射頻識別技術(shù)與ERP系統的集成應用

1 前言
　　
信息化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò )化、智能化、柔性化已成為現代制造企業(yè)的鮮明特征。目前國內許多企業(yè)都上了ERP系統，但是實(shí)際應用效果并不理想。其中最主要的原因是企業(yè)基礎數據采集的困難，人工錄入數據經(jīng)常出錯，導致生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的障礙。
　　
目前，ERP系統的生產(chǎn)制造管理模塊，生產(chǎn)計劃和工藝只能下達到品種或者車(chē)間。生產(chǎn)的現場(chǎng)管理一直處于黑箱作業(yè)的狀態(tài)，這已無(wú)法滿(mǎn)足今天復雜多變的競爭需要。因此如何將此黑箱作業(yè)透明化，找出任何影響產(chǎn)品品質(zhì)和成本的問(wèn)題，提高計劃的實(shí)時(shí)性和靈活性，同時(shí)又能改善生產(chǎn)線(xiàn)的運行效率已成為每個(gè)企業(yè)所關(guān)心的問(wèn)題。
　　
射頻識別技術(shù)(RFID：Radio Frequency Identification)? 可以幫助企業(yè)實(shí)現數據的自動(dòng)實(shí)時(shí)采集，可以對車(chē)間的生產(chǎn)信息提供實(shí)時(shí)反饋，加強對加工數據的分析和監控，加強車(chē)間生產(chǎn)控制，全面反映生產(chǎn)過(guò)程狀態(tài)信息，有效敏捷地指導生產(chǎn)。

2 RFID技術(shù)在現代制造業(yè)中的應用

2．1 RFID技術(shù)
　　
RFID是一種非接觸的自動(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，可工作于各種惡劣環(huán)境，可識別高速運動(dòng)物體，可同時(shí)識別多個(gè)標簽，操作快捷方便。典型的RFID系統由電子標簽(Tag)、讀寫(xiě)器(Read／ te Device)組成。
　　
RFID電子標簽晗 是一種帶有天線(xiàn)的集成電路Ic芯片，數據存儲在Ic上，標簽上的信息通過(guò)無(wú)線(xiàn)電頻率與外部通信。RFID電子標簽的尺寸、操作模式、精度都有很多種類(lèi)，成本也差異很大，可根據不同企業(yè)的需求先用不同的種類(lèi)。
　　
RFID讀寫(xiě)器 由一個(gè)或多個(gè)接受／發(fā)送信號的天線(xiàn)和對接收的信號進(jìn)行解碼的微處理器組成。經(jīng)過(guò)處理的數據經(jīng)由常規的纜線(xiàn)或局域無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )WLEN與ERP系統主機相聯(lián)。RFID讀寫(xiě)器可以是移動(dòng)的手持終端，也可以是安裝在某個(gè)位置上的固定終端，如工廠(chǎng)的入口、到貨庫房的大門(mén)、貨架或生產(chǎn)線(xiàn)上。
　　
RFID系統工作原理如圖所示：從圖l中可看出閱讀器通過(guò)天線(xiàn)發(fā)送出一定頻率的射頻信號；當標簽進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生感應電流從而獲得能量，向閱讀器發(fā)送出自身編碼等信息；閱讀器采集信息、解碼之后，將信息／數據送至計算機主機進(jìn)行處理。

2．2 RFID技術(shù)與傳統條碼技術(shù)



圖1 RFID系統工作原理
　　
目前應用最廣泛的是傳統的條碼技術(shù)。國內制造業(yè)中有80％的企業(yè)不同程度的應用條碼技術(shù)進(jìn)行信息傳遞。在實(shí)際應用中由于傳統條碼的容量有限，在進(jìn)行信息傳遞時(shí)必須可視聯(lián)系，在生產(chǎn)過(guò)程中需要手動(dòng)修改和更新，大大降低信息傳遞的效率，降低了企業(yè)的生產(chǎn)效率。RFID技術(shù)可以實(shí)現在更小的空間存儲更多的信息。RFID電子標簽就相當于一個(gè)便攜的數據庫或數據文件，真正實(shí)現了對物料的描述，可以隨著(zhù)人、包裝物、工件、文件、卡片或標簽旅行。此外它還具有壽命長(cháng)、讀取距離大、可引入加密機制、高可靠性、具有糾錯功能、可表示圖像數據和表示多種語(yǔ)言文字信息等特點(diǎn)。
　　
RFID電子標簽的信息通過(guò)無(wú)線(xiàn)電頻率收發(fā) 。RFID在對象和讀寫(xiě)器之間不需要條碼所必須的可視的聯(lián)系。從而可以在元人照管的情況下完成識別和信息存儲過(guò)程。RFID可以穿過(guò)包裝物、運輸容器和金屬之外的多種材料讀出?？梢酝瑫r(shí)讀出多個(gè)標簽的信息。RFID技術(shù)的這種“非接觸式”信息采集的方式和電子標簽充當“移動(dòng)的信息載體”的特點(diǎn)，大大提高了信息的傳遞速度，有效的提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率、市場(chǎng)競爭能力和綜合競爭力。

2．3 RFID技術(shù)在ERP系統中的應用

2．3．1 目前ERP系統存在的問(wèn)題
　　
目前，我國已經(jīng)實(shí)施ERP的部分制造企業(yè)，其應用效果并不理想。其中最為重要的一個(gè)原因是企業(yè)在生產(chǎn)制造過(guò)程中對生產(chǎn)數據的實(shí)時(shí)采集非常困難。如果采用人工方式錄入生產(chǎn)數據往往容易出錯，同時(shí)也失去了生產(chǎn)數據的實(shí)時(shí)性。如果ERP系統運行在缺少準確性和實(shí)時(shí)性的數據基礎上，那么用ERP系統來(lái)指導企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的真正作用就很難實(shí)現。
　　
ERP或企業(yè)其它應用系統建成運行后，基礎數據輸入和信息采集就成為系統即重要又繁重的工作。傳統信息系統的數據輸入方式，一般包括識別、清理和輸入3個(gè)人工環(huán)節。識別：對照預先打印的清單，從一大堆現實(shí)零件的標簽、流水卡或合格證上逐項核對，然后是清點(diǎn)數量，記錄結果；清理：將識別記錄的數據，整理成信息系統要求的格式，也可以認為是數據轉變?yōu)樾畔⒌倪^(guò)程；錄人：按信息系統提供的界面錄入到系統中，完成數據輸入。這樣的過(guò)程大量地出現在定單錄入、采購入庫、產(chǎn)品入庫、配套出庫、物料流轉等過(guò)程。ERP系統本身無(wú)法自動(dòng)識別這些作業(yè)信息，這樣就形成了ERP系統物流和信息流之間的間隙。要徹底解決ERP系統中物流和信息流的集成問(wèn)題，最好的方法是應用RFID技術(shù)等先進(jìn)數字識別技術(shù)。

2．3．2 RFID技術(shù)與ERP系統集成應用的總體架構



圖2是RFID技術(shù)與ERP系統集成應用的系統架構圖
　　
根據ERP系統的特點(diǎn)，并結合先進(jìn)的RFID技術(shù)，本文提出了RFID技術(shù)與ERP系統的集成應用解決方案。其中圖2是RFID技術(shù)與ERP系統集成應用的系統架構圖。圖中顯示了系統各層次的架構圖，包括軟件平臺和應用模塊體系，以及系統所依賴(lài)的硬件平臺。軟件平臺是系統的基礎核心構件，包括一系列實(shí)現各種核心邏輯的構件，并封裝成不同的構件包：調度策略構件包、界面開(kāi)發(fā)構件包、生產(chǎn)過(guò)程模型構件包、WIP構件包、SPC分析構件包、設備通信接口構件包、ERP接口構件包、RFID終端構件包。應用模塊體系建立在軟件平臺和硬件平臺的架構之上，實(shí)現系統的各項具體管理功能，具體包括：生產(chǎn)過(guò)程建模、生產(chǎn)計劃及生產(chǎn)管理、現場(chǎng)數據采集、物料跟蹤查詢(xún)、在制品跟蹤查詢(xún)、產(chǎn)品生命周期檔案、質(zhì)量及績(jì)效分析查詢(xún)、網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò )應用。

2. 3. 3 RFID技術(shù)與ERP系統集成的硬件平臺是系統集成應用的基礎。這個(gè)硬件平臺包括：RFID數據的集成終端、通信方式。

1)RFID數據集成終端RFID DCS終端機(閱讀器)
　　
將主要安裝在生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)工位上，用于為ERP系統提供有關(guān)物料、制品、設備狀況、人員信息等方面的信息，同時(shí)也為具體操作者提供作業(yè)信息的雙向溝通。RFID數據集成終端需要滿(mǎn)足以下要求：自動(dòng)采集的需要：能無(wú)接觸、自動(dòng)采集物料、在制品、工位、人員等信息；數據采集環(huán)境的多樣化需要：要求采集設備、采集終端具有防潮、防油、防雷、放電磁干擾、防熱等性能； 應用模塊 現場(chǎng)資料查詢(xún)的需要：可查詢(xún)生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品批次一等信息； 圖2 RFID技術(shù)與ERP系統集成應用的系統架構圖信息輸入的需要：設備狀況信息、加工數量、加工情況、質(zhì)量信息等。

2)通信方式
　　
選擇RS485串口通信電路和TCP／IP網(wǎng)絡(luò )通信接口電路中的作為其中一種通信方式與PC機進(jìn)行接口。終端采集到的信息經(jīng)過(guò)通信接口進(jìn)入Pc機后，Pc機再存儲信息，處理信息，并將結果保存到服務(wù)器。Pc機也可以將車(chē)間當天的生產(chǎn)計劃以及車(chē)間的生產(chǎn)情況經(jīng)通信接口傳送到終端并在終端的液晶顯示屏上加以顯示，工人看到反饋信息后知道當天的生產(chǎn)任務(wù)以及目前的工作狀況從而執行生產(chǎn)任務(wù)。在RFID DCS終端采集系統中，PC機與終端之間有一定的通訊協(xié)議，以保證終端數據的通訊成功?；赗S485通信的車(chē)間數據采集終端通信流程圖如圖3所示。

2．3．4 RFID技術(shù)與ERP系統集成應用架構及功能模塊
　　
采用基于RFID的數據采集終端設備作為車(chē)間內各生產(chǎn)單元功能站的主要構件，通過(guò)對各個(gè)生產(chǎn)單元的數據收集生產(chǎn)工藝流向(工位)和反饋，組成覆蓋全廠(chǎng)或者整個(gè)流水線(xiàn)的、滿(mǎn)足閉環(huán)生產(chǎn)管理需要的開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò )。采用數據庫服務(wù)器進(jìn)行實(shí)時(shí)數據存取和比照，實(shí)現生產(chǎn)信息的監視、控制和生產(chǎn)過(guò)程的管理。支持雙機架構，提供高效和高可用性服務(wù)，以大型數據庫為設計基礎，便于大量實(shí)時(shí)數據的存儲、比對、運作，產(chǎn)生各類(lèi)統計分析報表，及基于Web應用，提供標準網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò )的瀏覽查詢(xún)和遠程資料索取。
　　
由圖4可見(jiàn)，各功能站通過(guò)局域網(wǎng)對系統服務(wù)器進(jìn)行交互操作，同時(shí)其他各查詢(xún)終端也通過(guò)局域網(wǎng)查詢(xún)服務(wù)器處理后提供的數據、報表和圖形。在企業(yè)外部，通過(guò)Intemet可以連接到服務(wù)器，在設定的權限內對系統進(jìn)行信息發(fā)布或讀取操作。公司內部管理和外部相關(guān)業(yè)務(wù)單位通過(guò)本系統聯(lián)系形成了一個(gè)緊密的整體，做到實(shí)時(shí)信息共享，使業(yè)務(wù)流程變得有序而高效。

1)生產(chǎn)過(guò)程建模
　　
生產(chǎn)過(guò)程建模主要用于對各種產(chǎn)品的生產(chǎn)相關(guān)數據設定，它通過(guò)模擬生產(chǎn)的實(shí)際情況，來(lái)描述產(chǎn)品的加工工藝、路線(xiàn)，定義產(chǎn)品的物料信息及缺陷信息，描述加工機器的生產(chǎn)能力與加工方式等重要信息，并進(jìn)而提供了后續跟蹤行為的基礎架構和系統配置，建立生產(chǎn)業(yè)務(wù)模型，同時(shí)也定義了數據庫存儲細節。

2)生產(chǎn)計劃及生產(chǎn)管理



圖3 基于RS485通信的車(chē)間數據采集終端通信流程圖
　　
在本模塊中，將作業(yè)計劃與生產(chǎn)管理結合在一起，以體現計劃與管理的一體效應和及時(shí)的比對，具體包括以下內容：日計劃的自動(dòng)生成采用獨立的日計劃生成服務(wù)程序，直接通過(guò)局域網(wǎng)與終端上位機通訊，可減少查詢(xún)和傳送終端數據時(shí)訪(fǎng)問(wèn)數據庫的頻率，大大減輕了數據庫管理系統的負擔。車(chē)間作業(yè)計劃管理模塊首先利用ERP接口構件，獲得廠(chǎng)部或ERP等管理系統傳下的生產(chǎn)計劃的要求，然后調用調度策略構件，結合生產(chǎn)作業(yè)所需使用的資源，包括設備、人員、物料、歷史記錄等，在短時(shí)間之內對車(chē)間生產(chǎn)情況進(jìn)行預測(如各工單每周生產(chǎn)現況之掌握)，編制車(chē)間作業(yè)計劃，確保資源分配符合計劃調度最佳化的目標。車(chē)間作業(yè)計劃直接下達到各車(chē)間、倉庫等生產(chǎn)單元，指導具體的生產(chǎn)作業(yè)，達到BTO生產(chǎn)標準。同時(shí)提供實(shí)時(shí)生產(chǎn)情況的查詢(xún)連接，便于及時(shí)調整計劃。



圖4 RFID技術(shù)與ERP系統集成應用圖

3)現場(chǎng)數據采集
　　
現場(chǎng)數據采集模塊依靠RFID DCS和其它設備通信接口構件和現場(chǎng)設備進(jìn)行信息交互，并運行由接口開(kāi)發(fā)構件組成的各個(gè)接口或鍵盤(pán)，給現場(chǎng)操作人員提供信息輸入接口，幫助系統擁有第一手信息，將所需的與生產(chǎn)制造相關(guān)信息通通收集在內。

4)物料跟蹤查詢(xún)
　　
所謂物料，包括零部件、外協(xié)件、替換件以及生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的邊、角、余料和廢料等生產(chǎn)材料。物料的追蹤查詢(xún)主要實(shí)現對物料的個(gè)體／批次在生產(chǎn)在線(xiàn)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。

5)在制品跟蹤查詢(xún)
　　
提供對生產(chǎn)在線(xiàn)正在制造產(chǎn)品狀況的跟蹤查詢(xún)。通過(guò)該模塊，管理人員可以迅速及時(shí)地了解生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)情況，實(shí)時(shí)監控產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。后臺連接至相應的數據庫，可以顯示相關(guān)時(shí)段相應工單的基本信息、棧板信息、產(chǎn)品分布狀況、流程及維修狀況、詳細部件信息等。有了WIP就可以隨時(shí)隨地了解產(chǎn)品在生產(chǎn)在線(xiàn)的位置和具體情況，防止故障堆積，幫助降低在制品數量。

6)產(chǎn)品生命周期檔案
　　
了解單件產(chǎn)品的整個(gè)生命周期在很多情況下非常有用，產(chǎn)品追蹤是制造管理軟件必備的功能之一。它除了滿(mǎn)足品質(zhì)保證、統計分析、存貨管理等的要求之外，還可讓使用者回溯至任何一個(gè)生產(chǎn)步驟、任何一筆加工資料，即使是特別處理的加工手續也不例外。

7)質(zhì)量及績(jì)效分析查詢(xún)
　　
QC：質(zhì)量管理(Quality Contro1)：顯示在線(xiàn)檢驗的檢驗率產(chǎn)品合格率；顯示檢驗的產(chǎn)品總數，即顯示產(chǎn)量、質(zhì)量等信息；按機型等參數對檢驗結果查詢(xún)不良現象。QA：質(zhì)量保證(Quality Assurance)：采用抽檢的方法，對以批為單位的產(chǎn)品進(jìn)行檢驗，若不良率高于標準，則QA有權整批退貨，QA必須確定產(chǎn)品質(zhì)量符合客戶(hù)要求后才可運出。
　　
QM：質(zhì)量管理：提供全面的生產(chǎn)質(zhì)量信息查詢(xún)，分析及統計產(chǎn)品合格率、返修率和直通率等反映系統總體性能和效率的參數，實(shí)時(shí)反應車(chē)間質(zhì)量狀況。SPC：統計制程控制(Statistics Process Contro1)：質(zhì)量統計控制(SPC)是質(zhì)量管理的高級功能，它從生產(chǎn)過(guò)程中收集質(zhì)量數據，應用統計分析技術(shù)，科學(xué)地區分出生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品質(zhì)量的隨機波動(dòng)與異常波動(dòng)，從而對生產(chǎn)過(guò)程的異常趨勢提出預警，以便管理人員及時(shí)采取措施，消除異常，恢復過(guò)程的穩定，從而達到提高和控制質(zhì)量的目的。IQT：原材料質(zhì)量跟蹤(Incoming Quality Tracking)：負責原材料的質(zhì)量跟蹤，并與供應鏈管理系統(SCM)連接，記錄進(jìn)料檢驗信息和供貨商供貨質(zhì)量統計分析，為進(jìn)料選擇和控制做好基礎數據工作。這樣一旦某一批產(chǎn)品因為原料的緣故發(fā)生質(zhì)量問(wèn)題，可以迅速追溯或索賠。

8)網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò )應用
　　
網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò )應用模塊運用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò )可視化技術(shù)、WEB技術(shù)、．NET技術(shù)、中間件技術(shù)和可擴展的程序結構，提供一個(gè)安全的架構、普通的導航方法和友好的圖形用戶(hù)接口(GUI)來(lái)獲取由系統轉換生成的窗口、報告、文件、報警、歷史和實(shí)時(shí)信息，為公司內部、客戶(hù)和外部供應鏈提供簡(jiǎn)便的信息途徑，同時(shí)采用標準的瀏覽器作為客戶(hù)端接口，減少系統安裝和維護的成本。

3 總結

本文分析了傳統ERP系統在企業(yè)應用中存在的基礎數據采集困難問(wèn)題，結合了RFID先進(jìn)自動(dòng)識別技術(shù)，提出了RFID技術(shù)與ERP系統集成應用的巨大優(yōu)勢，同時(shí)給出了RFID技術(shù)與ERP系統集成應用的解決方案。