射頻識(shí)別技術(shù)與ERP系統(tǒng)的集成應(yīng)用

1 前言 

　　信息化、自動(dòng)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。目前國(guó)內(nèi)許多企業(yè)都上了ERP系統(tǒng)，但是實(shí)際應(yīng)用效果并不理想。其中最主要的原因是企業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集的困難，人工錄入數(shù)據(jù)經(jīng)常出錯(cuò)，導(dǎo)致生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的障礙。

　　目前，ERP系統(tǒng)的生產(chǎn)制造管理模塊，生產(chǎn)計(jì)劃和工藝只能下達(dá)到品種或者車間。生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)管理一直處于黑箱作業(yè)的狀態(tài)，這已無(wú)法滿足今天復(fù)雜多變的競(jìng)爭(zhēng)需要。因此如何將此黑箱作業(yè)透明化，找出任何影響產(chǎn)品品質(zhì)和成本的問(wèn)題，提高計(jì)劃的實(shí)時(shí)性和靈活性，同時(shí)又能改善生產(chǎn)線的運(yùn)行效率已成為每個(gè)企業(yè)所關(guān)心的問(wèn)題。

　　射頻識(shí)別技術(shù)(RFID：Radio Frequency Identification)可以幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)實(shí)時(shí)采集，可以對(duì)車間的生產(chǎn)信息提供實(shí)時(shí)反饋，加強(qiáng)對(duì)加工數(shù)據(jù)的分析和監(jiān)控，加強(qiáng)車間生產(chǎn)控制，全面反映生產(chǎn)過(guò)程狀態(tài)信息，有效敏捷地指導(dǎo)生產(chǎn)。

2 RFID技術(shù)在現(xiàn)代制造業(yè)中的應(yīng)用

2．1 RFID技術(shù)

　　RFID是一種非接觸的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，可工作于各種惡劣環(huán)境，可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體，可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。典型的RFID系統(tǒng)由電子標(biāo)簽(Tag)、讀寫(xiě)器(Read／ te Device)組成。

　　RFID電子標(biāo)簽是一種帶有天線的集成電路IC芯片，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在IC上，標(biāo)簽上的信息通過(guò)無(wú)線電頻率與外部通信。RFID電子標(biāo)簽的尺寸、操作模式、精度都有很多種類，成本也差異很大，可根據(jù)不同企業(yè)的需求先用不同的種類。

　　RFID讀寫(xiě)器 由一個(gè)或多個(gè)接受／發(fā)送信號(hào)的天線和對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解碼的微處理器組成。經(jīng)過(guò)處理的數(shù)據(jù)經(jīng)由常規(guī)的纜線或局域無(wú)線網(wǎng)絡(luò)WLEN與ERP系統(tǒng)主機(jī)相聯(lián)。RFID讀寫(xiě)器可以是移動(dòng)的手持終端，也可以是安裝在某個(gè)位置上的固定終端，如工廠的入口、到貨庫(kù)房的大門(mén)、貨架或生產(chǎn)線上。

　　RFID系統(tǒng)工作原理如圖所示：從圖l中可看出閱讀器通過(guò)天線發(fā)送出一定頻率的射頻信號(hào)；當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流從而獲得能量，向閱讀器發(fā)送出自身編碼等信息；閱讀器采集信息、解碼之后，將信息／數(shù)據(jù)送至計(jì)算機(jī)主機(jī)進(jìn)行處理。

2．2 RFID技術(shù)與傳統(tǒng)條碼技術(shù)

圖1 RFID系統(tǒng)工作原理

　　目前應(yīng)用最廣泛的是傳統(tǒng)的條碼技術(shù)。國(guó)內(nèi)制造業(yè)中有80％的企業(yè)不同程度的應(yīng)用條碼技術(shù)進(jìn)行信息傳遞。在實(shí)際應(yīng)用中由于傳統(tǒng)條碼的容量有限，在進(jìn)行信息傳遞時(shí)必須可視聯(lián)系，在生產(chǎn)過(guò)程中需要手動(dòng)修改和更新，大大降低信息傳遞的效率，降低了企業(yè)的生產(chǎn)效率。RFID技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在更小的空間存儲(chǔ)更多的信息。RFID電子標(biāo)簽就相當(dāng)于一個(gè)便攜的數(shù)據(jù)庫(kù)或數(shù)據(jù)文件，真正實(shí)現(xiàn)了對(duì)物料的描述，可以隨著人、包裝物、工件、文件、卡片或標(biāo)簽旅行。此外它還具有壽命長(zhǎng)、讀取距離大、可引入加密機(jī)制、高可靠性、具有糾錯(cuò)功能、可表示圖像數(shù)據(jù)和表示多種語(yǔ)言文字信息等特點(diǎn)。

　　RFID電子標(biāo)簽的信息通過(guò)無(wú)線電頻率收發(fā) 。RFID在對(duì)象和讀寫(xiě)器之間不需要條碼所必須的可視的聯(lián)系。從而可以在元人照管的情況下完成識(shí)別和信息存儲(chǔ)過(guò)程。RFID可以穿過(guò)包裝物、運(yùn)輸容器和金屬之外的多種材料讀出?？梢酝瑫r(shí)讀出多個(gè)標(biāo)簽的信息。RFID技術(shù)的這種“非接觸式”信息采集的方式和電子標(biāo)簽充當(dāng)“移動(dòng)的信息載體”的特點(diǎn)，大大提高了信息的傳遞速度，有效的提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力和綜合競(jìng)爭(zhēng)力。

2．3 RFID技術(shù)在ERP系統(tǒng)中的應(yīng)用

2．3．1 目前ERP系統(tǒng)存在的問(wèn)題

　　目前，我國(guó)已經(jīng)實(shí)施ERP的部分制造企業(yè)，其應(yīng)用效果并不理想。其中最為重要的一個(gè)原因是企業(yè)在生產(chǎn)制造過(guò)程中對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集非常困難。如果采用人工方式錄入生產(chǎn)數(shù)據(jù)往往容易出錯(cuò)，同時(shí)也失去了生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。如果ERP系統(tǒng)運(yùn)行在缺少準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，那么用ERP系統(tǒng)來(lái)指導(dǎo)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的真正作用就很難實(shí)現(xiàn)。
 
　　ERP或企業(yè)其它應(yīng)用系統(tǒng)建成運(yùn)行后，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入和信息采集就成為系統(tǒng)即重要又繁重的工作。傳統(tǒng)信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入方式，一般包括識(shí)別、清理和輸入3個(gè)人工環(huán)節(jié)。識(shí)別：對(duì)照預(yù)先打印的清單，從一大堆現(xiàn)實(shí)零件的標(biāo)簽、流水卡或合格證上逐項(xiàng)核對(duì)，然后是清點(diǎn)數(shù)量，記錄結(jié)果；清理：將識(shí)別記錄的數(shù)據(jù)，整理成信息系統(tǒng)要求的格式，也可以認(rèn)為是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒌倪^(guò)程；錄人：按信息系統(tǒng)提供的界面錄入到系統(tǒng)中，完成數(shù)據(jù)輸入。這樣的過(guò)程大量地出現(xiàn)在定單錄入、采購(gòu)入庫(kù)、產(chǎn)品入庫(kù)、配套出庫(kù)、物料流轉(zhuǎn)等過(guò)程。ERP系統(tǒng)本身無(wú)法自動(dòng)識(shí)別這些作業(yè)信息，這樣就形成了ERP系統(tǒng)物流和信息流之間的間隙。要徹底解決ERP系統(tǒng)中物流和信息流的集成問(wèn)題，最好的方法是應(yīng)用RFID技術(shù)等先進(jìn)數(shù)字識(shí)別技術(shù)。
 
2．3．2 RFID技術(shù)與ERP系統(tǒng)集成應(yīng)用的總體架構(gòu)

 圖2是RFID技術(shù)與ERP系統(tǒng)集成應(yīng)用的系統(tǒng)架構(gòu)圖

　　根據(jù)ERP系統(tǒng)的特點(diǎn)，并結(jié)合先進(jìn)的RFID技術(shù)，本文提出了RFID技術(shù)與ERP系統(tǒng)的集成應(yīng)用解決方案。其中圖2是RFID技術(shù)與ERP系統(tǒng)集成應(yīng)用的系統(tǒng)架構(gòu)圖。圖中顯示了系統(tǒng)各層次的架構(gòu)圖，包括軟件平臺(tái)和應(yīng)用模塊體系，以及系統(tǒng)所依賴的硬件平臺(tái)。軟件平臺(tái)是系統(tǒng)的基礎(chǔ)核心構(gòu)件，包括一系列實(shí)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(kāi)發(fā)構(gòu)件包、生產(chǎn)過(guò)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(tái)和硬件平臺(tái)的架構(gòu)之上，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各項(xiàng)具體管理功能，具體包括：生產(chǎn)過(guò)程建模、生產(chǎn)計(jì)劃及生產(chǎn)管理、現(xiàn)場(chǎng)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(jī)效分析查詢、網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

2. 3. 3 RFID技術(shù)與ERP系統(tǒng)集成的硬件平臺(tái)是系統(tǒng)集成應(yīng)用的基礎(chǔ)。這個(gè)硬件平臺(tái)包括：RFID數(shù)據(jù)的集成終端、通信方式。

1)RFID數(shù)據(jù)集成終端RFID DCS終端機(jī)(閱讀器)

　　將主要安裝在生產(chǎn)線的生產(chǎn)工位上，用于為ERP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(shí)也為具體操作者提供作業(yè)信息的雙向溝通。RFID數(shù)據(jù)集成終端需要滿足以下要求：自動(dòng)采集的需要：能無(wú)接觸、自動(dòng)采集物料、在制品、工位、人員等信息；數(shù)據(jù)采集環(huán)境的多樣化需要：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； 應(yīng)用模塊 現(xiàn)場(chǎng)資料查詢的需要：可查詢生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品批次一等信息； 圖2 RFID技術(shù)與ERP系統(tǒng)集成應(yīng)用的系統(tǒng)架構(gòu)圖信息輸入的需要：設(shè)備狀況信息、加工數(shù)量、加工情況、質(zhì)量信息等。

2)通信方式

　　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(jī)進(jìn)行接口。終端采集到的信息經(jīng)過(guò)通信接口進(jìn)入Pc機(jī)后，Pc機(jī)再存儲(chǔ)信息，處理信息，并將結(jié)果保存到服務(wù)器。PC機(jī)也可以將車間當(dāng)天的生產(chǎn)計(jì)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(jī)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。基于RS485通信的車間數(shù)據(jù)采集終端通信流程圖如圖3所示。

2．3．4 RFID技術(shù)與ERP系統(tǒng)集成應(yīng)用架構(gòu)及功能模塊

　　采用基于RFID的數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備作為車間內(nèi)各生產(chǎn)單元功能站的主要構(gòu)件，通過(guò)對(duì)各個(gè)生產(chǎn)單元的數(shù)據(jù)收集生產(chǎn)工藝流向(工位)和反饋，組成覆蓋全廠或者整個(gè)流水線的、滿足閉環(huán)生產(chǎn)管理需要的開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)。采用數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存取和比照，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)信息的監(jiān)視、控制和生產(chǎn)過(guò)程的管理。支持雙機(jī)架構(gòu)，提供高效和高可用性服務(wù)，以大型數(shù)據(jù)庫(kù)為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，便于大量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、比對(duì)、運(yùn)作，產(chǎn)生各類統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表，及基于Web應(yīng)用，提供標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)的瀏覽查詢和遠(yuǎn)程資料索取。

　　由圖4可見(jiàn)，各功能站通過(guò)局域網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)服務(wù)器進(jìn)行交互操作，同時(shí)其他各查詢終端也通過(guò)局域網(wǎng)查詢服務(wù)器處理后提供的數(shù)據(jù)、報(bào)表和圖形。在企業(yè)外部，通過(guò)Intemet可以連接到服務(wù)器，在設(shè)定的權(quán)限內(nèi)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行信息發(fā)布或讀取操作。公司內(nèi)部管理和外部相關(guān)業(yè)務(wù)單位通過(guò)本系統(tǒng)聯(lián)系形成了一個(gè)緊密的整體，做到實(shí)時(shí)信息共享，使業(yè)務(wù)流程變得有序而高效。

1)生產(chǎn)過(guò)程建模

　　生產(chǎn)過(guò)程建模主要用于對(duì)各種產(chǎn)品的生產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)設(shè)定，它通過(guò)模擬生產(chǎn)的實(shí)際情況，來(lái)描述產(chǎn)品的加工工藝、路線，定義產(chǎn)品的物料信息及缺陷信息，描述加工機(jī)器的生產(chǎn)能力與加工方式等重要信息，并進(jìn)而提供了后續(xù)跟蹤行為的基礎(chǔ)架構(gòu)和系統(tǒng)配置，建立生產(chǎn)業(yè)務(wù)模型，同時(shí)也定義了數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)細(xì)節(jié)。

2)生產(chǎn)計(jì)劃及生產(chǎn)管理

圖3 基于RS485通信的車間數(shù)據(jù)采集終端通信流程圖 

　　在本模塊中，將作業(yè)計(jì)劃與生產(chǎn)管理結(jié)合在一起，以體現(xiàn)計(jì)劃與管理的一體效應(yīng)和及時(shí)的比對(duì)，具體包括以下內(nèi)容：日計(jì)劃的自動(dòng)生成采用獨(dú)立的日計(jì)劃生成服務(wù)程序，直接通過(guò)局域網(wǎng)與終端上位機(jī)通訊，可減少查詢和傳送終端數(shù)據(jù)時(shí)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的頻率，大大減輕了數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。車間作業(yè)計(jì)劃管理模塊首先利用ERP接口構(gòu)件，獲得廠部或ERP等管理系統(tǒng)傳下的生產(chǎn)計(jì)劃的要求，然后調(diào)用調(diào)度策略構(gòu)件，結(jié)合生產(chǎn)作業(yè)所需使用的資源，包括設(shè)備、人員、物料、歷史記錄等，在短時(shí)間之內(nèi)對(duì)車間生產(chǎn)情況進(jìn)行預(yù)測(cè)(如各工單每周生產(chǎn)現(xiàn)況之掌握)，編制車間作業(yè)計(jì)劃，確保資源分配符合計(jì)劃調(diào)度最佳化的目標(biāo)。車間作業(yè)計(jì)劃直接下達(dá)到各車間、倉(cāng)庫(kù)等生產(chǎn)單元，指導(dǎo)具體的生產(chǎn)作業(yè)，達(dá)到BTO生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)提供實(shí)時(shí)生產(chǎn)情況的查詢連接，便于及時(shí)調(diào)整計(jì)劃。

 
圖4 RFID技術(shù)與ERP系統(tǒng)集成應(yīng)用圖

3)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集 

　　現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集模塊依靠RFID DCS和其它設(shè)備通信接口構(gòu)件和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行信息交互，并運(yùn)行由接口開(kāi)發(fā)構(gòu)件組成的各個(gè)接口或鍵盤(pán)，給現(xiàn)場(chǎng)操作人員提供信息輸入接口，幫助系統(tǒng)擁有第一手信息，將所需的與生產(chǎn)制造相關(guān)信息通通收集在內(nèi)。

4)物料跟蹤查詢

　　所謂物料，包括零部件、外協(xié)件、替換件以及生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的邊、角、余料和廢料等生產(chǎn)材料。物料的追蹤查詢主要實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的個(gè)體／批次在生產(chǎn)在線推移、傳遞、消耗、轉(zhuǎn)化等信 息的采集、記錄、跟蹤、整理、分析和共享等信息管理功能。

5)在制品跟蹤查詢

　　提供對(duì)生產(chǎn)在線正在制造產(chǎn)品狀況的跟蹤查詢。通過(guò)該模塊，管理人員可以迅速及時(shí)地了解生產(chǎn)線的生產(chǎn)情況，實(shí)時(shí)監(jiān)控產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。后臺(tái)連接至相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，可以顯示相關(guān)時(shí)段相應(yīng)工單的基本信息、棧板信息、產(chǎn)品分布狀況、流程及維修狀況、詳細(xì)部件信息等。有了WIP就可以隨時(shí)隨地了解產(chǎn)品在生產(chǎn)在線的位置和具體情況，防止故障堆積，幫助降低在制品數(shù)量。

6)產(chǎn)品生命周期檔案

　　了解單件產(chǎn)品的整個(gè)生命周期在很多情況下非常有用，產(chǎn)品追蹤是制造管理軟件必備的功能之一。它除了滿足品質(zhì)保證、統(tǒng)計(jì)分析、存貨管理等的要求之外，還可讓使用者回溯至任何一個(gè)生產(chǎn)步驟、任何一筆加工資料，即使是特別處理的加工手續(xù)也不例外。

7)質(zhì)量及績(jī)效分析查詢

　　QC：質(zhì)量管理(Quality Contro1)：顯示在線檢驗(yàn)的檢驗(yàn)率產(chǎn)品合格率；顯示檢驗(yàn)的產(chǎn)品總數(shù)，即顯示產(chǎn)量、質(zhì)量等信息；按機(jī)型等參數(shù)對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果查詢不良現(xiàn)象。QA：質(zhì)量保證(Quality Assurance)：采用抽檢的方法，對(duì)以批為單位的產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)，若不良率高于標(biāo)準(zhǔn)，則QA有權(quán)整批退貨，QA必須確定產(chǎn)品質(zhì)量符合客戶要求后才可運(yùn)出。

　　QM：質(zhì)量管理：提供全面的生產(chǎn)質(zhì)量信息查詢，分析及統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品合格率、返修率和直通率等反映系統(tǒng)總體性能和效率的參數(shù)，實(shí)時(shí)反應(yīng)車間質(zhì)量狀況。SPC：統(tǒng)計(jì)制程控制(Statistics Process Contro1)：質(zhì)量統(tǒng)計(jì)控制(SPC)是質(zhì)量管理的高級(jí)功能，它從生產(chǎn)過(guò)程中收集質(zhì)量數(shù)據(jù)，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)，科學(xué)地區(qū)分出生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品質(zhì)量的隨機(jī)波動(dòng)與異常波動(dòng)，從而對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的異常趨勢(shì)提出預(yù)警，以便管理人員及時(shí)采取措施，消除異常，恢復(fù)過(guò)程的穩(wěn)定，從而達(dá)到提高和控制質(zhì)量的目的。IQT：原材料質(zhì)量跟蹤(Incoming Quality Tracking)：負(fù)責(zé)原材料的質(zhì)量跟蹤，并與供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)(SCM)連接，記錄進(jìn)料檢驗(yàn)信息和供貨商供貨質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析，為進(jìn)料選擇和控制做好基礎(chǔ)數(shù)據(jù)工作。這樣一旦某一批產(chǎn)品因?yàn)樵系木壒拾l(fā)生質(zhì)量問(wèn)題，可以迅速追溯或索賠。

8)網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

　　網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模塊運(yùn)用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)可視化技術(shù)、WEB技術(shù)、．NET技術(shù)、中間件技術(shù)和可擴(kuò)展的程序結(jié)構(gòu)，提供一個(gè)安全的架構(gòu)、普通的導(dǎo)航方法和友好的圖形用戶接口(GUI)來(lái)獲取由系統(tǒng)轉(zhuǎn)換生成的窗口、報(bào)告、文件、報(bào)警、歷史和實(shí)時(shí)信息，為公司內(nèi)部、客戶和外部供應(yīng)鏈提供簡(jiǎn)便的信息途徑，同時(shí)采用標(biāo)準(zhǔn)的瀏覽器作為客戶端接口，減少系統(tǒng)安裝和維護(hù)的成本。

3 總結(jié)

　　本文分析了傳統(tǒng)ERP系統(tǒng)在企業(yè)應(yīng)用中存在的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集困難問(wèn)題，結(jié)合了RFID先進(jìn)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，提出了RFID技術(shù)與ERP系統(tǒng)集成應(yīng)用的巨大優(yōu)勢(shì)，同時(shí)給出了RFID技術(shù)與ERP系統(tǒng)集成應(yīng)用的解決方案。