基于RFID技術(shù)在制造業(yè)物流應(yīng)用解決方案

　　一、 系統(tǒng)簡介

　　信息化、自動化、網(wǎng)絡(luò)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(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及和發(fā)展，特別是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決了信息共享、信息傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)問題和成本問題，使得信息更廣泛地成為控制、決策的依據(jù)和基礎(chǔ)。為了降低成本和加快資金周轉(zhuǎn)，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(jīng)逐漸形成了一些專業(yè)的開發(fā)公司。目前，國內(nèi)對這些方面的認識深度和研究、應(yīng)用水平不高，與國外的差距正在拉大。

　　構(gòu)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(chǎn)信息的實時反饋來進行加工數(shù)據(jù)分析和監(jiān)控，加強車間生產(chǎn)控制，是提升制造業(yè)、尤其是傳統(tǒng)制造業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力、市場響應(yīng)速度、綜合競爭力的重要舉措。

　　RFID在傳統(tǒng)制造業(yè)中的應(yīng)用是一套以生產(chǎn)型企業(yè)信息化應(yīng)用為背景，針對車間生產(chǎn)線上的物料、在制品而研制的工業(yè)生產(chǎn)流程自動化管理系統(tǒng)，對生產(chǎn)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(chǎn)物資的管理和產(chǎn)品生命周期的管理提供了基礎(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(chǎn)品數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和實時輸入等方面的問題，是實現(xiàn)工廠或生產(chǎn)型企業(yè)整體信息化的樞紐信息系統(tǒng)。特別是適合傳統(tǒng)制造業(yè)應(yīng)用的電子標(biāo)簽終端產(chǎn)品的自主研發(fā)以及基于此基礎(chǔ)的電子標(biāo)簽的制造業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)，能夠滿足國家在不同領(lǐng)域，特別是在制造業(yè)、醫(yī)藥等重點行業(yè)應(yīng)用電子標(biāo)簽的市場需求。本系統(tǒng)具有如下的設(shè)計理念：

　　RFID技術(shù)在車間現(xiàn)場數(shù)據(jù)終端(如看板終端或觸摸屏)的集成應(yīng)用，充分適應(yīng)工業(yè)環(huán)境的復(fù)雜要求，無需直視或利用人工掃描，有效、簡約地解決了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)準(zhǔn)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(shù)據(jù)模塊設(shè)計，實時、準(zhǔn)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(chǎn)品個體級別的實時檔案，實現(xiàn)產(chǎn)品生命周期的跟蹤追溯和管理;

　　將RFID、JIT、MES、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等應(yīng)用于生產(chǎn)管控，準(zhǔn)確、實時、全面反映生產(chǎn)過程狀態(tài)信息，有效、敏捷地指導(dǎo)工業(yè)流程，與ERP、CRM、SCM形成良好互補，推動“透明工廠”的建設(shè)，推進生產(chǎn)、管理和組織架構(gòu)的優(yōu)化，促進JIT的生產(chǎn)模式的實現(xiàn);

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

　　RFID在傳統(tǒng)制造業(yè)中的應(yīng)用(MES)項目充分利用RFID的特性，采用特定的可安裝于復(fù)雜工業(yè)現(xiàn)場的RFID數(shù)據(jù)采集終端，適應(yīng)國內(nèi)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(shù)據(jù)采集終端的基礎(chǔ)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(chǔ)平臺和系列應(yīng)用模塊的車間級生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)。在系統(tǒng)的設(shè)計過程中，將通過面向“個體”或“批”層次的數(shù)據(jù)模塊設(shè)計，實時、準(zhǔn)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(chǎn)品個體級別的實時檔案。此外，在系統(tǒng)設(shè)計思想上，將RFID、JIT、MES、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等應(yīng)用于生產(chǎn)管控，準(zhǔn)確、實時、全面反映生產(chǎn)過程狀態(tài)信息，有效、敏捷地指導(dǎo)工業(yè)流程，與ERP、CRM、SCM形成良好互補，推動“透明工廠”的建設(shè)，推進生產(chǎn)、管理和組織架構(gòu)的優(yōu)化，促進JIT的生產(chǎn)模式的實現(xiàn)。

　　RFID在傳統(tǒng)制造業(yè)中的應(yīng)用是面向制造業(yè)的工業(yè)信息化應(yīng)用系統(tǒng)，利用高新技術(shù)特別是自動化技術(shù)、信息技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)(制造業(yè))進行有益的改造和信息服務(wù)，是促進我國以出口為主的制造業(yè)發(fā)展的高新技術(shù)產(chǎn)品。RFID在傳統(tǒng)制造業(yè)中的應(yīng)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(chǎn)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(jīng)濟性和服務(wù)質(zhì)量，該項目的開發(fā)成功無疑將在業(yè)界產(chǎn)生明顯的推動效應(yīng)。

　　運用RFID技術(shù)，可以改善傳統(tǒng)工作模式，實現(xiàn)制造業(yè)對產(chǎn)品全程控制和追溯。而開發(fā)一個完整的基于RFID的生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)，就是將RFID技術(shù)貫穿于生產(chǎn)全過程(訂單→計劃→任務(wù)→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(chǎn)。

　　從發(fā)展的眼光看：在制造業(yè)實施RFID技術(shù)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(yīng)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(biāo)簽，可以打破一個系統(tǒng)內(nèi)部使用的孤立性，而將RFID技術(shù)向供應(yīng)鏈上端延伸。將該項研究成果還可推廣到其它相關(guān)的產(chǎn)品制造業(yè)應(yīng)用，有很好的應(yīng)用前景與行業(yè)示范作用。這些可以應(yīng)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(chǎn)計劃和工藝直接下達到工序、設(shè)備(而ERP、MRPII一般只能下達到品種、車間)，直接指導(dǎo)設(shè)備加工、防止跨工序加工，減少工藝錯誤;

　　數(shù)據(jù)采集實時性，可及時進行計劃考核，實時監(jiān)控生產(chǎn)進度;

　　各車間職能科室可以共享生產(chǎn)數(shù)據(jù)，了解相關(guān)工序的生產(chǎn)進度，便于生產(chǎn)協(xié)調(diào)。準(zhǔn)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(shù)據(jù)有效性，減少手工輸入、紙張傳遞;

　　便于質(zhì)量追溯;

　　智能看板：完成質(zhì)量信息采集與質(zhì)量分析;

　　擴展物流管理：RFID批次號-條碼-產(chǎn)品;

　　而在車間現(xiàn)場使用的RFID數(shù)據(jù)采集終端，用于為系統(tǒng)提供有關(guān)物料、制品、設(shè)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(chǎn)計劃、生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品批次等信息;

　　信息輸入：設(shè)備狀況信息、加工數(shù)量、加工情況、質(zhì)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(gòu)和系統(tǒng)模型的建設(shè)：通過對網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、工廠設(shè)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(shù)據(jù)采集硬件設(shè)備之間的層次關(guān)系，確定各功能模塊的劃分，模塊之間的接口，完成總體架構(gòu)的建設(shè)。充分考慮系統(tǒng)的可集成性(Integratability)、可配置性(Configurability)、可適應(yīng)性(Adaptability)、可擴展性(Extensibility)和可靠性(Reliability);

　　軟件平臺的架構(gòu)建設(shè)：基于面向?qū)ο笤O(shè)計技術(shù)、分布式網(wǎng)絡(luò)、和各種先進的數(shù)據(jù)庫及組態(tài)技術(shù)，建設(shè)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(chǔ)平臺，充分體現(xiàn)面向離散對象的系統(tǒng)應(yīng)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(jié)合。主要包括軟件系統(tǒng)功能定位、平臺選型和數(shù)據(jù)采集(Data Collection)、數(shù)據(jù)存儲(Data Storage)、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用(NET/Web Application)、客戶端查詢?yōu)g覽(Client/Web Viewer)等架構(gòu)組成的建設(shè);

　　功能模塊的具體軟件開發(fā)，包括：

　　生產(chǎn)過程建模(CONFIG)

　　生產(chǎn)計劃及生產(chǎn)管理

　　現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集

　　物料跟蹤查詢

　　在制品跟蹤查詢

　　產(chǎn)品生命周期檔案

　　質(zhì)量及績效分析查詢

　　網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

　　工作流研究：設(shè)計工作流模型及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流規(guī)劃，支持各種控制和溝通策略，支持生產(chǎn)過程的各種工作流程，實現(xiàn)制造生產(chǎn)和管理過程的自動驅(qū)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(shè)備通信與集成和數(shù)據(jù)接***術(shù)：規(guī)范不同行業(yè)、不同類型的被監(jiān)控設(shè)備與系統(tǒng)接口，包括數(shù)字或模擬傳感器、可編程控制器(PLC)、直接數(shù)字控制器(DDC)、控制執(zhí)行器、視像裝置等;各種設(shè)備和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式及協(xié)議轉(zhuǎn)換方式的研究，滿足大容量、高速的數(shù)據(jù)存貯和訪問，具有實時、連續(xù)的歷史數(shù)據(jù)檢索與回放功能，提供復(fù)雜、特別的數(shù)據(jù)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(diào)度、運行操作人員的決策提供數(shù)據(jù)，如果系統(tǒng)能在反映生產(chǎn)狀況的同時具有數(shù)據(jù)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(shù)的應(yīng)用和專家經(jīng)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(yīng)用技術(shù)方案

　　1. 系統(tǒng)的總體架構(gòu)

　　包括軟件平臺和應(yīng)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(chǔ)核心構(gòu)件，包括一系列實現(xiàn)各種核心邏輯的構(gòu)件，并封裝成不同的構(gòu)件包：

　　調(diào)度策略構(gòu)件包

　　界面開發(fā)構(gòu)件包

　　生產(chǎn)過程模型構(gòu)件包

　　WIP構(gòu)件包

　　SPC分析構(gòu)件包

　　設(shè)備通信接口構(gòu)件包

　　ERP接口構(gòu)件包

　　RFID終端構(gòu)件包

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

　　生產(chǎn)過程建模

　　生產(chǎn)計劃及生產(chǎn)管理

　　現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集

　　物料跟蹤查詢

　　在制品跟蹤查詢

　　產(chǎn)品生命周期檔案

　　質(zhì)量及績效分析查詢

　　網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

　　2. 硬件平臺基礎(chǔ)：RFID數(shù)據(jù)集成終端

　　1) RFID數(shù)據(jù)集成終端(RFID DCS)

　　RFID DCS終端機(閱讀器)將主要安裝在生產(chǎn)線的生產(chǎn)工位上，用于為MES系統(tǒng)提供有關(guān)物料、制品、設(shè)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(shù)據(jù)采集現(xiàn)場多樣化，要求采集設(shè)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(chǎn)計劃、生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品批次等信息;

　　信息輸入的需要：設(shè)備狀況信息、加工數(shù)量、加工情況、質(zhì)量信息等。

　　具體的做法是：在基于RFID技術(shù)的電子標(biāo)簽閱讀器(數(shù)據(jù)集成終端，RFID DCS)上增加了液晶顯示電路、PVC鍵盤輸入電路、數(shù)顯量具通信接口電路、RS485串口通信電路、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)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(chǎn)計劃、生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品批次等信息，通過鍵盤可以提交設(shè)備狀況信息、加工數(shù)量及質(zhì)量信息等，以便全面跟蹤正常工藝路線內(nèi)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(dāng)前位置、在線狀態(tài)、可根據(jù)不同的質(zhì)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(nèi)流轉(zhuǎn)(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(wǎng)絡(luò)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(jīng)過通信接口進入PC機后，PC機再存儲信息，處理信息，并將結(jié)果保存到服務(wù)器。PC 機也可以將車間當(dāng)天的生產(chǎn)計劃以及車間的生產(chǎn)情況經(jīng)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(dāng)天的生產(chǎn)任務(wù)以及目前的工作狀況從而執(zhí)行生產(chǎn)任務(wù)。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(shù)據(jù)的通訊成功。