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RFID技术加盟服装生产信息化管理
作者：RFID世界网 收编
来源：自动识别网
日期：2010-04-01 09:09:33
摘要：传统的服装生产过程由于受信息采集手段的制约，致使企业管理层对生产进度、物料流转等状态信息难以实时准确的掌控，严重影响了服装企业的核心竞争力。
我国是世界最大的服装生产和出口国，服装企业为GDP高速增长贡献突出。但多数服装企业仍沿用传统生产管理方式，信息化程度低、问题和弊病明显，主要体现在以下几方面：无法掌握实际生产状态和物料状态，不能针对性进行任务和物料的分配、调整，职工有效生产时间往往不足工时的60%~70%；出现产品质量问题难以准确追溯到责任人，无法严格质量监管，产品质量水平偏低；无法准确追踪生产各个环节间物料流转，物料丢失、浪费现象频繁，成本人为提高；无法掌控各项生产任务的实时进度，订单逾期风险高，多任务生产资源调度协调困难。
这些问题严重影响了服装生产企业的整体效益。2008年以来，随着人民币升值、劳动力成本上涨、金融危机造成外需减少等多种不利因素，服装行业面临更大的生存压力。服装企业要继续生存和发展，采用信息化手段解决生产管理存在问题、提高企业核心竞争力，变得十分必要。
服装生产信息化的难题与解决手段
服装生产企业普遍存在产品款式多、工艺复杂、批量小批次多、订单个性化要求高等特点，反映在信息模型上就是信息量大、种类多、信息之间关联和处理规则复杂。服装企业要实现生产信息化管理，首先面临一个难题：如何将生产过程中大量物料、半成品、人员、设备等底层状态信息实时、准确采集并提供给管理层。
传统信息采集手段无法解决这个难题，如：人工记录方式无法保证数据的实时性、准确性；条码标签的识别率受服装车间粉尘、纤维污染以及物料动态特性的影响会造成可靠性降低。有效信息采集手段的缺失，是造成传统MES等信息化系统在服装生产过程无法充分发挥作用的重要原因之一。
RFID技术的特点决定其在生产过程信息采集方面有以下优势：
1、可以在不影响生产物料正常运转的前提下，实现生产物流和数据信息流的无缝集成；
2、采用电磁场空间耦合的方式，能够在车间充满灰尘、纤维等污染的环境下正常使用；
3、标签具备信息读写功能，可实现生产对象信息本地化保存和读取；
4、标签采用全球惟一识别码及完善的安全认证机制，可以防止标签伪造和数据的恶意篡改。
RFID技术在服装生产应用现状
虽然RFID技术在生产信息化方面有明显优势，但是目前国内外服装生产企业RFID应用还不成熟，在少量的应用案例中也只是用电子标签代替纸质工单来存储信息，没有真正发挥RFID技术的优势。造成这种现状的原因主要有几点：
1、国内服装企业多处于产业链下游，利润空间低、成本敏感，无法引进国外昂贵的工业RFID设备与系统。
2、RFID技术应用于服装生产过程有相当技术难度，而国内在该领域研究起步较晚，更多停留在系统架构和软件层面的研究，缺乏对工业RFID读写器、中间件、实时信息传输和数据处理等底层关键技术的研究和突破。
针对RFID技术在服装生产信息化的应用需求，依托国家863项目资助，北京三博中自科技有限公司重点研究服装生产过程RFID的适用性及应用关键技术，并构建了基于RFID的服装生产信息化管理系统，以解决传统服装生产过程管理中存在的问题。
基于RFID的服装生产信息化管理系统总体设计与应用实现
典型服装加工企业生产过程相关环节主要包括：生产任务制订与下达、原辅料领取、加工生产、质量检验和整理包装等。在典型针织服装企业生产环节针对性应用RFID技术，采集各环节的现场信息汇总到企业信息服务器，构建基于RFID的服装生产信息化管理系统，主要实现生产任务进度控制、生产物料追踪以及生产核心环节实时监控调度等功能。
生产任务进度控制
为了实现各生产任务进度的实时采集和控制，每个生产任务从制订下达开始就生成一张电子标签任务卡。任务卡保存必要的任务信息，由该任务的生产管理员持有。原辅料领取、加工生产、质量检验和整理包装的每个生产流程环节都设有RFID读写设备，用于采集或写入任务进度相关信息，并上传给企业信息服务器供管理层实时查看和处理。
生产任务制订、下达和管理由计划部完成。计划部下达每项任务时，将任务相关内容写入一张13.56MHz的电子标签（任务卡）发给任务管理员。任务卡的数据存储分为UID区、基础信息区和过程信息区。UID区是独立分区，存储标签的全球惟一编码，在标签出厂时被固化无法更改。基础信息区存储任务号、数量、款式、交货日期等任务信息，只有计划部拥有写入权限，其他生产环节对于该区只有读取权限；过程信息区为不同生产环节划分不同的子区域，每个环节在生产过程中可以根据需要在对应子区域写入或读取相应信息。
任务信息写入由计划部PC机连接RS232/USB接口的台式RFID读写器实现，任务卡信息通过企业内部网上传给企业信息服务器。生产过程中，任务管理员需要在相应环节的RFID读写器进行任务卡读取或写入操作才能执行后续生产，该任务执行进度信息实时上传给信息服务器。生产任务全部工序完成后，任务卡自动失效，需交还计划部下次重新写入。
计划部和企业管理层可以通过企业内部网的客户端访问信息服务器，查看各个生产任务的进度信息；客户则可以通过Internet经过防火墙按权限访问企业信息服务器，查看相应订单进度信息。
生产物料追踪
针对服装生产过程物料在各个环节之间流转搬运过程易发生丢失、遗忘现象，采用电子标签对生产过程各环节的输入和输出物料进行标识，并通过各环节的RFID读写设备写入、读取及核对相应数量、种类等信息。这些信息实时上传给企业信息服务器并保存，实现物料流转全程追踪。
针织服装企业生产过程主要分为裁剪、缝制、检验、整理、包装五个环节，生产物料出库后在这五个环节顺序流转，生产完毕后直接发货或入成品库存放。将各环节之间传递的物料按单元加装电子标签，每个环节接收到物料必须先用读写器进行识别和核验，发现差错可以及时追查。
该功能实现需要在每个环节安装RFID读写器、操作终端以及相应的计算机和软件。考虑到服装企业的特点，每个环节都配计算机及软件成本难以承受，且不利于管理维护。如果直接由企业信息服务器对这些现场分布设备进行管理，接口中间件繁重的数据采集、通讯和处理工作量会加重服务器的负荷，从而影响整个企业信息系统的实时性和可靠性。
为了适应服装企业特点，我们提出软硬结合、集中分布相结合的中间件概念。将中间件的主要功能按功能单元进行划分，每个单元由独立硬件设备——接口控制器实现。接口控制器负责其功能单元内RFID读写器、操作终端等信息采集设备的功能设定、操作控制、故障检测、数据提取、过滤、格式转换，再通过以太网接口将现场数据上传给企业信息服务器。服务器端只需要一个简单的软件中间件实现接口协议转换后，提供一组标准的接口函数给应用管理程序即可。这种软硬件结合、分布集中相结合的设计，降低了服务器的负荷，提高了现场数据采集和控制的稳定性和可靠性。
以裁剪环节为例具体说明物料追踪实现。裁剪环节需要用RFID读写器读取原辅料的电子标签信息，通过接口控制器和企业信息服务器进行通讯，核对原辅料数量、规格是否和出库数量一致，结果在操作终端液晶屏显示。裁剪完毕的衣片需要捆扎成包并加装电子标签，通过操作终端输入每包数量、规格信息，由RFID读写器将信息写入电子标签，同时接口控制器将写入信息和标签UID关联上传给企业信息服务器。
生产核心环节实时监控调度
多数服装企业生产针织服装，生产的核心环节是缝制，对于产品总体生产效率和质量起决定作用。但是缝制环节工序复杂、人员众多，原料、辅料、半成品等物料集中，信息化管理难度大。
传统缝制环节人员以班组为单位按工序依次排列，投入一批物料按顺序加工，每完成一道工序后捆扎好向后继工序搬运。这种方式中由于物料捆扎、搬运以及职工进度不同造成的等待都影响效率，而且出现质量问题也难以及时发现和处理。
在缝制环节采用基于RFID的生产实时监控和配送调度系统, 其架构如图1所示：
系统软件运行前，需要先由生产管理员配置生产工艺编排、工序分配等必要参数。该系统运行中缝制生产线的实时物料状态、设备状态、每个工位职工的进度信息都会在界面实时显示，系统可以动态调整各个工位的物料分配达到效率最大化。而且一件衣物的每道工序加工信息都被准确记录，一旦出现质量问题可以准确追溯到个人，提高了质量监管水平。实时生产数据处理完毕后，保存到历史数据库中，生成各种统计和分析报表，产品出现质量问题可以根据历史数据进行追溯。历史数据定时上传到企业信息服务器，供管理层查询。
系统应用效果
目前，基于RFID的服装生产信息化管理系统已在江苏南通某针织服装企业建立应用示范工程，应用系统整体架构示意图参见图2。
该系统经过半年的实际生产运行，取得如下效果：
核心生产环节缝制车间的效率平均提高30%以上，特别对于小批量多批次生产效率可提高50%以上，订单交货周期平均缩短15~20%。
生产过程物料丢失损耗情况减少80%以上，平均每个生产任务节省原料成本3~5%；
产品质量问题减少70%以上，且未出现同一质量问题在某批次大量重复的情况；
生产信息化程度提高使管理层和客户可以实时查询任务/订单进度状态，未出现订单逾期情况，客户满意度明显提高。
系统的意义和推广价值。
该系统结合服装行业的生产工艺流程和管理方式的特点，将RFID等信息化技术应用于服装企业生产过程的各个主要环节，实现了生产任务进度控制、生产物料追踪以及生产核心环节实时监控调度等功能。通过实际生产运行，提高了生产效率，降低了质量问题和物料损耗，使企业管理水平有明显改善。
系统设计过程中严格注意成本控制，比如：RFID标签采用闭环循环使用方式，尽可能采用成本较低的13.56MHz RFID读写器设备，通过接口控制器应用减少计算机数量等。在满足功能需求的情况下最大限度降低成本，在利润率低、成本敏感的服装企业会有很好的推广前景。
此外，该系统特别重视软硬件产品在工业现场的可靠性设计，RFID读写器、接口控制器以及监控调度软件在其他离散制造行业也有拓展应用价值。
这些问题严重影响了服装生产企业的整体效益。2008年以来，随着人民币升值、劳动力成本上涨、金融危机造成外需减少等多种不利因素，服装行业面临更大的生存压力。服装企业要继续生存和发展，采用信息化手段解决生产管理存在问题、提高企业核心竞争力，变得十分必要。
服装生产信息化的难题与解决手段
服装生产企业普遍存在产品款式多、工艺复杂、批量小批次多、订单个性化要求高等特点，反映在信息模型上就是信息量大、种类多、信息之间关联和处理规则复杂。服装企业要实现生产信息化管理，首先面临一个难题：如何将生产过程中大量物料、半成品、人员、设备等底层状态信息实时、准确采集并提供给管理层。
传统信息采集手段无法解决这个难题，如：人工记录方式无法保证数据的实时性、准确性；条码标签的识别率受服装车间粉尘、纤维污染以及物料动态特性的影响会造成可靠性降低。有效信息采集手段的缺失，是造成传统MES等信息化系统在服装生产过程无法充分发挥作用的重要原因之一。
RFID技术的特点决定其在生产过程信息采集方面有以下优势：
1、可以在不影响生产物料正常运转的前提下，实现生产物流和数据信息流的无缝集成；
2、采用电磁场空间耦合的方式，能够在车间充满灰尘、纤维等污染的环境下正常使用；
3、标签具备信息读写功能，可实现生产对象信息本地化保存和读取；
4、标签采用全球惟一识别码及完善的安全认证机制，可以防止标签伪造和数据的恶意篡改。
RFID技术在服装生产应用现状
虽然RFID技术在生产信息化方面有明显优势，但是目前国内外服装生产企业RFID应用还不成熟，在少量的应用案例中也只是用电子标签代替纸质工单来存储信息，没有真正发挥RFID技术的优势。造成这种现状的原因主要有几点：
1、国内服装企业多处于产业链下游，利润空间低、成本敏感，无法引进国外昂贵的工业RFID设备与系统。
2、RFID技术应用于服装生产过程有相当技术难度，而国内在该领域研究起步较晚，更多停留在系统架构和软件层面的研究，缺乏对工业RFID读写器、中间件、实时信息传输和数据处理等底层关键技术的研究和突破。
针对RFID技术在服装生产信息化的应用需求，依托国家863项目资助，北京三博中自科技有限公司重点研究服装生产过程RFID的适用性及应用关键技术，并构建了基于RFID的服装生产信息化管理系统，以解决传统服装生产过程管理中存在的问题。
基于RFID的服装生产信息化管理系统总体设计与应用实现
典型服装加工企业生产过程相关环节主要包括：生产任务制订与下达、原辅料领取、加工生产、质量检验和整理包装等。在典型针织服装企业生产环节针对性应用RFID技术，采集各环节的现场信息汇总到企业信息服务器，构建基于RFID的服装生产信息化管理系统，主要实现生产任务进度控制、生产物料追踪以及生产核心环节实时监控调度等功能。
生产任务进度控制
为了实现各生产任务进度的实时采集和控制，每个生产任务从制订下达开始就生成一张电子标签任务卡。任务卡保存必要的任务信息，由该任务的生产管理员持有。原辅料领取、加工生产、质量检验和整理包装的每个生产流程环节都设有RFID读写设备，用于采集或写入任务进度相关信息，并上传给企业信息服务器供管理层实时查看和处理。
生产任务制订、下达和管理由计划部完成。计划部下达每项任务时，将任务相关内容写入一张13.56MHz的电子标签（任务卡）发给任务管理员。任务卡的数据存储分为UID区、基础信息区和过程信息区。UID区是独立分区，存储标签的全球惟一编码，在标签出厂时被固化无法更改。基础信息区存储任务号、数量、款式、交货日期等任务信息，只有计划部拥有写入权限，其他生产环节对于该区只有读取权限；过程信息区为不同生产环节划分不同的子区域，每个环节在生产过程中可以根据需要在对应子区域写入或读取相应信息。
任务信息写入由计划部PC机连接RS232/USB接口的台式RFID读写器实现，任务卡信息通过企业内部网上传给企业信息服务器。生产过程中，任务管理员需要在相应环节的RFID读写器进行任务卡读取或写入操作才能执行后续生产，该任务执行进度信息实时上传给信息服务器。生产任务全部工序完成后，任务卡自动失效，需交还计划部下次重新写入。
计划部和企业管理层可以通过企业内部网的客户端访问信息服务器，查看各个生产任务的进度信息；客户则可以通过Internet经过防火墙按权限访问企业信息服务器，查看相应订单进度信息。
生产物料追踪
针对服装生产过程物料在各个环节之间流转搬运过程易发生丢失、遗忘现象，采用电子标签对生产过程各环节的输入和输出物料进行标识，并通过各环节的RFID读写设备写入、读取及核对相应数量、种类等信息。这些信息实时上传给企业信息服务器并保存，实现物料流转全程追踪。
针织服装企业生产过程主要分为裁剪、缝制、检验、整理、包装五个环节，生产物料出库后在这五个环节顺序流转，生产完毕后直接发货或入成品库存放。将各环节之间传递的物料按单元加装电子标签，每个环节接收到物料必须先用读写器进行识别和核验，发现差错可以及时追查。
该功能实现需要在每个环节安装RFID读写器、操作终端以及相应的计算机和软件。考虑到服装企业的特点，每个环节都配计算机及软件成本难以承受，且不利于管理维护。如果直接由企业信息服务器对这些现场分布设备进行管理，接口中间件繁重的数据采集、通讯和处理工作量会加重服务器的负荷，从而影响整个企业信息系统的实时性和可靠性。
为了适应服装企业特点，我们提出软硬结合、集中分布相结合的中间件概念。将中间件的主要功能按功能单元进行划分，每个单元由独立硬件设备——接口控制器实现。接口控制器负责其功能单元内RFID读写器、操作终端等信息采集设备的功能设定、操作控制、故障检测、数据提取、过滤、格式转换，再通过以太网接口将现场数据上传给企业信息服务器。服务器端只需要一个简单的软件中间件实现接口协议转换后，提供一组标准的接口函数给应用管理程序即可。这种软硬件结合、分布集中相结合的设计，降低了服务器的负荷，提高了现场数据采集和控制的稳定性和可靠性。
以裁剪环节为例具体说明物料追踪实现。裁剪环节需要用RFID读写器读取原辅料的电子标签信息，通过接口控制器和企业信息服务器进行通讯，核对原辅料数量、规格是否和出库数量一致，结果在操作终端液晶屏显示。裁剪完毕的衣片需要捆扎成包并加装电子标签，通过操作终端输入每包数量、规格信息，由RFID读写器将信息写入电子标签，同时接口控制器将写入信息和标签UID关联上传给企业信息服务器。
生产核心环节实时监控调度
多数服装企业生产针织服装，生产的核心环节是缝制，对于产品总体生产效率和质量起决定作用。但是缝制环节工序复杂、人员众多，原料、辅料、半成品等物料集中，信息化管理难度大。
传统缝制环节人员以班组为单位按工序依次排列，投入一批物料按顺序加工，每完成一道工序后捆扎好向后继工序搬运。这种方式中由于物料捆扎、搬运以及职工进度不同造成的等待都影响效率，而且出现质量问题也难以及时发现和处理。
在缝制环节采用基于RFID的生产实时监控和配送调度系统, 其架构如图1所示：
图1 基于RFID的生产监控和配送调度系统架构示意图
系统软件运行前，需要先由生产管理员配置生产工艺编排、工序分配等必要参数。该系统运行中缝制生产线的实时物料状态、设备状态、每个工位职工的进度信息都会在界面实时显示，系统可以动态调整各个工位的物料分配达到效率最大化。而且一件衣物的每道工序加工信息都被准确记录，一旦出现质量问题可以准确追溯到个人，提高了质量监管水平。实时生产数据处理完毕后，保存到历史数据库中，生成各种统计和分析报表，产品出现质量问题可以根据历史数据进行追溯。历史数据定时上传到企业信息服务器，供管理层查询。
系统应用效果
目前，基于RFID的服装生产信息化管理系统已在江苏南通某针织服装企业建立应用示范工程，应用系统整体架构示意图参见图2。
图2基于RFID的服装生产信息化管理系统架构示意图
该系统经过半年的实际生产运行，取得如下效果：
核心生产环节缝制车间的效率平均提高30%以上，特别对于小批量多批次生产效率可提高50%以上，订单交货周期平均缩短15~20%。
生产过程物料丢失损耗情况减少80%以上，平均每个生产任务节省原料成本3~5%；
产品质量问题减少70%以上，且未出现同一质量问题在某批次大量重复的情况；
生产信息化程度提高使管理层和客户可以实时查询任务/订单进度状态，未出现订单逾期情况，客户满意度明显提高。
系统的意义和推广价值。
该系统结合服装行业的生产工艺流程和管理方式的特点，将RFID等信息化技术应用于服装企业生产过程的各个主要环节，实现了生产任务进度控制、生产物料追踪以及生产核心环节实时监控调度等功能。通过实际生产运行，提高了生产效率，降低了质量问题和物料损耗，使企业管理水平有明显改善。
系统设计过程中严格注意成本控制，比如：RFID标签采用闭环循环使用方式，尽可能采用成本较低的13.56MHz RFID读写器设备，通过接口控制器应用减少计算机数量等。在满足功能需求的情况下最大限度降低成本，在利润率低、成本敏感的服装企业会有很好的推广前景。
此外，该系统特别重视软硬件产品在工业现场的可靠性设计，RFID读写器、接口控制器以及监控调度软件在其他离散制造行业也有拓展应用价值。
