基于RFID技术在制造业物流应用解决方案

　　一、 系统简介

　　信息化、自动化、网络化、智能化、柔性化已成为现代制造企业的鲜明特征。随着信息技术、网络技术的普及和发展，特别是互联网技术解决了信息共享、信息传输的标准问题和成本问题，使得信息更广泛地成为控制、决策的依据和基础。为了降低成本和加快资金周转，需要进一步固化新的流程或新的管理制度，使其得以规范地贯彻执行，而信息系统的作用就在于可以固化管理和优化操作。

　　物料及在制品的跟踪(WIP)以及JIT、MES是美国管理界90年代提出的新概念，近10年，这些方面在国外得到迅速发展，已经逐渐形成了一些专业的开发公司。目前，国内对这些方面的认识深度和研究、应用水平不高，与国外的差距正在拉大。

　　构筑基于RFID的物料及在制品追踪管理系统，充分利用JIT、MES的先进管理理念与基本方法，通过对车间生产信息的实时反馈来进行加工数据分析和监控，加强车间生产控制，是提升制造业、尤其是传统制造业技术创新能力、市场响应速度、综合竞争力的重要举措。

　　RFID在传统制造业中的应用是一套以生产型企业信息化应用为背景，针对车间生产线上的物料、在制品而研制的工业生产流程自动化管理系统，对生产过程中的“物料”和“在制品”信息进行精确采集、整合、集成、分析和共享，为企业生产物资的管理和产品生命周期的管理提供了基础信息解决方案，是车间制造管理系统的核心内容。系统的应用和ERP、CRM、SCM系统形成良好的互补，有效地解决了ERP系统在物资和产品数据采集、数据准确性和实时输入等方面的问题，是实现工厂或生产型企业整体信息化的枢纽信息系统。特别是适合传统制造业应用的电子标签终端产品的自主研发以及基于此基础的电子标签的制造业应用系统，能够满足国家在不同领域，特别是在制造业、医药等重点行业应用电子标签的市场需求。本系统具有如下的设计理念：

　　RFID技术在车间现场数据终端(如看板终端或触摸屏)的集成应用，充分适应工业环境的复杂要求，无需直视或利用人工扫描，有效、简约地解决了数据采集、数据准确性和实时输入等方面的问题;

　　提供面向“个体”或“批”层次的数据模块设计，实时、准确、精细、高效地实现物料与在制品的追溯和跟踪，并以此为核心，建立产品个体级别的实时档案，实现产品生命周期的跟踪追溯和管理;

　　将RFID、JIT、MES、网络技术等应用于生产管控，准确、实时、全面反映生产过程状态信息，有效、敏捷地指导工业流程，与ERP、CRM、SCM形成良好互补，推动“透明工厂”的建设，推进生产、管理和组织架构的优化，促进JIT的生产模式的实现;

　　将“物料”与“在制品”的追踪管理与品质、效益、效率、仓管、物流等紧密结合，促使车间劳动者、生产商与物料供应商形成利益共同体。

　　RFID在传统制造业中的应用(MES)项目充分利用RFID的特性，采用特定的可安装于复杂工业现场的RFID数据采集终端，适应国内传统制造车间的环境要求，具备防潮、防油、防雷、放电磁干扰、防热等性能，满足对物料、在制品的无接触自动采集需要，并为管理系统提供信息输入接口和查询界面。

　　同时，在RFID数据采集终端的基础上，可以以物料及在制品跟踪为核心，开发出一套具备软件基础平台和系列应用模块的车间级生产执行管理系统。在系统的设计过程中，将通过面向“个体”或“批”层次的数据模块设计，实时、准确、精细、高效地实现物料与在制品的追溯和跟踪，并以此为核心，建立产品个体级别的实时档案。此外，在系统设计思想上，将RFID、JIT、MES、网络技术等应用于生产管控，准确、实时、全面反映生产过程状态信息，有效、敏捷地指导工业流程，与ERP、CRM、SCM形成良好互补，推动“透明工厂”的建设，推进生产、管理和组织架构的优化，促进JIT的生产模式的实现。

　　RFID在传统制造业中的应用是面向制造业的工业信息化应用系统，利用高新技术特别是自动化技术、信息技术对传统产业(制造业)进行有益的改造和信息服务，是促进我国以出口为主的制造业发展的高新技术产品。RFID在传统制造业中的应用针对我国制造业的实际情况，以开发先进的、集成化的、面向生产线的管理软件为目的，可以有效地提高离散制造企业的运行经济性和服务质量，该项目的开发成功无疑将在业界产生明显的推动效应。

　　运用RFID技术，可以改善传统工作模式，实现制造业对产品全程控制和追溯。而开发一个完整的基于RFID的生产过程控制系统，就是将RFID技术贯穿于生产全过程(订单→计划→任务→备料→冷加工→热加工→精加工→检验→包装→仓管→运输)，形成企业的闭环生产。

　　从发展的眼光看：在制造业实施RFID技术还可从原材料制造、采购到半成品加工、成品制造、批发、配送到零售，贯穿到全社会供应链的每一个环节，直到最终消费者。因此在制造业采用RFID标签，可以打破一个系统内部使用的孤立性，而将RFID技术向供应链上端延伸。将该项研究成果还可推广到其它相关的产品制造业应用，有很好的应用前景与行业示范作用。这些可以应用该项研究成果的行业甚至包括食品制造企业。

　　二、 系统特点

　　RFID车间制造与执行系统或在制品跟踪与管理系统具有以下特点：

　　生产计划和工艺直接下达到工序、设备(而ERP、MRPII一般只能下达到品种、车间)，直接指导设备加工、防止跨工序加工，减少工艺错误;

　　数据采集实时性，可及时进行计划考核，实时监控生产进度;

　　各车间职能科室可以共享生产数据，了解相关工序的生产进度，便于生产协调。准确确认交货时间，实现批次管理;

　　工艺反馈校正：及时修正工艺错误、缩短工艺纠正周期;

　　加工数据有效性，减少手工输入、纸张传递;

　　便于质量追溯;

　　智能看板：完成质量信息采集与质量分析;

　　扩展物流管理：RFID批次号-条码-产品;

　　而在车间现场使用的RFID数据采集终端，用于为系统提供有关物料、制品、设备状况、人员信息等方面的信息，实现系统与具体操作者的双向沟通。具有以下功能与优势：

　　自动采集：能无接触、自动采集物料、在制品、工位、人员的信息;

　　信息查询：可查询生产计划、生产工艺、产品批次等信息;

　　信息输入：设备状况信息、加工数量、加工情况、质量信息等;

　　抗恶劣环境：具有防潮、防油、防雷、放电磁干扰、防热等性能。

　　系统包括如下的工作：

　　总体架构和系统模型的建设：通过对网络架构、工厂设备、通信路由、软硬件组合及系统规模与性能进行深入分析，确立监控系统软件与数据采集硬件设备之间的层次关系，确定各功能模块的划分，模块之间的接口，完成总体架构的建设。充分考虑系统的可集成性(Integratability)、可配置性(Configurability)、可适应性(Adaptability)、可扩展性(Extensibility)和可靠性(Reliability);

　　软件平台的架构建设：基于面向对象设计技术、分布式网络、和各种先进的数据库及组态技术，建设适合即时、现场、远程监控的，便于扩容和修改的系统软件基础平台，充分体现面向离散对象的系统应用集成，支持实时活动，实现基于现场管理规则和综合管理知识的管控结合。主要包括软件系统功能定位、平台选型和数据采集(Data Collection)、数据存储(Data Storage)、网络应用(NET/Web Application)、客户端查询浏览(Client/Web Viewer)等架构组成的建设;

　　功能模块的具体软件开发，包括：

　　生产过程建模(CONFIG)

　　生产计划及生产管理

　　现场数据采集

　　物料跟踪查询

　　在制品跟踪查询

　　产品生命周期档案

　　质量及绩效分析查询

　　网际网络应用

　　工作流研究：设计工作流模型及网络数据流规划，支持各种控制和沟通策略，支持生产过程的各种工作流程，实现制造生产和管理过程的自动驱动、记录、跟踪、分析、信息共享等，并容易地集成CORBA/STEP以实现与ERP、PDM、SFC等的无缝集成，形成一个信息流的顺畅通道;

　　设备通信与集成和数据接***术：规范不同行业、不同类型的被监控设备与系统接口，包括数字或模拟传感器、可编程控制器(PLC)、直接数字控制器(DDC)、控制执行器、视像装置等;各种设备和系统的数据格式及协议转换方式的研究，满足大容量、高速的数据存贮和访问，具有实时、连续的历史数据检索与回放功能，提供复杂、特别的数据查询;

　　智能化决策支持功能的实现：实时监控的目的在于为调度、运行操作人员的决策提供数据，如果系统能在反映生产状况的同时具有数据分析功能，进而提出操作方案和建议，其实用性才能得以真正体现。这一问题的解决有赖于智能技术的应用和专家经验的归纳表达;

　　系统测试：包括单元测试、整体测试和综合测试。

　　三、 应用技术方案

　　1. 系统的总体架构

　　包括软件平台和应用模块体系，以及系统所依赖的硬件平台。

　　软件平台是系统的基础核心构件，包括一系列实现各种核心逻辑的构件，并封装成不同的构件包：

　　调度策略构件包

　　界面开发构件包

　　生产过程模型构件包

　　WIP构件包

　　SPC分析构件包

　　设备通信接口构件包

　　ERP接口构件包

　　RFID终端构件包

　　应用模块体系建立在软件平台和硬件平台的架构之上，实现系统的各项具体管理功能，包括：

　　生产过程建模

　　生产计划及生产管理

　　现场数据采集

　　物料跟踪查询

　　在制品跟踪查询

　　产品生命周期档案

　　质量及绩效分析查询

　　网际网络应用

　　2. 硬件平台基础：RFID数据集成终端

　　1) RFID数据集成终端(RFID DCS)

　　RFID DCS终端机(阅读器)将主要安装在生产线的生产工位上，用于为MES系统提供有关物料、制品、设备状况、人员信息等方面的信息，同时也为具体操作者提供作业信息的双向沟通。

　　自动采集的需要：能无接触、自动采集物料、在制品、工位、人员的信息;

　　采集环境的需要：数据采集现场多样化，要求采集设备、采集终端具有防潮、防油、防雷、放电磁干扰、防热等性能;

　　查询的需要：可查询生产计划、生产工艺、产品批次等信息;

　　信息输入的需要：设备状况信息、加工数量、加工情况、质量信息等。

　　具体的做法是：在基于RFID技术的电子标签阅读器(数据集成终端，RFID DCS)上增加了液晶显示电路、PVC键盘输入电路、数显量具通信接口电路、RS485串口通信电路、TCP/IP网络通信接口电路等模块。通过液晶显示器可以显示下达的生产计划、生产工艺、产品批次等信息，通过键盘可以提交设备状况信息、加工数量及质量信息等，以便全面跟踪正常工艺路线内的工件正常流向，处理各种异常情况，全面记录各工件在各工序的完成情况和每个工件的当前位置、在线状态、可根据不同的质检政策(抽检和全检)自动记录各工件之间的状态(待检、合格、不合格)，对各工件在制造平台内流转(工艺、工位、时间、状态)等进行全方位的记录。

　　2) 通信方式：

　　可选择RS485串口通信电路和TCP/IP网络通信接口电路中的作为其中一种通信方式与PC机进行接口。终端采集到的信息经过通信接口进入PC机后，PC机再存储信息，处理信息，并将结果保存到服务器。PC 机也可以将车间当天的生产计划以及车间的生产情况经通信接口传送到终端并在终端的液晶显示屏上加以显示，工人看到反馈信息后知道当天的生产任务以及目前的工作状况从而执行生产任务。在RFID DCS终端采集系统中，PC 机与终端之间有一定的通讯协议，以保证终端数据的通讯成功。