RFID在离散制造业生产线的应用研究

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随着制造业市场竞争的日益激烈，企业迫切要求持续提高对市场的反应能力，提高企业的竞争力。由于RFID技术具有非接触、输入速度快、准确度高、可靠性强等优点，突破了数据录入和数据采集的”瓶颈“问题，因此采用RFID技术可以自动跟踪在制品（正在制造的产品，包括构件、半成品、产成品等）的实时分布状况，进行产品和在制品的身份认证和标识。将RFID和现有的MES、ERP、CRM和IDM等信息系统结合，建立起更为强大的供应信息链，对进料、WIP、包装、运输和仓储直到最后发送至供应链的下一环节，进行全方位和全程的可视化跟踪，使得在生产过程和存储运输过程中对在制品的跟踪以及成品的质量追溯更为清晰有据，有助于企业降低产品缺陷率，缩短产品制造的周期，降低生产成本，提高生产效率，提升企业在市场上的综合竞争力。

离散制造业生产线现状

在制造领域，一些国际组织已提出了基于RFID的应用体系架构，如IBM、SAP、微软、QAD、SSA、思博等国际IT巨头已于2004年推出了RFID与erp系统的集成方案，相关的测试和应用推广工作正在进行中。总体而言，目前RFID技术的应用研究正从供应链进入制造过程的核心。现有的应用架构采取的策略是，在工厂车间环节逐步采用RFID技术，IT支持商从中获取信息并传递到现有的、已验证和工业加强的控制系统基础结构，与配置RFID功能的供应链协调。

在不需要更新已有的制造执行系统（MES）和制造信息系统（MIS）的情况下，就可以发送准确、可靠的实时信息流，从而创造附加效益，提高生产率并大幅度地节省投资。

我国的离散型制造主要集中在机械加工、电子元器件制造、汽车、服装、家具、五金、医疗设备、玩具等行业，其生产特点是生产周期较长，产品结构复杂，工艺路线和设备配置非常灵活，临时插单现象多，零部件种类繁多，产品的质量和生产率很大程度依赖于工人的技术水平，自动化主要用于单元级，例如数控机床、柔性制造系统等。

目前，国内已有企业在应用RFID技术方面做了有益的尝试，如青岛海尔公司的冰箱生产线使用了工业级读写器进行产品信息采集，天津丰田汽车公司皇冠车生产线中也使用了RFID读写器产品进行管理。与国外应用水平较高的企业相比，国内的应用水平还处于较初级的阶段，多局限于将MES系统与RFID数据采集进行集成，以进行全程监控制造过程，其实现方法是在MES系统中预先设定各种制造控制规则，利用条码/RFID等自动化数据采集手段实时采集生产线数据，并在制造过程中对采集的数据进行实时校验，以实时减少差错并改进关键绩效指标。同时将执行情况汇总到计划层，从而形成完整、闭环的生产信息流。

因此，研究应用RFID技术，探索重组企业信息流，更大限度地发挥我国制造业现有资源优势，推动企业技术进步及传统制造业的升级换代的可行方案与模式，已成为当务之急。

基于RFID技术的生产管理流程针对完善离散制造行业制造流程规划的目标，研究从产品制造周期角度建立以物流载体和信息流载体系统的规划为主要内容的制造流程规划框架体系，建立基于集成情境的物流和信息流的同步融合模型，进而研究RFID在离散制造业生产线应用的整体解决方案。

以RFID标签所承载的信息作为生产产品（包括原材料）的身份信息，将ERP理念综合MES先进思想对制造业产品的全生命周期生产过程进行自动跟踪与管理，实现产品从订单形成、车间制造、成品入库、销售出厂到用户的整个过程清晰的控制和管理，其系统总体框。

以物流载体和信息流载体的规划来实现制造流程规划，从而建立优化的RFID应用模式及实时动态信息过程模型、物流和信息流的同步融合模型。

以车间每个工序作为信息的采集单元，根据订单和生产能力制定生产计划，将日计划下达到各个工序组织生产，通过RFID卡实现各生产批次的生成与管理。通过研制的智能数据采集终端实时查询生产计划及其加工工艺信息并实时提交设备、首检及加工信息，建立基于RFID的零件分拣平台。

智能数据采集终端即将RFID技术应用到车间生产管理系统，采用RFID来存储的身份信息与产品的批次信息，同时集成其他数据采集与录入功能，实现零配件批号生成与管理以及生产计划、生产工艺、生产状态信息、生产设备信息、质量分析信息的在线查询、显示、录人，实现车间的无纸化作业；通过设计不同的通信协议可适应不同系统管理软件的实时通讯与系统集成。在首检、巡检等环节，采用无线通信方式可增加终端使用的灵活性与多功能性，并设计、开发无线串口和手持终端，终端外观根据人机交互原理与用户界面设计原则进行设计。

基于RFID的在制品追踪与管理模块实现对物料（零部件、外协件、替换件以及生产过程中产生的边、角、余料和废料等）的批次/个体在生产线上推移、传递、消耗、转化等信息的采集、记录、跟踪、整理、分析和共享等信息管理功能；实现对在制品的生产批次/个体在生产线上的过程状况的采集和记录，建立产品个体实时档案，并实现对产品个档的记录追加、跟踪、反馈、整理、分析和共享等信息管理功能，重点包含”个体产品“在制过程的信息管理（料号、人员、工艺、参数、工序、测试等）和”批次产品“在制过程的信息管理（批号、进度、良率、品质、生产绩效等），以便进行产品质量追溯。

基于RFID的零件分拣平台使零件从生产线下来后，直接上钩，通过阅读器对零件进行身份定义，经

过后续处理区间到达包装区间，再由阅读器识别零件身份，自动分拣，实现所有成品混型输出，生产线、后续处理和包装线之间无缝连接，零件分拣准确可靠，实现生产过程中零件的零库存和设备负荷均衡化。

与PDM、ERP 等上层软件的数据融合问题，主要通过理解基于RFID技术的离散制造业务流程和所涉及的动态数据，包括：过程数据、状态数据和控制数据；引入PML技术，研究基于PML的离散制造过程动态数据的封装、解析和转换，从语义和结构上理解数据，建立PML到数据库管理系统的映射，为动态数据的管理提供基础支撑；应用SOA架构和Web服务技术，研究离散制造动态数据的采集、发布、发现、组合、分发、获取等各种服务实现。数据交换技术的方案如图2所示。

面向离散制造业的RFID中间件主要包括开发兼容性好的硬件设备连接组件和离散制造业组件，其技术路线如图3所示。

应用前景

RFID技术的应用正从供应链进入制造过程的核心，通过在工厂车间层逐步采用R F I D技术，制造商可以无缝且不间断地集成从RFID 捕获的信息并链接到现有的、已验证和工业加强的控制系统基础结构，与配置R F I D功能的供应链协调，不需要更新已有的制造执行系统（MES）和制造信息系统（MIS）就可以发送准确、可靠的实时信息流，从而创造附加值，提高生产率和大幅度地节省投资。

在制造行业，无处不在的海量RFID信息的获取、处理、传输和安全对R F I D的系统集成和应用技术提出了新的挑战。RFID系统集成软件将向嵌入式、智能化、可重组方向发展，通过应用中间件技术，构建企业基础信息平台，将使RFID信息资源的组织、管理和利用更为深入和广泛。

随着RFID标签的国产化，成本已降到很低，实施RFID跟踪产品，已是解决离散制造业生产质量、生产效率的有效之路，所以RFID技术在离散制造业生产线的应用探索研究在我国离散制造业具有典范的作用。（来自互联网）