RFID技術(shù)在離散MES的設(shè)計(jì)

1 MES系統(tǒng)與RFID技術(shù) 

　　1.1 離散制造業(yè)MES系統(tǒng) 

　　制造執(zhí)行系統(tǒng) (manufacturing executiON system,簡(jiǎn)稱(chēng)MES)是美國(guó)AMR公司(Advanced Manufacturing Research,Inc.)在90年代初提出的，旨在加強(qiáng)MRP計(jì)劃的執(zhí)行功能，把MRP計(jì)劃同車(chē)間作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制，通過(guò)執(zhí)行系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)。這里的現(xiàn)場(chǎng)控制包括PLC程控器、數(shù)據(jù)采集器、條形碼、各種計(jì)量及檢測(cè)儀器、機(jī)械手等。MES系統(tǒng)設(shè)置了必要的接口，與提供生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)施的廠商建立合作關(guān)系。MES能通過(guò)信息傳遞對(duì)從訂單下達(dá)到產(chǎn)品完成的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化管理。當(dāng)工廠發(fā)生實(shí)時(shí)事件時(shí)，MES能對(duì)此及時(shí)做出反應(yīng)、報(bào)告，并用當(dāng)前的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)對(duì)它們進(jìn)行指導(dǎo)和處理。這種對(duì)狀態(tài)變化的迅速響應(yīng)使MES能夠減少企業(yè)內(nèi)部沒(méi)有附加值的活動(dòng)，有效地指導(dǎo)工廠的生產(chǎn)運(yùn)作過(guò)程，從而使其既能提高工廠及時(shí)交貨能力，改善物料的流通性能，又能提高生產(chǎn)回報(bào)率。MES還通過(guò)雙向的直接通訊在企業(yè)內(nèi)部和整個(gè)產(chǎn)品供應(yīng)鏈中提供有關(guān)產(chǎn)品行為的關(guān)鍵任務(wù)信息。 

　　1.2 RFID技術(shù) 

　　射頻識(shí)別技術(shù)(Radio Frequency Identification,縮寫(xiě)RFID)，射頻識(shí)別技術(shù)是20世紀(jì)90年代開(kāi)始興起的一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，射頻識(shí)別技術(shù)是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)。從信息傳遞的基本原理來(lái)說(shuō)，射頻識(shí)別技術(shù)在低頻段基于變壓器耦合模型(初級(jí)與次級(jí)之間的能量傳遞及信號(hào)傳遞)，在高頻段基于雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)的空間耦合模型(雷達(dá)發(fā)射電磁波信號(hào)碰到目標(biāo)后攜帶目標(biāo)信息返回雷達(dá)接收機(jī))。1948年哈里斯托克曼發(fā)表的"利用反射功率的通信"奠定了射頻識(shí)別技術(shù)的理論基礎(chǔ)。 

2 需求分析 

　　隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇，產(chǎn)品生命周期縮短，離散制造業(yè)對(duì)市場(chǎng)反應(yīng)速度的敏感性越來(lái)越強(qiáng)。而與反應(yīng)速度有關(guān)的參數(shù)，最具有代表性的是反應(yīng)時(shí)間和交貨期。為此，企業(yè)必須采用信息技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)在保障質(zhì)量的前提下提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。這更加要求管理人員加強(qiáng)企業(yè)資源計(jì)劃層和過(guò)程控制層之間的生產(chǎn)過(guò)程管理。 

　　將RFID技術(shù)應(yīng)用于離散制造執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，彌補(bǔ)了企業(yè)資源計(jì)劃和控制層存在信息管理的斷層和信息反饋延遲，實(shí)現(xiàn)車(chē)間生產(chǎn)數(shù)據(jù)的傳遞通暢?？梢允股a(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間和生產(chǎn)周期大大縮短、產(chǎn)品質(zhì)量提高、車(chē)間資源得以更有效的利用、車(chē)間管理能力和管理效率快速提升、在制品追溯速度和準(zhǔn)確性大幅度提高以及工時(shí)管理將更加科學(xué)合理。 

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo) 

　　離散MES系統(tǒng)可以充分利用RFID的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，解決企業(yè)計(jì)劃層與車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)控制層間信息和管理的斷層問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)制造和質(zhì)量的可視化和數(shù)字化管理。 

　　(1)產(chǎn)能分析：可以同時(shí)對(duì)車(chē)間，班組，設(shè)備及人員進(jìn)行多方面分析，使管理者了解現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)進(jìn)度，調(diào)度資源，提高生產(chǎn)效率。 

　　(2)生產(chǎn)的全程實(shí)時(shí)追蹤：準(zhǔn)確跟蹤每個(gè)在制品的生產(chǎn)情況，了解不同訂單的完工情況，為管理人員進(jìn)行決策提供強(qiáng)有力的支持。 

　　(3)提高產(chǎn)品質(zhì)量：建立計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)量保證系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量檢查記錄和質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析的計(jì)算機(jī)管理，可迅速查找出質(zhì)量隱患，有效降低產(chǎn)品質(zhì)量事故的發(fā)生率。質(zhì)量體系的建立和管理的加強(qiáng)將使產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)質(zhì)量進(jìn)一步提高，損失費(fèi)用大幅度降低，有效節(jié)約成本。 

　　(4)提供報(bào)表打印依據(jù)：各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)的繞計(jì)匯總以及各種報(bào)表的生成打印，全部由計(jì)算機(jī)管理，替代以前的人工計(jì)算、登帳、手工報(bào)表的工作。減輕相關(guān)工作人員的工作。 

　　(5)解決半成品積壓?jiǎn)栴}：可以隨時(shí)提供不同工位的在線數(shù)量、在線時(shí)間。幫助企業(yè)管理者提前發(fā)現(xiàn)影響生產(chǎn)進(jìn)度環(huán)節(jié)，為平衡生產(chǎn)提供幫助。 

4 MES系統(tǒng)應(yīng)用方案 

　　由于RFID電子標(biāo)簽價(jià)格較為昂貴，在制造業(yè)等領(lǐng)域普及率較低，同時(shí)在各個(gè)行業(yè)也井未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。本文提出的離散制造業(yè)MES應(yīng)用RFlD技術(shù)設(shè)計(jì)方案的核心思想是在企業(yè)內(nèi)部范圍內(nèi)，用RFID標(biāo)簽跟蹤產(chǎn)品生產(chǎn)制造過(guò)程。原料加工時(shí)捆綁RFID電子標(biāo)簽，電子標(biāo)簽內(nèi)寫(xiě)有該在制品的全部信息，電子標(biāo)簽可以重復(fù)循環(huán)使用。在每道生產(chǎn)工序工位上設(shè)置RFID電子標(biāo)簽讀卡器，對(duì)在制品進(jìn)行生產(chǎn)跟蹤。產(chǎn)品在工位控制器通過(guò)RFID讀卡器讀取電子標(biāo)簽信息，將產(chǎn)品型號(hào)規(guī)格、生產(chǎn)時(shí)間等關(guān)鍵信息錄入工廠電腦，追蹤產(chǎn)品生產(chǎn)信息。 

　　車(chē)間工位上的RFID讀卡器讀取在制品的電子標(biāo)簽信息，通過(guò)連接控制器，返回?cái)?shù)據(jù)庫(kù)。管理人員既可以對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行質(zhì)量和數(shù)量的實(shí)時(shí)跟蹤又可以根據(jù)實(shí)時(shí)變化的信息，通過(guò)工廠車(chē)間電子看板下發(fā)相應(yīng)生產(chǎn)指令，給予工人相對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)操作計(jì)劃。同時(shí)可以對(duì)每個(gè)產(chǎn)品部件質(zhì)量進(jìn)行后期分析。 

5 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 

　　5.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D 

　　基于RFID的離散MES數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示，底層工位讀卡器上接控制連接器至服務(wù)器，下連生產(chǎn)線上各種在制品。實(shí)現(xiàn)底層生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集和服務(wù)器通信的應(yīng)用集成。車(chē)位讀卡器實(shí)時(shí)采集車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。通過(guò)控制連接器將數(shù)據(jù)反饋到服務(wù)器。管理人員通過(guò)工廠電腦實(shí)時(shí)分析現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，做出合理決策，并通過(guò)工廠電子看板形式告知工廠員工。工廠員工可以根據(jù)新的指令完成在制品。RFID讀卡器讀取在制品電子標(biāo)簽信息。一方面?zhèn)魉椭凉S電腦，作為生產(chǎn)監(jiān)控的基礎(chǔ)信息，另一方面回送至車(chē)位讀卡器，并通過(guò)電子看板給予工人相應(yīng)的生產(chǎn)操作指導(dǎo)。 

圖1 RFID數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D 

 
　　5.2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖 

　　系統(tǒng)機(jī)構(gòu)采用ERP/MES/PCS三層結(jié)構(gòu)，如圖2所示。其中系統(tǒng)集成接口實(shí)現(xiàn)MES系統(tǒng)與ERP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)集成。通信中間件采用C/S結(jié)構(gòu)，將無(wú)線數(shù)據(jù)采集器延伸為系統(tǒng)的客戶(hù)端，采集器可以直接連人數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交換。在這種方式下，數(shù)據(jù)采集器與服務(wù)器之間交換的信息量小、通訊效率高、響應(yīng)速度快、具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)采集功能，可以滿足工廠對(duì)數(shù)據(jù)采集通訊的需求，并且服務(wù)器端的負(fù)擔(dān)也較輕。 

圖2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) 

6 系統(tǒng)特點(diǎn) 

　　現(xiàn)場(chǎng)無(wú)紙化作業(yè)，避免人工抄寫(xiě)數(shù)據(jù)之錯(cuò)誤，資料快速收集整理，降低了用戶(hù)的總體成本，并可利用因特網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)查詢(xún)。實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)量與質(zhì)量狀況，準(zhǔn)確把握原材料、在制品、設(shè)備及員工的信息。利用電子看板，提供現(xiàn)場(chǎng)視覺(jué)管理，便于員工準(zhǔn)確把握生產(chǎn)進(jìn)度。維修人員可根據(jù)采集信息確定該產(chǎn)品的生產(chǎn)員工，明確責(zé)任，并建立生產(chǎn)及質(zhì)量數(shù)據(jù)報(bào)表。