摘要(yao)(yao):通(tong)過在刀(dao)(dao)具(ju)上安(an)裝(zhuang)RFID電子標簽(qian)用(yong)于刀(dao)(dao)具(ju)全(quan)生(sheng)命(ming)周(zhou)期的(de)身(shen)份識(shi)別(bie)和(he)信息(xi)讀(du)(du)寫，在智能制造數控(kong)機(ji)臺等(deng)設備主(zhu)(zhu)機(ji)上安(an)裝(zhuang)RFID電子標簽(qian)讀(du)(du)寫器(qi)，作為RFID電子標簽(qian)與主(zhu)(zhu)要(yao)(yao)控(kong)制系統之間(jian)(jian)信息(xi)交互接(jie)口，利用(yong)RFID電子標簽(qian)作為信息(xi)載體(ti)實現刀(dao)(dao)具(ju)與主(zhu)(zhu)機(ji)以及主(zhu)(zhu)機(ji)與主(zhu)(zhu)機(ji)之間(jian)(jian)的(de)信息(xi)交互，以實現刀(dao)(dao)具(ju)生(sheng)命(ming)周(zhou)期的(de)管理。新的(de)解決方案可實現刀(dao)(dao)具(ju)在其生(sheng)命(ming)周(zhou)期內(nei)的(de)信息(xi)監(jian)控(kong)與存儲管理。刀(dao)(dao)具(ju)整(zheng)個生(sheng)命(ming)周(zhou)期一般包括計劃、采購、標識(shi)、入庫、借(jie)出、裝(zhuang)配、使(shi)用(yong)、歸還(huan)、重磨、報廢等(deng)。
一.刀(dao)具管理的行業背景
智能(neng)制造(zao)數(shu)(shu)控(kong)機(ji)(ji)臺(tai)已成為機(ji)(ji)械等行業加(jia)工(gong)(gong)車(che)間(jian)的(de)(de)主流設備(bei)，一般小型數(shu)(shu)控(kong)加(jia)工(gong)(gong)車(che)間(jian)的(de)(de)刀(dao)(dao)(dao)具(ju)(ju)配備(bei)量(liang)多(duo)(duo)達上千把，再加(jia)上其配套(tao)零(ling)部件，總量(liang)上萬把，品種上百種。隨著(zhu)刀(dao)(dao)(dao)具(ju)(ju)在數(shu)(shu)量(liang)和(he)種類(lei)上急劇增加(jia)，生產車(che)間(jian)各種類(lei)型及規格的(de)(de)標(biao)準和(he)非標(biao)準刀(dao)(dao)(dao)具(ju)(ju)并存，大量(liang)刀(dao)(dao)(dao)具(ju)(ju)頻繁地在刀(dao)(dao)(dao)具(ju)(ju)庫(ku)房(fang)與機(ji)(ji)臺(tai)、機(ji)(ji)臺(tai)設備(bei)之間(jian)流動(dong)和(he)交換。當前國(guo)內(nei)加(jia)工(gong)(gong)車(che)間(jian)多(duo)(duo)靠手工(gong)(gong)方式和(he)紙質條碼(ma)管理(li)刀(dao)(dao)(dao)具(ju)(ju)。紙質條碼(ma)在油污環境下(xia)容易(yi)污損，刀(dao)(dao)(dao)具(ju)(ju)壽(shou)命也只(zhi)能(neng)靠經(jing)驗判斷。由(you)于缺乏(fa)刀(dao)(dao)(dao)具(ju)(ju)，造(zao)成很多(duo)(duo)加(jia)工(gong)(gong)流程停止，機(ji)(ji)臺(tai)操作工(gong)(gong)需(xu)(xu)耗費大量(liang)時間(jian)在查找刀(dao)(dao)(dao)具(ju)(ju)上。隨著(zhu)智能(neng)制造(zao)數(shu)(shu)控(kong)機(ji)(ji)臺(tai)種類(lei)及新產品種類(lei)的(de)(de)增加(jia)，現有刀(dao)(dao)(dao)具(ju)(ju)管理(li)方案已不能(neng)滿足需(xu)(xu)求，故引入(ru)無線射頻技術(shu)(RFID)。
RFID是20世紀90年代興起的(de)(de)一種(zhong)非接觸(chu)式的(de)(de)自動識別(bie)技術，具(ju)有快速掃描、體積小、抗(kang)污染能力和(he)耐久性強(qiang)、可重復使用、穿(chuan)透性和(he)無(wu)屏障閱(yue)讀、數(shu)據記憶容(rong)量大(da)安全性強(qiang)等(deng)特(te)點，因此在生產(chan)數(shu)據采(cai)集(ji)、監控、數(shu)據傳遞方(fang)面具(ju)有巨大(da)的(de)(de)應(ying)用潛(qian)力。本(ben)文以無(wu)線射頻技術為(wei)基礎，將RFID芯片安裝在刀具(ju)的(de)(de)刀柄上，實現刀具(ju)信息的(de)(de)采(cai)集(ji)與(yu)管理，降低綜合生產(chan)成本(ben)。
二.刀具管理行業現狀及需求
國內外從(cong)事刀(dao)具(ju)(ju)管(guan)(guan)(guan)理(li)研(yan)究的專(zhuan)家開發出(chu)很多刀(dao)具(ju)(ju)管(guan)(guan)(guan)理(li)軟件，但無法滿足(zu)刀(dao)具(ju)(ju)管(guan)(guan)(guan)理(li)的全部要求(qiu)，現有刀(dao)具(ju)(ju)管(guan)(guan)(guan)理(li)存(cun)在以下(xia)問題：
①無法分(fen)析刀具(ju)的整個(ge)壽命周期(qi)的記錄和數據，只是在時間點上實(shi)現刀具(ju)信息的采(cai)集與監控，無法獲得未加工時的數據;
②傳統刀(dao)具管(guan)理缺乏(fa)M2M信息交互，無法實現集成化管(guan)理;
③現有刀具(ju)管(guan)理方案以(yi)滿足生(sheng)產需求為目(mu)的(de)，未考慮刀具(ju)整個生(sheng)命周期內的(de)成本問題。
為解決(jue)上述問題，實現(xian)制造業更加智能化自(zi)動化的(de)目標，急需引入(ru)新的(de)RFID射頻識(shi)別技術手段來(lai)管理刀(dao)具(ju)信息。在(zai)(zai)加工(gong)過程(cheng)中(zhong)，針(zhen)對刀(dao)具(ju)在(zai)(zai)機(ji)臺中(zhong)的(de)使用進行智能化管理，將(jiang)(jiang)刀(dao)具(ju)參數(shu)傳遞給機(ji)臺，使刀(dao)具(ju)加入(ru)機(ji)臺刀(dao)庫，供加工(gong)程(cheng)序進行調用。刀(dao)具(ju)加工(gong)完成(cheng)時(shi)(shi)，將(jiang)(jiang)刀(dao)具(ju)生(sheng)產時(shi)(shi)間(jian)寫入(ru)刀(dao)具(ju)的(de)RFID中(zhong)，實現(xian)刀(dao)具(ju)實時(shi)(shi)信息采(cai)集，刀(dao)具(ju)狀態跟蹤等功(gong)能。
RFID高頻(pin)工(gong)(gong)業(ye)一體式(shi)讀寫頭HR2878，讀卡器(qi)工(gong)(gong)作頻(pin)率為(wei)13.56MHz，支(zhi)持對符合格式(shi)標簽的讀取，可讀寫完整數據塊數據。采用(yong)銅鍍鎳材料外(wai)殼(ke)，高防護等(deng)級(ji)，采用(yong)RS232和(he)RS485數據接口，支(zhi)持工(gong)(gong)業(ye)MODBUS RTU等(deng)通信協議，方便用(yong)戶通集成到PLC等(deng)控(kong)(kong)制系統(tong)中。主要應用(yong)于工(gong)(gong)業(ye)產線、模具(ju)管(guan)(guan)理(li)、刀具(ju)管(guan)(guan)理(li)、倉(cang)儲(chu)管(guan)(guan)理(li)、AGV、防偽溯源(yuan)、物流(liu)分揀及生(sheng)產過程(cheng)控(kong)(kong)制等(deng)多種系統(tong)應用(yong)領域。
三.刀具信息管理(li)系統作業流(liu)程
刀(dao)具(ju)信息管理系統是指在制造單元(yuan)內的(de)(de)機器設備(bei)(如智能(neng)制造數控(kong)機臺、對刀(dao)儀等(deng))及RFID讀(du)寫(xie)器進行通訊的(de)(de)基(ji)礎上，利(li)用無(wu)線射頻(pin)技術(shu)、CNC與RFID電子標(biao)簽讀(du)寫(xie)器采(cai)取串口(kou)通訊技術(shu)，實現刀(dao)具(ju)在其生命(ming)周(zhou)期內的(de)(de)信息監控(kong)與存儲(chu)管理。刀(dao)具(ju)整(zheng)個生命(ming)周(zhou)期一般包括計劃、采(cai)購、標(biao)識、入庫、借出、裝配、使用、歸還、重磨、報廢等(deng)。本文(wen)采(cai)用上海營(ying)信專門為(wei)(wei)刀(dao)具(ju)設計的(de)(de)RFID電子標(biao)簽，刀(dao)柄如圖1所示，RFID讀(du)寫(xie)標(biao)簽的(de)(de)時間為(wei)(wei)500ms。
機(ji)臺(tai)刀具(ju)管理(li)的前提條件(jian)是刀具(ju)已經進(jin)行組刀，并通(tong)過對刀儀對刀。為了實現刀具(ju)相(xiang)應的功(gong)能，機(ji)臺(tai)需要進(jin)行刀庫初始化，將刀具(ju)加工時間寫入刀柄RFID中。由于高頻RFID的讀(du)(du)寫距(ju)離(li)比較短(duan)，所以在讀(du)(du)寫刀柄的RFID時，要將天(tian)線通(tong)過氣動裝(zhuang)置(zhi)靠近RFID電(dian)子標簽。
(1)機臺(tai)刀庫初始化
要(yao)實(shi)現數(shu)控刀(dao)具(ju)信息的智能化傳輸(shu)，首先要(yao)依靠(kao)智能制造數(shu)控機臺。為確保在刀(dao)具(ju)裝(zhuang)入(ru)機臺時自(zi)動入(ru)刀(dao)庫，并(bing)將刀(dao)具(ju)參數(shu)從RFID電子標簽讀(du)入(ru)到機臺刀(dao)庫中，需對(dui)機臺刀(dao)庫進行初始化操作(zuo)，具(ju)體流程(cheng)說(shuo)明如下：
①在機臺有刀(dao)(dao)(dao)具變動時(shi)，需(xu)要機臺控制刀(dao)(dao)(dao)盤轉動一周(見圖)，將所有刀(dao)(dao)(dao)具重新初始化到(dao)機臺刀(dao)(dao)(dao)庫(ku);
②對每把刀需要(yao)進行(xing)如(ru)下操作：CNC通(tong)(tong)過指令驅動(dong)氣(qi)缸(gang)(gang)頂(ding)升RFID電子標簽(qian)讀(du)頭，氣(qi)缸(gang)(gang)到位(wei)(wei)后，CNC獲取(qu)感應開關狀態(tai)，啟動(dong)RFID電子標簽(qian)讀(du)寫器(qi)(qi)工作;氣(qi)缸(gang)(gang)狀態(tai)維持500ms，CNC通(tong)(tong)過串口(kou)通(tong)(tong)訊驅動(dong)RFID讀(du)寫器(qi)(qi)對刀柄RFID芯片進行(xing)讀(du)取(qu)操作;收(shou)回(hui)氣(qi)缸(gang)(gang)，CNC檢測(ce)氣(qi)缸(gang)(gang)磁感應開關到位(wei)(wei)后，刀具繼續運轉;
③需要控制的功能：在(zai)CNC操作界面(mian)加一(yi)個按鈕(niu)，每按一(yi)次(ci)該按鈕(niu)刀盤自(zi)動(dong)旋轉一(yi)周，確保每次(ci)換刀都能轉動(dong)一(yi)周，初始化機臺刀庫;不允(yun)許(xu)直接將刀安裝到機臺的刀庫刀柄。
(2)刀具(ju)生產(chan)時間記(ji)錄
在(zai)卸(組(zu))刀(dao)時(shi)，會(hui)將(jiang)(jiang)刀(dao)具(ju)的生產量(加工時(shi)間)寫入(ru)到刀(dao)具(ju)管(guan)理系統中。將(jiang)(jiang)機臺加工時(shi)間寫入(ru)刀(dao)柄的RFID中的流程如(ru)下：
①在機臺卸刀(dao)(dao)(dao)前(qian)或組刀(dao)(dao)(dao)后，機臺記(ji)錄使用的刀(dao)(dao)(dao)具，旋轉(zhuan)刀(dao)(dao)(dao)盤，逐個寫(xie)入刀(dao)(dao)(dao)具加工時(shi)間(jian);
②氣(qi)缸狀態(tai)維(wei)持500ms，CNC通(tong)過串口通(tong)訊(xun)驅動(dong)RFID讀寫(xie)器(qi)并(bing)對刀(dao)柄RFID芯片進行寫(xie)入操(cao)作;
③收回氣(qi)缸，CNC檢測氣(qi)缸磁感應開(kai)關到(dao)位后，刀盤(pan)繼續轉(zhuan)動。
要保(bao)證(zheng)上(shang)述方(fang)案(an)操(cao)(cao)作(zuo)(zuo)順利進(jin)行(xing)，需在CNC操(cao)(cao)作(zuo)(zuo)界面增(zeng)加一個按(an)鈕(niu)，在卸刀(dao)前或組刀(dao)后，按(an)一次按(an)鈕(niu)，使(shi)機臺旋轉一周(zhou)，并寫入刀(dao)具使(shi)用時(shi)間，最終完成(cheng)刀(dao)具壽命的(de)控制。在進(jin)行(xing)方(fang)案(an)流程操(cao)(cao)作(zuo)(zuo)時(shi)，應(ying)注意操(cao)(cao)作(zuo)(zuo)規范。方(fang)案(an)流程如圖3所示。
(3)RFID芯片中刀具數(shu)據存儲
刀具(ju)(ju)(ju)(ju)編(bian)碼是確(que)定(ding)刀具(ju)(ju)(ju)(ju)身份唯一(yi)性的(de)(de)(de)重要信息(xi)，將其寫(xie)入(ru)RFID，通(tong)過(guo)刀具(ju)(ju)(ju)(ju)編(bian)碼來(lai)管理每一(yi)把刀具(ju)(ju)(ju)(ju)。在(zai)編(bian)寫(xie)相應(ying)程序時，可根據(ju)刀具(ju)(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)規格型號確(que)定(ding)刀具(ju)(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)名義直徑、名義長(chang)度及(ji)相應(ying)程序，然后根據(ju)實際情況給(gei)予相應(ying)的(de)(de)(de)直徑補償(chang)和長(chang)度補償(chang)。由于同一(yi)把刀具(ju)(ju)(ju)(ju)可以安裝(zhuang)在(zai)不同的(de)(de)(de)機(ji)臺上，同一(yi)臺機(ji)臺也可以加(jia)(jia)(jia)工不同產(chan)品，加(jia)(jia)(jia)工產(chan)品時，也可能出現(xian)異常情況，故(gu)在(zai)加(jia)(jia)(jia)工時，需(xu)要展示(shi)(shi)(shi)以上加(jia)(jia)(jia)工信息(xi)。可通(tong)過(guo)程序控(kong)制，在(zai)加(jia)(jia)(jia)工過(guo)程動態(tai)展示(shi)(shi)(shi)報表(biao)顯(xian)示(shi)(shi)(shi)刀具(ju)(ju)(ju)(ju)編(bian)碼、加(jia)(jia)(jia)工產(chan)品、產(chan)品數量、異常信息(xi)等(deng)以及(ji)RFID記錄中(zhong)的(de)(de)(de)刀具(ju)(ju)(ju)(ju)編(bian)碼、刀具(ju)(ju)(ju)(ju)壽命(ming)、刀具(ju)(ju)(ju)(ju)已使用時間等(deng)信息(xi)。
四.硬件系統(tong)構成(cheng)及軟(ruan)件開發
硬件由可嵌(qian)入刀(dao)具的(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)標(biao)(biao)(biao)簽(qian)(qian)(qian)(RFID)、天(tian)(tian)線(xian)、RFID讀(du)寫器(qi)及(ji)相關數(shu)據(ju)接口構成(cheng)。RFID電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)標(biao)(biao)(biao)簽(qian)(qian)(qian)為(wei)數(shu)據(ju)載體，由芯片及(ji)耦(ou)合元件組(zu)成(cheng)，每個(ge)RFID電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)標(biao)(biao)(biao)簽(qian)(qian)(qian)都(dou)具有唯一的(de)電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)編碼(ma);RFID電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)標(biao)(biao)(biao)簽(qian)(qian)(qian)天(tian)(tian)線(xian)是RFID電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)標(biao)(biao)(biao)簽(qian)(qian)(qian)的(de)應(ying)答器(qi)天(tian)(tian)線(xian)，通(tong)過(guo)通(tong)信(xin)感應(ying)來(lai)傳遞標(biao)(biao)(biao)簽(qian)(qian)(qian)與控制器(qi)之(zhi)間(jian)的(de)無線(xian)射頻信(xin)號，讀(du)寫器(qi)是用來(lai)讀(du)取(qu)或寫入RFID電(dian)(dian)(dian)子(zi)(zi)(zi)標(biao)(biao)(biao)簽(qian)(qian)(qian)信(xin)息的(de)設(she)備。
該系(xi)統(tong)為分布式(shi)應用系(xi)統(tong)，采(cai)取(qu)C/S模式(shi)更利(li)于該系(xi)統(tong)運行(xing)。系(xi)統(tong)開發平臺為微軟公司(si)的(de)Visual Studio2010.NetFramework3.5及(ji)以上版本，采(cai)用C#開發，數(shu)據庫為ORACLE。
系統采用的(de)(de)RFID編碼塊為EEPROM存儲(chu)類型，由于一(yi)般機(ji)臺數控系統配(pei)備COM串行通訊接口，故采用RS232通訊協議。刀具(ju)使用壽(shou)命(ming)需要實時(shi)(shi)(shi)更(geng)新，為保證存儲(chu)數據(ju)的(de)(de)實時(shi)(shi)(shi)性，在(zai)更(geng)換刀具(ju)時(shi)(shi)(shi)及時(shi)(shi)(shi)更(geng)新芯(xin)(xin)片中的(de)(de)刀具(ju)信息(xi)，將(jiang)數控系統NCK變量中的(de)(de)壽(shou)命(ming)數據(ju)寫(xie)入RFID芯(xin)(xin)片。
RFID超高頻工業級讀寫器UR5306是一款高性能的UHF超高頻電子標簽讀寫器，廣泛應用于工業產線、模具管理、刀具管理、AGV定位、防偽溯源、物流分揀及生產過程控制等多種系統應用領域。
RFID超高頻工業級一體式(shi)讀寫器(qi)UR5306
RFID超高頻工業應用天線UA1313是一款高性能的UHF超高頻天線。可廣泛應用于工位產線、智能工具柜、模具定位、智能書架、智能檔案柜、共享書柜、被服管理、檔案管理、藥品監管、高值耗材柜、門禁、防偽系統及生產過程控制等多種無線射頻識別（）系統。
RFID超高(gao)頻工(gong)業應用天線UA1313
RFID高頻（HF）工業載碼體標簽XT9507采用優質防腐耐高溫材料材質，內部可封裝HF ISO15693 芯片，采用螺絲或雙面膠方式安裝，電子標簽輕便、易安裝、防水、耐高溫、防腐蝕、室內室外都可通用。適用于固定資產管理、醫療固廢垃圾管理、設備巡檢、建材管理、托盤跟蹤、智能制造及汽車部件等RFID管理場合。
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