SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

RFID-технологии в производстве

ООО "ПЛКСистемы", г. Москва

На сегодняшний день основная задача RFID: дать возможность промышленникам следить за своей продукцией. Между тем, масштабы этой "чипизации" уже сегодня могут поразить воображение.

Технологии бесконтактной радиочастотной идентификации (RFID - Radio Frequency Identification) внедряются в системы управления производством большими темпами. Вслед за американскими торговыми сетями Wal-Mart, 7-eleven, являющимися первопроходцами в этой области, о начале перехода на системы управления логистикой c технологией RFID объявляют все новые и новые компании. 

Мощнейшие производители электроники и программного обеспечения, такие как IBM, HP, National Instruments и Microsoft, создают подразделения, занимающиеся этой технологией. Многие производители оборудования и эксперты на каждом шагу трубят о наступлении эры RFID. Менеджеры предприятий, включившихся в RFID-гонку, рисуют фантастические картины недалекого будущего, в котором ревизия на складах и торговых залах будет проводиться за несколько секунд, товар сам будет сообщать о своих характеристиках потребителям, а сроки перемещения товаров снизятся до минимальных.

Бум на технологии радиочастотной идентификации товаров докатился и до России, они применяются в системах управления, где требуется оперативный и точный контроль, отслеживание и учет многочисленных перемещений различных объектов.
rfid1.jpg
Так давайте рассмотрим поближе, что же это за технология, на чем она базируется и из чего состоит. RFID-система состоят из трех основных компонентов: ридера (считывателя), транспондера (метки) и автоматизированной системы обработки данных. Радиочастотное распознавание осуществляется с помощью закрепленных за объектом специальных идентификационных меток, несущих о нем необходимую информацию. Основным преимуществом радиометок является их универсальность, т.е. в большинстве случаев один и тот же транспондер можно использовать для учета и товаров, и тары, в которой они перемещаются, и транспорта, и персонала, работающего на предприятии. К тому же, в одной и той же системе можно использовать транспондеры с разными характеристиками по размерам зоны считывания и даже по типу самих транспондеров. 

Радиометки бывают активными или пассивными. Пассивная метка работает без источника питания, получая энергию от ридера, такие транспондеры имеют фактически неограниченный срок службы, меньше и дешевле активных. Активные метки работают от батареи, они требуют меньшей мощности считывателя и, как правило, имеют большую дальность чтения. Для управления доступом персонала достаточно использовать пассивный транспондер с расстоянием считывания до 100 мм. Для считывания метки с транспортных средств, находящихся от ридера на расстоянии до 6 метров, необходима активная метка, чтобы не заставлять выходить водителя из машины. 
Основным недостатком (и основным препятствием для внедрения) RFID-технологий называется в настоящее время цена самих транспондеров. Считается, что ее применение станет экономически обоснованным только тогда, когда стоимость меток сравняется со стоимостью нанесения штрих-кода.

С другой стороны, в последнее время все больше появляется разговоров о необходимости внедрения MES-систем (Manufacturing Execution System - Система Исполнения Производства), объединяющих разрозненные “лоскутки автоматизации” на предприятии и повышающих конкурентоспособность предприятия за счет увеличения гибкости производства и снижения издержек, детального планирования и моделирования производственных процессов.
Используя данные уровней планирования и контроля, MES-системы управляют текущей производственной деятельностью в соответствии с поступающими заказами, требованиями конструкторской и технологической документации, актуальным состоянием оборудования, преследуя при этом цели максимальной эффективности и минимальной стоимости выполнения производственных процессов.

Одной из важнейших функций MES-системы является диспетчеризация производства, а именно внедрение RFID-технологии позволяет резко повысить скорость получения информации, ее достоверность и снизить количество ошибок при вводе данных на протяжении всего процесса производства. Технология бесконтактной идентификации позволяет осуществлять контроль движения объекта в автоматическом режиме с оптимизацией всех временных и трудовых затрат по цепи поставок от производителя до продавца. Все стадии процесса производства при этом становятся прозрачными, превращаясь в единый механизм хорошо отлаженного конвейера.

Поскольку в производственных помещениях не всегда возможно создать идеальные условия для считывания штрих-кодов (определенное ориентирование в пространстве относительно сканера, отсутствие в окружающей среде примесей препятствующих считыванию), то стоимости систем идентификации, включающих в себя метки и считывающее оборудование, на базе оптической и радиочастотной технологий становятся сопоставимыми.
При этом имеется возможность использовать все сильные стороны радиочастотной идентификации и снизить расходы на приобретение транспондеров, составляющих львиную долю стоимости системы идентификации и ее эксплуатации.
 rfid2.jpg
Рассмотрим более подробно пример отслеживания материалов в производстве с использованием радиометок. 
Начнем рассмотрение производства таким образом, каким оно видится со стороны системы планирования (ERP): 
1_на вход цеха подается сырье со складов предприятия;
2_в цех подаются энергоресурсы (пар, газ, вода, электричество);
3_в цех выдается заказ на производство продукции;
4_сырье взвешивается и поступает в цех;
5_происходит технологическая обработка;
6_товар поступает на склад готовой продукции.

Что же происходит на уровне исполнения производства - MES?
1_Поступающие партии сырья взвешиваются и поступают на склад сырья;
2_по запросу начинается передача партий сырья в технологическую цепочку;
3_на технологических линиях производятся операции обработки компонентов сырья - дозирование, смешивание, нагрев, и т.п., в результате получается полуфабрикат, который также взвешивается (или нет) и передается на промежуточный технологический склад или площадку перед следующим участком обработки;
4_производится проверка качества полуфабрикатов и принимается решение об их допуске в дальнейшую обработку;
5_прошедшие проверку полуфабрикаты передаются на следующий технологический передел и так далее до поступления товара на склад готовой продукции.

Естественно, что в реальности схема производства может быть как значительно сложнее, так и проще (например, отсутствовать промежуточный контроль качества).
Если перемещение материалов осуществляется трубопроводным или конвейерным транспортом, то естественно, что нет необходимости в использовании RFID, но зачастую сырье и полуфабрикаты перемещаются по цеху в мешках (или любой другой мелкой таре) на поддонах (или контейнерах) при помощи авто- или электропогрузчиков.

В этом случае для уменьшения времени на учетных операциях и снижения объема недостоверной информации о перемещении грузов целесообразно применять для идентификации “большой” тары и погрузчиков транспондеры, а на складах (в том числе и промежуточных) и на технологическом оборудовании установить сканеры RFID-меток.

Как работает эта технология?
1_Оператор разблокирует управление технологической установкой при помощи пластиковой карточки - пропуска, одновременно в системе MES записывается информация о смене человека, управляющего оборудованием;
2_устанавливает в приемное отделение поддон или контейнер, одновременно в MES-систему записываются данные об идентификаторе тары и времени его установки;
3_технологическая установка выдает материалы, уже упакованные в мелкую тару, фиксируя вес или другие параметры содержимого, эти данные заносятся в MES-систему. Оператор осуществляет укладку материалов на поддон;
4_по заполнению поддона оператор подает команду об окончании загрузки, одновременно в MES-системе записывается время окончания загрузки поддона с данным идентификатором, количество мешков на нем, фактический вес каждого мешка, итоговый вес номинальный и фактический, эти же данные, а также номер технологической установки и оператора записываются в RFID-метку. Выдается задание погрузчику переместить загруженный поддон на промежуточный склад и установить новый;
5_время снятия готового поддона, так же как и время его появления на промежуточном складе фиксируется в системе;
6_проводятся необходимые проверки поступившего материала, в простейшем случае пересчет мешков кладовщиком, и записывается время и номер идентификатора проверяющего;
7_по приходу запроса водителю погрузчика выдается команда о перемещении материала на следующее технологическое оборудование.

В результате пользователи системы получают следующие преимущества:
- возможность сквозного просмотра технологической истории в разрезе партий выпускаемой продукции;
- возможность автоматического составления паспорта партии продукции, начиная от того, из какого сырья изготовлялся товар, до того, кто и в какое время осуществлял обработку полуфабрикатов на промежуточных технологических операциях и вплоть до объемов потребленных энергоресурсов на производство данной партии и чистого рабочего времени. Причем этот паспорт можно хранить как в базе данных предприятия, так и в самой метке;
- фиксация, помимо номинального, реального веса партии. Особенно это важно при работе с фасованными товарами, когда одна упаковка имеет определенный вес с допусками по точности. Например, если в машину загрузить 200 мешков с номинальным весом 50 кг и точностью дозирования +/- 1 кг, то при взвешивании, возможно, 4 мешка окажутся “лишними”, хотя система весового контроля об этом не узнает. Применение транспондеров позволяет точно знать вес каждого мешка партии (записывается в метку) и их количество, которое считывается при проходе транспорта мимо антенны считывателя. В результате оператор весовой знает точный фактический вес отгруженного материала, который он и проверяет с помощью весов, а система планирования производства получает номинальный вес произведенного продукта - 10 тонн или 200 мешков в зависимости от принятой системы учета;
- автоматическую работу (без участия человека) системы учета перемещения материалов, которая не требует дополнительного времени на ввод данных. К примеру, считывание штрих-кода занимает от 1 до 2 секунд при строго определенной ориентации товара; 
- относительно невысокую стоимость системы по сравнению с торговыми предприятиями, где метка “уходит” вместе с покупателем товара. Для промышленного предприятия необходимо маркировать только небольшой объем оборотной тары и транспортных устройств;
- возможность построения системы управления транспортом на территории предприятия при использовании активных RFID-меток для маркировки погрузчиков, машин и прочей техники, их местонахождение всегда будет известно системе;
- просмотр состояния незавершенного производства и перечень материалов, хранящихся на промежуточных технологических складах, практически, в режиме реального времени.

Компания “ПЛКСистемы” в 2004 году провела ряд исследований о возможности применения RFID - технологий в системах управления производством промышленных предприятий. А с 2005 года начала стендовое макетирование MES-системы исполнения производства на базе программного пакета FactorySuite компании “Wonderware” c поддержкой различных технологий RFID. В данный момент проведено предварительное тестирование системы и объявлена готовность к выходу на промышленный объект.

Проведенные исследования показали, что имеется возможность использовать активные метки с дальностью считывания до 30-50 метров для учета технологической тары и внутризаводского транспорта, а пассивные метки - до 1 метра, для учета мелкой фасовки (мешки, кеги, и т.п.) и персонала.

Структурная схема разрабатываемой MES-системы исполнения производства цеха показана на рис. 1.

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 4(8)_2005

А.О. Горбунов,
ООО "ПЛКСистемы", г. Москва,
тел./факс: (495) 105-77-98, 995-49-00
E-mail: info@plcsystems.ru