RFID技術(shù)在離散MES的設計

1 MES系統與RFID技術(shù)

1.1 離散制造業(yè)MES系統

制造執行系統 (manufacturing executiON system,簡(jiǎn)稱(chēng)MES)是美國AMR公司(Advanced Manufacturing Research,Inc.)在90年代初提出的，旨在加強MRP計劃的執行功能，把MRP計劃同車(chē)間作業(yè)現場(chǎng)控制，通過(guò)執行系統聯(lián)系起來(lái)。這里的現場(chǎng)控制包括PLC程控器、數據采集器、條形碼、各種計量及檢測儀器、機械手等。MES系統設置了必要的接口，與提供生產(chǎn)現場(chǎng)控制設施的廠(chǎng)商建立合作關(guān)系。MES能通過(guò)信息傳遞對從訂單下達到產(chǎn)品完成的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化管理。當工廠(chǎng)發(fā)生實(shí)時(shí)事件時(shí)，MES能對此及時(shí)做出反應、報告，并用當前的準確數據對它們進(jìn)行指導和處理。這種對狀態(tài)變化的迅速響應使MES能夠減少企業(yè)內部沒(méi)有附加值的活動(dòng)，有效地指導工廠(chǎng)的生產(chǎn)運作過(guò)程，從而使其既能提高工廠(chǎng)及時(shí)交貨能力，改善物料的流通性能，又能提高生產(chǎn)回報率。MES還通過(guò)雙向的直接通訊在企業(yè)內部和整個(gè)產(chǎn)品供應鏈中提供有關(guān)產(chǎn)品行為的關(guān)鍵任務(wù)信息。

1.2 RFID技術(shù)

射頻識別技術(shù)(Radio Frequency Identification,縮寫(xiě)RFID)，射頻識別技術(shù)是20世紀90年代開(kāi)始興起的一種自動(dòng)識別技術(shù)，射頻識別技術(shù)是一項利用射頻信號通過(guò)空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))實(shí)現無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息達到識別目的的技術(shù)。從信息傳遞的基本原理來(lái)說(shuō)，射頻識別技術(shù)在低頻段基于變壓器耦合模型(初級與次級之間的能量傳遞及信號傳遞)，在高頻段基于雷達探測目標的空間耦合模型(雷達發(fā)射電磁波信號碰到目標后攜帶目標信息返回雷達接收機)。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別技術(shù)的理論基礎。

2 需求分析

隨著(zhù)市場(chǎng)競爭加劇，產(chǎn)品生命周期縮短，離散制造業(yè)對市場(chǎng)反應速度的敏感性越來(lái)越強。而與反應速度有關(guān)的參數，最具有代表性的是反應時(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企業(yè)資源計劃層和過(guò)程控制層之間的生產(chǎn)過(guò)程管理。

將RFID技術(shù)應用于離散制造執行系統設計，彌補了企業(yè)資源計劃和控制層存在信息管理的斷層和信息反饋延遲，實(shí)現車(chē)間生產(chǎn)數據的傳遞通暢?？梢允股a(chǎn)準備時(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 系統設計目標

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

　　(1)產(chǎn)能分析：可以同時(shí)對車(chē)間，班組，設備及人員進(jìn)行多方面分析，使管理者了解現場(chǎng)生產(chǎn)進(jìn)度，調度資源，提高生產(chǎn)效率。

　　(2)生產(chǎn)的全程實(shí)時(shí)追蹤：準確跟蹤每個(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)行決策提供強有力的支持。

　　(3)提高產(chǎn)品質(zhì)量：建立計算機輔助質(zhì)量保證系統，實(shí)現質(zhì)量檢查記錄和質(zhì)量統計分析的計算機管理，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將使產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)質(zhì)量進(jìn)一步提高，損失費用大幅度降低，有效節約成本。

　　(4)提供報表打印依據：各種生產(chǎn)數據的繞計匯總以及各種報表的生成打印，全部由計算機管理，替代以前的人工計算、登帳、手工報表的工作。減輕相關(guān)工作人員的工作。

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

4 MES系統應用方案

由于RFID電子標簽價(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)也井未形成統一的標準。本文提出的離散制造業(yè)MES應用RFlD技術(shù)設計方案的核心思想是在企業(yè)內部范圍內，用RFID標簽跟蹤產(chǎn)品生產(chǎn)制造過(guò)程。原料加工時(shí)捆綁RFID電子標簽，電子標簽內寫(xiě)有該在制品的全部信息，電子標簽可以重復循環(huán)使用。在每道生產(chǎn)工序工位上設置RFID電子標簽讀卡器，對在制品進(jìn)行生產(chǎn)跟蹤。產(chǎn)品在工位控制器通過(guò)RFID讀卡器讀取電子標簽信息，將產(chǎn)品型號規格、生產(chǎn)時(shí)間等關(guān)鍵信息錄入工廠(chǎng)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簽信息，通過(guò)連接控制器，返回數據庫。管理人員既可以對關(guān)鍵零部件進(jìn)行質(zhì)量和數量的實(shí)時(shí)跟蹤又可以根據實(shí)時(shí)變化的信息，通過(guò)工廠(chǎng)車(chē)間電子看板下發(fā)相應生產(chǎn)指令，給予工人相對應的生產(chǎn)操作計劃。同時(shí)可以對每個(gè)產(chǎn)品部件質(zhì)量進(jìn)行后期分析。

5 系統的總體結構

5.1 系統網(wǎng)絡(luò )拓撲圖

基于RFID的離散MES數據采集網(wǎng)絡(luò )拓撲如圖1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(xiàn)上各種在制品。實(shí)現底層生產(chǎn)數據的采集和服務(wù)器通信的應用集成。車(chē)位讀卡器實(shí)時(shí)采集車(chē)間現場(chǎng)數據。通過(guò)控制連接器將數據反饋到服務(wù)器。管理人員通過(guò)工廠(chǎng)電腦實(shí)時(shí)分析現場(chǎng)數據，做出合理決策，并通過(guò)工廠(chǎng)電子看板形式告知工廠(chǎng)員工。工廠(chǎng)員工可以根據新的指令完成在制品。RFID讀卡器讀取在制品電子標簽信息。一方面傳送至工廠(chǎng)電腦，作為生產(chǎn)監控的基礎信息，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的生產(chǎn)操作指導。

圖1 RFID數據采集網(wǎng)絡(luò )拓撲圖