CN105389610A - 一种利用存储式rfid标签实现智能制造***的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用存储式RFID标签实现智能制造***的方法，在存储式RFID标签中存储件的ID编码、工件的基本制造信息、工件详细制造信息；利用存储式RFID标签建立智能工件和智能制造***数据库之间的动态映射关系；将智能工件的存储单元存储式RFID标签和工件实体进行物理绑定以实现每个智能工件都具有独立的存储单元，最后实现制造单元的智能化和传送设备的智能化；本发明利用存储式RFID标签实现工件的智能化，并在无网络的制造环境中，仍能够保证工件制造过程的顺利进行，同时在制造过程中，工件可以和制造***进行“协商”，动态地调整加工过程。

Description

一种利用存储式RFID标签实现智能制造***的方法

技术领域

本发明涉及智能制造技术领域，特别涉及一种利用存储式RFID标签实现智能制造***的方法。

背景技术

工业4.0中提出智能制造概念，其基本要求为：工件在加工过程中可以实时、主动和制造单元进行“协商”，以决定其下一步应该进行的加工操作。但是目前对于这种模式的具体实现还没有一个统一的标准，现有的可采用技术主要有：

1)、基于条码技术的实时信息采集***。这是最常见的实现方式，将条形码直接粘贴在工件的表面，当工件到达一个工位时，操作人员手动扫描条码信息，制造***根据条码信息，在后台找出相应的加工工序要求。条码在实际使用中对环境有一些较高要求，如条码不能被污染，遮挡、损坏等。所以在制造行业中不能得到广泛使用。

2)、基于普通RFID标签的实时信息采集***。RFID可以有效解决条码技术的局限性，目前在制造领域中已经得到普遍的认可。

但是普通RFID仅仅是将条码形式的标签变成RFID标签，实现了由工件ID信息由光学获取改变成无线射频的自动获取。而标签的实际性质并没有改变，即只作为工件的ID信息。工件是无法主动和制造单元进行协商并自主地决定自己的加工过程，并没有实现工件本身的“智能化”。

此外现有技术所有的数据都保存在后台的数据服务器上，制造***需要实时地对数据库进行操作，这需要整个制造***随时随地和网络可靠相连，这在很多制造环境中无法保证。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种利用存储式RFID标签实现智能制造***的方法，通过RFID标签中存储的内容，直接映射到制造***的数据库中的数据存储具***置，工件利用存储式RFID标签和中间件技术实现智能化，直接和制造单元进行协商，制造单元由多个中间件模块组成，根据工件中RFID标签数据动态调整制造资源和制造任务；本发明利用存储式RFID标签实现工件的智能化，并在无网络的制造环境中，仍能够保证工件制造过程的顺利进行，同时在制造过程中，工件可以和制造***进行“协商”，动态地调整加工过程。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种利用存储式RFID标签实现智能制造***的方法，包括以下步骤：

步骤一、在存储式RFID标签中存储数据内容，存储的内容包括工件的ID编码、工件的基本制造信息、工件详细制造信息索引表3个部分；

用关系代数表示标签内容为：

Tag_i＝{P_ID_i，B_INFO_i，Index_F_INFO_i}

其中：

P_ID_i为工件i的ID编码，是对车间制造工件的统一编码，对工件具有唯一索引性。

B_INFO_i为工件基本制造信息，是为了减少***的通信数据量，实现制造***由集中控制向分散增强型生产的转变。

Index_F_INFO_i为工件详细制造信息表，是制造***数据库中保存工件生产过程中各种记录数据的索引信息。

步骤二、利用存储式RFID标签建立智能工件和智能制造***数据库之间的动态映射关系，RFID标签中的工件详细制造信息索引表通过数据表名和记录ID的方式直接给出所有生产过程中产生的制造数据在后台数据库中的存储位置；

步骤三、将智能工件的存储单元存储式RFID标签和工件实体进行物理绑定以实现每个智能工件都具有独立的存储单元，所有工件公用一个中间件，利用存储式RFID标签和中间件技术实现智能化，智能工件的智能体以平台化的形式存在,与工件的物理实体是剥离的，智能体通过无线射频信号和制造单元进行“协商”；

步骤四、制造单元的智能化：制造单元是以加工机床为中心，并配置刀具，量具，夹具，人员等辅助工具形成的制造资源节点，利用中间件技术将制造单元按照功能划分模块，按功能划分的模块包括RFID接口中间件、智能工件ID信息过滤中间件、基本制造信息分析中间件、制造单元运行状态检测中间件、制造单元运行状态评估中间件、工序加工中间件、加工质量数据过滤中间件、加工质量结果评判中间件、过程信息同步中间件、智能工件状态信息更新中间件；

步骤五、传送设备的智能化：传送设备包含所有能够完成工件转运任务的装置，其控制可以通过有线或者无线的方式与每个制造单元或智能工件进行通讯，传送设备上安装有RFID读写器/天线，检测到智能工件是否被装载或者卸载，根据要求动态的改变传送路线。

本发明的有益效果是：

1)标签中仍然保留工件的ID信息，可以和现有的技术实现完全兼容。

2)可以保证制造***在无网络链接的情况下工件的制造过程顺利进行。

3)可以直接利用标签中索引信息直接找到制造过程产生的数据保存位置，而不需要经过数据库运算获取，有效减少了数据存取时间。

4)制造单元可以根据工件的实时加工状态，动态的调整加工任务。

5)智能工件在智能制造***中的加工工艺路线是可以动态变化的。

6)RFID标签中保存的智能工件制造数据实现了数据库***的数据备份功能，更便于实现制造***从集中控制到分布增强模式的转变。

附图说明

图1是标签数据结构图。

图2是智能工件和智能制造***数据库之间的动态映射关系图。

图3是工件智能化功能框图。

图4是制造单元智能化功能框图。

图5是智能工件，智能制造单元及智能传送设备之间的协商过程。

具体实施方式

一种利用存储式RFID标签实现智能制造***的方法，包括以下步骤：

步骤一、在存储式RFID标签中存储数据内容，存储的内容包括工件的ID编码、工件的基本制造信息、工件详细制造信息索引表3个部分，参照图1：

用关系代数表示标签内容为：

Tag_i＝{P_ID_i，B_INFO_i，Index_F_INFO_i}

其中：

P_ID_i为工件i的ID编码，是对车间制造工件的统一编码，对工件具有唯一索引性。

B_INFO_i为工件基本制造信息，是为了减少***的通信数据量，实现制造***由集中控制向分散增强型生产的转变。通过标签中的基本信息可以保证制造***在不连网或者和制造***数据库不进行通信的情况下能够可靠获取到工件的一些关键工艺信息，使生产可以顺利进行。其中包含当前完成状态C_STA_i，当前工序C_P_i；总加工工序T_P_i，各加工工序的质量要求Q_REQ_i。

B_INFO_i＝{C_STA_i，C_P_i，T_P_i，Q_REQ_i}

Index_F_INFO_i为工件详细制造信息表，是制造***数据库中保存工件生产过程中各种记录数据的索引信息。其结构由类型(数据表名)Sheet_i，n+ID(数据表中的记录编号)Record_ID_i，m组成。对于离散式测量值如加工尺寸的检验值ID号就是数据记录ID，对于连续检测值ID号由标签的触发产生新的ID号：

Index_F_INFO_i＝{Sheet_i，n，Record_ID_i，m}

其中n为数据库中数据表的序号，m为数据表中记录的序号。

步骤二、利用存储式RFID标签建立智能工件和智能制造***数据库之间的动态映射关系，RFID标签中的工件详细制造信息索引表通过数据表名和记录ID的方式直接给出所有生产过程中产生的制造数据在后台数据库中的存储位置；

参照图2，动态映射关系包括三种索引关系：

索引1：存储式标签中的工件ID信息可以直接索引到具体的工件实体，该工件ID信息在整个加工过程中保持不变；

索引2：存储式标签中的数据表名可以直接指出保存生产数据的数据表。

索引3：存储式标签中的记录ID可以直接指出保存实时获取到的生产数据所在数据表中的具体存储位置，标签中的记录ID是和表名结合在一起使用。

步骤三、参照图3，将智能工件的存储单元存储式RFID标签和工件实体进行物理绑定以实现每个智能工件都具有独立的存储单元，所有工件公用一个中间件，利用存储式RFID标签和中间件技术实现智能化，智能工件的智能体以平台化的形式存在,如PLC控制器、计算机、嵌入式***等，智能体与工件的物理实体是剥离的，智能体通过无线射频信号和制造单元进行“协商”；

步骤四、制造单元的智能化：制造单元是以加工机床为中心，并配置刀具，量具，夹具，人员等辅助工具形成的制造资源节点，制造单元和智能工件进行协商本工序是否在此制造单元完成，本工序是否还需要进行，此制造单元是否有能力完成本工序加工任务，制造单元根据智能工件的当前状态，使加工机床进入工作状态或者继续保持休眠状态，给出刀具需求请求、夹具需求请求、量具需求请求，制造单元也可以根据智能工件的当前状态，开始本工件的加工任务或者取消本工件的加工任务。

参照图4，利用中间件技术将制造单元按照功能划分模块，按功能划分的模块包括RFID接口中间件、智能工件ID信息过滤中间件、基本制造信息分析中间件、制造单元运行状态检测中间件、制造单元运行状态评估中间件、工序加工中间件、加工质量数据过滤中间件、加工质量结果评判中间件、过程信息同步中间件、智能工件状态信息更新中间件；

参照图5，RFID接口中间件：负责标签到位检测，数据格式检测，空闲\读写状态检测。RFID接口中间件按照事先规定的数据存放格式对获取到的数据进行校验，数据校验通过后，被发送到标签ID过滤中间件；

参照图5，智能工件ID信息过滤中间件：负责去除无用的标签信息，按照时间逻辑，过滤被重复检测到的标签。标签ID过滤中间件将根据智能工件上次被检测到的时间信息，判断本次是否为重复检测，当本次检测不是重复检测时，标签数据被送到基本制造信息分析中间件；

参照图5，基本制造信息分析中间件：负责解析标签中的基本制造信息，包括本道工序内容、已完成工序信息，质量要求信息，机床、刀具、夹具、人员确认，按照工艺流程进行制造逻辑判断，剔除非本工序工件或者已经报废工件。基本制造信息分析中间件将根据智能工件标签数据中的基本制造信息判断工件当前完成状态和当前需要进行的加工工艺，如果当前状态为废品或者不在制造单元进行加工，本次协商过程结束，否则，基本制造信息分析中间件将根据当前工艺要求，发送加工任务指令给工序加工中间件，并将对应的加工质量要求发送到加工质量结果评判中间件；

工件的基本制造信息保证制造***在不连网或者和制造***数据库不进行通信的情况下能够可靠获取到工件的关键工艺信息，使生产顺利进行。其中包含当前完成状态，当前工序，总加工工序，各加工工序的质量要求。

参照图5，制造单元运行状态检测中间件：负责从传感器获取的制造单元运行状况的检测数据，剔除里面的噪声信息并提取关键的特征信息，并将特征数据发送到制造单元运行状态评估中间件；

参照图5，制造单元运行状态评估中间件：根据传感器获取的节点运行特征信息，评估目前节点运行状态，根据获取的运行状态检测值评估整个智能制造单元是否运行正常，如正常，送到开始工作指令到工序加工中间件；

参照图5，工序加工中间件：负责完成基本制造信息中要求的本道工序的加工任务，控制传送带、机床、刀具进行相应的动作，工序加工中间件发送卸载工件指令到智能传送设备，工件装夹完毕后开始加工过程，加工完成后，发送质量检测请求到加工质量数据过滤中间件；

参照图5，加工质量数据过滤中间件：负责获取质量检测传感器获取的加工质量特征数据，剔除里面的噪声信息并计算统计信息，加工质量数据过滤中间件通过质量检测传感器获取的质量特征的加工数据，剔除检测数据中的噪声，计算统计出信息；

参照图5，加工质量结果评判中间件：根据本道工序的质量要求，进行加工结果评判。

参照图5，过程信息同步中间件：将制造过程中产生的各种生产数据保存到后台服务器，并为更新标签提供新增加生产数据的索引信息，并为智能工件状态信息更新中间件提供数据库上信息保存的索引信息；

参照图5，智能工件状态信息更新中间件：根据本节点的完工情况，更新标签中的当前工件状态，当前工序上，详细制造信息索引等数据，通过射频信号利用加工结果和数据库索引信息更新标签中的信息，之后，发送待机指令到工序加工中间件使加工设备进入待机休眠状态；

步骤五、传送设备的智能化：传送设备包含所有能够完成工件转运任务的装置，其控制可以通过有线或者无线的方式与每个制造单元或智能工件进行通讯，传送设备上安装有RFID读写器/天线，工序加工中间件发送装载指令到传送设备，工件被重新装载上传送设备，检测到智能工件是否被装载或者卸载，根据要求动态的改变传送路线。

Claims (1)

1.一种利用存储式RFID标签实现智能制造***的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、在存储式RFID标签中存储数据内容，存储的内容包括工件的ID编码、工件的基本制造信息、工件详细制造信息索引表3个部分；

用关系代数表示标签内容为：

Tag_i＝{P_ID_i，B_INFO_i，Index_F_INFO_i}

其中：

P_ID_i为工件i的ID编码，是对车间制造工件的统一编码，对工件具有唯一索引性。

B_INFO_i为工件基本制造信息，是为了减少***的通信数据量，实现制造***由集中控制向分散增强型生产的转变。

Index_F_INFO_i为工件详细制造信息表，是制造***数据库中保存工件生产过程中各种记录数据的索引信息。

步骤二、利用存储式RFID标签建立智能工件和智能制造***数据库之间的动态映射关系，RFID标签中的工件详细制造信息索引表通过数据表名和记录ID的方式直接给出所有生产过程中产生的制造数据在后台数据库中的存储位置；

步骤三、将智能工件的存储单元存储式RFID标签和工件实体进行物理绑定以实现每个智能工件都具有独立的存储单元，所有工件公用一个中间件，利用存储式RFID标签和中间件技术实现智能化，智能工件的智能体以平台化的形式存在,与工件的物理实体是剥离的，智能体通过无线射频信号和制造单元进行“协商”；

步骤四、制造单元的智能化：制造单元是以加工机床为中心，并配置刀具，量具，夹具，人员等辅助工具形成的制造资源节点，利用中间件技术将制造单元按照功能划分模块，按功能划分的模块包括RFID接口中间件、智能工件ID信息过滤中间件、基本制造信息分析中间件、制造单元运行状态检测中间件、制造单元运行状态评估中间件、工序加工中间件、加工质量数据过滤中间件、加工质量结果评判中间件、过程信息同步中间件、智能工件状态信息更新中间件；

步骤五、传送设备的智能化：传送设备包含所有能够完成工件转运任务的装置，其控制可以通过有线或者无线的方式与每个制造单元或智能工件进行通讯，传送设备上安装有RFID读写器/天线，检测到智能工件是否被装载或者卸载，根据要求动态的改变传送路线。