RFID技術在離散MES的設計

1 MES系統(tǒng)與RFID技術

1.1 離散制造業(yè)MES系統(tǒng)

制造執(zhí)行系統(tǒng) (manufacturing executiON system,簡稱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(zhí)行功能，把MRP計劃同車間作業(yè)現(xiàn)場控制，通過執(zhí)行系統(tǒng)聯(lián)系起來。這里的現(xiàn)場控制包括PLC程控器、數(shù)據(jù)采集器、條形碼、各種計量及檢測儀器、機械手等。MES系統(tǒng)設置了必要的接口，與提供生產(chǎn)現(xiàn)場控制設施的廠商建立合作關系。MES能通過信息傳遞對從訂單下達到產(chǎn)品完成的整個生產(chǎn)過程進行優(yōu)化管理。當工廠發(fā)生實時事件時，MES能對此及時做出反應、報告，并用當前的準確數(shù)據(jù)對它們進行指導和處理。這種對狀態(tài)變化的迅速響應使MES能夠減少企業(yè)內(nèi)部沒有附加值的活動，有效地指導工廠的生產(chǎn)運作過程，從而使其既能提高工廠及時交貨能力，改善物料的流通性能，又能提高生產(chǎn)回報率。MES還通過雙向的直接通訊在企業(yè)內(nèi)部和整個產(chǎn)品供應鏈中提供有關產(chǎn)品行為的關鍵任務信息。

1.2 RFID技術

射頻識別技術(Radio Frequency Identification,縮寫RFID)，射頻識別技術是20世紀90年代開始興起的一種自動識別技術，射頻識別技術是一項利用射頻信號通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術。從信息傳遞的基本原理來說，射頻識別技術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的理論基礎。

2 需求分析

隨著市場競爭加劇，產(chǎn)品生命周期縮短，離散制造業(yè)對市場反應速度的敏感性越來越強。而與反應速度有關的參數(shù)，最具有代表性的是反應時間和交貨期。為此，企業(yè)必須采用信息技術和先進制造技術在保障質(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)資源計劃層和過程控制層之間的生產(chǎn)過程管理。

將RFID技術應用于離散制造執(zhí)行系統(tǒng)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，實現(xiàn)車間生產(chǎn)數(shù)據(jù)的傳遞通暢。可以使生產(chǎn)準備時間和生產(chǎn)周期大大縮短、產(chǎn)品質(zhì)量提高、車間資源得以更有效的利用、車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管理將更加科學合理。

3 系統(tǒng)設計目標

離散MES系統(tǒng)可以充分利用RFID的技術優(yōu)勢，解決企業(yè)計劃層與車間現(xiàn)場控制層間信息和管理的斷層問題，實現(xiàn)制造和質(zhì)量的可視化和數(shù)字化管理。

　　(1)產(chǎn)能分析：可以同時對車間，班組，設備及人員進行多方面分析，使管理者了解現(xiàn)場生產(chǎn)進度，調(diào)度資源，提高生產(chǎn)效率。

　　(2)生產(chǎn)的全程實時追蹤：準確跟蹤每個在制品的生產(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(tǒng)，實現(xiàn)質(zhì)量檢查記錄和質(zhì)量統(tǒng)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)量進一步提高，損失費用大幅度降低，有效節(jié)約成本。

　　(4)提供報表打印依據(jù)：各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)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。減輕相關工作人員的工作。

　　(5)解決半成品積壓問題：可以隨時提供不同工位的在線數(shù)量、在線時間。幫助企業(yè)管理者提前發(fā)現(xiàn)影響生產(chǎn)進度環(huán)節(jié)，為平衡生產(chǎn)提供幫助。

4 MES系統(tǒng)應用方案

由于RFID電子標簽價格較為昂貴，在制造業(yè)等領域普及率較低，同時在各個行業(yè)也井未形成統(tǒng)一的標準。本文提出的離散制造業(yè)MES應用RFlD技術設計方案的核心思想是在企業(yè)內(nèi)部范圍內(nèi)，用RFID標簽跟蹤產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程。原料加工時捆綁RFID電子標簽，電子標簽內(nèi)寫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，對在制品進行生產(chǎn)跟蹤。產(chǎn)品在工位控制器通過RFID讀卡器讀取電子標簽信息，將產(chǎn)品型號規(guī)格、生產(chǎn)時間等關鍵信息錄入工廠電腦，追蹤產(chǎn)品生產(chǎn)信息。

車間工位上的RFID讀卡器讀取在制品的電子標簽信息，通過連接控制器，返回數(shù)據(jù)庫。管理人員既可以對關鍵零部件進行質(zhì)量和數(shù)量的實時跟蹤又可以根據(jù)實時變化的信息，通過工廠車間電子看板下發(fā)相應生產(chǎn)指令，給予工人相對應的生產(chǎn)操作計劃。同時可以對每個產(chǎn)品部件質(zhì)量進行后期分析。

5 系統(tǒng)的總體結構

5.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖

基于RFID的離散MES數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡拓撲如圖1所示，底層工位讀卡器上接控制連接器至服務器，下連生產(chǎn)線上各種在制品。實現(xiàn)底層生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集和服務器通信的應用集成。車位讀卡器實時采集車間現(xiàn)場數(shù)據(jù)。通過控制連接器將數(shù)據(jù)反饋到服務器。管理人員通過工廠電腦實時分析現(xiàn)場數(shù)據(jù)，做出合理決策，并通過工廠電子看板形式告知工廠員工。工廠員工可以根據(jù)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?zhèn)魉椭凉S電腦，作為生產(chǎn)監(jiān)控的基礎信息，另一方面回送至車位讀卡器，并通過電子看板給予工人相應的生產(chǎn)操作指導。

圖1 RFID數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡拓撲圖