基于RFID的发动机制造过程信息采集监控系统研究

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在全球化“工业4.0”战略背景下,中国也从国情出发,积极推动智能制造,实现制造业转型和升级。发动机制造过程可能出现生产计划更新不及时,生产备料等料或送错料,生产过程误操作,缺乏实时质量监控等问题。MES(Manufacturing Execution System,制造执行系统)负责连接企业生产管理和现场控制,是一种通过获取生产信息综合管理整个生产进程的系统,其中实时高效的信息采集监控是实现制造过程智能化和信息化的基础。本文在分析企业业务需求和产品移动规则的基础上,研究了实时的现场数据采集方案和流程化生产管理方式,应用PLC技术,Profibus现场总线技术,网络通信技术,RFID等技术完成系统的架构设计,开发了应用于发动机制造过程的MES系统,并提出一种RFID识别过程中,基于动态帧时隙ALOHA的标签防碰撞算法。本文的主要研究内容包括:  1)针对企业面临的问题分析企业对于信息化制造的业务需求,结合企业的实际业务环境,对MES系统进行可行性研究,设计了系统的硬件组成、网络拓扑和软件结构,并验证其合理性。  2)设计了RFID在车间现场和物料仓库的数据采集监控方案,以车间现场的RFID读取过程为例,详细描述其底层与上位机之间的通信过程,对工业现场的管控提供数据支持。  3)针对物料出库时存在的RFID系统中的标签防冲突算法进行了研究,在分析了传统动态帧时隙ALOHA算法存在的缺陷基础上,通过建模分析与数学推导论证,提出了一种基于动态帧时隙ALOHA的改进算法。该算法对冲突标签按冲突时隙数划分成若干相互独立、规模较小的最优子结构,使每次轮询的空时隙降到最低,实现了以最少时延完成识别。并通过仿真实验验证了改进算法的性能。  4)根据软件框架和功能模块,完成系统软件的开发与测试,介绍了主要功能模块和业务流程。通过实际现场的系统测试,该系统能实时地完成发动机制造过程的数据采集,并对制造过程进行有效监控,从而实现了制造过程的智能化管理。  本文的研究工作和成果实现了企业管理层对生产层的实时管控,为企业的信息化管理和智能化制造提供技术支持,对离散型制造业的MES系统和RFID应用发展具有一定的参考和促进作用。
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