RFID技术在离散MES的设计

1 MES系统与RFID技术 

　　1.1 离散制造业MES系统 

　　制造执行系统 (manufacturing executiON system,简称MES)是美国AMR公司(Advanced Manufacturing Research,Inc.)在90年代初提出的，旨在加强MRP计划的执行功能，把MRP计划同车间作业现场控制，通过执行系统联系起来。这里的现场控制包括PLC程控器、数据采集器、条形码、各种计量及检测仪器、机械手等。MES系统设置了必要的接口，与提供生产现场控制设施的厂商建立合作关系。MES能通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当工厂发生实时事件时，MES能对此及时做出反应、报告，并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。这种对状态变化的迅速响应使MES能够减少企业内部没有附加值的活动，有效地指导工厂的生产运作过程，从而使其既能提高工厂及时交货能力，改善物料的流通性能，又能提高生产回报率。MES还通过双向的直接通讯在企业内部和整个产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信息。 

　　1.2 RFID技术 

　　射频识别技术(Radio Frequency Identification,缩写RFID)，射频识别技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。从信息传递的基本原理来说，射频识别技术在低频段基于变压器耦合模型(初级与次级之间的能量传递及信号传递)，在高频段基于雷达探测目标的空间耦合模型(雷达发射电磁波信号碰到目标后携带目标信息返回雷达接收机)。1948年哈里斯托克曼发表的"利用反射功率的通信"奠定了射频识别技术的理论基础。 

2 需求分析 

　　随着市场竞争加剧，产品生命周期缩短，离散制造业对市场反应速度的敏感性越来越强。而与反应速度有关的参数，最具有代表性的是反应时间和交货期。为此，企业必须采用信息技术和先进制造技术在保障质量的前提下提高企业的生产效率。这更加要求管理人员加强企业资源计划层和过程控制层之间的生产过程管理。 

　　将RFID技术应用于离散制造执行系统设计，弥补了企业资源计划和控制层存在信息管理的断层和信息反馈延迟，实现车间生产数据的传递通畅。可以使生产准备时间和生产周期大大缩短、产品质量提高、车间资源得以更有效的利用、车间管理能力和管理效率快速提升、在制品追溯速度和准确性大幅度提高以及工时管理将更加科学合理。 

3 系统设计目标 

　　离散MES系统可以充分利用RFID的技术优势，解决企业计划层与车间现场控制层间信息和管理的断层问题，实现制造和质量的可视化和数字化管理。 

　　(1)产能分析：可以同时对车间，班组，设备及人员进行多方面分析，使管理者了解现场生产进度，调度资源，提高生产效率。 

　　(2)生产的全程实时追踪：准确跟踪每个在制品的生产情况，了解不同订单的完工情况，为管理人员进行决策提供强有力的支持。 

　　(3)提高产品质量：建立计算机辅助质量保证系统，实现质量检查记录和质量统计分析的计算机管理，可迅速查找出质量隐患，有效降低产品质量事故的发生率。质量体系的建立和管理的加强将使产品质量和生产质量进一步提高，损失费用大幅度降低，有效节约成本。 

　　(4)提供报表打印依据：各种生产数据的绕计汇总以及各种报表的生成打印，全部由计算机管理，替代以前的人工计算、登帐、手工报表的工作。减轻相关工作人员的工作。 

　　(5)解决半成品积压问题：可以随时提供不同工位的在线数量、在线时间。帮助企业管理者提前发现影响生产进度环节，为平衡生产提供帮助。 

4 MES系统应用方案 

　　由于RFID电子标签价格较为昂贵，在制造业等领域普及率较低，同时在各个行业也井未形成统一的标准。本文提出的离散制造业MES应用RFlD技术设计方案的核心思想是在企业内部范围内，用RFID标签跟踪产品生产制造过程。原料加工时捆绑RFID电子标签，电子标签内写有该在制品的全部信息，电子标签可以重复循环使用。在每道生产工序工位上设置RFID电子标签读卡器，对在制品进行生产跟踪。产品在工位控制器通过RFID读卡器读取电子标签信息，将产品型号规格、生产时间等关键信息录入工厂电脑，追踪产品生产信息。 

　　车间工位上的RFID读卡器读取在制品的电子标签信息，通过连接控制器，返回数据库。管理人员既可以对关键零部件进行质量和数量的实时跟踪又可以根据实时变化的信息，通过工厂车间电子看板下发相应生产指令，给予工人相对应的生产操作计划。同时可以对每个产品部件质量进行后期分析。 

5 系统的总体结构 

　　5.1 系统网络拓扑图 

　　基于RFID的离散MES数据采集网络拓扑如图1所示，底层工位读卡器上接控制连接器至服务器，下连生产线上各种在制品。实现底层生产数据的采集和服务器通信的应用集成。车位读卡器实时采集车间现场数据。通过控制连接器将数据反馈到服务器。管理人员通过工厂电脑实时分析现场数据，做出合理决策，并通过工厂电子看板形式告知工厂员工。工厂员工可以根据新的指令完成在制品。RFID读卡器读取在制品电子标签信息。一方面传送至工厂电脑，作为生产监控的基础信息，另一方面回送至车位读卡器，并通过电子看板给予工人相应的生产操作指导。 

图1 RFID数据采集网络拓扑图 

 
　　5.2 系统体系结构图 

　　系统机构采用ERP/MES/PCS三层结构，如图2所示。其中系统集成接口实现MES系统与ERP系统的数据和业务集成。通信中间件采用C/S结构，将无线数据采集器延伸为系统的客户端，采集器可以直接连人数据库进行实时的数据交换。在这种方式下，数据采集器与服务器之间交换的信息量小、通讯效率高、响应速度快、具有较强的数据采集功能，可以满足工厂对数据采集通讯的需求，并且服务器端的负担也较轻。 

图2 系统体系结构 

6 系统特点 

　　现场无纸化作业，避免人工抄写数据之错误，资料快速收集整理，降低了用户的总体成本，并可利用因特网进行远程数据查询。实时掌握现场生产数量与质量状况，准确把握原材料、在制品、设备及员工的信息。利用电子看板，提供现场视觉管理，便于员工准确把握生产进度。维修人员可根据采集信息确定该产品的生产员工，明确责任，并建立生产及质量数据报表。