物聯(lián)網(wǎng)、RFID制品實(shí)時(shí)跟蹤與監(jiān)控方案

1.背景和需求

我國(guó)傳統(tǒng)制造業(yè)由于普遍存在環(huán)境比較惡劣、信息化基礎(chǔ)薄弱、生產(chǎn)效益不高等不足現(xiàn)象，因此在制造業(yè)尤其是傳統(tǒng)制造業(yè)實(shí)施信息化是當(dāng)前迫切需要解決的任務(wù)。同時(shí)，即使在實(shí)施了ERP的企業(yè)，也需要對(duì)車間級(jí)的生產(chǎn)信息進(jìn)行采集與管理，以達(dá)到對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行“事前預(yù)測(cè)計(jì)劃、事中分析控制、事后跟蹤管理” 的目的。因此，企業(yè)迫切需要對(duì)產(chǎn)品的制造過(guò)程進(jìn)行全程跟蹤與管理，實(shí)現(xiàn)從簽定合同—設(shè)計(jì)—生產(chǎn)—入倉(cāng)—發(fā)貨的生產(chǎn)全生命周期的監(jiān)控，滿足生產(chǎn)精細(xì)化管理需要以及客戶交貨期需要，并實(shí)現(xiàn)質(zhì)量的跟蹤追溯；這也是提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，加強(qiáng)成本控制，用準(zhǔn)確的產(chǎn)品數(shù)據(jù)來(lái)支撐信息系統(tǒng)，同時(shí)解決生產(chǎn)過(guò)程的物料使用進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與記錄，杜絕物料浪費(fèi)、在制品積壓等問(wèn)題。

2.系統(tǒng)目標(biāo)

以離散制造業(yè)生產(chǎn)企業(yè)為對(duì)象，面向精益生產(chǎn)與6S管理模式，利用RFID、電子看板等技術(shù)識(shí)別物料身份、記錄加工狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)車間在制品實(shí)時(shí)監(jiān)控、質(zhì)量追溯功能，提高產(chǎn)品品質(zhì)，減少和避免積壓，提高企業(yè)效率。

2.1預(yù)期效果

系統(tǒng)實(shí)施所達(dá)到的預(yù)期效果包括：

? 通過(guò)條形碼和RFID等自動(dòng)識(shí)別和數(shù)據(jù)采集手段代替手工處理信息提高管理效率和增強(qiáng)企業(yè)的應(yīng)變能力；

? 信息系統(tǒng)將向底層自動(dòng)化擴(kuò)展。通過(guò)RFID向系統(tǒng)輸入大量底層實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，使得信息系統(tǒng)勢(shì)必不斷向底層自動(dòng)化擴(kuò)展，提高裝配過(guò)程的靈活性；

? 彌合企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中計(jì)劃與執(zhí)行時(shí)間的間隙。應(yīng)用條形碼或RFID等自動(dòng)識(shí)別和數(shù)據(jù)采集手段的信息系統(tǒng)能及時(shí)獲取生產(chǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)在制品的全程自動(dòng)跟蹤，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)信息傳遞通道將數(shù)據(jù)和應(yīng)用無(wú)縫集成起來(lái)，為企業(yè)管理層提供決策支持，彌合了計(jì)劃下達(dá)和生產(chǎn)執(zhí)行之間的間隙，減少計(jì)劃的盲目性；

? 安全庫(kù)存和制造批量的觀念發(fā)生變化。條碼或RFID在工廠和倉(cāng)庫(kù)中的應(yīng)用將使得上游工序（或企業(yè)）的來(lái)料、下游工序（或企業(yè)）的需求完全透明，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)時(shí)制（JIT）和批量定制（MC）生產(chǎn)方式。

3.總體方案

3.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)方案的總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。整個(gè)系統(tǒng)大體分成生產(chǎn)執(zhí)行層、數(shù)據(jù)通信層和管理控制層三部分。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

1. 生產(chǎn)執(zhí)行層

生產(chǎn)執(zhí)行層由工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備終端和條形碼、RFID數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)兩部分組成，包括的物理設(shè)備有條碼掃描儀（掃描槍）、RFID讀寫器設(shè)備、射頻天線、RFID電子標(biāo)簽以及現(xiàn)場(chǎng)信息顯示、錄入終端、RFID打印設(shè)備、貼標(biāo)設(shè)備等。從空間位置的角度講，主要涉及用于在制品生產(chǎn)的作業(yè)車間現(xiàn)場(chǎng)、用于存儲(chǔ)在制品的倉(cāng)庫(kù)等區(qū)域。生產(chǎn)執(zhí)行層完成底層數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)提交和指導(dǎo)生產(chǎn)。

1. 現(xiàn)場(chǎng)信息顯示、錄入終端：現(xiàn)場(chǎng)信息顯示、錄入終端設(shè)備集電子看板與現(xiàn)場(chǎng)信息錄入設(shè)備于一身，實(shí)現(xiàn)零配件批號(hào)生成與管理以及生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)狀態(tài)信息、生產(chǎn)設(shè)備信息、質(zhì)量分析信息的在線實(shí)時(shí)查詢、顯示、錄入，實(shí)現(xiàn)車間的無(wú)紙化作業(yè)。

標(biāo)簽表面，并將指令信息寫入芯片中，然后將標(biāo)簽粘貼在在制品貨包裝上。

2. 數(shù)據(jù)通信層

數(shù)據(jù)通信層是聯(lián)系管理控制層和生產(chǎn)執(zhí)行層的中間部分，實(shí)現(xiàn)管理層與執(zhí)行層之間的數(shù)據(jù)通信與信息交互。主要的物理設(shè)備包括企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)（Intranet）和通信服務(wù)器。

3.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用瀏覽器／服務(wù)器 B／S（browser／server)三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

3.3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

整個(gè)在制品實(shí)時(shí)跟蹤與監(jiān)控系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖中虛線框內(nèi)的部分為本項(xiàng)目所需完成的部分，主要包括生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備終端、RFID數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和系統(tǒng)中間件三部分組成。

1. 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備終端

生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備終端主要完成生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息的錄入/顯示的功能。其功能可分解如下：

圖3 車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

? 加工過(guò)程中實(shí)時(shí)信息反饋

當(dāng)在制品到達(dá)某一工位時(shí)，工人利用條碼掃描槍或RFID讀寫器讀取在制品上的條碼或RFID電子標(biāo)簽信息，讀取的信息在設(shè)備終端自動(dòng)顯示，并根據(jù)該信息自動(dòng)與系統(tǒng)服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)對(duì)應(yīng)的在制品信息進(jìn)行核對(duì),電子看板與實(shí)時(shí)信息顯示.

生產(chǎn)管理層在生產(chǎn)過(guò)程中所下達(dá)的實(shí)時(shí)指令和信息，將以消息通知的方式，直接在特定工位的設(shè)備終端上實(shí)時(shí)顯示，從而提高了車間生產(chǎn)對(duì)特殊情況的快速反應(yīng)能力，并且保證了管理層信息及時(shí)傳達(dá)到生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

? 在制品庫(kù)存/出入庫(kù)管理

設(shè)備終端應(yīng)用在在制品倉(cāng)庫(kù)內(nèi)，主要完成對(duì)在制品庫(kù)存信息的管理、出入庫(kù)登記等工作。此時(shí)的設(shè)備終端通常采用計(jì)算機(jī)來(lái)完成。

? 預(yù)警與報(bào)警功能

設(shè)備終端將根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)要求提供不同等級(jí)的報(bào)警功能。報(bào)警等級(jí)可分為嚴(yán)重級(jí)、較重級(jí)和輕微級(jí)，具體代表的含義有企業(yè)確定。

2. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

以條形碼和RFID為代表的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息實(shí)時(shí)獲取的主要硬件設(shè)備。通過(guò)生產(chǎn)車間專用數(shù)據(jù)采集終端，可以將生產(chǎn)計(jì)劃與生產(chǎn)工藝直接下達(dá)到工序指導(dǎo)生產(chǎn)?；跅l碼的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用較為廣泛，且具有一次投入低等優(yōu)點(diǎn)，比較適合于對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較為理想的企業(yè)采用。RFID數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有防水、防磁、耐高溫、使用壽命長(zhǎng)、讀取距離大、標(biāo)簽非可視、標(biāo)簽內(nèi)數(shù)據(jù)可加密、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)容量大等優(yōu)點(diǎn)，非常適合在制造業(yè)應(yīng)用。系統(tǒng)利用條形碼或RFID標(biāo)簽對(duì)在制品、加工人員等生產(chǎn)要素進(jìn)行惟一標(biāo)示，利用在車間的各個(gè)工位和其他數(shù)據(jù)采集區(qū)域布置條碼掃描槍或RFID讀寫系統(tǒng)等數(shù)據(jù)采集終端，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的上述信息的實(shí)時(shí)采集。這些信息經(jīng)過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)傳輸和系統(tǒng)中間件過(guò)濾處理后，為生產(chǎn)管理控制層提供生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)的實(shí)時(shí)管理和監(jiān)控。

4. 總結(jié)

基于條形碼、RFID等數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和精益生產(chǎn)的在制品實(shí)時(shí)跟蹤與監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的“物料”和“在制品”信息進(jìn)行精確采集、整合、集成、分析和共享，為企業(yè)生產(chǎn)物資的管理和產(chǎn)品生命周期的管理提供基礎(chǔ)信息解決方案，是車間制造管理系統(tǒng)的核心內(nèi)容。系統(tǒng)的應(yīng)用可與ERP、CRM、SCM系統(tǒng)形成良好的互補(bǔ)。有效地解決ERP系統(tǒng)在物資和產(chǎn)品數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)輸入等方面的問(wèn)題，是實(shí)現(xiàn)工廠或生產(chǎn)型企業(yè)整體信息化的樞紐信息系統(tǒng).

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