RFID的離散制造業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明

1、 . n 當(dāng)前文檔修改密碼：8362839基于RFID的離散制造業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)衛(wèi)寧，敏大學(xué)摘要：針對離散制造企業(yè)在生產(chǎn)形態(tài)和生產(chǎn)管理中存在的問題，引入RFID技術(shù)跟蹤在制品、采集制造過程生產(chǎn)和質(zhì)量數(shù)據(jù)，解決ERP計(jì)劃層與現(xiàn)場過程控制層間信息和管理的斷層問題，實(shí)現(xiàn)制造和質(zhì)量的可視化和數(shù)字化管理。研究提出系統(tǒng)的構(gòu)成、體系結(jié)構(gòu)，通過車間控制器和單元控制器的有機(jī)結(jié)合實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。實(shí)際應(yīng)用的情況證明本系統(tǒng)成功解決了計(jì)劃層和生產(chǎn)控制層之間的信息斷層問題，提高了生產(chǎn)效率、生產(chǎn)質(zhì)量和管理水平，實(shí)現(xiàn)了制造過程可視化和產(chǎn)品質(zhì)量可追溯化。關(guān)鍵詞：RFID；離散型制造業(yè)；制造執(zhí)行系統(tǒng)；通信中間件Design

2、 and Implementation of Discrete Manufacturing Industry MES Based on RFID TechnologyAbstract: Analyzing the production organizational mode and problems in production management of discrete manufacturing industry, RFID technology was introduced to track WIP (work in process) and collect data of produc

3、t quality, fill in the information and management gaps between ERP plan and field process control, and implement visualization manufacturing and digital management. Discussing system architecture and operational characteristics and the shop controller and cell controller were combined to cooperate f

4、or system functions. The factory application showed that the proposed RFID based MES was successful to fill in the information gap between plan layer and control layer, and the visualization of manufacture process and trace facility of product quality were realized.Key Words: RFID; Discrete Manufact

5、uring Industry; MES; Communication Middleware0 概述離散制造企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的在制品跟蹤和生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)控一直是MES功能實(shí)現(xiàn)的瓶頸。如何準(zhǔn)確與時(shí)地將生產(chǎn)所需零部件運(yùn)送到生產(chǎn)線？如何跟蹤生產(chǎn)物料實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品質(zhì)量的控制和追溯？這是離散制造業(yè)，尤其是采用流水線作業(yè)的組裝廠的難題。盡管條碼技術(shù)的使用在一定程度上解決了上述問題，但由于條碼易污損、讀寫距離短、不耐高溫、數(shù)據(jù)存儲量小且不可重寫，尚不能很好地解決生產(chǎn)制造與裝配過程中的跟蹤和管理問題。RFID（射頻識別）技術(shù)的出現(xiàn)彌補(bǔ)了條碼的這些不足，將成為支持生產(chǎn)制造與裝配過程管理的新途徑?；赗FID實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的管理

6、與控制能有效地跟蹤、管理和控制生產(chǎn)所需的包括物料、設(shè)備、人員在的所有工廠資源，與上層管理系統(tǒng)結(jié)合，可合理地調(diào)度、管理這些資源來提高制造競爭力，改善生產(chǎn)組織、縮短生產(chǎn)周期、減少在制品數(shù)量、減少生產(chǎn)提前期，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和降低人力資源消耗。滿足離散制造企業(yè)對生產(chǎn)管理和質(zhì)量的需求。為此，本文采用RFID技術(shù)作為離散制造業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的在制品跟蹤和生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)控的基礎(chǔ)，解決了ERP計(jì)劃層與現(xiàn)場過程控制層間信息和管理的斷層問題，實(shí)現(xiàn)了制造和質(zhì)量的可視化和數(shù)字化管理。1 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)1.1系統(tǒng)構(gòu)成圖1 基于RFID的MES系統(tǒng)構(gòu)成基于RFID的MES系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。車間控制器位于企業(yè)上層管理系統(tǒng)和車間控制

7、系統(tǒng)之間，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場控制系統(tǒng)與計(jì)劃層ERP等系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)與應(yīng)用的集成。底層工位控制器下連生產(chǎn)線上各種生產(chǎn)控制和檢測設(shè)備，上接車間控制器，實(shí)現(xiàn)底層生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集與其與車間控制器的通信和應(yīng)用集成。一般置于生產(chǎn)線關(guān)鍵工位處。1.2工位典型配置關(guān)鍵工位設(shè)有工位控制器，工位控制器下連RFID讀寫器、條碼掃描槍、電子廣告牌等生產(chǎn)控制和檢測設(shè)備，上接車間控制器，實(shí)現(xiàn)工位生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集與其與車間控制器的通信和應(yīng)用集成。圖2 工位典型配置圖1.3系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)采取分層結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖3 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)集成接口實(shí)現(xiàn)MES系統(tǒng)與ERP系統(tǒng)的集成。通信中間件采取C/S結(jié)構(gòu)，其服務(wù)器端和客戶端軟

8、件分別駐留在車間控制器和工位控制器上，用于車間層數(shù)據(jù)的采集、管理、控制和通信。數(shù)據(jù)持久層用于生產(chǎn)數(shù)據(jù)的邏輯控制處理，按照MES系統(tǒng)需求將來自低層的各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)處理、融合、存儲，以支持MES功能層上的數(shù)據(jù)需求。功能層實(shí)現(xiàn)MES系統(tǒng)中面向客戶的生產(chǎn)監(jiān)控、計(jì)劃管理、質(zhì)量跟蹤管理等功能。此部分采用B/S結(jié)構(gòu)。2 系統(tǒng)功能與特點(diǎn)2.1 系統(tǒng)功能MES系統(tǒng)由以下六個(gè)部分組成：l 工位生產(chǎn)與物料計(jì)劃管理：完成生產(chǎn)與物料計(jì)劃下載（從ERP系統(tǒng)至MES服務(wù)器），并按工藝將生產(chǎn)與物料計(jì)劃細(xì)分到工位，并將其下發(fā)到生產(chǎn)線相應(yīng)工位控制器上。l 工藝管理：完成生產(chǎn)線工藝流程與工序組織方案的維護(hù)和管理。l 成品質(zhì)量跟蹤管理

9、：完成成品全生命周期跟蹤和用戶返修品的質(zhì)量追溯，并為質(zhì)檢部門提供成品質(zhì)量綜合分析功能。l 生產(chǎn)監(jiān)控：用于監(jiān)控生產(chǎn)計(jì)劃執(zhí)行情況和生產(chǎn)線實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況。同時(shí)，管理人員還可以通過本系統(tǒng)向單個(gè)或多個(gè)工位發(fā)布生產(chǎn)指令。l 配料管理：實(shí)現(xiàn)關(guān)重件的物料比對與信息記載。l 生產(chǎn)控制設(shè)備管理：為系統(tǒng)管理員定制，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場系統(tǒng)拓?fù)涔芾?、設(shè)備（控制設(shè)備與其外設(shè)）管理、軟件（控制設(shè)備加載軟件）管理、配置文件（控制設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)配置文件）管理和故障管理（控制設(shè)備運(yùn)行狀況實(shí)時(shí)監(jiān)控、遠(yuǎn)程重啟、斷點(diǎn)恢復(fù)）。2.2 系統(tǒng)特點(diǎn)l 用戶界面友好。管理層用戶端應(yīng)用系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)，客戶端操作直觀簡便、培訓(xùn)量小，軟件升級方便。l 開放

10、性好。系統(tǒng)采用分層結(jié)構(gòu)，為各種ERP系統(tǒng)和下層數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的接入提供了良好的集成接口。在數(shù)據(jù)采集層，工位控制器支持多種標(biāo)準(zhǔn)通信接口，可接入生產(chǎn)線上各種設(shè)備和儀器，適用于各種工業(yè)現(xiàn)場；系統(tǒng)集成接口標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)易實(shí)現(xiàn)MES系統(tǒng)與上層ERP系統(tǒng)的集成。l 運(yùn)行效率高。車間層數(shù)據(jù)采集和通信中間件采用C/S結(jié)構(gòu)，將系統(tǒng)功能分布在車間控制器和各工位控制器上完成，提高了系統(tǒng)處理的效率和可靠性。l 可移植性強(qiáng)。車間層數(shù)據(jù)采集和通信中間件的客戶端軟件基于通用的軟件平臺，服務(wù)器軟件基于JAVA，易于系統(tǒng)移植和跨操作系統(tǒng)運(yùn)行。l 可擴(kuò)展性好。在系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、硬件和軟件設(shè)計(jì)上具有良好的可擴(kuò)展性。在硬件設(shè)計(jì)上，工位控制器

11、通過PC104標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展總線可實(shí)現(xiàn)多種標(biāo)準(zhǔn)功能模塊的擴(kuò)展；在軟件設(shè)計(jì)上，應(yīng)用系統(tǒng)與數(shù)據(jù)的分離，與模塊化設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)可根據(jù)用戶需求擴(kuò)充軟件模塊功能。3 系統(tǒng)應(yīng)用效果在國家863計(jì)劃支持下，本文完成的基于RFID的MES已應(yīng)用于某通用汽油機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)線上。該生產(chǎn)線引入RFID技術(shù)實(shí)施MES后，采用電子標(biāo)簽跟蹤在制品，并兼容基于條碼的關(guān)鍵零部件比對。圖4為實(shí)施了MES的通用汽油機(jī)生產(chǎn)線現(xiàn)場。圖4 基于RFID的通用汽油機(jī)MES的生產(chǎn)線現(xiàn)場上線工位工人通過條碼槍將流水號寫入電子標(biāo)簽，使其與在制品綁定。其后的各關(guān)鍵工位的單元控制器通過電子標(biāo)簽識別和跟蹤在制品，電子廣告牌實(shí)時(shí)顯示在制品信息、操作指導(dǎo)、車

12、間指令等。支線上的工人可通過手持天線自動(dòng)讀出，通過指示燈查看比對結(jié)果。在制品下線時(shí)由工人取下電子標(biāo)簽取消綁定?；赗FID的MES在通用汽油機(jī)生產(chǎn)的應(yīng)用中已產(chǎn)生明顯效果。管理層和技術(shù)人員通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器監(jiān)控現(xiàn)場生產(chǎn)情況和生產(chǎn)計(jì)劃執(zhí)行，提升了生產(chǎn)過程控制水平；通過電子廣告牌向各工位下達(dá)管理指令，替代了原來紙質(zhì)文件在各工位的傳遞，方便快捷；電子廣告牌以“圖片+文字”的形式與時(shí)指導(dǎo)生產(chǎn)線上工人的操作，生產(chǎn)質(zhì)量得到更可靠的保證；關(guān)鍵與重要零部件上料時(shí)的比對，有效控制了裝配差錯(cuò)的發(fā)生。系統(tǒng)試運(yùn)行的情況表明，該生產(chǎn)線生產(chǎn)流程已更加順暢，在基本不增加人員和其它設(shè)備的基礎(chǔ)上，生產(chǎn)效率提高約10%，且生產(chǎn)質(zhì)量事故

13、大大減少，從以前的每月14至15起減少到目前的2起左右。表明該系統(tǒng)起到了提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善生產(chǎn)線整體效率的作用。4 展望系統(tǒng)實(shí)施形成的軟硬件成果與實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，在汽車、摩托車、家電、機(jī)械制造等離散型制造業(yè)中具有推廣應(yīng)用價(jià)值。系統(tǒng)的實(shí)施不僅很好地滿足了企業(yè)生產(chǎn)和質(zhì)量管理的需求，同時(shí)也為我國RFID技術(shù)的應(yīng)用起到了積極的示作用。此外，將基于RFID的MES與供應(yīng)鏈管理相結(jié)合，可使物流系統(tǒng)的信息流和實(shí)物流保持同步協(xié)調(diào)一致，反映從生產(chǎn)、分配、銷售到用戶一環(huán)扣一環(huán)的行為，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的全生命周期管理。圖5 將基于RFID的MES與供應(yīng)鏈管理相結(jié)合的數(shù)據(jù)流圖參考文獻(xiàn)：1 JIANG Mingwei.Chara

14、cteristics of Management Informationization and Trends of Development in China Machinery Manufacturing Industry, 2004-10-08 .明煒. 我國機(jī)械制造業(yè)管理信息化特點(diǎn)與發(fā)展趨勢EB/OL. 2004-10-082 CHEN Xiwen. I/O Interface Programming and Application, China Machine Press(Beijing) ,1997 西文. I/O接口程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用M. :機(jī)械工業(yè)，1997.3 HU Chun, LI Ping. Comparison of MES Between Productions of Continuous Industries and Discrete Industries J. Control and Instruments in Chemical Industry, 2003,30(5): 14. 胡春, 平. 連續(xù)工業(yè)生產(chǎn)與離散工業(yè)生產(chǎn)MES的比較J. 化工自動(dòng)化與儀表, 2003,30(5): 14.4 LIU Ying, WANG Lihui, RFID&RTLS technology and ApplicationJ, Appl