RFID技術に基づくエンジン生産プロセス応用の研究

　　1. RFIDの概要

　　RFID(無線周波数識別)は近年登場したデータ収集技術であり、現在最も評価されている自動識別およびデータ取得技術です。 その基本原理は、誘導結合と電磁結合を用いて、識別対象の自動識別と追跡を実現することです。 RF技術は高精度、強い環境適応性、強力な干渉防止能力、再利用性など多くの利点を提供します。現在、商業デパートの販売、物流・輸送管理、産業オートメーションの生産ラインで広く使用されています。

　　第一汽界西差水山基地は、4つの金属切削・組立ライン、スクールバス、7つのオイルシール生産ラインを含む、最新の重車両ディーゼルエンジン生産ラインを備えています。 6DM加工ラインはドイツのGROB社から導入されました。 生産ラインのプロセス情報、特にワークピース加工情報、リアルタイムワークピースフローの状態、設備効率は、生産管理において常に重要な焦点となってきました。 工場生産設備のハードウェア制限により、既存のハードウェアに基づく機能のアップグレードが緊急に求められています。 各ワークピースの処理情報の読み書き・保存を可能にし、データをデータサーバーにアップロードしてビッグデータの収集と分析を行い、最終的には分析結果を生産管理に活用します。

　　本記事では主に、一汽解放西車重搭載ディーゼルエンジンインテリジェント製造実証基地建設プロジェクトにおける6DM機械配線のRFIDデータ取得および伝送機能について説明します。

　　2. RFIDハードウェアの選択

　　現場工作機械のハードウェア構成要件に基づき、BIS Mシリーズの誘導結合RFID製品を含むBALLUFFRFID関連製品を選択し、ワークピース情報の読み書きに用いられます。これにはRFIDプロセッサ、RFIDリーダー/ライトヘッド、RFIDデータキャリア、接続ケーブルコネクターが含まれます。

　　この製品はコンパクトな構造、長い耐用年数、強力な干渉防止能力、高速なデータ読み書き能力を特徴とし、加工生産ラインのワークの物流情報収集に特に適しています。

　　(1) ハードウェア導入:BALLUFF BIS Mプロセッサは高周波通信用に13.56 MHzの周波数で動作します。プロセッサは2つの読み書きヘッドの接続に対応しています。対応する読み書きヘッドモデルをBIS00M6選択してください。サービスインターフェースはデータキャリアの読み書き用設定ソフトウェアの接続に使用できます。

　　シリンダーブロックとヘッドに信頼性の高い取り付けを確保するために、スクリューに似たデータキャリアBIS00PTを選び、ブロックやヘッドにネジのようにねじ込むことで信頼性の高い取り付けが可能です。 マッチングの読み書きヘッドと組み合わせて使用した場合、このデータキャリアの最大読み書き認識距離は4cmとなり、生産ライン上のワークピースフロー中の読み書き要件を満たします(図1参照)。

　　図1:RFIDプロセッサ、リーダー/ライター、データキャリア

　　(2) ワークピース生産処理情報を例に取り、必要な生産プロセス情報と生産ライン管理要件を組み合わせて、データキャリア内のデータエリアストレージ要件を定義します。 添付の表には、RFIDが処理中に収集すべきデータ情報が記載されています。

　　6DM加工ラインの生産プロセス情報のためにRFIDで収集されるデータには、主にワークピース情報と加工情報の2種類が含まれます。 ワークピース情報には主に部品番号、シリアル番号などが含まれます。 加工プロセス情報には、ワークピースの品質、ワークピースの状態、プロセス番号が含まれます。

　　データキャリア内の情報定義テーブル

　　シリンダーブロックラインのOP40ステーションを例にとると、機械工具の積み込み点と荷降ろし点の両方に読み書きヘッドがあります。搭載されたデータキャリアを搭載したシリンダーがOP40の送り口に流れ込むと、PLCは給餌地点でワークピース情報の読み書きを完了します。 例えば、前回の工程の部品番号、シリアル番号、加工情報が表示され、関連情報はHMIパネルに表示されます。同時に、加工情報の検証が行われ、ワークピースが前の工程を通過したかどうかを判断します。ワークフローは図2に示されています。

　　図2 データキャリアの読み書きプロセス

　　機械が加工を終えると、加工は放水ポートに流れ、PLCが加工情報を書き込み、HMIパネルに表示します。OP40の加工情報もデータキャリアに記録されます。 PLCはこの処理情報に加え、以前に読み取ったワークピース部品番号、シリアル番号、その他のデータをデータサーバーに送信し、ワークピースの加工データリンクとワークピース全体の処理フローのテーブルを形成します。データサーバーは上位層サーバーとの通信インターフェースとして機能し、生産ラインの機械加工に関連する情報を一時的に保存します。

　　(3)GROB工作機械内部のRFID構成。 ハードウェア配線が完了した後、最初のステップはPLC上でハードウェアを設定し(図3参照)、IOアドレスを設定することです。 次に、PLCおよびPLCプログラミング、データスクリューの読み込み、書き込みが完了します(図4参照)。

　　HMI表示インターフェースはRFID情報表示および確認用に書き換えられました。 例えば、オペレーターはこのインターフェースを使って非適合処理情報を確認できます。

　　(4) オンラインワークピースのワークピースIDを書きます。 積み込みステーションでは、PC+PLC+RFIDが積み込み作業物のネジ情報入力装置を追加するために使われます。 ワークピースがこのステーションに流れ込むと、オペレーターはデータスクリューをワークピースにねじ込み、PCに固有のシリアル番号を入力します。ワークピースが流れると、PLCはシリアルID番号をデータスクリューに書き込みます。 実際の積は図5に示されています。

　　図5:オンラインワークピースのID情報をRFIDキャリアに書き込みます

　　このデータスクリューはオフラインステーションが特定されるまでワークピースを継続的に追跡します。 ワークピース加工および送信プロセス中、各プロセスの処理情報とそのID番号がデータサーバーに送信されます。

　　(5) データ収集と分析。 生産ラインのデータ収集セクションには追加のデータサーバーが追加され、上位サーバーと現場機器間の架け橋を確立するために専門的なソフトウェアが使われています。 例えば、KEPServerはワークピースID番号、加工情報、加工数量、機械アラーム情報など、機械に必要なデータを収集できます。 その後、専門のデータ取得・分析ソフトウェア会社がKEPServerが収集したデータを読み取るためのデータ収集・解析ソフトウェアを開発します。 データ分析と関連アプリを組み合わせた後、コンピュータ、タブレット、その他のクライアントでリアルタイムで閲覧でき、インテリジェントな工場管理プラットフォームを形成します。 最終的には、生産量、設備効率、設備アラームの包括的な管理を実現します。 このプラットフォームを用いることで、生産、物流、スケジューリングのビッグデータ分析が実現されます(図6参照)。

　　図6は一部のセクション工作機械の生産効率を示しています

　　データ取得システムソフトウェアは工場管理システムの重要な構成要素です。 サーバー側、クライアント側、ハンドヘルド側の3つの部分で構成されています。 設計は、シンプルさと操作のしやすさ、高い信頼性、良好なリアルタイム性能、明確な構造といった原則に従うべきです。