基于RFID的MES系統(tǒng)應(yīng)用研究

1 引言

在我國已實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理的企業(yè)中，超過50%通過使用條碼作為產(chǎn)品的唯一標(biāo)記，通過條碼識別方式追蹤該產(chǎn)品的生命周期。但條碼識別方式因其本身存在缺陷^[1]，常常為企業(yè)管理人員帶來一系列問題難以解決：

（1）條碼無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，生產(chǎn)進(jìn)度將難以掌握，平衡生產(chǎn)線、實(shí)時(shí)解決生產(chǎn)瓶頸無法實(shí)現(xiàn)。

（2）使用條碼作為工人計(jì)件工資的證據(jù)，每個(gè)工序需額外消耗動作時(shí)間，企業(yè)合計(jì)每天損失大量工時(shí)。

（3）條碼一般是紙制品，通過條碼打印機(jī)打印出來。一旦印刷不清晰、有折疊痕跡、甚至出現(xiàn)破損等問題時(shí)，條碼槍便很難識別。統(tǒng)計(jì)人員經(jīng)常會為遇到不能識別的條碼頭痛。

（4）企業(yè)上一套系統(tǒng)為的是規(guī)范管理、降低成本，使用了條碼，反而因條碼本身缺陷問題增加了企業(yè)的負(fù)擔(dān)。

2 MES系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 MES系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

（1）基于RFID技術(shù)，讓MES實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流水線的每個(gè)工序的生產(chǎn)狀況以及在生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)操作的準(zhǔn)確化和系統(tǒng)化，建立產(chǎn)品生產(chǎn)控制跟蹤，實(shí)現(xiàn)從原材料到半成品到產(chǎn)品的可監(jiān)控可追溯，提升現(xiàn)場管理水平，提高成品一次下線合格率和生產(chǎn)效率，促進(jìn)生產(chǎn)組織管理精細(xì)化，提高產(chǎn)品制造質(zhì)量，降低制造資源消耗^[2]。

（2）針對企業(yè)現(xiàn)場實(shí)際考慮，設(shè)計(jì)引入ZigBee(IEEE 802.15.4)工業(yè)級無線通訊技術(shù)作為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)。無線通訊結(jié)合RFID，提供高速獲取原始刷卡數(shù)據(jù)，簡易的數(shù)據(jù)接入辦法，可幫助企業(yè)實(shí)時(shí)獲得生產(chǎn)線信息以及工人效能，讓客戶隨時(shí)隨地了解訂單生產(chǎn)進(jìn)度、員工表現(xiàn)、工位狀態(tài)、在制品數(shù)量等各方面的綜合信息，快速找到并解決生產(chǎn)減速環(huán)節(jié)、平衡各個(gè)生產(chǎn)線。

（3）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集還應(yīng)該具有品質(zhì)改善、及時(shí)預(yù)警、效率分析、生產(chǎn)透明、精確追溯、實(shí)時(shí)防錯(cuò)等功能。

2.2 系統(tǒng)總體業(yè)務(wù)流程

圖1所示為基于RFID的MES系統(tǒng)總體業(yè)務(wù)流程圖。

（1）計(jì)劃層（ERP）主要包括產(chǎn)品需求提出、生產(chǎn)計(jì)劃生成、生產(chǎn)計(jì)劃下達(dá)、生產(chǎn)計(jì)劃協(xié)調(diào)，主要完成的是工廠管理層一級的計(jì)劃性管理。

（2）通過TCP/IP通信連接技術(shù)，經(jīng)過企業(yè)連接器，將生產(chǎn)信息傳輸至MES層，再經(jīng)過生產(chǎn)調(diào)整、訂單下達(dá)、訂單協(xié)調(diào)，經(jīng)過工廠網(wǎng)絡(luò)傳輸至車間執(zhí)行層。

（3）車間執(zhí)行層通過對訂單的執(zhí)行、生產(chǎn)控制、生產(chǎn)監(jiān)控，生成生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)再將數(shù)據(jù)傳輸至MES層。

（4）MES層通過對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集，同時(shí)具有設(shè)備管理、過程質(zhì)量控制、監(jiān)控信息發(fā)布、生產(chǎn)管理、生產(chǎn)報(bào)表生成等一系列管理功能。

（5）MES層最后將整理的信息上傳至計(jì)劃層，通過ERP系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)績，并進(jìn)行存儲。

圖1 MES系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖

生產(chǎn)車間因在密度較高，需要鋪設(shè)密集聯(lián)網(wǎng)線路，通常是每車間鋪設(shè)幾百條電纜，一個(gè)工廠要鋪設(shè)幾百到幾千個(gè)信息點(diǎn)。而且通常生產(chǎn)車間建設(shè)初期信息化建設(shè)考慮不足，未能預(yù)留網(wǎng)絡(luò)管線，只能考慮打墻、挖地、明管安裝等方式重新敷設(shè)管線，線路鋪設(shè)成本高、施工周期長，而且線路太多，影響車間美觀。后期因線路故障而導(dǎo)致的維護(hù)工作量大、查找故障點(diǎn)效率低。RFID生產(chǎn)管理系統(tǒng)建設(shè)正因受通訊方式的限制，給設(shè)備的安裝普及帶來了極大的限制^[4]。

ZigBee網(wǎng)絡(luò)是一種新興的短距離、低速率無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（相對于Wi-Fi而言，但比RS485網(wǎng)絡(luò)通訊速率快10倍），是一種介于無線標(biāo)記技術(shù)和藍(lán)牙之間的技術(shù)方案。它依據(jù)IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)千個(gè)微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信。因此，引入ZigBee無線通訊技術(shù)到RFID生產(chǎn)管理系統(tǒng)上，其應(yīng)用前景相當(dāng)廣闊。

3 結(jié)束語

RFID可提供不斷更新的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流。與制造執(zhí)行系統(tǒng)互補(bǔ)，RFID提供的信息可用來保證正確使用勞動力、機(jī)器、工具和部件，從而實(shí)現(xiàn)無紙化生產(chǎn)和減少停機(jī)時(shí)間。更進(jìn)一步地，當(dāng)材料、零部件和裝配件通過生產(chǎn)線時(shí)，可以實(shí)時(shí)進(jìn)行控制、修改甚至重組生產(chǎn)過程，以保證可靠性和高質(zhì)量。

有了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流作為基礎(chǔ)，MES可對這些大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，找出關(guān)鍵數(shù)據(jù)，對生產(chǎn)進(jìn)度、生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)的有效的監(jiān)管，即時(shí)找出生產(chǎn)瓶頸、解決生產(chǎn)問題，部署更高層次的質(zhì)量控制和各種在線測量，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)生產(chǎn)力。

RFID可提供不斷更新的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流。與制造執(zhí)行系統(tǒng)互補(bǔ)，RFID提供的信息可用來保證正確使用勞動力、機(jī)器、工具和部件，從而實(shí)現(xiàn)無紙化生產(chǎn)和減少停機(jī)時(shí)間。更進(jìn)一步地，當(dāng)材料、零部件和裝配件通過生產(chǎn)線時(shí)，可以實(shí)時(shí)進(jìn)行控制、修改甚至重組生產(chǎn)過程，以保證可靠性和高質(zhì)量。

基于RFID技術(shù)的MES系統(tǒng)可提供為優(yōu)化從訂單投入到產(chǎn)品完成的生產(chǎn)活動所需的信息。RFID運(yùn)用實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的信息，指導(dǎo)、啟動、響應(yīng)并記錄生產(chǎn)過程，從而讓管理人員能夠?qū)ιa(chǎn)線條件的變化做出迅速的響應(yīng)、減少非增值活動、提高工廠運(yùn)作過程的效率。RFID的應(yīng)用，讓MES可以改善設(shè)備投資回報(bào)率，有助于及時(shí)交貨、加快庫存周轉(zhuǎn)、提高收益和現(xiàn)金流的績效。RFID在企業(yè)和供應(yīng)鏈間，以雙向交互的形式提供生產(chǎn)活動的基礎(chǔ)信息。