基于RFID技术的空调混流生产方法研究

刘海冰，吴晗

（珠海格力电器股份有限公司，广东珠海，519070）

格力电器家用空调年产能达6000万台(套)，商用空调年产达550万台(套)。珠海总部有8大总装分厂，6大配套分厂，产销规模以每年20%以上的速度高速增长；生产的空调产品涵盖20个大类、400个系列、12700多个品种规格，需要外购的物料达30多万种。生产制造过程不但有批量大、品种单一的订单生产模式，还有批量小、品种多、个性化的订单生产模式。在当前的经济环境下，卖方市场向买方市场的转变，意味着小批量、多频次、个性化的生产模式愈渐成为制造型企业的一大难题，管理难度急剧增加，物料种类繁多，对产品质量、制造过程效率造成重大影响。所以，需要生产成本更低、产品型号更丰富、个性化更强的产品，从而需要我司具备柔性化更优，智能化更强，快速响应市场需求的生产系统。在个性化需求激增的潮流下，大多数的空调制造商选择使用小批量、多类型的混流生产方式，这种生产方式对生产线的柔性及员工的操作能力有着很高的要求，可快速应对高速变化的市场需求［1］。因此，将RFID技术应用于空调混流生产十分重要。

1 RFID技术

RFID技术（Radio Frequency Identification），又称为无线射频识别技术，利用读写器与电子标签之间的电磁耦合来实现数据通信，通过控制器向电子标签读取或者写入数据，从而对电子标签及其所代表的对象进行识别或者向电子标签存储有用数据。当贴有电子标签的待识别物料出现在读写器的读出范围内时，读写器自动以非接触的方式将电子标签内的识别信息取出，实现物料自动识别和数据交换功能［2-3］。

RFID系统一般由电子标签（Tag）、读写器（Reader）以及远距离收发信号的天线（Abtenna）组成，电子标签由耦合元件和芯片组成，标签类别可分为有源和无源标签，无源标签从读写器发出的射频信号中获取电能，系统识别距离较近；有源标签自带微型电池供电，系统识别距离较远。读写器是RFID系统的核心，连接上位机和电子标签通信，进行数据交换［4］。上位机程序将指令发送到读写器，读写器将要发送的信号经过编码加载在某一频率的载波信号上经天线向外发送。进入读写器工作区域的电子标签接受此脉冲信号，电子标签中的芯片对信号进行调制解调，对读命令或写命令进行操作，之后再把读到的信息反馈给读写器，读写器将信号处理后再通过网络端口、RS232、RS485等数据接口，将信息发送至上位机信息系统进行有关数据处理，RFID技术原理如图1所示。

图1 RFID技术原理图

将RFID技术应用到空调混流生产中，RFID系统与我司MES系统、ERP系统关联，能够把管理层中的产品数据、生产计划、排产调度等信息下达到生产层，可通过线体PLC调节线体生产设备参数、拉动物料来料、调整岗位资质员工等，并实时采集生产层的现场数据传输到管理层，有助于管理调整生产计划和调度安排，实现柔性化混流生产和信息化管理［5］。

2 混流生产线工艺流程分析

空调行业年产能巨大，客户所需空调种类繁多，传统混流产线工艺已不能满足生产需求，该问题在我司日益突出。初步统计我司单条分体外机生产线平均日产能约为2500台，涉及的生产机型每天可多达200种，而且部分机型差别较大，对产线的调度影响较大，导致生产效率较低。

以我司分体外机生产线为例，单条生产线标准工序包括底盘上线、装压缩机、装冷凝器部件、配管等，初步统计装配、测试、检验等工序约100道，部分复杂机型工序可达120道，生产工艺流程图如图2所示。

图2 生产工艺流程图

混流生产线工序流程众多，不同机型的生产物料差别也较大，如表1所示，底盘物料的编码可多达100多种，其搭配的压缩机型号均有差别，后续装配工序也将有较大差别。混流生产过程中人员、设备、物料、装配方法、操作环境、操作工时等都随着生产机型的切换而变化，对现有的生产模式形成了较大的挑战，现有的混流生产工艺模式已不能满足日益增加的混流生产需求，主要涉及到生产过程信息流记录、生产物料切换、生产设备工艺参数调节等，需要通过信息化、智能化手段进行提升。

表1 底盘生产物料表

在空调混流生产线中，搭建混流生产全流程信息化管理平台，引进RFID技术，增加信号数据采集设备，开发线体设备通讯端口，并关联公司MES、ERP系统，可实现混流线体数据互联，提升我司车间信息化管理水平。

3 混流生产线RFID应用

在空调混流生产线上，RFID天线、读写器等设备被大批量的部署在生产线的不同岗位，从零部件上线组装，到基本功能检验，最后检测合格成品打包下线，各个岗位的硬件设备均由同一个PLC进行控制。各个岗位读写器都需要通过数据接口连接来与产线控制设备进行通讯，但各种控制设备支持的通讯协议种类不尽相同，在RFID产品的应用过程中需要重新编写其在控制设备中的程序，以实现控制设备与RFID读写器的通讯［6］。如图3所示，为RFID系统网络结构图。

图3 系统网络结构图

RFID信号标签安装在流水线工艺板上，每条生产线约有100块工艺板，所选用标签型号为SGHT-263，安装完成后采用PDA手持机进行信息初始化。RFID天线安装在需采集信号岗位处，位于流水线上水平位置，不得高于流水线上工艺板边缘，读取距离为5cm-8cm。RFID读写器位于该岗位附近的小型控制柜内，读写器与天线通过射频信号馈线连接。各岗位均配置了Windows电脑或安卓一体机，电脑与读写器通过串口数据线进行连接，实现信息联通。

图4 硬件安装图

根据混流生产模式需求，应用多系统交互融合通讯技术，打通ERP、MES、PLM之间数据流，基于射频识别技术，自主开发底层RFID软件，搭建基于装配制造模式的智能制造服务平台。在零部件上线时进行信息扫描绑定，图5所示为RFID软件平台界面，RFID条码与MES订单条码绑定成功后，该信息将作为产品生产过程的流程信息，贯穿整个生产流程，直到该产品装配测试完成，作为成品下线，在下线前进行解绑［7］。

图5 RFID软件平台界面

根据混流生产线功能需要，通过在各需求岗位上安装RFID数据采集点，并在岗位上安装一体机终端设备，配置安装RFID管理系统，实现单个工序的数据采集、分析、集成、显示，各个工序通过线体PLC、网关会将信息反馈至服务器，再由服务器发送直接，实现自动调节功能。

混流生产过程中转机切换频繁，通过开发RFID软件系统与MES系统关联，可以优化流程，实现快速切换。单纯的MES系统部具备软硬件功能，但是RFID系统采集并反馈硬件数据，正好解决了这一难题。通过产品信息上线时一一对应绑定，确定产品生产流程信息唯一性，在后续每个装配岗位，该岗位显示终端会显示该机型信息，如装配有误、不合格，则自动报错，声光三色灯提示，阻挡器升上来，不合格产品会记录故障信息，下线处理合格后再重新上线［8］。在制品加工逻辑如图6所示。

图6 在制品加工逻辑图

RFID系统可以为混流生产线提供产品识别智能化、生产可视化、产品检测智能化、设备管理等功能。通过RFID系统平台，实现生产、产品、设备等数据采集分析，对混流产品生产进度实现显示更新，对物料进行预警，拉动前段物料配送，对设备状态实时监控、预测性维护、异常模式自动识别。RFID技术应用于混流生产线，可以有效提升产品质量管控水平。以空调外机生产线为例，应用RFID技术可以优化产品生产管控流程，对各工序的需求和实现功能进行细化设计，各工序岗位的异常情况和过程质量检测数据可以实时采集，并反馈至后台系统进行统计分析，形成混流产品内部数据库。通过采集到的信息数据建立和完善质量标准，做到产前预警，产中控制，产后分析，从而建立机型健全的质量保障体系。

4 结论

通过将RFID技术应用于空调混流生产线，实现混流生产线全流程质量跟踪管理。RFID信息采集点布局于线体各个岗位，实时采集混流空调产品的生产过程信息，形成完整的基础数据库，通过软件控制平台，实现快速转机切换，提升混流生产线工作效率。

空调混流生产线实现信息化工艺革新，可快速准确识别在线产品生产状况，并依靠线体终端实时指导生产。各关键岗位可通过RFID天线自动识别产品信息，系统可根据机型信息自动调节设备参数，通过自动化工装，实现测试设备自动对接测试，检测结果自动上传至后台数据库。RFID系统平台与MES、ERP等系统互联，实现系统互联集成，有效提升混流生产线信息管控水平，确保公司产品质量。