《武汉工程大学学报》  2015年01期 14-21   出版日期：2015-01-31   ISSN:1674-2869   CN:42-1779/TQ
射频识别技术在模具电极管理系统中的应用


０　引　言　　射频识别（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ,简称ＲＦＩＤ）是一种非接触的自动识别技术,通过射频信号来识别目标对象并获取相关数据. ＲＦＩＤ技术是从２０世纪９０年代开始兴起,被列为２１世纪十大重要技术之一. 由于现代射频识别技术具有非接触性、可重复使用、快速识别、读取方便快捷、数据容量大、使用寿命长等优点［１－３］被广泛应用于现代制造业、物流行业、交通运输管理、资产管理等诸多行业领域当中. 　　目前,随着模具行业生产规模的扩大,模具加工电极种类和数量快速增长,使得模具电极的管理日趋复杂和困难［４-５］. 面对复杂的模具生产工艺流程和协作关系,加上数量日渐庞大的生产、配套和管理信息,传统的制造系统加上人工的电极管理模式,已经很难解决这种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,一定程度上制约了模具生产企业的发展. 　　近年来,国内专家和学者先后对模具电极管理问题提出了一些研究方法. 如华中科技大学的苏兆河［５］等研究了基于ＵＧ的注塑模具电极设计与管理系统,实现了电极的智能ＣＡＤ功能. 苏州大学的徐炜［６］等研发了一套面向ＭＥＳ的车间模具电极管理系统,为模具生产企业建立智能制造执行系统提供了思路. 青岛大学的张云峰［７］等从模具电极的制造工艺和结构相似性出发,利用ＶＢ和ＳＱＬ ｓｅｒｖｅｒ研发了一套用于模具电极管理的ＣＡＰＰ系统. 　　本文将新兴的ＲＦＩＤ技术应用于传统模具制造行业,设计并实践了一套基于ＲＦＩＤ技术的模具电极管理系统. 采用该系统能够对模具电极进行智能识别,减少大量人力操作,能够给模具生产企业的生产效率、管理成本、产品质量带来新的突破.　　１　系统功能及结构设计　　１．１　系统硬件构成　　在电极座侧面内嵌式安装ＳＧ－ＨＴ－１１３Ｍ型抗金属电子标签（如图１所示）,并将电极座与电极一一对应、相互绑定. 使用ＩＳＯ１５６９３协议的高频读写器对电极座ＲＦＩＤ标签进行识别,在不同工位写入或读出电极信息（电极编号、Ｘ,Ｙ偏移量、Ｚ轴高度）与系统交互. 图１ ＳＧ－ＨＴ－１１３Ｍ抗金属标签安装位置图　　Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｍｏｕｎｔｉｎｇ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ＳＧ－ＨＴ－１１３Ｍ ａｎｔｉ－ｍｅｔａｌ ｔａｇ　　注：１．模具电极 ２．抗金属电子标签 ３．电极座卡盘 ４．电极座ｈｚ—电极Ｚ轴高度.　　抗金属电子标签作为本系统的核心基础部件,其性能稳定性至关重要. 因此,本文笔者委托深圳市计量质量检测研究院（国家数字电子产品质量监督检验中心）对ＳＧ?鄄ＨＴ?鄄１１３Ｍ型抗金属ＲＦＩＤ电子标签做了性能检测（报告编号：ＷＴ１３８００２７８０）,报告结果,电子标签的参数指标（如表１所示）均合格,能够满足工业应用要求.　　表1. SG?鄄HT?鄄113M抗金属电子标签参数　　Table1.The parameters of SG?鄄HT?鄄113M anti?鄄metal tag　　１．２　系统业务流程设计　　模具电极管理系统的业务流程主要包括计算机辅助加工（ＣＡＭ）、电极坯料装夹和预调、电极数控加工（ＣＮＣ）、电极质量检测（ＱＣ）、电极偏移量测量（ＣＭＭ）、电火花加工（ＥＤＭ）等,如图2所示.　　图2　系统业务流程图　　Ｆｉｇ．2　Ｔｈｅ ｄｉａｇｒａｍｓ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｂｕｓｉｎｅｓｓ ｐｒｏｃｅｓｓ　　１．３　系统功能需求分析　　根据系统业务流程要求,ＲＦＩＤ模具电极管理系统主要由以下几个功能模块组成,如图3所示.　　（１） 电极管理模块：能够显示加工模具所需的电极列表,包括电极编号、规格、材质、Ｚ轴高度、装夹次数等信息,支持电极信息的增、删、改、查功能.　　（２） 电极座管理模块：能够显示电极座信息列表,包括电极座编号、标签ＩＤ、仓库位置、已装夹电极等信息,支持电极座信息的增、删、改、查功能.　　（３） 生产监控模块：支持生产监控和机床状态监控功能. 　　（４） 报表查询模块：支持通过日期区间、时间粒度、机床名,对机床工作量进行报表查询. 支持通过电极编号、日期区间、用户名,对用户操作历史进行查询. 　　（５） 仓库管理模块：能够对电极清单、入库清单、出库清单、库存实况等进行查询与管理. 　　（６） 用户权限模块：支持对用户的账号、权限、状态等信息进行增、删、改、查操作. 　　（７） 日志管理模块：支持ＣＡＭ同步、记录登录日志和操作日志等. 　　（８） 参数设置模块：包括仓库配置、货架配置、ＣＮＣ机床清单、ＥＤＭ机床清单等. 　　１．４　系统数据库结构设计　　运用 Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｏｆｆｉｃｅ Ｖｉｓｉｏ数据库模型图对模具电极管理系统进行数据库结构设计,系统数据库Ｅ－Ｒ图如图4所示.　　图3　系统软件功能模块图　　Ｆｉｇ．3　Ｔｈｅ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｂｌｏｃｋ　　图4　系统数据库Ｅ－Ｒ图　　Ｆｉｇ．4　Ｔｈｅ Ｅ－Ｒ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｄａｔａｂａｓｅ　　２　系统实现　　ＲＦＩＤ模具电极管理系统软件基于Ｃ／Ｓ与Ｂ／Ｓ混合构架开发,采用了Ｖｉｓｕａｌ Ｓｔｕｄｉｏ ２００８集成开发环境,并利用ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ ２００５数据库进行系统数据管理. 根据用户需求对同一授权用户系统提供功能完全对等的客户端和浏览器两种访问方式,以适应不同用户习惯的需求. ＲＦＩＤ模具电极仓库管理系统客户端软件界面如图5所示. 　　在电极管理系统仓库管理客户端软件界面中可以查看仓库视图,如图6，Ａ１,Ａ２,Ａ３,Ａ４分别表示Ａ货架１,２,３,４层. 每个货架都由４层组成,每层都设有２８列×８行共２２４个电极存储位置. 用户可以根据库房名和货架号组合查询,显示电极仓库各仓格的存储状态（空闲、电极、毛坯、空治具、已锁定、可回收旧料、报废旧料）,并分别用不同的颜色加以区分显示. 　　 ＲＦＩＤ模具电极管理系统浏览器界面如图6所示．　　在系统管理界面,可以进行电极管理、电极座管理、生产状况监控、电极仓库查询等操作. 在电极仓库查询中,能够查看各货架的信息（货架号、是否双格、层数、列数、格数）和使用状况（位置总数、存放电极数、占用比）等.　　图5　电极仓库管理客户端软件界面　　Ｆｉｇ．5　Ｔｈｅ ｃｌｉｅｎｔ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｗａｒｅｈｏｕｓｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ　　图6　电极管理系统浏览器界面　　Ｆｉｇ．6　Ｔｈｅ ｂｒｏｗｓｅｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ　　３　系统测试及应用效果　　表２所列是广东省东莞市东莞劲胜精密组件股份有限公司使用此ＲＦＩＤ模具电极管理系统的前后效果对比. 　　可以看出将本ＲＦＩＤ电极管理系统运用于模具制造企业,取得了较好的效果,主要表现如下：　　（１） 出入库效率提高：利用无线射频识别（ＲＦＩＤ）技术对电极进行自动识别,从而省去了繁琐的手工录入过程,大大减少了操作时间,提高了效率. 　　（２） 盘点工作量减少、出错率降低：使用ＲＦＩＤ电极管理系统大大减少了人工数据操作和比对繁重的工作量,出错率明显降低. 　　（３） 仓库空间利用率提高：在系统界面中仓格存储状态（空闲、电极、毛坏等）可视化,能够更加合理安排存储空间,极大地提高了空间利用率.　　（４） 产能提升：以劲胜公司乌沙车间为例,运用ＲＦＩＤ电极管理系统后,加工准备时间缩短,设备组产出速度平均增加０．１３件／h,以车间１０台夏米尔ＥＤＭ机床每天工作８小时进行产能核算,乌沙车间每年新增产能ΔＭ：　　 ΔＭ＝Ｆ·Ｓ·（ΔＰ）　　 ＝（３５０×８）×１０×０．１３　　 ＝３ ６４０（件）（１）　　式（１）中，ΔＭ为设备增加的产能；Ｆ为单台设备有效工作时间；Ｓ为设备数量；ΔＰ为增加的产量定额.　　由公式（１）计算后可得，系统上线后预计新增产能约３６４０件／年． 若以模具均价８００元／件进行估算，乌沙车间年新增产能约２９１．２万元．　　表 2　使用RFID电极管理系统前后的效果对比表　　Table．2　The effect comparison table of using RFID 　　electrode management system before and after　　４　结　语　　将ＲＦＩＤ技术应用到传统模具制造行业，设计并实现了一套集ＲＦＩＤ电极座管理、模具电极管理、电极仓库管理等为一体的模具电极管理系统． 首先对系统总体功能与结构进行了设计，规范系统业务流程；接着对系统的主要硬件构成及参数进行选型；再根据系统业务流程进行功能需求分析、数据库结构设计；最后运用．ＮＥＴ技术进行系统开发，实现了系统各管理界面与功能． 该系统能够对数量庞大、规格各异的模具用电极进行智能化管理，对于提高模具生产企业的生产效益和市场竞争力具有重要意义． 　　上述设计的基于ＲＦＩＤ技术的模具电极管理系统还可以在电极转运自动化、仓库实现无人值守等方面进行拓展． 此研究之后可进一步研究应用ＡＧＶ小车或智能搬运机器人，实现电极仓库的无人值守，进一步提高模具电极管理的智能化水平．　　致　谢　　感谢东莞华中科技大学制造工程研究院提供的项目支持和帮助；感谢东莞劲胜精密组件股份有限公司提供的应用环境！