摘要:通過在刀具上安裝RFID電子標簽用于刀具全生命周期的身份識別和信息讀寫，在智能制造數控機臺等設備主機上安裝RFID電子標簽讀寫器，作為RFID電子標簽與主要控制系統之間信息交互接口，利用RFID電子標簽作為信息載體實現刀具與主機以及主機與主機之間的信息交互，以實現刀具生命周期的管理。新的解決方案可實現刀具在其生命周期內的信息監控與存儲管理。刀具整個生命周期一般包括計劃、采購、標識、入庫、借出、裝配、使用、歸還、重磨、報廢等。
應用案例：RFID技術在刀具生命周期管理中的應用
一.刀具管理的行業背景
智能制造數控機臺已成為機械等行業加工車間的主流設備，一般小型數控加工車間的刀具配備量多達上千把，再加上其配套零部件，總量上萬把，品種上百種。隨著刀具在數量和種類上急劇增加，生產車間各種類型及規格的標準和非標準刀具并存，大量刀具頻繁地在刀具庫房與機臺、機臺設備之間流動和交換。當前國內加工車間多靠手工方式和紙質條碼管理刀具。紙質條碼在油污環境下容易污損，刀具壽命也只能靠經驗判斷。由于缺乏刀具，造成很多加工流程停止，機臺操作工需耗費大量時間在查找刀具上。隨著智能制造數控機臺種類及新產品種類的增加，現有刀具管理方案已不能滿足需求，故引入無線射頻技術(RFID)。
RFID是20世紀90年代興起的一種非接觸式的自動識別技術，具有快速掃描、體積小、抗污染能力和耐久性強、可重復使用、穿透性和無屏障閱讀、數據記憶容量大安全性強等特點，因此在生產數據采集、監控、數據傳遞方面具有巨大的應用潛力。本文以無線射頻技術為基礎，將RFID芯片安裝在刀具的刀柄上，實現刀具信息的采集與管理，降低綜合生產成本。
二.刀具管理行業現狀及需求
國內外從事刀具管理研究的專家開發出很多刀具管理軟件，但無法滿足刀具管理的全部要求，現有刀具管理存在以下問題：
①無法分析刀具的整個壽命周期的記錄和數據，只是在時間點上實現刀具信息的采集與監控，無法獲得未加工時的數據;
②傳統刀具管理缺乏M2M信息交互，無法實現集成化管理;
③現有刀具管理方案以滿足生產需求為目的，未考慮刀具整個生命周期內的成本問題。
為解決上述問題，實現制造業更加智能化自動化的目標，急需引入新的RFID射頻識別技術手段來管理刀具信息。在加工過程中，針對刀具在機臺中的使用進行智能化管理，將刀具參數傳遞給機臺，使刀具加入機臺刀庫，供加工程序進行調用。刀具加工完成時，將刀具生產時間寫入刀具的RFID中，實現刀具實時信息采集，刀具狀態跟蹤等功能。
三.刀具信息管理系統作業流程
刀具信息管理系統是指在制造單元內的機器設備(如智能制造數控機臺、對刀儀等)及RFID讀寫器進行通訊的基礎上，利用無線射頻技術、CNC與RFID電子標簽讀寫器采取串口通訊技術，實現刀具在其生命周期內的信息監控與存儲管理。刀具整個生命周期一般包括計劃、采購、標識、入庫、借出、裝配、使用、歸還、重磨、報廢等。本文采用上海營信專門為刀具設計的RFID電子標簽，刀柄如圖1所示，RFID讀寫標簽的時間為500ms。
機臺刀具管理的前提條件是刀具已經進行組刀，并通過對刀儀對刀。為了實現刀具相應的功能，機臺需要進行刀庫初始化，將刀具加工時間寫入刀柄RFID中。由于高頻RFID的讀寫距離比較短，所以在讀寫刀柄的RFID時，要將天線通過氣動裝置靠近RFID電子標簽。
(1)機臺刀庫初始化
要實現數控刀具信息的智能化傳輸，首先要依靠智能制造數控機臺。為確保在刀具裝入機臺時自動入刀庫，并將刀具參數從RFID電子標簽讀入到機臺刀庫中，需對機臺刀庫進行初始化操作，具體流程說明如下：
①在機臺有刀具變動時，需要機臺控制刀盤轉動一周(見圖)，將所有刀具重新初始化到機臺刀庫;
②對每把刀需要進行如下操作：CNC通過指令驅動氣缸頂升RFID電子標簽讀頭，氣缸到位后，CNC獲取感應開關狀態，啟動RFID電子標簽讀寫器工作;氣缸狀態維持500ms，CNC通過串口通訊驅動RFID讀寫器對刀柄RFID芯片進行讀取操作;收回氣缸，CNC檢測氣缸磁感應開關到位后，刀具繼續運轉;
③需要控制的功能：在CNC操作界面加一個按鈕，每按一次該按鈕刀盤自動旋轉一周，確保每次換刀都能轉動一周，初始化機臺刀庫;不允許直接將刀安裝到機臺的刀庫刀柄。
(2)刀具生產時間記錄
在卸(組)刀時，會將刀具的生產量(加工時間)寫入到刀具管理系統中。將機臺加工時間寫入刀柄的RFID中的流程如下：
①在機臺卸刀前或組刀后，機臺記錄使用的刀具，旋轉刀盤，逐個寫入刀具加工時間;
②氣缸狀態維持500ms，CNC通過串口通訊驅動RFID讀寫器并對刀柄RFID芯片進行寫入操作;
③收回氣缸，CNC檢測氣缸磁感應開關到位后，刀盤繼續轉動。
要保證上述方案操作順利進行，需在CNC操作界面增加一個按鈕，在卸刀前或組刀后，按一次按鈕，使機臺旋轉一周，并寫入刀具使用時間，最終完成刀具壽命的控制。在進行方案流程操作時，應注意操作規范。方案流程如圖3所示。
(3)RFID芯片中刀具數據存儲
刀具編碼是確定刀具身份唯一性的重要信息，將其寫入RFID，通過刀具編碼來管理每一把刀具。在編寫相應程序時，可根據刀具的規格型號確定刀具的名義直徑、名義長度及相應程序，然后根據實際情況給予相應的直徑補償和長度補償。由于同一把刀具可以安裝在不同的機臺上，同一臺機臺也可以加工不同產品，加工產品時，也可能出現異常情況，故在加工時，需要展示以上加工信息。可通過程序控制，在加工過程動態展示報表顯示刀具編碼、加工產品、產品數量、異常信息等以及RFID記錄中的刀具編碼、刀具壽命、刀具已使用時間等信息。
四.硬件系統構成及軟件開發
硬件由可嵌入刀具的電子標簽(RFID)、天線、RFID讀寫器及相關數據接口構成。RFID電子標簽為數據載體，由芯片及耦合元件組成，每個RFID電子標簽都具有唯一的電子編碼;RFID電子標簽天線是RFID電子標簽的應答器天線，通過通信感應來傳遞標簽與控制器之間的無線射頻信號，讀寫器是用來讀取或寫入RFID電子標簽信息的設備。
該系統為分布式應用系統，采取C/S模式更利于該系統運行。系統開發平臺為微軟公司的Visual Studio2010.NetFramework3.5及以上版本，采用C#開發，數據庫為ORACLE。
系統采用的RFID編碼塊為EEPROM存儲類型，由于一般機臺數控系統配備COM串行通訊接口，故采用RS232通訊協議。刀具使用壽命需要實時更新，為保證存儲數據的實時性，在更換刀具時及時更新芯片中的刀具信息，將數控系統NCK變量中的壽命數據寫入RFID芯片。
請繼續瀏覽相關產品與解決方案，或下載： RFID讀寫器和應用方案PDF電子版彩頁
滬公網安備 381號
