1 MES系統與RFID技術

　　1.1 離散制造業MES系統

　　制造執行系統 (manufacturing executiON system,簡稱MES)是美國AMR公司(Advanced Manufacturing Research,Inc.)在90年代初提出的，旨在加強MRP計劃的執行功能，把MRP計劃同車間作業現場控制，通過執行系統聯系起來。這里的現場控制包括PLC程控器、數據采集器、條形碼、各種計量及檢測儀器、機械手等。MES系統設置了必要的接口，與提供生產現場控制設施的廠商建立合作關系。MES能通過信息傳遞對從訂單下達到產品完成的整個生產過程進行優化管理。當工廠發生實時事件時，MES能對此及時做出反應、報告，并用當前的準確數據對它們進行指導和處理。這種對狀態變化的迅速響應使MES能夠減少企業內部沒有附加值的活動，有效地指導工廠的生產運作過程，從而使其既能提高工廠及時交貨能力，改善物料的流通性能，又能提高生產回報率。MES還通過雙向的直接通訊在企業內部和整個產品供應鏈中提供有關產品行為的關鍵任務信息。

　　1.2 RFID技術

　　射頻識別技術(Radio Frequency Identification,縮寫RFID)，射頻識別技術是20世紀90年代開始興起的一種自動識別技術，射頻識別技術是一項利用射頻信號通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實現無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術。從信息傳遞的基本原理來說，射頻識別技術在低頻段基于變壓器耦合模型(初級與次級之間的能量傳遞及信號傳遞)，在高頻段基于雷達探測目標的空間耦合模型(雷達發射電磁波信號碰到目標后攜帶目標信息返回雷達接收機)。1948年哈里斯托克曼發表的"利用反射功率的通信"奠定了射頻識別技術的理論基礎。

　　2 需求分析

　　隨著市場競爭加劇，產品生命周期縮短，離散制造業對市場反應速度的敏感性越來越強。而與反應速度有關的參數，最具有代表性的是反應時間和交貨期。為此，企業必須采用信息技術和先進制造技術在保障質量的前提下提高企業的生產效率。這更加要求管理人員加強企業資源計劃層和過程控制層之間的生產過程管理。

　　將RFID技術應用于離散制造執行系統設計，彌補了企業資源計劃和控制層存在信息管理的斷層和信息反饋延遲，實現車間生產數據的傳遞通暢。可以使生產準備時間和生產周期大大縮短、產品質量提高、車間資源得以更有效的利用、車間管理能力和管理效率快速提升、在制品追溯速度和準確性大幅度提高以及工時管理將更加科學合理。

　　3 系統設計目標

　　離散MES系統可以充分利用RFID的技術優勢，解決企業計劃層與車間現場控制層間信息和管理的斷層問題，實現制造和質量的可視化和數字化管理。

　　(1)產能分析：可以同時對車間，班組，設備及人員進行多方面分析，使管理者了解現場生產進度，調度資源，提高生產效率。

　　(2)生產的全程實時追蹤：準確跟蹤每個在制品的生產情況，了解不同訂單的完工情況，為管理人員進行決策提供強有力的支持。

　　(3)提高產品質量：建立計算機輔助質量保證系統，實現質量檢查記錄和質量統計分析的計算機管理，可迅速查找出質量隱患，有效降低產品質量事故的發生率。質量體系的建立和管理的加強將使產品質量和生產質量進一步提高，損失費用大幅度降低，有效節約成本。

　　(4)提供報表打印依據：各種生產數據的繞計匯總以及各種報表的生成打印，全部由計算機管理，替代以前的人工計算、登帳、手工報表的工作。減輕相關工作人員的工作。

　　(5)解決半成品積壓問題：可以隨時提供不同工位的在線數量、在線時間。幫助企業管理者提前發現影響生產進度環節，為平衡生產提供幫助。

　　4 MES系統應用方案

　　由于RFID電子標簽價格較為昂貴，在制造業等領域普及率較低，同時在各個行業也井未形成統一的標準。本文提出的離散制造業MES應用RFlD技術設計方案的核心思想是在企業內部范圍內，用RFID標簽跟蹤產品生產制造過程。原料加工時捆綁RFID電子標簽，電子標簽內寫有該在制品的全部信息，電子標簽可以重復循環使用。在每道生產工序工位上設置RFID電子標簽讀卡器，對在制品進行生產跟蹤。產品在工位控制器通過RFID讀卡器讀取電子標簽信息，將產品型號規格、生產時間等關鍵信息錄入工廠電腦，追蹤產品生產信息。

　　車間工位上的RFID讀卡器讀取在制品的電子標簽信息，通過連接控制器，返回數據庫。管理人員既可以對關鍵零部件進行質量和數量的實時跟蹤又可以根據實時變化的信息，通過工廠車間電子看板下發相應生產指令，給予工人相對應的生產操作計劃。同時可以對每個產品部件質量進行后期分析。

　　5 系統的總體結構

　　5.1 系統網絡拓撲圖

　　基于RFID的離散MES數據采集網絡拓撲如圖1所示，底層工位讀卡器上接控制連接器至服務器，下連生產線上各種在制品。實現底層生產數據的采集和服務器通信的應用集成。車位讀卡器實時采集車間現場數據。通過控制連接器將數據反饋到服務器。管理人員通過工廠電腦實時分析現場數據，做出合理決策，并通過工廠電子看板形式告知工廠員工。工廠員工可以根據新的指令完成在制品。RFID讀卡器讀取在制品電子標簽信息。一方面傳送至工廠電腦，作為生產監控的基礎信息，另一方面回送至車位讀卡器，并通過電子看板給予工人相應的生產操作指導。

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　　圖1 RFID數據采集網絡拓撲圖

　　5.2 系統體系結構圖

　　系統機構采用ERP/MES/PCS三層結構，如圖2所示。其中系統集成接口實現MES系統與ERP系統的數據和業務集成。通信中間件采用C/S結構，將無線數據采集器延伸為系統的客戶端，采集器可以直接連人數據庫進行實時的數據交換。在這種方式下，數據采集器與服務器之間交換的信息量小、通訊效率高、響應速度快、具有較強的數據采集功能，可以滿足工廠對數據采集通訊的需求，并且服務器端的負擔也較輕。

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　　圖2 系統體系結構

　　6 系統特點

　　現場無紙化作業，避免人工抄寫數據之錯誤，資料快速收集整理，降低了用戶的總體成本，并可利用因特網進行遠程數據查詢。實時掌握現場生產數量與質量狀況，準確把握原材料、在制品、設備及員工的信息。利用電子看板，提供現場視覺管理，便于員工準確把握生產進度。維修人員可根據采集信息確定該產品的生產員工，明確責任，并建立生產及質量數據報表。