物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of Things，IOT）是指將物體通過傳感設備、通信手段實現(xiàn)全面互聯(lián)的網(wǎng)絡，包括物與物之間的互聯(lián)互通，也包括人與物之間的互聯(lián)互通。物聯(lián)網(wǎng)是應用信息通信技術的最新產(chǎn)物，可實現(xiàn)智能化的實時管理和控制，已成為國際新一輪信息技術競爭的關鍵點和制高點。據(jù)美國權威咨詢機構FORRESTER預測：到2020年，世界上物物互聯(lián)的業(yè)務，跟人與人通信的業(yè)務相比，將達到30:1。因此，“物聯(lián)網(wǎng)”被稱為是下一個萬億級的通信業(yè)務，將成為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。我國物聯(lián)網(wǎng)技術和標準的發(fā)展與國際基本同步，《國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃綱要（2006－2020）》在重大專項、優(yōu)先主題、前沿技術三個層面均列入傳感網(wǎng)的內(nèi)容，正在實施的國家科技重大專項也將無線傳感網(wǎng)作為主要方向之一，對若干關鍵技術領域與重要應用領域給予資助。
物聯(lián)網(wǎng)通過RFID技術、紅外傳感器、全球定位系統(tǒng)或激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。物聯(lián)網(wǎng)技術的關鍵在于數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)，其中RFID技術是當前物聯(lián)網(wǎng)的主流應用形式。
RFID系統(tǒng)是利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實現(xiàn)無接觸信息傳遞，并通過所傳遞的信息達到識別目的。RFID系統(tǒng)通常由標簽、閱讀器和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)三部分組成（圖1）。標簽包含天線、芯片、調制器、編碼器以及儲存器等單元；閱讀器由天線、射頻收發(fā)模塊和控制單元等部分組成；控制模塊通常包含放大器、解碼和糾錯電路、微處理器、時鐘電路、標準接口以及電源電路等。
RFID技術具有無線交換數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)讀寫無需接觸、標簽可小型化和多樣化、耐環(huán)境性、可重復使用、穿透性、數(shù)據(jù)的記憶容量大、安全性以及便于數(shù)據(jù)管理和分析等優(yōu)點，目前典型應用于交通運輸、智能電網(wǎng)、電信運營、現(xiàn)代物流、制造業(yè)（實時監(jiān)控，質量追蹤）、產(chǎn)品防偽、環(huán)境監(jiān)控、食品藥品監(jiān)管、館藏管理等領域。
圖1 RFID系統(tǒng)組成與工作原理圖
二、現(xiàn)狀與需求
隨著制造業(yè)信息化工程的實施，企業(yè)完成了由最初的MIS、CAx提升到MRPII/ERP、PDM/PLM等系統(tǒng)，這些系統(tǒng)基本覆蓋了產(chǎn)品設計、工藝設計與經(jīng)營管理等過程，滿足了企業(yè)大部分需求。企業(yè)也從“甩圖板、甩圖紙、甩賬本”與“數(shù)字化樣機”等實施應用中受益匪淺。 然而，制造過程自動化與ERP（EntERPrise Resource Planning）融合不夠，主要是生產(chǎn)過程控制和質量控制的應用深度不夠，制造過程的信息采集、處理、分析、展現(xiàn)等方面還需要進一步精細化，具體情況表現(xiàn)為：
（1）數(shù)據(jù)共享與系統(tǒng)集成：各車間的協(xié)同作業(yè)和各業(yè)務部門數(shù)據(jù)不能共享，無法確保企業(yè)內(nèi)部數(shù)據(jù)一致、準確，且仍需大量人工重復錄入。
（2）生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集：車間管理層需要對生產(chǎn)過程信息進行現(xiàn)場采集，及時掌握每個工單對應的操作者、機床設備、加工物料、額定工時、工位數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)對產(chǎn)品生產(chǎn)過程跟蹤。
（3）生產(chǎn)過程跟蹤：需要對關鍵零部件（如中墻板、羅拉、主軸等）加工過程中的設備運行狀態(tài)、加工時間、質檢情況、安裝狀況進行實時跟蹤。
（4）質量分析與追溯：在數(shù)據(jù)采集基礎上進行質量統(tǒng)計分析，實時了解生產(chǎn)過程中的質檢信息，通過追溯某批零件使用的毛坯批次、子裝配中的零件批次以及每個零件具體批次的生產(chǎn)過程，找出影響加工質量的主要原因。
由于企業(yè)現(xiàn)有信息系統(tǒng)還覆蓋不到生產(chǎn)制造的最前端，無法得到制造過程的全局數(shù)據(jù)以展現(xiàn)給決策者進行分析，導致企業(yè)缺乏供應鏈內(nèi)的生產(chǎn)同步；缺乏評估生產(chǎn)績效和生產(chǎn)跟蹤的統(tǒng)計數(shù)據(jù)；無法及時動態(tài)調整資源規(guī)劃等。這些問題往往會造成生產(chǎn)線上出現(xiàn)諸如制造過量、庫存浪費、次品多、等待時間長、加工時效低以及大量的冗余移動作業(yè)等現(xiàn)象。為此，企業(yè)急需利用物聯(lián)網(wǎng)技術，來滿足生產(chǎn)跟蹤和可追溯性等諸多需求，進一步提高離散制造企業(yè)的信息化精密度。
三、系統(tǒng)總體目標與架構
基于物聯(lián)網(wǎng)技術的質量追溯系統(tǒng)是建立在企業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)UniMax MES（Manufacturing Execution System）平臺上，采用RFID技術實現(xiàn)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集，解決生產(chǎn)過程中的質量控制難題，同時運用精益化管理思想優(yōu)化加工流程，形成完整的產(chǎn)品跟蹤和質量追溯系統(tǒng)。該系統(tǒng)的總體實施目標見表1。
表1 系統(tǒng)總體實施目標
本系統(tǒng)總體架構包括“生產(chǎn)計劃”、“生產(chǎn)執(zhí)行”和“質量管理”等3個業(yè)務模塊以及接口管理模塊，如圖2所示。
圖2 系統(tǒng)總體架構
在系統(tǒng)硬件平臺部署中，充分考慮系統(tǒng)架構的可用性、數(shù)據(jù)安全性與擴展兼容性，采用系統(tǒng)集群技術，通過負載均衡和雙機熱備（一主一備雙機自動切換）方式實現(xiàn)系統(tǒng)高穩(wěn)健運行。在車間層，采用多種數(shù)據(jù)采集終端，如手持RF、工控機終端、RFID等控制手段以及LED大屏展示看板，對車間進行綜合管控。
該系統(tǒng)通過接口管理模塊和通訊協(xié)議實現(xiàn)與SAP（Systems，Application and Products in Data processing，德國企業(yè)管理解決方案軟件）/SFC（Shop Flow Control，車間控制系統(tǒng)）系統(tǒng)無縫集成，即通過不同類型接口從上層管理系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)，用作車間生產(chǎn)的參考依據(jù)；同時將收集到的生產(chǎn)和設備數(shù)據(jù)及時反饋到上層管理系統(tǒng)，作為分析與決策參考依據(jù)。
四、系統(tǒng)主要業(yè)務模塊功能
為了確保生產(chǎn)過程處于受控狀態(tài)，系統(tǒng)對直接或間接影響過程質量的因素進行重點控制（分析、診斷和監(jiān)控），并制定實施控制，確保產(chǎn)品制造過程質量。本文以紡織機械典型控制零件之一中墻板為例（圖3），具體說明該系統(tǒng)業(yè)務功能與特點。
圖3 中墻板質量追溯系統(tǒng)業(yè)務流程
1．生產(chǎn)計劃模塊
車間層的生產(chǎn)計劃來源于外部系統(tǒng)（SAP/SFC）根據(jù)銷售訂單按照排產(chǎn)規(guī)則生成的生產(chǎn)計劃。生產(chǎn)計劃主要是參考SFC系統(tǒng)內(nèi)下達的《月度生產(chǎn)進度要求》和《月份缺件清單》，結合SAP系統(tǒng)產(chǎn)生的《月度產(chǎn)品均衡裝配計劃》，來確定車間生產(chǎn)的主計劃，進而排出周生產(chǎn)計劃，最后確定生產(chǎn)班次、機床設備與操作人員。該系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)接口模塊從外部系統(tǒng)導入生產(chǎn)工單，并同步調整更新外部系統(tǒng)的訂單以及撤單信息，以便及時調整車間實際業(yè)務、實時查詢或反饋現(xiàn)場信息。
根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)計劃的特點，系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)庫自動定時獲取主生產(chǎn)計劃，然后在系統(tǒng)中自動編制排序生產(chǎn)計劃；也可通過訪問系統(tǒng)Web頁面手動導入Excel生產(chǎn)計劃或根據(jù)系統(tǒng)中已經(jīng)維護的基礎數(shù)據(jù)，人工編制生產(chǎn)計劃。生產(chǎn)計劃模塊實現(xiàn)功能如下：
（1）統(tǒng)籌生產(chǎn)計劃，實現(xiàn)生產(chǎn)計劃的統(tǒng)一規(guī)劃、可控和可追溯；
（2）實現(xiàn)與外部系統(tǒng)（SAP/SFC）主機生產(chǎn)計劃的同步，提供生產(chǎn)計劃的導入功能；
（3）提供生產(chǎn)計劃的實時查詢、導出Excel文件功能；
（4）提供調整、拆分后生產(chǎn)工單的同步更新功能；
（5）通過與外部系統(tǒng)的集成和信息交互，實現(xiàn)計劃調整和車間執(zhí)行情況的快捷查詢（圖4）。
圖4 生產(chǎn)計劃調整與導出功能
2．生產(chǎn)執(zhí)行模塊
中墻板需要經(jīng)過六道工序，根據(jù)其材質與加工工藝特點，系統(tǒng)采用抗金屬RFID進行跟蹤（圖5）。按中墻板工藝路線，分別設置8個RFID的數(shù)據(jù)采集點和1個RFID寫入點。在中墻板的工藝起始點，設置RFID寫入點，寫入內(nèi)容包括中墻板編號、寫入時間等信息。
圖5 中墻板加工工序與RFID采集點設置
在中墻板生產(chǎn)過程中，系統(tǒng)采用無線固定RFID設備自動采錄生產(chǎn)加工信息。具體生產(chǎn)跟蹤流程（圖6）是：車間計調室根據(jù)生產(chǎn)計劃信息和操作人員信息下達生產(chǎn)指令后，在中墻板上線前進行產(chǎn)品初始化關聯(lián)；操作員在每塊中墻板上安裝RFID標簽，然后讀取RFID信息，關聯(lián)生產(chǎn)計劃和產(chǎn)品編號；在中墻板加工過程中，系統(tǒng)自動掃描RFID標簽，記錄產(chǎn)品編號、加工時間以及操作員信息；在所有工序完成后，觸發(fā)ERP報工和生成中墻板加工過程質量檔案。
圖6 中墻板生產(chǎn)跟蹤流程
生產(chǎn)執(zhí)行模塊具有以下特點：
（1）生產(chǎn)過程關聯(lián)多樣化：支持初始工單關聯(lián)產(chǎn)品的生產(chǎn)；支持按產(chǎn)品類型進行生產(chǎn)，在生產(chǎn)過程中/完畢后進行工單關聯(lián)。
（2）信息錄入靈活：支持單工位多工序報工；工作信息批量錄入。
（3）報工方式靈活：支持RFID自動報工，同時支持手持終端報工。
（4）信息查詢便捷：支持按人員、機臺、產(chǎn)品、時段、工序等進行實時信息查詢（圖7）。
圖7 按中墻板加工工序查詢信息
3．質量管理模塊
質量管理主要記錄、跟蹤和分析產(chǎn)品及過程質量數(shù)據(jù)，用以控制產(chǎn)品質量，確定生產(chǎn)中需要注意的問題。質量管理模塊功能分兩部分完成，一部分是數(shù)據(jù)采集客戶端，主要進行質量數(shù)據(jù)的錄入（檢驗員在檢測零件時，通過布置在車間的數(shù)據(jù)采集終端或手持終端上報質檢結果）；另一部分是系統(tǒng)Web頁面，主要進行質量數(shù)據(jù)的基礎信息維護，補錄未在客戶端及時錄入質量數(shù)據(jù)以及質量信息查詢等。
質量管理模塊提供對質量基礎數(shù)據(jù)的維護，使質量數(shù)據(jù)格式標準化，便于進行質量數(shù)據(jù)錄入和查詢，具體功能如下：
（1）數(shù)據(jù)錄入：支持各道工序產(chǎn)品檢驗結果信息的錄入，包括工序加工量、機臺型號、合格數(shù)量、報廢數(shù)量、操作者及檢驗者等。系統(tǒng)將信息自動計入相關操作者的質量檔案中，便于對生產(chǎn)質量進行總結評估。
（2）信息查詢：通過用戶界面輸入姓名、工號、批次號、時段、型號、檢驗項目及處理方式等條件或組合條件，查詢加工量、合格量、報廢量、返修量等數(shù)據(jù)，方便管理者分析決策。
（3）質量追溯：通過掃描加工后的中墻板RFID標簽，現(xiàn)場顯示器可顯示該中墻板型號、已加工工序、每道工序的操作者、合格或報廢信息。
（4）報表統(tǒng)計：支持指定時段內(nèi)（月、周、日）常規(guī)質量報表的定制與輸出，包括每個操作員及各型號中墻板各工序的加工數(shù)量、合格數(shù)量、報廢數(shù)量，以及車間日生產(chǎn)完成情況、月度廢品考核報表、班組或操作員生產(chǎn)合格率統(tǒng)計等報表，為生產(chǎn)績效管理提供基礎數(shù)據(jù)。
（5）提供決策依據(jù)：管理者可實時跟蹤生產(chǎn)線主要指標，監(jiān)控產(chǎn)品生產(chǎn)及質量情況，及時發(fā)現(xiàn)異常問題，方便生產(chǎn)調度。信息統(tǒng)計分析提供最新的實際制造過程結果報告，便于對當前生產(chǎn)績效進行評價與指導。
五、結語
該質量追溯系統(tǒng)基于網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一集中安全管理，通過規(guī)范并完善企業(yè)制造規(guī)范、制造工藝、制造資源、制造過程等基礎數(shù)據(jù)，利用RFID技術跟蹤產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的加工、人員信息和產(chǎn)品安裝情況以及質量追溯信息，徹底解決了企業(yè)運營管理與實際生產(chǎn)執(zhí)行過程中的協(xié)同問題，實現(xiàn)了生產(chǎn)計劃和生產(chǎn)制造系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)一體化集成管理，提高了企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理與控制決策能力，在紡機制造行業(yè)尚屬首次應用。提升產(chǎn)品質量，提高設備效率，降低維護成本以及通過質量追溯完善售后服務，物聯(lián)網(wǎng)為我國現(xiàn)代制造業(yè)帶來創(chuàng)新模式和服務手段，將全面帶動制造業(yè)技術創(chuàng)新，提升制造業(yè)信息化的管理水平，加速我國制造業(yè)從“中國制造”向“中國創(chuàng)造”轉變。
轉載請注明出處：拓步ERP資訊網(wǎng)http://www.oesoe.com/
本文標題：基于物聯(lián)網(wǎng)RFID技術的ERP質量追溯系統(tǒng)
本文網(wǎng)址：http://www.oesoe.com/html/consultation/10819911662.html
相關文章
