基于RFID技術在制造業(yè)物流應用解決方案

　　信息化、自動化、網絡化、智能化、柔性化已成為現(xiàn)代制造企業(yè)的鮮明特征。隨著信息技術、網絡技術的普及和發(fā)展，特別是互聯(lián)網技術解決了信息共享、信息傳輸的標準問題和成本問題，使得信息更廣泛地成為控制、決策的依據和基礎。為了降低成本和加快資金周轉，需要進一步固化新的流程或新的管理制度，使其得以規(guī)范地貫徹執(zhí)行，而信息系統(tǒng)的作用就在于可以固化管理和優(yōu)化操作。

　　物料及在制品的跟蹤(WIP)以及JIT、MES是美國管理界90年代提出的新概念，近10年，這些方面在國外得到迅速發(fā)展，已經逐漸形成了一些專業(yè)的開發(fā)公司。目前，國內對這些方面的認識深度和研究、應用水平不高，與國外的差距正在拉大。

　　基于RFID技術在制造業(yè)物流應用解決方案

　　構筑基于RFID的物料及在制品追蹤管理系統(tǒng)，充分利用JIT、MES的先進管理理念與基本方法，通過對車間生產信息的實時反饋來進行加工數據分析和監(jiān)控，加強車間生產控制，是提升制造業(yè)、尤其是傳統(tǒng)制造業(yè)技術創(chuàng)新能力、市場響應速度、綜合競爭力的重要舉措。

　　RFID在傳統(tǒng)制造業(yè)中的應用是一套以生產型企業(yè)信息化應用為背景，針對車間生產線上的物料、在制品而研制的工業(yè)生產流程自動化管理系統(tǒng)，對生產過程中的“物料”和“在制品”信息進行精確采集、整合、集成、分析和共享，為企業(yè)生產物資的管理和產品生命周期的管理提供了基礎信息解決方案，是車間制造管理系統(tǒng)的核心內容。系統(tǒng)的應用和ERP、CRM、SCM系統(tǒng)形成良好的互補，有效地解決了ERP系統(tǒng)在物資和產品數據采集、數據準確性和實時輸入等方面的問題，是實現(xiàn)工廠或生產型企業(yè)整體信息化的樞紐信息系統(tǒng)。特別是適合傳統(tǒng)制造業(yè)應用的電子標簽終端產品的自主研發(fā)以及基于此基礎的電子標簽的制造業(yè)應用系統(tǒng)，能夠滿足國家在不同領域，特別是在制造業(yè)、醫(yī)藥等重點行業(yè)應用電子標簽的市場需求。本系統(tǒng)具有如下的設計理念：

　　RFID技術在車間現(xiàn)場數據終端(如看板終端或觸摸屏)的集成應用，充分適應工業(yè)環(huán)境的復雜要求，無需直視或利用人工掃描，有效、簡約地解決了數據采集、數據準確性和實時輸入等方面的問題；

　　提供面向“個體”或“批”層次的數據模塊設計，實時、準確、精細、高效地實現(xiàn)物料與在制品的追溯和跟蹤，并以此為核心，建立產品個體級別的實時檔案，實現(xiàn)產品生命周期的跟蹤追溯和管理；

　　將RFID、JIT、MES、網絡技術等應用于生產管控，準確、實時、全面反映生產過程狀態(tài)信息，有效、敏捷地指導工業(yè)流程，與ERP、CRM、SCM形成良好互補，推動“透明工廠”的建設，推進生產、管理和組織架構的優(yōu)化，促進JIT的生產模式的實現(xiàn)；

　　將“物料”與“在制品”的追蹤管理與品質、效益、效率、倉管、物流等緊密結合，促使車間勞動者、生產商與物料供應商形成利益共同體。

　　RFID在傳統(tǒng)制造業(yè)中的應用(MES)項目充分利用RFID的特性，采用特定的可安裝于復雜工業(yè)現(xiàn)場的RFID數據采集終端，適應國內傳統(tǒng)制造車間的環(huán)境要求，具備防潮、防油、防雷、放電磁干擾、防熱等性能，滿足對物料、在制品的無接觸自動采集需要，并為管理系統(tǒng)提供信息輸入接口和查詢界面。

　　同時，在RFID數據采集終端的基礎上，可以以物料及在制品跟蹤為核心，開發(fā)出一套具備軟件基礎平臺和系列應用模塊的車間級生產執(zhí)行管理系統(tǒng)。在系統(tǒng)的設計過程中，將通過面向“個體”或“批”層次的數據模塊設計，實時、準確、精細、高效地實現(xiàn)物料與在制品的追溯和跟蹤，并以此為核心，建立產品個體級別的實時檔案。此外，在系統(tǒng)設計思想上，將RFID、JIT、MES、網絡技術等應用于生產管控，準確、實時、全面反映生產過程狀態(tài)信息，有效、敏捷地指導工業(yè)流程，與ERP、CRM、SCM形成良好互補，推動“透明工廠”的建設，推進生產、管理和組織架構的優(yōu)化，促進JIT的生產模式的實現(xiàn)。

　　RFID在傳統(tǒng)制造業(yè)中的應用是面向制造業(yè)的工業(yè)信息化應用系統(tǒng)，利用高新技術特別是自動化技術、信息技術對傳統(tǒng)產業(yè)(制造業(yè))進行有益的改造和信息服務，是促進我國以出口為主的制造業(yè)發(fā)展的高新技術產品。RFID在傳統(tǒng)制造業(yè)中的應用針對我國制造業(yè)的實際情況，以開發(fā)先進的、集成化的、面向生產線的管理軟件為目的，可以有效地提高離散制造企業(yè)的運行經濟性和服務質量，該項目的開發(fā)成功無疑將在業(yè)界產生明顯的推動效應。

　　運用RFID技術，可以改善傳統(tǒng)工作模式，實現(xiàn)制造業(yè)對產品全程控制和追溯。而開發(fā)一個完整的基于RFID的生產過程控制系統(tǒng)，就是將RFID技術貫穿于生產全過程(訂單→計劃→任務→備料→冷加工→熱加工→精加工→檢驗→包裝→倉管→運輸)，形成企業(yè)的閉環(huán)生產。

　　從發(fā)展的眼光看：在制造業(yè)實施RFID技術還可從原材料制造、采購到半成品加工、成品制造、批發(fā)、配送到零售，貫穿到全社會供應鏈的每一個環(huán)節(jié)，直到最終消費者。因此在制造業(yè)采用RFID標簽，可以打破一個系統(tǒng)內部使用的孤立性，而將RFID技術向供應鏈上端延伸。將該項研究成果還可推廣到其它相關的產品制造業(yè)應用，有很好的應用前景與行業(yè)示范作用。這些可以應用該項研究成果的行業(yè)甚至包括食品制造企業(yè)。

　　二、 系統(tǒng)特點

　　RFID車間制造與執(zhí)行系統(tǒng)或在制品跟蹤與管理系統(tǒng)具有以下特點：

　　生產計劃和工藝直接下達到工序、設備(而ERP、MRPII一般只能下達到品種、車間)，直接指導設備加工、防止跨工序加工，減少工藝錯誤；

　　數據采集實時性，可及時進行計劃考核，實時監(jiān)控生產進度；

　　各車間職能科室可以共享生產數據，了解相關工序的生產進度，便于生產協(xié)調。準確確認交貨時間，實現(xiàn)批次管理；

　　工藝反饋校正：及時修正工藝錯誤、縮短工藝糾正周期；

　　加工數據有效性，減少手工輸入、紙張傳遞；

　　便于質量追溯；

　　智能看板：完成質量信息采集與質量分析；

　　擴展物流管理：RFID批次號-條碼-產品；

　　而在車間現(xiàn)場使用的RFID數據采集終端，用于為系統(tǒng)提供有關物料、制品、設備狀況、人員信息等方面的信息，實現(xiàn)系統(tǒng)與具體操作者的雙向溝通。具有以下功能與優(yōu)勢：

　　自動采集：能無接觸、自動采集物料、在制品、工位、人員的信息；

　　信息查詢：可查詢生產計劃、生產工藝、產品批次等信息；

　　信息輸入：設備狀況信息、加工數量、加工情況、質量信息等；

　　抗惡劣環(huán)境：具有防潮、防油、防雷、放電磁干擾、防熱等性能。

　　系統(tǒng)包括如下的工作：

　　總體架構和系統(tǒng)模型的建設：通過對網絡架構、工廠設備、通信路由、軟硬件組合及系統(tǒng)規(guī)模與性能進行深入分析，確立監(jiān)控系統(tǒng)軟件與數據采集硬件設備之間的層次關系，確定各功能模塊的劃分，模塊之間的接口，完成總體架構的建設。充分考慮系統(tǒng)的可集成性(Integratability)、可配置性(Configurability)、可適應性(Adaptability)、可擴展性(Extensibility)和可靠性(Reliability)；

　　軟件平臺的架構建設：基于面向對象設計技術、分布式網絡、和各種先進的數據庫及組態(tài)技術，建設適合即時、現(xiàn)場、遠程監(jiān)控的，便于擴容和修改的系統(tǒng)軟件基礎平臺，充分體現(xiàn)面向離散對象的系統(tǒng)應用集成，支持實時活動，實現(xiàn)基于現(xiàn)場管理規(guī)則和綜合管理知識的管控結合。主要包括軟件系統(tǒng)功能定位、平臺選型和數據采集(Data Collection)、數據存儲(Data Storage)、網絡應用(NET/Web Application)、客戶端查詢?yōu)g覽(Client/Web Viewer)等架構組成的建設；

　　功能模塊的具體軟件開發(fā)，包括：

　　生產過程建模(CONFIG)

　　生產計劃及生產管理

　　現(xiàn)場數據采集

　　物料跟蹤查詢

　　在制品跟蹤查詢

　　產品生命周期檔案

　　質量及績效分析查詢

　　網際網絡應用

　　工作流研究：設計工作流模型及網絡數據流規(guī)劃，支持各種控制和溝通策略，支持生產過程的各種工作流程，實現(xiàn)制造生產和管理過程的自動驅動、記錄、跟蹤、分析、信息共享等，并容易地集成CORBA/STEP以實現(xiàn)與ERP、PDM、SFC等的無縫集成，形成一個信息流的順暢通道；

　　設備通信與集成和數據接***術：規(guī)范不同行業(yè)、不同類型的被監(jiān)控設備與系統(tǒng)接口，包括數字或模擬傳感器、可編程控制器(PLC)、直接數字控制器(DDC)、控制執(zhí)行器、視像裝置等;各種設備和系統(tǒng)的數據格式及協(xié)議轉換方式的研究，滿足大容量、高速的數據存貯和訪問，具有實時、連續(xù)的歷史數據檢索與回放功能，提供復雜、特別的數據查詢；

　　智能化決策支持功能的實現(xiàn)：實時監(jiān)控的目的在于為調度、運行操作人員的決策提供數據，如果系統(tǒng)能在反映生產狀況的同時具有數據分析功能，進而提出操作方案和建議，其實用性才能得以真正體現(xiàn)。這一問題的解決有賴于智能技術的應用和專家經驗的歸納表達；

　　系統(tǒng)測試：包括單元測試、整體測試和綜合測試。

　　三、 應用技術方案

　　1. 系統(tǒng)的總體架構

　　包括軟件平臺和應用模塊體系，以及系統(tǒng)所依賴的硬件平臺。

　　軟件平臺是系統(tǒng)的基礎核心構件，包括一系列實現(xiàn)各種核心邏輯的構件，并封裝成不同的構件包：

　　調度策略構件包

　　界面開發(fā)構件包

　　生產過程模型構件包

　　WIP構件包

　　SPC分析構件包

　　設備通信接口構件包

　　ERP接口構件包

　　RFID終端構件包

　　應用模塊體系建立在軟件平臺和硬件平臺的架構之上，實現(xiàn)系統(tǒng)的各項具體管理功能，包括：

　　生產過程建模

　　生產計劃及生產管理

　　現(xiàn)場數據采集

　　物料跟蹤查詢

　　在制品跟蹤查詢

　　產品生命周期檔案

　　質量及績效分析查詢

　　網際網絡應用

　　2. 硬件平臺基礎：RFID數據集成終端

　　1) RFID數據集成終端(RFID DCS)

　　RFID DCS終端機(閱讀器)將主要安裝在生產線的生產工位上，用于為MES系統(tǒng)提供有關物料、制品、設備狀況、人員信息等方面的信息，同時也為具體操作者提供作業(yè)信息的雙向溝通。

　　自動采集的需要：能無接觸、自動采集物料、在制品、工位、人員的信息；

　　采集環(huán)境的需要：數據采集現(xiàn)場多樣化，要求采集設備、采集終端具有防潮、防油、防雷、放電磁干擾、防熱等性能；

　　查詢的需要：可查詢生產計劃、生產工藝、產品批次等信息；

　　信息輸入的需要：設備狀況信息、加工數量、加工情況、質量信息等。

　　具體的做法是：在基于RFID技術的電子標簽閱讀器(數據集成終端，RFID DCS)上增加了液晶顯示電路、PVC鍵盤輸入電路、數顯量具通信接口電路、RS485串口通信電路、TCP/IP網絡通信接口電路等模塊。通過液晶顯示器可以顯示下達的生產計劃、生產工藝、產品批次等信息，通過鍵盤可以提交設備狀況信息、加工數量及質量信息等，以便全面跟蹤正常工藝路線內的工件正常流向，處理各種異常情況，全面記錄各工件在各工序的完成情況和每個工件的當前位置、在線狀態(tài)、可根據不同的質檢政策(抽檢和全檢)自動記錄各工件之間的狀態(tài)(待檢、合格、不合格)，對各工件在制造平臺內流轉(工藝、工位、時間、狀態(tài))等進行全方位的記錄。

　　2) 通信方式：

　　可選擇RS485串口通信電路和TCP/IP網絡通信接口電路中的作為其中一種通信方式與PC機進行接口。終端采集到的信息經過通信接口進入PC機后，PC機再存儲信息，處理信息，并將結果保存到服務器。PC 機也可以將車間當天的生產計劃以及車間的生產情況經通信接口傳送到終端并在終端的液晶顯示屏上加以顯示，工人看到反饋信息后知道當天的生產任務以及目前的工作狀況從而執(zhí)行生產任務。在RFID DCS終端采集系統(tǒng)中，PC 機與終端之間有一定的通訊協(xié)議，以保證終端數據的通訊成功。