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基于RFID的拉式生產(chǎn)

作者:霍靈瑜 劉丙午 李俊韜
來源:萬方數(shù)據(jù)
日期:2017-05-17 10:23:37
摘要:針對當前拉式生產(chǎn)中的問題,提出了一種基于 RFID 的拉式生產(chǎn)模式。通過RFID技術(shù)和ERP系統(tǒng)的集成實現(xiàn)了拉式生產(chǎn)的兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)——“看板”作業(yè)和反沖。對于瓶頸工序提出了一種基于RFID技術(shù)的企業(yè)生產(chǎn)診斷器。
關(guān)鍵詞:RFID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),并希望實現(xiàn)從推式生產(chǎn)到拉式生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換,但實際應用效果并不理想。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,導致生產(chǎn)經(jīng)營活動的障礙。RFID(Radio Frequency Idenfification,射頻識別)技術(shù)可以幫助企業(yè)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動實時采集,可以對生產(chǎn)信息提供實時反饋,加強對生產(chǎn)加工數(shù)據(jù)的分析和監(jiān)控,加強車間生產(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標簽中的數(shù)據(jù)進行自動采集,以獲取被標識對象相關(guān)信息。隨著技術(shù)的發(fā)展,RFID逐漸 開始被應用到離散制造行業(yè)中。RFID在離散制造業(yè)中的應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RFID數(shù)據(jù)采集單元由RFID讀寫器侗定或移動)、天線(內(nèi)置或外置)、RFID標簽三部份組成。RFID標簽具有體積小、容量大、壽命長、可重復使用等特點,可支持快速讀寫、非可視識別、移動識別、多目標識別及路徑跟蹤等。

  2.2 RFID集成框架

  RFID集成框架包括三個部分:RFID識別單元、RFID邊緣服務器和集成服務器。如圖1所示。

基于RFID的拉式生產(chǎn)

圖1 RFID集成框架

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

  (2)RFID邊緣服務器。它和RFID識別設備相連,對傳人的RFID事件進行聚合、監(jiān)視、解釋、篩選和存儲。如果事件達到系統(tǒng)管理員指定為臨界點的閾值點,預期的收件人將收到實時警報。

  (3)集成服務器。它接受邊緣服務器傳來的信息。并對信息進行業(yè)務邏輯加工,以便與管理信息系統(tǒng)進行業(yè)務邏輯集成。此類系統(tǒng)包括供應鏈管理(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)務邏輯不太復雜的應用,RFID邊緣服務器和集成服務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,準時制)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,主要用于重復式生產(chǎn)。JIT的哲理為:“僅僅在需要的時刻,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??窗遄鳂I(yè)和反沖是拉式生產(chǎn)的兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

  3.1 看板作業(yè)

  看板作業(yè)如圖2所示。

基于RFID的拉式生產(chǎn)

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)計劃)和客戶需求制定日產(chǎn)計劃。從最后總裝開始,生產(chǎn)線上的每一個部門都只生產(chǎn)下一個部門所急需的產(chǎn)品與半成品,每一個生產(chǎn)活動都受到下一個生產(chǎn)活動的拉動。傳遞信息的“看板”可以利用軟件系統(tǒng)來實現(xiàn)??窗遄鳂I(yè)可以大大減少在制品庫存以及等待排隊時間,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市場變動靈活性的有效方式,但小批量可能會增加事務處理的工作量。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。它根據(jù)實際消耗量(完成和報廢的零部件和成品),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,同時計算成本。根據(jù)監(jiān)控要求可以在用戶定義的任意兩點問設置反沖點進行反沖。采用反沖的條件是準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 當前實現(xiàn)拉式生產(chǎn)面臨的主要問題

  (1)難以突破重復生產(chǎn)的限制,支持小批量、多品種生產(chǎn)。

  (2)缺少準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)工序問進度。

  (3)質(zhì)量問題無法跟蹤,高不良率導致無法實現(xiàn)反沖。

  (4)各個工作中心將交接的單據(jù)和手續(xù)非常復雜,影響生產(chǎn)效率。

  (5)瓶頸工序難以確認,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)

基于RFID的拉式生產(chǎn)

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-RS232經(jīng)多串口卡擴充并連接??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??窗逑到y(tǒng)一方面將相關(guān)信息反饋給ERP系統(tǒng)進行物料的反沖,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行拉式作業(yè)。

  4.2 與BOM集成

基于RFID的拉式生產(chǎn)

圖4 RFID系統(tǒng)與BOM集成

  如圖4所示,BOM(Bill Of Material)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,便于發(fā)料和統(tǒng)計物料消耗??窗逑到y(tǒng)與BOM集成以實現(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)采集單元實現(xiàn)工作中心間的拉式關(guān)系。工作中心和其原材料供應子庫一一對應。將存放在WIP貨位的材料與工作中心一一對應起來。并設計工作中心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。設計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WIP貨位材料發(fā)生進,出變化時,計算機系統(tǒng)中貨位自動地進行增減計算。通過以上集成,可以實現(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)僅適用于重復生產(chǎn)的限制,使拉式生產(chǎn)線可以適應小批量、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,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)放至重復性計劃。這些物料是從分配給該物料的供應子庫存中拉出的。

  (3)生產(chǎn)線管理的可視化。生產(chǎn)線可視化的目標是使企業(yè)管理層能夠?qū)崟r地發(fā)現(xiàn)在制品生產(chǎn)和生產(chǎn)線運轉(zhuǎn)狀態(tài)。通過安裝在工作中心的RFID信息采集器,可以實時采集到各個工作中心的生產(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)實時監(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,同時徹底清查故障,并排除故障根源。根據(jù)實際情況,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置緩沖量,以保證在上游工序出現(xiàn)問題時,有足夠儲備使瓶頸工序不致停工。同時應想方設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)時間,即:排隊、準備、加工(質(zhì)檢)、等待和傳送時間。其中只有加工為增值作業(yè),如果要想縮短加工提前期,應當分析壓縮其他四種作業(yè)時間。可在工作中心內(nèi)部設置的基于RFID的企業(yè)診斷器(如圖5),進行五種時間的分析,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)時間。同時通過質(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。

基于RFID的拉式生產(chǎn)

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)離不開先進高效的信息采集手段,基于RFID的拉式生產(chǎn)系統(tǒng)可以實時采集生產(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)的應用范圍。隨著RFID技術(shù)的不斷成熟以及RFID應用成本的下降,本方案將有很好的應用前景。