基于RFID技術(shù)的離散MES設計

　1 MES系統與RFID技術(shù)

　　1.1 離散制造業(yè)MES系統

　　制造執行系統是面向制造車(chē)間的先進(jìn)管理技術(shù)，它位于企業(yè)計劃層和工業(yè)控制層之間，研究如何將制造過(guò)程中的計劃進(jìn)度、產(chǎn)品過(guò)程控制、物料管理、質(zhì)量監控、設備管理和成本管理等綜合考慮，強調制造計劃的執行和產(chǎn)品制造過(guò)程的控制。使生產(chǎn)現場(chǎng)的信息收集和反饋做到準確和及時(shí)，提高制造管理的透明性和敏捷性。

　　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。MES能對工廠(chǎng)實(shí)時(shí)事件做出迅速反應，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，提高工廠(chǎng)及時(shí)交貨能力和生產(chǎn)回報率。本系統采用射頻識別技術(shù)進(jìn)行數據采集，可以有效地管理員工和在制品資源。提高管理水平和生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

　　1.2 RFID技術(shù)

　　射頻識別技術(shù)是20世紀90年代興起的一種非接觸式自動(dòng)識別技術(shù)，通過(guò)射頻信號自動(dòng)識別目標對象并獲取相關(guān)數據，且無(wú)須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。憑借其獨特優(yōu)勢，RFID技術(shù)已在供應鏈管理、身份識別、交通運輸和軍事物流等許多領(lǐng)域得到了廣泛應用。采用RFID技術(shù)解決離散制造業(yè)車(chē)間實(shí)時(shí)數據的采集。有如下優(yōu)勢：(1)非接觸，形狀多變，體積小，可重復使用;(2)仿造困難，安全性高;(3)不怕污染，適用于各種惡劣環(huán)境;(4)數據可改寫(xiě)，存儲量大;(5)標簽識別距離遠，速度快。

　　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

5.2 系統體系結構圖

　　系統機構采用ERP/MES/PCS三層結構，如圖2所示。其中系統集成接口實(shí)現MES系統與ERP系統的數據和業(yè)務(wù)集成。通信中間件采用C/S結構，將無(wú)線(xiàn)數據采集器延伸為系統的客戶(hù)端，采集器可以直接連人數據庫進(jìn)行實(shí)時(shí)的數據交換。在這種方式下，數據采集器與服務(wù)器之間交換的信息量小、通訊效率高、響應速度快、具有較強的數據采集功能，可以滿(mǎn)足工廠(chǎng)對數據采集通訊的需求，并且服務(wù)器端的負擔也較輕。

圖2 系統體系結構

6 系統特點(diǎn)

　　現場(chǎng)無(wú)紙化作業(yè)，避免人工抄寫(xiě)數據之錯誤，資料快速收集整理，降低了用戶(hù)的總體成本，并可利用因特網(wǎng)進(jìn)行遠程數據查詢(xún)。實(shí)時(shí)掌握現場(chǎng)生產(chǎn)數量與質(zhì)量狀況，準確把握原材料、在制品、設備及員工的信息。利用電子看板，提供現場(chǎng)視覺(jué)管理，便于員工準確把握生產(chǎn)進(jìn)度。維修人員可根據采集信息確定該產(chǎn)品的生產(chǎn)員工，明確責任，并建立生產(chǎn)及質(zhì)量數據報表。

　　7 結束語(yǔ)

　　該系統已實(shí)際應用于某制衣行業(yè)中，能夠很好地滿(mǎn)足離散生產(chǎn)和質(zhì)量管理的要求，提高生產(chǎn)效率，具有很好的推廣價(jià)值。