基于 RFID 的拉式生產(chǎn)

　　1 引言

　　目前國內(nèi)許多制造企業(yè)都上了ERP系統(tǒng)，并希望實(shí)現(xiàn)從推式生產(chǎn)到拉式生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換，但實(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)營活動(dòng)的障礙。RFID(Radio Frequency Idenfification射頻識別)技術(shù)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，可以對生產(chǎn)信息提供實(shí)時(shí)反饋，加強(qiáng)對生產(chǎn)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)過程狀態(tài)信息，有效敏捷地進(jìn)行生產(chǎn)。

　　2 RFID相關(guān)技術(shù)

　　RFID讀寫器可以通過無線的方式，對存儲于RFID標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集，以獲取被標(biāo)識對象相關(guān)信息。隨著技術(shù)的發(fā)展，RFID逐漸　開始被應(yīng)用到離散制造行業(yè)中。RFID在離散制造業(yè)中的應(yīng)用將改變離散制造企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營方式。

　　2．1 RFID數(shù)據(jù)采集單元

　　一個(gè)RFID數(shù)據(jù)采集單元由RFID讀寫器侗定或移動(dòng))、天線(內(nèi)置或外置)、RFID標(biāo)簽三部份組成 。RFID標(biāo)簽具有體積小、容量大、壽命長、可重復(fù)使用等特點(diǎn)，可支持快速讀寫、非可視識別、移動(dòng)識別、多目標(biāo)識別及路徑跟蹤等。

　　2．2 RFID集成框架

　　RFID集成框架包括三個(gè)部分：RFID識別單元、RFID邊緣服務(wù)器和集成服務(wù)器。如圖1所示。

圖1 RFID集成框架

　　(1)RFID識別設(shè)備。它包含了RFID數(shù)據(jù)采集單元的設(shè)備，這些設(shè)備可能與PDA、掃描儀和打印機(jī)等設(shè)備集成在一起。

　　(2)RFID邊緣服務(wù)器。它和RFID識別設(shè)備相連，對傳人的RFID事件進(jìn)行聚合、監(jiān)視、解釋、篩選和存儲。如果事件達(dá)到系統(tǒng)管理員指定為臨界點(diǎn)的閾值點(diǎn)，預(yù)期的收件人將收到實(shí)時(shí)警報(bào)。

　　(3)集成服務(wù)器。它接受邊緣服務(wù)器傳來的信息。并對信息進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯加工，以便與管理信息系統(tǒng)進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯集成。此類系統(tǒng)包括供應(yīng)鏈管理(SCM)、客戶關(guān)系管理(CRM)和企業(yè)資源規(guī)劃(ERP)等。

　　對于RFID采集的數(shù)據(jù)量不是太大或者業(yè)務(wù)邏輯不太復(fù)雜的應(yīng)用，RFID邊緣服務(wù)器和集成服務(wù)器具有良好的可伸縮性。

　　3 拉式生產(chǎn)

　　拉式生產(chǎn)是JIT(Just In—Time，準(zhǔn)時(shí)制)生產(chǎn)方式，JIT是在日本豐田汽車公司生產(chǎn)方式基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種管理模式，主要用于重復(fù)式生產(chǎn)。JIT的哲理為：“僅僅在需要的時(shí)刻，按照需要的數(shù)量，生產(chǎn)真正需要的合格產(chǎn)品”，從而控制庫存，甚至追求企業(yè)內(nèi)部達(dá)到“零庫存”的理想境界，其核心思想是消除無效作業(yè)和浪費(fèi)?？窗遄鳂I(yè)和反沖是拉式生產(chǎn)的兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

　　3．1 看板作業(yè)

　　看板作業(yè)如圖2所示。

圖2 看板作業(yè)示意圖

　　拉式作業(yè)根據(jù)MPS(main Production Planning，主生產(chǎn)計(jì)劃)和客戶需求制定日產(chǎn)計(jì)劃。從最后總裝開始，生產(chǎn)線上的每一個(gè)部門都只生產(chǎn)下一個(gè)部門所急需的產(chǎn)品與半成品，每一個(gè)生產(chǎn)活動(dòng)都受到下一個(gè)生產(chǎn)活動(dòng)的拉動(dòng)。傳遞信息的“看板”可以利用軟件系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)?？窗遄鳂I(yè)可以大大減少在制品庫存以及等待排隊(duì)時(shí)間，消除不必要的存貨，從而縮短制造周期，降低企業(yè)的成本。

　　3．2 反沖

　　短周期和小批量是提高響應(yīng)市場變動(dòng)靈活性的有效方式，但小批量可能會增加事務(wù)處理的工作量。反沖是一種事后扣減登陸的方法，可以減少物料發(fā)放和接受事務(wù)。它根據(jù)實(shí)際消耗量(完成和報(bào)廢的零部件和成品)，及單層物料結(jié)構(gòu)沖銷庫存記錄中相關(guān)物料的庫存量，更新庫存現(xiàn)有量，同時(shí)計(jì)算成本。根據(jù)監(jiān)控要求可以在用戶定義的任意兩點(diǎn)問設(shè)置反沖點(diǎn)進(jìn)行反沖。采用反沖的條件是準(zhǔn)確無誤的單層物料單和替代記錄以及反饋和執(zhí)行信息(完成數(shù)量和廢品數(shù)量)。

　　3．3 當(dāng)前實(shí)現(xiàn)拉式生產(chǎn)面臨的主要問題

　　(1)難以突破重復(fù)生產(chǎn)的限制，支持小批量、多品種生產(chǎn)。
　　(2)缺少準(zhǔn)確確定加工提前期的方法和數(shù)據(jù)，難以協(xié)調(diào)生產(chǎn)工序問進(jìn)度。
　　(3)質(zhì)量問題無法跟蹤，高不良率導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)反沖。
　　(4)各個(gè)工作中心將交接的單據(jù)和手續(xù)非常復(fù)雜，影響生產(chǎn)效率。
　　(5)瓶頸工序難以確認(rèn)，問題難以解決。

　　4 基于RFID的拉式生產(chǎn)系統(tǒng)

　　4．1 基于RFID的拉式生產(chǎn)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

圖3 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

　　基于RFID的拉式生產(chǎn)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖3所示，該系統(tǒng)在各工作中心配置13．56MHz的RFID讀寫器及存儲容量為2KB的標(biāo)簽，以構(gòu)成RFID數(shù)據(jù)采集單元。數(shù)據(jù)采集單元和控制器通過RS485一RS232經(jīng)多串口卡擴(kuò)充并連接?？刂破髋c看板系統(tǒng)之間通過千兆以太網(wǎng)連接，進(jìn)行基于TCP／IP協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸?？窗逑到y(tǒng)通過和ERP系統(tǒng)集成獲取和BOM、工作中心等相關(guān)信息，并將RFID數(shù)據(jù)采集單元采集到的信息匯總處理。看板系統(tǒng)一方面將相關(guān)信息反饋給ERP系統(tǒng)進(jìn)行物料的反沖，并為提前期、工作能力等方面信息的修正提供參考，另一方面通過液晶顯示屏指示工作中心進(jìn)行拉式作業(yè)。

　　4．2 與BOM 集成

圖4 RFID系統(tǒng)與BOM 集成

　　如圖4所示，BOM(Bill OfMateria1)按照其在生產(chǎn)線上的生產(chǎn)順序展開，工作中心同貨位對應(yīng)，便于發(fā)料和統(tǒng)計(jì)物料消耗。看板系統(tǒng)與BOM集成以實(shí)現(xiàn)對不同物料需求的控制，通過安裝在工作中心的RFID數(shù)據(jù)采集單元實(shí)現(xiàn)工作中心間的拉式關(guān)系。工作中心和其原材料供應(yīng)子庫一一對應(yīng)。將存放在WIP貨位的材料與工作中心一一對應(yīng)起來。并設(shè)計(jì)工作中心WIP的定置區(qū)域，定置區(qū)域要求確定品種、數(shù)量及指定的管理人員。設(shè)計(jì)要使之能通過物料轉(zhuǎn)移(即出庫入庫操作)和完工反沖等特定的操作，使之當(dāng)WIP貨位材料發(fā)生進(jìn)，出變化時(shí)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中貨位自動(dòng)地進(jìn)行增減計(jì)算。通過以上集成，可以實(shí)現(xiàn)以下四方面的功能：

　　(1)快速組織新產(chǎn)品生產(chǎn)。根據(jù)不同的加工物料和加工工藝快速組織新的生產(chǎn)。這種方法在一定程度上緩解了拉式生產(chǎn)僅適用于重復(fù)生產(chǎn)的限制，使拉式生產(chǎn)線可以適應(yīng)小批量、相近品種的變化。

　　(2)物料反沖。通過工作中心的產(chǎn)品和貨位的貨物信息實(shí)現(xiàn)物料管理的反沖。反沖的使用使得產(chǎn)品成本的核算精確，并且減少了物料發(fā)放和接受事務(wù)，提高了生產(chǎn)效率。在完成反沖工序后，工序拉式物料即被發(fā)放至重復(fù)性計(jì)劃。這些物料是從分配給該物料的供應(yīng)子庫存中拉出的。

　　(3)生產(chǎn)線管理的可視化。生產(chǎn)線可視化的目標(biāo)是使企業(yè)管理層能夠?qū)崟r(shí)地發(fā)現(xiàn)在制品生產(chǎn)和生產(chǎn)線運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)I21。通過安裝在工作中心的RFID信息采集器，可以實(shí)時(shí)采集到各個(gè)工作中心的生產(chǎn)情況。并反饋到看板系統(tǒng)，管理人員可通過看板管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。

　　(4)工作中心生產(chǎn)節(jié)拍協(xié)調(diào)。通過不同工作中心間配合數(shù)據(jù)，協(xié)調(diào)各個(gè)工作中心的工作節(jié)奏。生產(chǎn)線上的生產(chǎn)節(jié)拍受瓶頸工序的制約，物料的流速超過瓶頸工序后，在瓶頸工序的前端就會出現(xiàn)多余的庫存。拉式生產(chǎn)要求如果生產(chǎn)線上出現(xiàn)故障，則全線停車，以防止生產(chǎn)過量庫存，同時(shí)徹底清查故障，并排除故障根源。根據(jù)實(shí)際情況，我們建議為保證瓶頸工序能力的充分發(fā)揮，在瓶頸工序前可以設(shè)置緩沖量，以保證在上游工序出現(xiàn)問題時(shí)，有足夠儲備使瓶頸工序不致停工。同時(shí)應(yīng)想方設(shè)法壓縮瓶頸工序的加工提前期?？梢允褂闷髽I(yè)生產(chǎn)診斷器在工作中心內(nèi)部進(jìn)行診斷。

　　4．3 企業(yè)生產(chǎn)診斷器

　　為縮短交貨期，必須縮短加工提前期，瓶頸工序的提前期是必須重點(diǎn)壓縮的部分。瓶頸工序提前期中哪些部分是可以壓縮的，哪些是難以壓縮的，要進(jìn)一步劃分加工提前期，再深入分析。加工提前期可以分解為五種作業(yè)時(shí)間，即：排隊(duì)、準(zhǔn)備、加工(質(zhì)檢)、等待和傳送時(shí)間。其中只有加工為增值作業(yè)，如果要想縮短加工提前期，應(yīng)當(dāng)分析壓縮其他四種作業(yè)時(shí)間?？稍诠ぷ髦行膬?nèi)部設(shè)置的基于RFID的企業(yè)診斷器(如圖5)，進(jìn)行五種時(shí)間的分析，將RFID數(shù)據(jù)采集單元集成到工作中心，在質(zhì)檢環(huán)節(jié)通過手持RFID設(shè)備寫入相關(guān)信息。通過企業(yè)生產(chǎn)診斷器可以有效減少拉式生產(chǎn)中的非增值作業(yè)時(shí)間。同時(shí)通過質(zhì)檢環(huán)節(jié)的RFID信息記錄，能有效降低拉式生產(chǎn)中的不良率。

圖5 基于RFID的企業(yè)生產(chǎn)診斷器

　　5 結(jié)束語

　　拉式生產(chǎn)離不開先進(jìn)高效的信息采集手段，基于RFID的拉式生產(chǎn)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)現(xiàn)場的信息，并通過和ERP系統(tǒng)中BOM集成拓展了拉式生產(chǎn)的應(yīng)用范圍。隨著RFID技術(shù)的不斷成熟以及RFID應(yīng)用成本的下降，本方案將有很好的應(yīng)用前景。