RFID在離散制造業(yè)生產(chǎn)線的應用研究

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隨著制造業(yè)市場競爭的日益激烈，企業(yè)迫切要求持續(xù)提高對市場的反應能力，提高企業(yè)的競爭力。由于RFID技術具有非接觸、輸入速度快、準確度高、可靠性強等優(yōu)點，突破了數(shù)據(jù)錄入和數(shù)據(jù)采集的”瓶頸“問題，因此采用RFID技術可以自動跟蹤在制品（正在制造的產(chǎn)品，包括構件、半成品、產(chǎn)成品等）的實時分布狀況，進行產(chǎn)品和在制品的身份認證和標識。將RFID和現(xiàn)有的MES、ERP、CRM和IDM等信息系統(tǒng)結合，建立起更為強大的供應信息鏈，對進料、WIP、包裝、運輸和倉儲直到最后發(fā)送至供應鏈的下一環(huán)節(jié)，進行全方位和全程的可視化跟蹤，使得在生產(chǎn)過程和存儲運輸過程中對在制品的跟蹤以及成品的質(zhì)量追溯更為清晰有據(jù)，有助于企業(yè)降低產(chǎn)品缺陷率，縮短產(chǎn)品制造的周期，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，提升企業(yè)在市場上的綜合競爭力。

離散制造業(yè)生產(chǎn)線現(xiàn)狀

在制造領域，一些國際組織已提出了基于RFID的應用體系架構，如IBM、SAP、微軟、QAD、SSA、思博等國際IT巨頭已于2004年推出了RFID與erp系統(tǒng)的集成方案，相關的測試和應用推廣工作正在進行中?？傮w而言，目前RFID技術的應用研究正從供應鏈進入制造過程的核心?，F(xiàn)有的應用架構采取的策略是，在工廠車間環(huán)節(jié)逐步采用RFID技術，IT支持商從中獲取信息并傳遞到現(xiàn)有的、已驗證和工業(yè)加強的控制系統(tǒng)基礎結構，與配置RFID功能的供應鏈協(xié)調(diào)。

在不需要更新已有的制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）和制造信息系統(tǒng)（MIS）的情況下，就可以發(fā)送準確、可靠的實時信息流，從而創(chuàng)造附加效益，提高生產(chǎn)率并大幅度地節(jié)省投資。

我國的離散型制造主要集中在機械加工、電子元器件制造、汽車、服裝、家具、五金、醫(yī)療設備、玩具等行業(yè)，其生產(chǎn)特點是生產(chǎn)周期較長，產(chǎn)品結構復雜，工藝路線和設備配置非常靈活，臨時插單現(xiàn)象多，零部件種類繁多，產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率很大程度依賴于工人的技術水平，自動化主要用于單元級，例如數(shù)控機床、柔性制造系統(tǒng)等。

目前，國內(nèi)已有企業(yè)在應用RFID技術方面做了有益的嘗試，如青島海爾公司的冰箱生產(chǎn)線使用了工業(yè)級讀寫器進行產(chǎn)品信息采集，天津豐田汽車公司皇冠車生產(chǎn)線中也使用了RFID讀寫器產(chǎn)品進行管理。與國外應用水平較高的企業(yè)相比，國內(nèi)的應用水平還處于較初級的階段，多局限于將MES系統(tǒng)與RFID數(shù)據(jù)采集進行集成，以進行全程監(jiān)控制造過程，其實現(xiàn)方法是在MES系統(tǒng)中預先設定各種制造控制規(guī)則，利用條碼/RFID等自動化數(shù)據(jù)采集手段實時采集生產(chǎn)線數(shù)據(jù)，并在制造過程中對采集的數(shù)據(jù)進行實時校驗，以實時減少差錯并改進關鍵績效指標。同時將執(zhí)行情況匯總到計劃層，從而形成完整、閉環(huán)的生產(chǎn)信息流。

因此，研究應用RFID技術，探索重組企業(yè)信息流，更大限度地發(fā)揮我國制造業(yè)現(xiàn)有資源優(yōu)勢，推動企業(yè)技術進步及傳統(tǒng)制造業(yè)的升級換代的可行方案與模式，已成為當務之急。

基于RFID技術的生產(chǎn)管理流程針對完善離散制造行業(yè)制造流程規(guī)劃的目標，研究從產(chǎn)品制造周期角度建立以物流載體和信息流載體系統(tǒng)的規(guī)劃為主要內(nèi)容的制造流程規(guī)劃框架體系，建立基于集成情境的物流和信息流的同步融合模型，進而研究RFID在離散制造業(yè)生產(chǎn)線應用的整體解決方案。

以RFID標簽所承載的信息作為生產(chǎn)產(chǎn)品（包括原材料）的身份信息，將ERP理念綜合MES先進思想對制造業(yè)產(chǎn)品的全生命周期生產(chǎn)過程進行自動跟蹤與管理，實現(xiàn)產(chǎn)品從訂單形成、車間制造、成品入庫、銷售出廠到用戶的整個過程清晰的控制和管理，其系統(tǒng)總體框。

以物流載體和信息流載體的規(guī)劃來實現(xiàn)制造流程規(guī)劃，從而建立優(yōu)化的RFID應用模式及實時動態(tài)信息過程模型、物流和信息流的同步融合模型。

以車間每個工序作為信息的采集單元，根據(jù)訂單和生產(chǎn)能力制定生產(chǎn)計劃，將日計劃下達到各個工序組織生產(chǎn)，通過RFID卡實現(xiàn)各生產(chǎn)批次的生成與管理。通過研制的智能數(shù)據(jù)采集終端實時查詢生產(chǎn)計劃及其加工工藝信息并實時提交設備、首檢及加工信息，建立基于RFID的零件分揀平臺。

智能數(shù)據(jù)采集終端即將RFID技術應用到車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)，采用RFID來存儲的身份信息與產(chǎn)品的批次信息，同時集成其他數(shù)據(jù)采集與錄入功能，實現(xiàn)零配件批號生成與管理以及生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)狀態(tài)信息、生產(chǎn)設備信息、質(zhì)量分析信息的在線查詢、顯示、錄人，實現(xiàn)車間的無紙化作業(yè)；通過設計不同的通信協(xié)議可適應不同系統(tǒng)管理軟件的實時通訊與系統(tǒng)集成。在首檢、巡檢等環(huán)節(jié)，采用無線通信方式可增加終端使用的靈活性與多功能性，并設計、開發(fā)無線串口和手持終端，終端外觀根據(jù)人機交互原理與用戶界面設計原則進行設計。

基于RFID的在制品追蹤與管理模塊實現(xiàn)對物料（零部件、外協(xié)件、替換件以及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的邊、角、余料和廢料等）的批次/個體在生產(chǎn)線上推移、傳遞、消耗、轉化等信息的采集、記錄、跟蹤、整理、分析和共享等信息管理功能；實現(xiàn)對在制品的生產(chǎn)批次/個體在生產(chǎn)線上的過程狀況的采集和記錄，建立產(chǎn)品個體實時檔案，并實現(xiàn)對產(chǎn)品個檔的記錄追加、跟蹤、反饋、整理、分析和共享等信息管理功能，重點包含”個體產(chǎn)品“在制過程的信息管理（料號、人員、工藝、參數(shù)、工序、測試等）和”批次產(chǎn)品“在制過程的信息管理（批號、進度、良率、品質(zhì)、生產(chǎn)績效等），以便進行產(chǎn)品質(zhì)量追溯。

基于RFID的零件分揀平臺使零件從生產(chǎn)線下來后，直接上鉤，通過閱讀器對零件進行身份定義，經(jīng)

過后續(xù)處理區(qū)間到達包裝區(qū)間，再由閱讀器識別零件身份，自動分揀，實現(xiàn)所有成品混型輸出，生產(chǎn)線、后續(xù)處理和包裝線之間無縫連接，零件分揀準確可靠，實現(xiàn)生產(chǎn)過程中零件的零庫存和設備負荷均衡化。

與PDM、ERP 等上層軟件的數(shù)據(jù)融合問題，主要通過理解基于RFID技術的離散制造業(yè)務流程和所涉及的動態(tài)數(shù)據(jù)，包括：過程數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)；引入PML技術，研究基于PML的離散制造過程動態(tài)數(shù)據(jù)的封裝、解析和轉換，從語義和結構上理解數(shù)據(jù)，建立PML到數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的映射，為動態(tài)數(shù)據(jù)的管理提供基礎支撐；應用SOA架構和Web服務技術，研究離散制造動態(tài)數(shù)據(jù)的采集、發(fā)布、發(fā)現(xiàn)、組合、分發(fā)、獲取等各種服務實現(xiàn)。數(shù)據(jù)交換技術的方案如圖2所示。

面向離散制造業(yè)的RFID中間件主要包括開發(fā)兼容性好的硬件設備連接組件和離散制造業(yè)組件，其技術路線如圖3所示。

應用前景

RFID技術的應用正從供應鏈進入制造過程的核心，通過在工廠車間層逐步采用R F I D技術，制造商可以無縫且不間斷地集成從RFID 捕獲的信息并鏈接到現(xiàn)有的、已驗證和工業(yè)加強的控制系統(tǒng)基礎結構，與配置R F I D功能的供應鏈協(xié)調(diào)，不需要更新已有的制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）和制造信息系統(tǒng)（MIS）就可以發(fā)送準確、可靠的實時信息流，從而創(chuàng)造附加值，提高生產(chǎn)率和大幅度地節(jié)省投資。

在制造行業(yè)，無處不在的海量RFID信息的獲取、處理、傳輸和安全對R F I D的系統(tǒng)集成和應用技術提出了新的挑戰(zhàn)。RFID系統(tǒng)集成軟件將向嵌入式、智能化、可重組方向發(fā)展，通過應用中間件技術，構建企業(yè)基礎信息平臺，將使RFID信息資源的組織、管理和利用更為深入和廣泛。

隨著RFID標簽的國產(chǎn)化，成本已降到很低，實施RFID跟蹤產(chǎn)品，已是解決離散制造業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)效率的有效之路，所以RFID技術在離散制造業(yè)生產(chǎn)線的應用探索研究在我國離散制造業(yè)具有典范的作用。（來自互聯(lián)網(wǎng)）