RFID系统在制造业生产控制中的应用

    制造企业为了保持生产的高效、准确，对生产过程的自动化程度提出了更高要求，如果没有一个高度组织的、集成的控制系统是很难完成这样复杂的任务的。RFID识别系统无疑是最具竞争力的产品，利用现代化RFID技术，可以实现生产一种产品的多种变形或是最小批量为1的不同产品的生产。在整个生产过程中，RFID技术可以实现对原材料、零部件、半成品以及最终成品在整个生产过程中的识别与跟踪，降低人工识别的成本和出错率，尤其在采用了JIT生产的流水线上，原材料和零部件必须准时送达到工位上。运用了RFID技术后，企业就能够通过识别RFID电子标签来快速准确地从种类繁多的商品库存中，找出适当工位所需的适当的原材料和零部件，并结合运输系统及传输设备，实现物料的转移，确保流水线均衡协调生产。

　　

    1 RFID在制造业中的需求分析

　　

    制造业生产线几乎每月都要损耗大量物料，并且生产结果与预期因为有误差而影响交货的情况时有发生，生产线也往往因人为原因造成种种误差。将RFID标签贴在生产物料或产品上，可自动记录产品的数量、规格、质量、时间、负责人等生产信息，代替传统的手工记录;生产主管通过读写器随时读取产品信息;其他相关人员能及时掌握生产状况并根据情况调整生产安排;采购、生产、仓储信息一致并能实时监控;物料和产品离开仓库前系统都将自动记录出入库信息，并能实时追踪物品所在地。

　　

    RFID电子标签作为生产数据移动的载体，它在生产线上的流动，实现了生产过程中工人、工序、工件、工时的实时精确统计，从而达到实时控制生产过程，便于质量管理和追溯的目的。RFID技术的应用将有利于企业实现实时、透明、可视的供应链管理。

　　

    2 RFID在制造业中韵应用特点

　　

    2.1 数据实时共享

　　

    在制造企业生产过程中，生产线及时准确地反馈信息是十分重要的。以往只能一边生产一边手工记录故障，生产完成后统计汇总这些来源于各道工序的信息，费时费力，且有时不能做到非常精确。在生产线各道工序安装RFID识读设备，并在产品或托盘上放置可反复读写的RFID电子标签。这样，当产品通过这些节点时，RFID读写设备即可读取到产品或托盘上标签内的信息，并将这些信息实时反馈到后台的管理系统中，管理者就可及时了解生产线工作状况了。

　　

    2.2 标准化的生产控制

　　

    RFID系统可提供不断更新的实时数据流，与制造执行系统互补，RFID提供的信息可用来保证正确使用机器设备、工具和零部件等，从而实现无纸化信息传递并减少停工待料时间。更进一步，当原材料、零部件和装配件通过生产线时，可以进行实时控制、修改甚至重组生产过程，以保证生产的可靠性和高质量。

　　

    2.3 质量跟踪和追溯

　　

    在实施RFID系统的生产线上，产品质量是由分布在若干处的一些测试岗位来检测的。在生产结束时或产品验收前必须能用该工件所有先前收集到的数据明确地表达其质量。利用RFID电子标签可以很方便地做到这一点，因为在整个生产过程中所取得的质量数据已经随产品走下生产线。

　　

    3 RFID在生产流水线上的应用原理

　　

    目前基于条形码的生产管理系统使各种质量分析和控制得以方便地实现，而条形码技术有其优点，也有其明显的缺点，如易被污染、易被折损、扫描距离近等，批量识读效率不高，无法满足快速高效的需求。利用RFID电子标签、条形码、传感器采集生产线现场的实时数据，把读到的数据通过网络(有线或无线)传给上位设备(控制器或计算机)然而要管理松散的传感器就需要一种全新的、可以自动发现并组织网络的管理机制。采用的方法是部署RFID读写器，同时建立读写器网络连接，解决读写器网络的规划、优化和控制问题。物品上的RFID标签，配合连成网络的RFID读写器，每一次识别就意味着对物品的一次追踪。

　　

    具体的工作过程为：流水线上一个产品的加工流程分为若干道基本工序，每个加工单元(或工人)只完成其中的一道工序，在加工过程中只重复地完成一个简单操作;生产加工过程中的所有单元通过一条主导轨相连，如图1所示。被加工的产品在该导轨上传递，形成生产流水线。同时，主导轨在各加工单元处分支出一条支导轨，供物料或产品进出加工单元。物料自动传递至各工作单元，即通过安装在主导轨上的RFlD扫描器，检测物料上的电子标签来识别物料，并根据预设的物料工序路径控制物料自动送至正确的工作单元进行加工。

 

    

 

    图1 加工生产线工作流程

　　

    由于企业产品的生产大多依据订单进行投产，并且每单型号都有差异，因此自动化的物料流跟踪是顺利生产的重要前提条件。对于每道生产工序，必须要对产品型号进行明确识别，以避免物料配置出差错。在每个加工岗位上对电子标签中的产品数据进行修改，所产生的数据流可以在各个加工岗位之间建立起一个共享的信息平台，它减轻了控制系统的负担。特别是在生产及加工过程变得越来越快的背景下，信息随产品传递并且能够及时使用就成了加快生产过程的决定因素。

　　

    4 应用系统架构

　　

    由RFID在生产线上的部署可以看出，RFID读写器中采集的各种信息通过网络传输到生产线控制室计算机上，将分散于现场的数据集中起来存储到数据库中，经过进一步加工处理，将标签与产品信息进行绑定，实现信息与服务的紧密结合，构成基于RFID的生产管理系统。系统的总体架构如图2所示。RFID应用系统提供多种应用和服务，包括：生产线状况监控、员工行为监控、生产管理、质量管理与追踪、物料管理、作业调度、现场操作指导、生产数据实时上传等。

　　

    RFID应用系统采用分散控制集中管理的开放式体系架构，即对每条生产线采用分散控制，而对企业总体生产管理则进行集中管理，从而将分散的控制系统、生产调度系统和管理决策系统有机集成起来。

    

 

    图2 生产线上RFID应用系统架构

　　

    作为企业级应用，系统包括RFID应用服务业计划，可以控制物料行径、优先级调度、生产同步器、企业应用服务器、数据处理器、RFID中间件、等。系统设置的控制器会按生产节拍触发阅读器RFID读写设备、生产线监控设备等。企业应用读取装配线上的产品型号信息，通过RFID阅读器服务器支持企业OA/MES/ERP/SCM/CRM等信对标签的识读，实现对现场作业信息(包括装配信息系统的运行;数据处理器实现条形码、RFID数息和质量检验信息)的录入，并把相关信息输入到据、过程事件、产品信息的管理;RFID中间件提供服务器上的数据库，同时在每个工位的屏幕上实时与RFID读写器、传感器的连接;生产线监控设备动态显示装配线上的产品信息、选装、零部件配置负责存储和管理生产过程中各种时态数据。电子等信息，现场操作人员不仅可以直观地了解当前该标签关联在生产线所生产的产品上，随着生产作业工位应该做什么事，还可以实时地向物料部门发布过程的进行，可随时更新电子标签内的数据。在数需求信息，以便所需配件及时送到所需工位。据库系统的支持下，还可以在线或离线地查询生产c.生产查询管理。过程中产生的历史数据，为事后的追踪和统计分析该模块主要为企业管理人员提供及时的生产提供强大的支持手段。线工作状况，采用图表、直方图或饼图等方式进行

　　

    5 实现的系统功能

　　

    根据对系统总体设计的要求，整个RFID应用系统包括系统管理、生产作业管理、生产查询管理、资源管理、生产监控管理和数据接口。各主要模块功能如下：

　　

    a.系统管理。

　　

    系统管理模块可以定义某型号家电产品生产特性及物流管理信息系统用户，执行功能的权限及用户使用功能的授权，完成数据的备份作业，并对各子系统公用的基础数据进行维护，如工序(位)、工人、车间等信息，这些基础数据是进行上线设置和运行调度的功能基础。

　　

    b.生产作业管理。

　　

    该模块滚动接受主生产计划，自动生成车间作直观的反映，为管理者提供决策依据。查询功能可以查询到每个工位的操作信息，如装配的具体时间、物料需求信息、员工操作结果、质量状况等，还可以追溯生产历史，从而定位残次品产生的环节和原因。

　　

    c.资源管理。

　　

    该模块主要对生产线所需的一些设备进行管理，提供给用户当前各设备的工作状态，及时了解现有设备的实际使用情况，以便为安排生产或者设备维护提供参考依据，可以根据生产设备的负荷情况制定生产线日、周、月的生产计划，保证生产的正常进行。

　　

    e.生产监控管理。

　　

    该模块主要提供信息给一般用户、企业管理人员、领导等需及时了解生产进度情况的人员。它主要包括订单执行情况的实时监控、工序生产的实时监控、工位(台)生产的实时检测。这些实时监测功能为用户提供了整体或局部的生产执行信息，以便用户及时根据实际情况调整生产计划。

　　

    f.数据接口。

　　

    该模块提供与车间电气控制设备、IVIES、ERP、SCM或其他车间管理信息系统的数据接口功能。

　　

    6 结束语

　　

    中国已成为全球最大的制造中心，中国制造业将成为全球最大的RFID应用市场。可以认为，RFID在中国的推广与中国制造业的中心地位密切相关。为提高中国制造业信息化水平，以信息化带动工业化，在企业原材料供货、生产计划管理、生产过程控制、精益制造等方面，使用RFID技术可以实现生产过程的实时数据采集可视化、准时化以及业务协同和产品信息可追溯。借助RFID公共服务，将RFID系统与自动化系统、企业信息系统无缝集成，构建面向供应链的RFID架构体系，从而实现供应链上的产品信息共享。