射頻識別在多品種小批量生產(chǎn)管理中的應(yīng)用研究

1、2010,46(271引言隨著市場競爭進一步加劇,制造業(yè)面臨著產(chǎn)品生命周期縮短、市場變化快且難以預(yù)測,企業(yè)為適應(yīng)市場需求而日益趨向于多品種小批量生產(chǎn)型態(tài)1-2。由于產(chǎn)品與零部件間差異性小、生產(chǎn)狀態(tài)變化快等特點,多品種小批量生產(chǎn)給車間物流控制及生產(chǎn)的精準(zhǔn)管理造成困難。目前,車間普遍采用的依賴經(jīng)驗的人工(班、組長負責(zé)制生產(chǎn)管理模式,由于缺乏有效的信息溝通手段,面臨著諸多亟需解決的問題。例如:(1車間物理環(huán)境的運行信息(庫存、生產(chǎn)進程等不能實時、準(zhǔn)確、詳細地反饋至管理層,物流與信息流不同步,管理人員難以實時掌握車間生產(chǎn)狀態(tài),導(dǎo)致生產(chǎn)計劃和調(diào)度因缺乏有效的信息支撐而比較盲目;(2生產(chǎn)計劃及計劃臨時調(diào)整

2、信息不能及時、準(zhǔn)確地下達到車間作業(yè)現(xiàn)場3;(3產(chǎn)品品種多,生產(chǎn)節(jié)拍和產(chǎn)品狀態(tài)變化快,由于生產(chǎn)過程缺乏可視化指導(dǎo),錯裝、漏裝等質(zhì)量事故時常發(fā)生,導(dǎo)致下線合格率低。要真正解決這些問題,從根本上提高多品種小批量生產(chǎn)車間的運作效率,企業(yè)迫切需要一種新的技術(shù)來實現(xiàn)車間物理運行信息反饋,和對生產(chǎn)過程進行精確管理的信息支撐系統(tǒng),其主要目標(biāo)是:讓車間生產(chǎn)參與者能夠及時、準(zhǔn)確地掌握生產(chǎn)運行情況,提高對多變、快速生產(chǎn)過程的敏捷響應(yīng)與處理能力,減少企業(yè)不必要的開銷。目前,國內(nèi)外對車間生產(chǎn)管理的研究主要集中在生產(chǎn)計劃的制定2-3、生產(chǎn)優(yōu)化調(diào)度3-5及生產(chǎn)過程監(jiān)控6等方面。但是,在傳統(tǒng)的車間現(xiàn)場管理條件下,由于缺乏有效

3、的生產(chǎn)信息射頻識別在多品種小批量生產(chǎn)管理中的應(yīng)用研究劉衛(wèi)寧1,鄭林江1,孫棣華2,廖孝勇2,趙敏2LIU Wei-ning 1,ZHENG Lin-jiang 1,SUN Di-hua 2,LIAO Xiao-yong 2,ZHAO Min 21.重慶大學(xué)計算機學(xué)院,重慶4000302.重慶大學(xué)自動化學(xué)院,重慶4000301.College of Computer Science ,Chongqing University ,Chongqing 400030,China2.College of Automation ,Chongqing University ,Chongqing 400030

4、,ChinaE-mail :zlj_cquLIU Wei-ning ,ZHENG Lin-jiang ,SUN Di-hua ,et al.Application of RFID on multi-varieties and small-batch production management.Computer Engineering and Applications ,2010,46(27:1-5.Abstract :Due to the fast change of production state in multi-varieties and small-batch production

5、,it s difficult to manage production process accurately.To solve this problem ,RFID tags are used to identity important production objects in workshop ,and interactive control terminals are placed at some key application points.So ,the concrete physical world information in re-al-time production cir

6、cumstance is obtained automatically and accurately.On this basis ,the architecture and integration opera-tion mode of corresponding production management system are established.Then ,an information fusion model of real-time het-erogeneous production data from multi-sources and implementation methods

7、 of rapidly reconfigurable production management system based on component are presented.The system has been successfully applied to a motorcycle assembly line in Chongqing ,and satisfactory results are obtained.Key words :Radio Frequency Identification (RFID ;multi-varieties and small-batch ;produc

8、tion management ;data model ;component 摘要:針對多品種小批量生產(chǎn)環(huán)境下,生產(chǎn)過程難以實現(xiàn)精準(zhǔn)管理的問題,采用射頻識別標(biāo)簽標(biāo)識車間重要生產(chǎn)對象,關(guān)鍵應(yīng)用管控點部署交互式作業(yè)控制終端,自動、實時、準(zhǔn)確、詳細地獲取車間物理環(huán)境的信息。在此基礎(chǔ)上,構(gòu)建相應(yīng)的生產(chǎn)管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和集成化運行模式。研究多源異構(gòu)實時生產(chǎn)信息融合技術(shù)和基于組件技術(shù)的可重構(gòu)生產(chǎn)管理系統(tǒng)實現(xiàn)方法。該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于重慶某企業(yè)摩托車裝配線,取得了良好的應(yīng)用效果。關(guān)鍵詞:射頻識別;多品種小批量;生產(chǎn)管理;數(shù)據(jù)模型;組件DOI :10.3778/j.issn.1002-8331.2010.27

9、.001文章編號:1002-8331(201027-0001-05文獻標(biāo)識碼:A 中圖分類號:TP302基金項目:國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863(the National High-Tech Research and Development Plan of China under Grant No.2006AA04A124。作者簡介:劉衛(wèi)寧(1965-,女,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事計算機應(yīng)用與服務(wù)的研究;鄭林江(1983-,男,博士生,主要從事RFID 應(yīng)用研究;孫棣華(1962-,男,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事制造業(yè)信息化的研究;廖孝勇(1981-,男,博士生,主要從事制造業(yè)信息化的研究;

10、趙敏(1981-,女,博士生,主要從事視頻檢測的研究。收稿日期:2010-06-28修回日期:2010-08-05博士論壇Computer Engineering and Applications 計算機工程與應(yīng)用 1Computer Engineering and Applications計算機工程與應(yīng)用2010,46(27采集手段,生產(chǎn)物流與信息流不同步,導(dǎo)致以理想的車間信息獲取為背景的生產(chǎn)精細化管理方法難以實現(xiàn),尤其是在生產(chǎn)狀態(tài)變化較快的多品種小批量生產(chǎn)環(huán)境下,生產(chǎn)現(xiàn)場信息實時性和準(zhǔn)確性更是實現(xiàn)生產(chǎn)精細化管理的瓶頸。射頻識別技術(shù)(Radio Frequency Identificatio

11、n,簡稱RFID是一種自動識別技術(shù)7,已逐漸應(yīng)用于制造車間的物流管理1,8,為實時、準(zhǔn)確采集生產(chǎn)現(xiàn)場信息提供新的手段。針對多品種小批量生產(chǎn)的精準(zhǔn)管理問題,采用RFID標(biāo)簽標(biāo)識車間重要生產(chǎn)對象,以實現(xiàn)車間物理運行環(huán)境信息的實時、準(zhǔn)確、自動、詳細的反饋,并在全企業(yè)內(nèi)傳遞和共享。在此基礎(chǔ)上,通過構(gòu)建一套能有效支持快速變化生產(chǎn)過程的生產(chǎn)管理系統(tǒng),實現(xiàn)生產(chǎn)過程的透明化、精準(zhǔn)化和規(guī)范化管理,從而改善企業(yè)的運作效率及生產(chǎn)質(zhì)量。2基于RFID的多品種小批量精準(zhǔn)生產(chǎn)管理的思路車間生產(chǎn)對象是指參與生產(chǎn)活動的人、在制品、物料、設(shè)備與盛具等重要生產(chǎn)資源。在多品種小批量生產(chǎn)條件下實現(xiàn)生產(chǎn)的精準(zhǔn)化管理,對參與生產(chǎn)活動的生

12、產(chǎn)對象運行狀態(tài)信息,在實時性和準(zhǔn)確性方面提出了更高要求。條形碼技術(shù)由于易損、不可擦寫、不能適應(yīng)油污等缺陷,難以滿足自動、實時、高效的信息采集需求。RFID技術(shù)具有遠距離、無接觸和自動識別以及可重復(fù)讀寫等特點7,方便了車間生產(chǎn)對象的標(biāo)識與自動識別,成為強化生產(chǎn)物流與信息流同步的新技術(shù)1,8。作者已給出了RFID技術(shù)在制造車間的應(yīng)用模式1。事實上,車間物理運行環(huán)境信息的實時、準(zhǔn)確、自動、詳細的采集與反饋,是多品種小批量生產(chǎn)條件下實施生產(chǎn)過程的精準(zhǔn)化管理的必要前提和條件,此外,還必須通過一套系統(tǒng)綜合運用獲取的車間作業(yè)信息來實現(xiàn)精準(zhǔn)化管理的思想。為此,采用RFID標(biāo)簽標(biāo)識車間的重要生產(chǎn)對象,通過在應(yīng)用

13、管控點(如裝配工位、庫房出入口等采用固定的或移動的閱讀器,可實時、準(zhǔn)確、自動地獲取車間被標(biāo)識生產(chǎn)對象的運行狀態(tài)信息。在此基礎(chǔ)上,構(gòu)建生產(chǎn)管理系統(tǒng),實現(xiàn)企業(yè)的上層資源計劃管理(如ERP、PDM等系統(tǒng)、生產(chǎn)執(zhí)行管理、底層車間物理環(huán)境真實的運作情況的無縫地集成,使得車間生產(chǎn)活動的參與者能及時、準(zhǔn)確地獲得車間運作情況,做出科學(xué)的決策。3構(gòu)建基于RFID的生產(chǎn)管理系統(tǒng)3.1面向生產(chǎn)管理的生產(chǎn)對象RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)模型RFID技術(shù)在不同車間生產(chǎn)管理應(yīng)用中,由于管理需求不同,標(biāo)識生產(chǎn)對象的RFID標(biāo)簽寫入的數(shù)據(jù)差別較大,目前尚缺乏規(guī)范的生產(chǎn)對象RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)的方法,導(dǎo)致實施RFID 技術(shù)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化程度低,

14、增加了系統(tǒng)的應(yīng)用成本。為此,在總結(jié)生產(chǎn)管理對生產(chǎn)對象數(shù)據(jù)的需求基礎(chǔ)上,提出建立面向生產(chǎn)管理的生產(chǎn)對象RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)模型,有效支撐RFID技術(shù)在多品種小批量生產(chǎn)管理的應(yīng)用。該模型包括必選的對象類型標(biāo)識符、對象唯一標(biāo)識符和可選的靜態(tài)屬性信息與動態(tài)信息四類數(shù)據(jù),如表1所示。(1對象類型標(biāo)識符。用于區(qū)別所標(biāo)識生產(chǎn)對象的類型,如“01”表示人員、“02”表示在制品。(2對象唯一標(biāo)識符。具有唯一性,用于跟蹤、定位生產(chǎn)對象,如員工號。(3靜態(tài)屬性信息。用于描述生產(chǎn)對象的靜態(tài)特征信息,如物料供應(yīng)廠家信息等。(4動態(tài)信息。用于描述生產(chǎn)對象參加生產(chǎn)活動的動態(tài)信息,如設(shè)備維修狀態(tài)、在制品生產(chǎn)狀態(tài)等。對象類型標(biāo)識符

15、和對象唯一標(biāo)識符必須儲存于標(biāo)簽用戶內(nèi);對象靜態(tài)屬性信息與對象動態(tài)信息可儲存于標(biāo)簽,也可存放于后臺信息管理系統(tǒng)。3.2系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)采用RFID標(biāo)簽標(biāo)識車間重要生產(chǎn)對象,在車間應(yīng)用管控點設(shè)置交互式作業(yè)控制終端,運用上述面向生產(chǎn)管理的生產(chǎn)對象RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)模型,可以實現(xiàn)生產(chǎn)對象實時運行狀態(tài)信息的準(zhǔn)確反饋。在此基礎(chǔ)上,針對多品種小批量生產(chǎn)條件下實現(xiàn)生產(chǎn)過程精準(zhǔn)化管理的需求,采用分層結(jié)構(gòu)構(gòu)建相應(yīng)的車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)主要包括基于交互式作業(yè)控制終端的數(shù)據(jù)采集與信息交互層、多源實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)處理與融合層、生產(chǎn)管理核心業(yè)務(wù)功能層、應(yīng)用集成接口層、用戶界面層和系統(tǒng)支撐層。

16、(1通過設(shè)置于生產(chǎn)車間應(yīng)用管控點的交互式作業(yè)控制終端,實現(xiàn)現(xiàn)場實時運行狀態(tài)信息的采集與工人作業(yè)的可視化指導(dǎo),把企業(yè)信息系統(tǒng)的功能和應(yīng)用從原有的企業(yè)資源管理層(如:ERP、PDM等延伸到車間生產(chǎn)管理者的和操作工人。該終端主要實現(xiàn)兩方面功能:實時自動接收、顯示作業(yè)計劃及指導(dǎo)書等信息,指導(dǎo)工人生產(chǎn)操作;通過終端外連的RFID設(shè)備、質(zhì)量采集終端、生產(chǎn)設(shè)備和信息人工錄入接口,可實時準(zhǔn)確采集生產(chǎn)過程相關(guān)的在制品物流、產(chǎn)品裝配質(zhì)量、物料跟蹤、生產(chǎn)異常事件等多數(shù)據(jù)源生產(chǎn)信息。(2交互式作業(yè)控制終端采集的多數(shù)據(jù)源生產(chǎn)狀態(tài)信息具有異構(gòu)性、實時性和時序性,含有噪聲數(shù)據(jù)。生產(chǎn)信息處理與融合層建立時空關(guān)聯(lián)規(guī)則,首先過濾

17、冗余的異常數(shù)據(jù),然后字段對象類型標(biāo)識符對象唯一標(biāo)識符靜態(tài)屬性信息動態(tài)信息可選性必選必選可選可選表1生產(chǎn)對象RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)模型 圖1系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖 22010,46(27對各數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)在時間與空間維度上進行分析與融合,形成有意義的數(shù)據(jù),從而支撐生產(chǎn)管理核心業(yè)務(wù)的實現(xiàn)。(3在車間生產(chǎn)過程信息實時反饋的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)生產(chǎn)計劃及裝配作業(yè)指導(dǎo)書的下載、安排與下達,生產(chǎn)進程監(jiān)控和生產(chǎn)計劃動態(tài)調(diào)度,以及產(chǎn)品生產(chǎn)過程質(zhì)量信息的綜合查詢與追溯等生產(chǎn)管理核心業(yè)務(wù)功能。(4通過系統(tǒng)應(yīng)用集成接口,實現(xiàn)與企業(yè)其他系統(tǒng)如ERP 、PDM 、SCM 等的數(shù)據(jù)共享與業(yè)務(wù)集成。(5采用B/S 和C/S 混合模式的體系結(jié)構(gòu),支

18、持瀏覽器、PDA 、LED 、手機等多種信息交互方式,方便企業(yè)高層人員、銷售人員、車間管理人員、班組長和操作工人等系統(tǒng)用戶使用。3.3系統(tǒng)集成化運行流程基于上述生產(chǎn)管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),通過RFID 技術(shù)標(biāo)識生產(chǎn)對象,在車間設(shè)置交互式作業(yè)控制終端,以及與上層資源管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)的集成,建立起資源管理系統(tǒng)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)、現(xiàn)場運行物理環(huán)境及人的無縫集成運行,實現(xiàn)生產(chǎn)制造的精準(zhǔn)化、可控化管理。系統(tǒng)集成化運行流程如圖2所示。主要特點是:(1通過在應(yīng)用管控點設(shè)置的交互式作業(yè)控制終端,一方面,生產(chǎn)現(xiàn)場工人能實時接收生產(chǎn)計劃和產(chǎn)品作業(yè)指導(dǎo)文件,代替了傳統(tǒng)的生產(chǎn)計劃和作業(yè)指導(dǎo)書紙質(zhì)傳遞方式,實現(xiàn)整個生產(chǎn)過程

19、無紙化運行;另一方面,結(jié)合RFID 技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等信息技術(shù),對裝配作業(yè)過程重要生產(chǎn)對象運行狀態(tài)數(shù)據(jù)進行實時采集與反饋,代替?zhèn)鹘y(tǒng)的通過班組長報告,既增強了信息傳遞的實時性,又避免了人工傳遞的復(fù)雜性和易錯性。(2通過構(gòu)建的生產(chǎn)管理系統(tǒng)、現(xiàn)場設(shè)置的作業(yè)控制終端與ERP 等上層資源管理系統(tǒng)以及車間生產(chǎn)設(shè)備、人、物料等生產(chǎn)對象的集成運行,實現(xiàn)了資源計劃層與車間作業(yè)現(xiàn)場和工人的無縫集成,形成了生產(chǎn)計劃從制定、下達、執(zhí)行到反饋控制的閉環(huán)系統(tǒng)。(3通過對現(xiàn)場重要生產(chǎn)對象的運行狀態(tài)和物流信息的實時采集與共享,建立了車間生產(chǎn)活動參與人員(如裝配工人、配料員、班組長和車間管理層等之間的信息交流通道,加強了生產(chǎn)協(xié)作

20、的有效性,從而提高生產(chǎn)效率,改善生產(chǎn)質(zhì)量。4關(guān)鍵技術(shù)研究多品種小批量環(huán)境下,精準(zhǔn)生產(chǎn)管理需要有意義的車間實時運行狀態(tài)信息的支持;另外,多品種小批量生產(chǎn)業(yè)務(wù)變化大,這就要求生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)應(yīng)具有可重構(gòu)性以適應(yīng)快速變化的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)。因此,以下重點研究多種數(shù)據(jù)源的異構(gòu)實時生產(chǎn)狀態(tài)信息融合以及系統(tǒng)可重構(gòu)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù),支撐多品種小批量生產(chǎn)條件下精準(zhǔn)化生產(chǎn)管理的實現(xiàn)。4.1多源異構(gòu)實時生產(chǎn)信息融合模型應(yīng)用于制造車間的RFID 設(shè)備、質(zhì)檢設(shè)備、生產(chǎn)設(shè)備等會產(chǎn)生大量實時的生產(chǎn)狀態(tài)信息,要從這些來自不同數(shù)據(jù)源的異構(gòu)數(shù)據(jù)中找出對生產(chǎn)管理有用的信息并在企業(yè)內(nèi)實時傳遞與共享具有極大的挑戰(zhàn)性。為此,本文提出建立多源異構(gòu)

21、實時生產(chǎn)信息融合模型,其基本思想是將實時異構(gòu)數(shù)據(jù)根據(jù)設(shè)定的規(guī)則抽象成規(guī)范的基礎(chǔ)事件,然后對基礎(chǔ)事件流進行過濾;通過建立時空關(guān)聯(lián)規(guī)則和業(yè)務(wù)邏輯約束規(guī)則,聚合過濾后的基礎(chǔ)事件,生成生產(chǎn)管理感興趣的、高層的有意義復(fù)雜事件,支撐生產(chǎn)過程精細化管理的實現(xiàn)。多源異構(gòu)實時生產(chǎn)信息融合模型的結(jié)構(gòu)如圖3所示,包括底層接口抽象層、數(shù)據(jù)處理與融合層和應(yīng)用接口層。(1接口抽象層。它主要用來抽象表示系統(tǒng)數(shù)據(jù)源的硬件及其信息交互協(xié)議,包括硬件設(shè)備(RFID 閱讀器、車間質(zhì)檢設(shè)備、生產(chǎn)設(shè)備等的抽象、I/O 抽象、硬件交互協(xié)議抽象及信息人工錄入接口抽象。(2數(shù)據(jù)處理與融合層。它主要從接口抽象層上傳的海量時序數(shù)據(jù)中,依據(jù)時空關(guān)

22、聯(lián)規(guī)則和業(yè)務(wù)邏輯約束規(guī)則,找出生產(chǎn)管理需要的信息,并采用相應(yīng)的應(yīng)用方法將這些信息提供給用戶。包括基礎(chǔ)事件過濾、糾正與修復(fù),多源實時生產(chǎn)信息融合和數(shù)據(jù)語義轉(zhuǎn)化與挖掘等?；A(chǔ)事件過濾、糾正與修復(fù)。首先、依據(jù)時空關(guān)聯(lián)規(guī)則和業(yè)務(wù)邏輯規(guī)則過濾異常數(shù)據(jù)和無效信息,然后,通過建立完整性約束規(guī)則糾正與修復(fù)不完整數(shù)據(jù)。多源實時生產(chǎn)信息融合。依據(jù)業(yè)務(wù)邏輯規(guī)則,對過濾、糾正與修復(fù)后的基礎(chǔ)事件進行關(guān)聯(lián)與組合,形成管理人員關(guān)心的、更易理解的生產(chǎn)管理復(fù)雜事件。圖2 系統(tǒng)集成化運行流程圖生產(chǎn)計劃執(zhí)行進程監(jiān)控CAPP 作業(yè)指導(dǎo)書主生產(chǎn)品作業(yè)指導(dǎo)書下載主生產(chǎn)計劃下載作業(yè)指導(dǎo)書配置生產(chǎn)計劃安排與動態(tài)調(diào)度作業(yè)指導(dǎo)書下發(fā)生產(chǎn)計劃下達

23、生產(chǎn)物料配送計劃庫房領(lǐng)料終端接收生產(chǎn)反饋控制生產(chǎn)過程質(zhì)量管理終端采集產(chǎn)品質(zhì)量信息終端采集信息融合處理終端采集終端采集工人信息生產(chǎn)異常信息工位生產(chǎn)線劉衛(wèi)寧,鄭林江,孫棣華,等:射頻識別在多品種小批量生產(chǎn)管理中的應(yīng)用研究 3 Computer Engineering and Applications 計算機工程與應(yīng)用 2010,46(27數(shù)據(jù)語義轉(zhuǎn)換與挖掘。指從海量的、實時的數(shù)據(jù)流和 事件中,發(fā)現(xiàn)人們通過一般途徑難以發(fā)現(xiàn)的、客觀存在的信息,并且實時地將這些知識傳送給相應(yīng)的人員。(3應(yīng)用接口層?；谑录l(fā)布(publish /訂閱(subscribe 機制將處理后的生產(chǎn)信息供后端應(yīng)用系統(tǒng)使用,事件訂

24、閱者(上層管理系統(tǒng)通過提交訂閱聲明感興趣的事件,當(dāng)發(fā)布者發(fā)布訂閱者感興趣的事件時,訂閱者將自動得到通知。4.2基于組件技術(shù)的可重構(gòu)生產(chǎn)管理系統(tǒng)實現(xiàn)為適應(yīng)多品種小批量裝配車間生產(chǎn)復(fù)雜性和動態(tài)性等特點,生產(chǎn)管理系統(tǒng)應(yīng)具有良好的可重構(gòu)性,以便能快速、靈活地隨著業(yè)務(wù)的變化在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能上作相應(yīng)的調(diào)整?；?組件的軟件開發(fā)技術(shù)實現(xiàn)了代碼的復(fù)用,增強軟件系統(tǒng)的柔性,提高了軟件的開發(fā)效率和質(zhì)量9。本文建立的系統(tǒng)結(jié)合對車間生產(chǎn)管理的功能分析,將系統(tǒng)功能劃分成一系列的功能組件,這些組件通過提供的通用接口在需要時可任意重復(fù)調(diào)用,從而快速實現(xiàn)系統(tǒng)的重構(gòu),滿足企業(yè)車間生產(chǎn)管理的個性化需求,避免對每個企業(yè)都重復(fù)進行需

25、求分析、編碼、測試、運維等整個軟件生命周期,從而節(jié)省人力、物力和財力。為保證生產(chǎn)管理系統(tǒng)的可重構(gòu)性,大量可定制的軟件組件是基礎(chǔ)。按照重用粒度的大小和抽象層次的不同,軟件組件重用可以分為小粒度、中粒度和大粒度重用3類9。結(jié)合多品種小批量裝配車間生產(chǎn)管理功能特點,本著組件應(yīng)具有低耦合度與高內(nèi)聚度,組件之間通訊少的設(shè)計原則,可重構(gòu)生產(chǎn)管理系統(tǒng)組件按粒度分為中小粒度支撐功能組件、大粒度核心業(yè)務(wù)組件和大粒度應(yīng)用功能組件,其分類框架如圖4所示。系統(tǒng)實施時,可根據(jù)管理需求,組合各層組件,完成系統(tǒng)管理功能。(1中、小粒度支撐功能組件。為核心業(yè)務(wù)組件和應(yīng)用功能構(gòu)件提供面向應(yīng)用的支撐性基礎(chǔ)服務(wù),該類型組件與業(yè)務(wù)無

26、關(guān),通過簡單的配置,可即插即用。如數(shù)據(jù)庫接口組件、系統(tǒng)管理組件、打印組件、設(shè)備接口組件、基礎(chǔ)信息維護組件和系統(tǒng)集成接口組件等。(2大粒度核心業(yè)務(wù)組件。業(yè)務(wù)組件是組件開發(fā)模型的基本元素。按照邏輯功能獨立,耦合度低,同時兼顧效率和安全性劃分整個系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯。對生產(chǎn)管理業(yè)務(wù)邏輯進行分析和抽象,建立核心業(yè)務(wù)組件庫,包括RFID 中間件組件、信息融合組件、質(zhì)量信息處理組件、物流跟蹤組件、異常事件處理組件等。(3大粒度應(yīng)用功能組件。提供給各業(yè)務(wù)部門使用的應(yīng)用功能組件,包括上層生產(chǎn)管理所需的管理組件(如生產(chǎn)遠程監(jiān)控組件、生產(chǎn)過程質(zhì)量信息管理組件、生產(chǎn)計劃管理組件等,和車間作業(yè)所需的應(yīng)用子系統(tǒng)組件(如生產(chǎn)物

27、料配送組件、工位電子看板指導(dǎo)組件等。該類型組件隨生產(chǎn)管理需求不同,發(fā)生變化的頻率最大,可以針對不同需求,對該層的組件進行修改和重構(gòu)。5應(yīng)用案例在國家863計劃支持下,提出的RFID 應(yīng)用方案和設(shè)計的生產(chǎn)管理系統(tǒng)已成功應(yīng)用于某企業(yè)的摩托車裝配線。針對該裝配線產(chǎn)品和零部件種類多、生產(chǎn)狀態(tài)變化快的特點,采用RFID 標(biāo)簽標(biāo)識車間工人、在制品、物料和托盤四類生產(chǎn)對象,在關(guān)鍵工位安裝交互式作業(yè)控制終端,實時采集車間生產(chǎn)過程運行狀態(tài)信息,并在全企業(yè)內(nèi)實時傳遞與共享。在此基礎(chǔ)上,實施了車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)。交互式作業(yè)控制終端的軟件系統(tǒng)在Linux 平臺下用C 語言實現(xiàn),車間生產(chǎn)管理系統(tǒng)在Win-dows 平臺用

28、Java 語言實現(xiàn)。方案和系統(tǒng)的成功應(yīng)用,實現(xiàn)了從生產(chǎn)計劃從企業(yè)ERP 的下載、安排和下達、車間物理信息的實時、自動、準(zhǔn)確、詳細的采集和反饋,到生產(chǎn)進度的實時監(jiān)控和生產(chǎn)計劃的實時調(diào)整等的閉環(huán)運行,有效地提升了車間的生產(chǎn)管理水平,其作用圖3多源異構(gòu)實時生產(chǎn)信息融合模型圖數(shù)據(jù)處理與融合層應(yīng)用接口層接口抽象層數(shù)據(jù)源圖4可重構(gòu)生產(chǎn)管理系統(tǒng)功能組件分類框架圖大粒度大粒度中小粒度42010,46(27主要表現(xiàn)在以下幾方面:(1實現(xiàn)了生產(chǎn)活動參與者之間(管理者與管理者、管理者與工人、工人與工人信息傳遞的電子化和無紙化,消除了傳統(tǒng)人工紙質(zhì)傳遞的不及時性和易錯性,提高了生產(chǎn)過程中信息交互的及時性和準(zhǔn)確性。(2在

29、關(guān)鍵工位設(shè)置帶有電子看板的交互式作業(yè)控制終端,實現(xiàn)了工人作業(yè)的自動、實時的可視化指導(dǎo),支持多品種頻繁快速轉(zhuǎn)換,有效控制差錯的發(fā)生,裝配質(zhì)量得到更可靠保障。面向現(xiàn)場操作工人的電子看板可視化指導(dǎo)流程如圖5所示。(3實現(xiàn)了生產(chǎn)計劃從ERP 下載、安排、下達、執(zhí)行、可視化監(jiān)控,到反饋和調(diào)整的閉環(huán)運行,提升了對生產(chǎn)過程的精確控制能力,便于及時發(fā)現(xiàn)停線、生產(chǎn)計劃執(zhí)行異常等重大生產(chǎn)事故,從而作出快速的生產(chǎn)決策。面向生產(chǎn)管理的信息閉環(huán)運行流程如圖6所示。系統(tǒng)應(yīng)用后,在基本不增加人員和其他設(shè)備的基礎(chǔ)上,摩托車裝配線生產(chǎn)流程更加順暢,在改善產(chǎn)品質(zhì)量的同時提高了生產(chǎn)效率。生產(chǎn)率提高8%10%,停線率下降約40%,裝配差錯率降低約80%,一次裝配下線合格