物联网、RFID制品实时跟踪与监控方案

1.背景和需求

我国传统制造业由于普遍存在环境比较恶劣、信息化基础薄弱、生产效益不高等不足现象，因此在制造业尤其是传统制造业实施信息化是当前迫切需要解决的任务。同时，即使在实施了ERP的企业，也需要对车间级的生产信息进行采集与管理，以达到对生产进行“事前预测计划、事中分析控制、事后跟踪管理” 的目的。因此，企业迫切需要对产品的制造过程进行全程跟踪与管理，实现从签定合同—设计—生产—入仓—发货的生产全生命周期的监控，满足生产精细化管理需要以及客户交货期需要，并实现质量的跟踪追溯；这也是提高企业的竞争力，加强成本控制，用准确的产品数据来支撑信息系统，同时解决生产过程的物料使用进行实时监控与记录，杜绝物料浪费、在制品积压等问题。

2.系统目标

以离散制造业生产企业为对象，面向精益生产与6S管理模式，利用RFID、电子看板等技术识别物料身份、记录加工状态，实现车间在制品实时监控、质量追溯功能，提高产品品质，减少和避免积压，提高企业效率。

2.1预期效果

系统实施所达到的预期效果包括：

? 通过条形码和RFID等自动识别和数据采集手段代替手工处理信息提高管理效率和增强企业的应变能力；

? 信息系统将向底层自动化扩展。通过RFID向系统输入大量底层实时数据，使得信息系统势必不断向底层自动化扩展，提高装配过程的灵活性；

? 弥合企业生产系统中计划与执行时间的间隙。应用条形码或RFID等自动识别和数据采集手段的信息系统能及时获取生产的实时数据，实现在制品的全程自动跟踪，并通过网络信息传递通道将数据和应用无缝集成起来，为企业管理层提供决策支持，弥合了计划下达和生产执行之间的间隙，减少计划的盲目性；

? 安全库存和制造批量的观念发生变化。条码或RFID在工厂和仓库中的应用将使得上游工序（或企业）的来料、下游工序（或企业）的需求完全透明，从而实现准时制（JIT）和批量定制（MC）生产方式。

3.总体方案

3.1 系统整体结构

系统方案的总体结构图如图1所示。整个系统大体分成生产执行层、数据通信层和管理控制层三部分。

图1 系统总体结构图

1. 生产执行层

生产执行层由工业现场设备终端和条形码、RFID数据采集系统两部分组成，包括的物理设备有条码扫描仪（扫描枪）、RFID读写器设备、射频天线、RFID电子标签以及现场信息显示、录入终端、RFID打印设备、贴标设备等。从空间位置的角度讲，主要涉及用于在制品生产的作业车间现场、用于存储在制品的仓库等区域。生产执行层完成底层数据采集、数据传输、数据提交和指导生产。

1. 现场信息显示、录入终端：现场信息显示、录入终端设备集电子看板与现场信息录入设备于一身，实现零配件批号生成与管理以及生产计划、生产工艺、生产状态信息、生产设备信息、质量分析信息的在线实时查询、显示、录入，实现车间的无纸化作业。

标签表面，并将指令信息写入芯片中，然后将标签粘贴在在制品货包装上。

2. 数据通信层

数据通信层是联系管理控制层和生产执行层的中间部分，实现管理层与执行层之间的数据通信与信息交互。主要的物理设备包括企业内部网（Intranet）和通信服务器。

3.2 系统网络结构

系统采用浏览器／服务器 B／S（browser／server)三层网络结构，如图2所示。

图2 系统网络结构图

3.3 系统功能结构

整个在制品实时跟踪与监控系统功能结构如图3所示。图中虚线框内的部分为本项目所需完成的部分，主要包括生产现场设备终端、RFID数据采集系统和系统中间件三部分组成。

1. 生产现场设备终端

生产现场设备终端主要完成生产现场信息的录入/显示的功能。其功能可分解如下：

图3 车间生产管理系统功能结构图

? 加工过程中实时信息反馈

当在制品到达某一工位时，工人利用条码扫描枪或RFID读写器读取在制品上的条码或RFID电子标签信息，读取的信息在设备终端自动显示，并根据该信息自动与系统服务器端数据库内对应的在制品信息进行核对,电子看板与实时信息显示.

生产管理层在生产过程中所下达的实时指令和信息，将以消息通知的方式，直接在特定工位的设备终端上实时显示，从而提高了车间生产对特殊情况的快速反应能力，并且保证了管理层信息及时传达到生产环节。

? 在制品库存/出入库管理

设备终端应用在在制品仓库内，主要完成对在制品库存信息的管理、出入库登记等工作。此时的设备终端通常采用计算机来完成。

? 预警与报警功能

设备终端将根据实际生产要求提供不同等级的报警功能。报警等级可分为严重级、较重级和轻微级，具体代表的含义有企业确定。

2. 数据采集系统

以条形码和RFID为代表的数据采集系统是实现生产现场信息实时获取的主要硬件设备。通过生产车间专用数据采集终端，可以将生产计划与生产工艺直接下达到工序指导生产。基于条码的数据采集系统应用较为广泛，且具有一次投入低等优点，比较适合于对工业现场环境较为理想的企业采用。RFID数据采集系统具有防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、标签非可视、标签内数据可加密、存储数据容量大等优点，非常适合在制造业应用。系统利用条形码或RFID标签对在制品、加工人员等生产要素进行惟一标示，利用在车间的各个工位和其他数据采集区域布置条码扫描枪或RFID读写系统等数据采集终端，实现对生产过程中的上述信息的实时采集。这些信息经过工业以太网传输和系统中间件过滤处理后，为生产管理控制层提供生产实时数据，从而实现对生产的实时管理和监控。

4. 总结

基于条形码、RFID等数据采集系统和精益生产的在制品实时跟踪与监控系统，对生产过程中的“物料”和“在制品”信息进行精确采集、整合、集成、分析和共享，为企业生产物资的管理和产品生命周期的管理提供基础信息解决方案，是车间制造管理系统的核心内容。系统的应用可与ERP、CRM、SCM系统形成良好的互补。有效地解决ERP系统在物资和产品数据采集、数据准确性和实时输入等方面的问题，是实现工厂或生产型企业整体信息化的枢纽信息系统.

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