基于RFID的高速数控机床用工具识别系统的设计与实现

摘要

在现代制造企业中,加工中心应用的越来越广泛,使得刀具品种与规格急剧的增加,这必然增加了刀具使用与管理的难度。针对这种现状,越来越多的制造型企业正在尝试改进工具系统的管理方式,试图通过有效的管理,提高工具的使用性能和寿命,降低制造成本,提高生产率和加工质量。在工具系统管理的过程中,工具系统的识别是一个不可回避的问题,如何有效地使用标识技术,是工具管理系统能否成功应用的关键。
　　 本文以射频识别技术、数据编码技术和计算机技术为基础,以HSK刀柄为研究对象,系统地开展了HSK刀柄智能识别技术和基于射频识别(RFID)的制造执行系统的研究,主要研究内容及成果如下:
　　 (1)分析了国内外的工具识别技术的研究现状,比较了工具系统常用的识别方法及其优缺点,确定了具有智能识别功能的HSK刀柄的技术方案。
　　 (2)研究高频射频识别技术的工作特性,制定了基于高频射频识别的HSK刀柄的识别方案,研制了HSK刀柄近距离识别系统的样机,实现了距离为3—8mm的近距离、高稳定性的自动识别。
　　 (3)研究超高频射频识别技术的工作特性,制定了基于超高频射频识别的HSK刀柄的识别方案,研制了了HSK刀柄远距离识别系统的样机,实现了距离为5—500mm的远距离、高速度的自动识别。
　　 (4)分析了现有制造执行系统(MES)的功能模型的特点,研究MES与RFID技术结合的模式,设计了HSK刀柄生产过程中的数据采集方案并在工厂实施,解决了生产管理者不能及时了解生产现场信息的难题,有助于及时发现和解决生产中出现的问题,提高工厂的生产管理水平。
　　 本研究是国家科技重大专项“高速数控机床用新型工具系统(2009ZX04012—012)”的一部分,研究工作对提高我国自主开发高速数控工具系统的性能,减少进口,提升我国机床工具系统行业的国际竞争能力具有重要的现实意义。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究的背景

1.1.1 研究的工程应用背景

1.1.2 研究的项目背景

1.2 工具系统识别

1.2.1 工具系统常用识别方法

1.2.2 常用识别方法优点和缺点分析

1.2.3 工具自动识别技术的国内外研究现状

1.3 制造执行系统中的数据采集

1.3.1 制造执行系统概述

1.3.2 制造执行系统中的数据采集

1.4 研究的目的和主要内容

1.4.1 本文的研究目的

1.4.2 研究的内容和论文结构

1.5 本章小结

第二章 射频识别技术的基本原理和特点

2.1 射频识别技术的基本原理与组件

2.1.1 读写器

2.1.2 电子标签

2.1.3 软件

2.1.4 系统工作原理

2.2 射频识别技术相关物理学原理

2.2.1 天线场的概念

2.2.2 耦合类型

2.2.3 数据传输原理

2.2.4 能量传递原理

2.3 本章小结

第三章 基于高频射频识别技术的HSK刀柄近距离识别系统

3.1 HSK刀柄近距离识别系统的构件

3.1.1 HSK刀柄工作条件分析

3.1.2 RFID工作频率简介

3.1.3 具体RFID设备选型

3.1.4 HSK刀柄近距离识别系统硬件组成

3.2 HSK刀柄近距离识别系统编码

3.2.1 字符编码简介

3.2.2 工具系统的编码

3.2.3 工具系统编码的存储

3.3 开发环境和开发包

3.3.1 开发环境选择

3.3.2 CMC158读写器API简介

3.4 HSK刀柄近距离识别的设计

3.4.1 系统软件总体流程

3.4.2 配置读写器流程

3.4.3 写标签流程

3.4.4 读标签流程

3.5 装置与实验

3.6 本章小结

第四章 基于超高频射频识别技术的HSK刀柄远距离识别系统

4.1 HSK刀柄远距离识别系统的构件

4.1.1 系统需求分析

4.1.2 系统采用的技术

4.1.3 具体RFID设备选型

4.1.4 HSK刀柄远距离识别系统硬件组成

4.2 HSK刀柄远距离识别系统编码和开发包简介

4.2.1 EPC Global简介

4.2.2 电子标签中存储内容的确定

4.2.3 工具系统的编码

4.2.4 电子标签中存储空间的分配

4.3 开发环境及开发包

4.3.1 CSL461读写器开发简介

4.3.2 开发环境的选择

4.4 HSK刀柄远距离识别的设计

4.4.1 系统软件总体框架

4.4.2 配置读写器流程

4.4.3 读标签流程

4.4.4 写标签流程

4.5 装置与实验

4.6 本章小结

第五章 基于RFID的制造执行系统的数据采集方法

5.1 制造执行系统

5.1.1 制造执行系统的含义

5.1.2 制造执行系统中的数据采集的内容

5.1.3 制造执行系统中的数据采集方法

5.2 制造执行系统的数据采集需求分析和设计

5.2.1 信息采集现状

5.2.2 管理系统的需求分析

5.3 制造执行系统的数据采集硬件设计

5.3.1 制造执行系统的数据采集硬件初步设计

5.3.2 制造执行系统的数据采集硬件选型

5.3.3 制造执行系统的数据采集硬件安装

5.4 本章小结

第六章 基于RFID的制造执行系统的数据采集中间件

6.1 RFID中间件

6.2 数据采集中间件采用的技术简介

6.2.1 J2EE开发平台

6.2.2 基于C/S的两层软件结构

6.2.3 基于B/S的三层与多层软件结构

6.3 数据采集中间件设计

6.3.1 数据采集中间件系统模型

6.3.2 数据采集中间件系统架构

6.4 数据采集各功能模块的设计与实现

6.4.1 读写器适配器

6.4.2 事件管理器

6.4.3 J2EE容器

6.5 本章小结

第七章 研究结论及发展展望

7.1 研究的主要结论

7.2 课题研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间所取得的主要成果