中的寿命数据写入RFID芯片。

词条
词条说明
RFID服装工位管理解决方案
RFID服装工位管理使用RFID电子标签作为员工以及服装的信息载体，以无线网、互联网为信息渠道，建立一套完整的信息化管理系统，能够对整个生产线中人员工卡,工位,服装料卡等环节进行全程的记录，实现在生产制品的自动数据采集和实时跟踪管理，从而实现对企业生产线上的物流和信息流的实时跟踪，提高企业生产管理的工作效率和服务水平。主要功能: RFID生产线管理系统采用电子工票取代传统的纸质工票，为生产流水线
RFID车辆称重管理解决方案
通常运送矿石、煤炭、垃圾和燃料等需要称重计量的车辆在到达称重磅时，需要停车、登记、称重、人工输入数据到计算机中，造成失误较大、互相勾结、效率低。而采用RFID远距离射频识别技术进行车辆智能称重可以解决这些问题。原理是利用RFID电子标签有**一编号，将RFID远距离读卡器与电子衡器**结合起来，组成智能称重系统，在地磅前安装RFID**高频远距离读卡器，读卡器读卡信息通过RS232或TCP/IP发
RFID服装物流管理解决方案
在现代大型品牌服装企业中，各个经销商各个门店经常需要补充不同款式、颜色的服装，这对时效要求非常高的服装企业是一个非常大的难题。RFID服装物流管理系统，是运用RFID射频识别技术快速多标签阅读能力，通过在服装的吊牌或织唛里加入RFID电子标签作为服装的身份信息，在一些关键的点位安装RFID**高频读写器和天线，在移动作业场合利用RFID手持终端，可以对服装物流各个环节如服装拣货、服装分包、物流监管、
RFID服装门店管理解决方案
服装门店作为企业销售*阵地，能否发挥较大效用决定了企业的成败。而随着RFID射频识别技术引入到服装门店的管理，作为门店中两个较重要的要素：顾客和服装能更智能的管理起来，在服装门店中，原来的会员管理，服装盘点，收银，找货，调货，防盗等都能更高效的管理起来。并且结合物联网大数据技术，将服装门店中RFID采集来的数据进行深入分析，就可以给服装企业提供具有指导意义的数据，比如顾客的行为分析，款式的试穿率