1. RFID系統(tǒng)簡(jiǎn)介 

　　RFID是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)。RFID的應(yīng)用系統(tǒng)具有非接觸，工作距離遠(yuǎn)，精度高，信息收集處理自動(dòng)快捷及環(huán)境適應(yīng)性好等一系列優(yōu)點(diǎn)，不僅能取代傳統(tǒng)的手工錄入方式，大大提升企業(yè)的運(yùn)營(yíng)效率，更由于其先進(jìn)的自動(dòng)識(shí)別功能，能輕易地實(shí)現(xiàn)原先人工難以完成的任務(wù)，為提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，增強(qiáng)企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力提供有力的支持。

　　最基本的RFID系統(tǒng)由以下三部分組成，原理如圖1-1所示：
　　標(biāo)簽(Tag)：由耦合元件及芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象； 
　　讀寫器(Reader)：讀取(有時(shí)還可以寫入)標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計(jì)為手持式或固定式； 
　　天線(Antenna)：在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號(hào)。 

圖1-1：RFID系統(tǒng)原理圖 

　　電子標(biāo)簽中一般保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)，在實(shí)際應(yīng)用中，電子標(biāo)簽附著在待識(shí)別物體的表面。讀寫器可無(wú)接觸地讀取并識(shí)別電子標(biāo)簽中所保存的電子數(shù)據(jù)，從而達(dá)到自動(dòng)識(shí)別物體的目的。通常讀寫器與計(jì)算機(jī)相連，所讀取的標(biāo)簽信息被傳送到計(jì)算機(jī)上進(jìn)行下一步處理。RFID信息處理系統(tǒng)（即后臺(tái)應(yīng)用支撐軟件）整合由讀寫器收集到的標(biāo)簽數(shù)據(jù)。

　　2. 現(xiàn)狀與需求分析

　　2.1 現(xiàn)狀分析

　　公司客車廠分焊裝、涂裝、總裝、完檢4個(gè)車間，車間面積約15000平方米。
　　目前，生產(chǎn)線信息的采集采用人工采集、手工輸入的方式。
　　人工采集、手工輸入的方式準(zhǔn)確性不足，存在一定的錯(cuò)誤率。
　　手工輸入只能定時(shí)進(jìn)行，導(dǎo)致生產(chǎn)計(jì)劃按周計(jì)劃、月計(jì)劃提交，不能精確到日。
　　系統(tǒng)中生產(chǎn)數(shù)據(jù)無(wú)法實(shí)時(shí)更新，滯后情況嚴(yán)重，不利于生產(chǎn)流的順利進(jìn)行，制約了產(chǎn)能的進(jìn)一步提高。

　　2.2 需求分析 

　　根據(jù)以上現(xiàn)狀分析，我公司提出以下RFID解決方案：

　　用1000個(gè)耐高溫、防腐蝕RFID抗金屬標(biāo)簽（做成可循環(huán)利用的形式）對(duì)各車間生產(chǎn)線上的車輛進(jìn)行一對(duì)一的標(biāo)識(shí)管理。

　　執(zhí)行每批生產(chǎn)任務(wù)之前需在生產(chǎn)線管理系統(tǒng)中利用電子標(biāo)簽發(fā)卡器對(duì)各標(biāo)簽的信息進(jìn)行初始化，標(biāo)簽所對(duì)應(yīng)的信息應(yīng)包括：生產(chǎn)線編碼、產(chǎn)品編碼、訂單號(hào)、狀態(tài)位置、計(jì)劃號(hào)、產(chǎn)品順序號(hào)、VIN信息等。

　　標(biāo)簽使用鉚釘或其他方式固定于生產(chǎn)線上的車輛上，在車輛經(jīng)過完檢工序后，將標(biāo)簽取下便于下次重復(fù)使用。

　　在焊裝車間的焊接上線點(diǎn)、外蒙上線點(diǎn)、焊接下線點(diǎn)分別設(shè)置一臺(tái)超高頻RFID讀寫器，用于對(duì)進(jìn)入焊裝車間生產(chǎn)線的車輛進(jìn)行信息采集，并將信息通過以太網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)回傳至后臺(tái)管理系統(tǒng)。

　　在涂裝車間的涂裝上線點(diǎn)、涂裝下線點(diǎn)分別設(shè)置一臺(tái)超高頻RFID讀寫器，用于對(duì)進(jìn)入涂裝車間生產(chǎn)線的車輛進(jìn)行信息采集，并將信息通過以太網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)回傳至后臺(tái)管理系統(tǒng)。

　　在總裝車間的總裝上線點(diǎn)、總裝下線點(diǎn)、交檢點(diǎn)分別設(shè)置一臺(tái)超高頻RFID讀寫器，用于對(duì)進(jìn)入涂裝車間生產(chǎn)線的車輛進(jìn)行信息采集，并將信息通過以太網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)回傳至后臺(tái)管理系統(tǒng)。

　　在完檢車間的合格點(diǎn)設(shè)置一臺(tái)超高頻RFID讀寫器，用于對(duì)進(jìn)入完檢車間的車輛進(jìn)行信息采集，并將信息通過以太網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)回傳至后臺(tái)管理系統(tǒng)。

　　RFID生產(chǎn)管理系統(tǒng)需與現(xiàn)有ERP系統(tǒng)進(jìn)行接口。

　　3. 系統(tǒng)組成與原理
　　
　　3.1 系統(tǒng)組成 

　　RFID生產(chǎn)線管理系統(tǒng)（MES）主要由基礎(chǔ)硬件網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、硬件接口平臺(tái)、管理軟件平臺(tái)、ERP系統(tǒng)接口平臺(tái)等組成，如圖3-1所示。

圖3-1：RFID生產(chǎn)線管理系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖

　　基礎(chǔ)硬件網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)：現(xiàn)場(chǎng)信息采集點(diǎn)讀寫器設(shè)備及其與后臺(tái)管理系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。 
　　硬件接口平臺(tái)：MES軟件中負(fù)責(zé)硬件控制管理、硬件數(shù)據(jù)采集的部分。 
　　管理軟件平臺(tái)：MES軟件中負(fù)責(zé)所有與生產(chǎn)執(zhí)行管理相關(guān)的業(yè)務(wù)處理，是MES系統(tǒng)的核心部分。 
　　ERP系統(tǒng)接口平臺(tái)：MES軟件中負(fù)責(zé)與ERP系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的部分。

圖3-2：RFID生產(chǎn)線管理系統(tǒng)拓?fù)鋱D

　　3.2 系統(tǒng)原理

　　如圖3-3所示，在焊裝車間的焊接上線點(diǎn)、外蒙上線點(diǎn)、焊接下線點(diǎn)，涂裝車間的涂裝上線點(diǎn)、涂裝下線點(diǎn)，總裝車間的總裝上線點(diǎn)、總裝下線點(diǎn)、交檢點(diǎn)，完檢車間的合格點(diǎn)分別設(shè)置一臺(tái)超高頻RFID讀寫器，用于對(duì)生產(chǎn)線上的車輛信息進(jìn)行自動(dòng)采集。

圖3-3：RFID生產(chǎn)線管理系統(tǒng)原理示意圖

　　當(dāng)貼附有電子標(biāo)簽的汽車經(jīng)過生產(chǎn)線信息采集點(diǎn)時(shí)，讀寫器自動(dòng)采集到該汽車電子標(biāo)簽的信息，并將該信息實(shí)時(shí)傳送至后臺(tái)管理系統(tǒng)中。后臺(tái)管理系統(tǒng)根據(jù)這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)即可實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)線進(jìn)行各種管理。

　　4. 系統(tǒng)功能
　　本系統(tǒng)包括以下幾部分功能：

　　4.1 生產(chǎn)管理

　　根據(jù)生產(chǎn)訂單安排投產(chǎn)計(jì)劃，包括生產(chǎn)訂單導(dǎo)入、訂單統(tǒng)計(jì)和狀況信息拋轉(zhuǎn)、生產(chǎn)任務(wù)分解，任務(wù)自動(dòng)指派等
　　根據(jù)投產(chǎn)計(jì)劃制作、發(fā)放電子標(biāo)簽
　　各車間生產(chǎn)線采集點(diǎn)車輛數(shù)據(jù)采集，采集得到的數(shù)據(jù)包括：生產(chǎn)線編碼、產(chǎn)品編碼、訂單號(hào)、狀態(tài)位置、計(jì)劃號(hào)、產(chǎn)品順序號(hào)、VIN信息等
　　采集到的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至后臺(tái)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中所有操作信息都能由系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄下來

　　4.2 統(tǒng)計(jì)分析

　　通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)和數(shù)學(xué)分析、數(shù)據(jù)挖掘等方法，得到企業(yè)所需要的各種數(shù)據(jù)：產(chǎn)線即時(shí)產(chǎn)量、工序產(chǎn)出率、設(shè)備和人員的作業(yè)狀況等
　　自動(dòng)產(chǎn)生柏拉圖、直方圖、Xbar圖等各類質(zhì)量報(bào)表、圖表和報(bào)告，并反饋到在線系統(tǒng)進(jìn)行性能分析和提高
　　具有現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的報(bào)表和查詢功能，為高層管理人員的決策提供支持
　　
　　4.3 系統(tǒng)管理

　　系統(tǒng)的備份和恢復(fù)機(jī)制
　　系統(tǒng)操作日志
　　操作人員權(quán)限設(shè)置
　　采集終端配置與控制
　　ERP系統(tǒng)接口規(guī)則
　　數(shù)據(jù)初始化

　　4.4 數(shù)據(jù)接口

　　從現(xiàn)有ERP系統(tǒng)中獲取工程數(shù)據(jù)，為MES系統(tǒng)提供WIP信息
　　為現(xiàn)有ERP系統(tǒng)提供所需數(shù)據(jù)

　　5. 操作流程

圖5-1：操作流程圖

　　6. 設(shè)備簡(jiǎn)介

　　6.1 硬件

　　超高頻RFID讀寫器

圖6-1：超高頻RFID讀寫器實(shí)物圖

　　內(nèi)置7dBi圓極化天線，系統(tǒng)構(gòu)建無(wú)需另外配置天線 
　　防雷、防水、防塵、抗干擾，適用于各種室內(nèi)外應(yīng)用場(chǎng)合
　　工作頻率：902–928 MHz（可根據(jù)需求定制）
　　空中接口標(biāo)準(zhǔn)：ISO 18000-6B/6C
　　最大穩(wěn)定讀取距離：大于等于12米
　　寫標(biāo)簽距離：約為讀距離的1/3
　　數(shù)據(jù)速率：160kbps
　　工作模式：提供兩種工作模式（主從、觸發(fā)）
　　頻率模式：定頻/跳頻可選
　　通信接口：RS-232/485，RJ-45
　　IO接口：1路TTL輸入，1路TTL輸出
　　輸出功率：默認(rèn)1W（30dBm），最大33 dBm，以1 dBm為間隔連續(xù)可調(diào)
　　升級(jí)：支持固件升級(jí)更新
　　電源：+6V，3A/DC 
　　適配器：110-220V/AC
　　尺寸：240mm×235mm×100mm
　　重量：約1.6kg
　　工作溫度：-20℃～+55℃
　　貯存溫度：-35℃～+70℃
　　濕度：20%～90%
　　防護(hù)等級(jí)：IP65
　　外殼材料：ABS
　　指示燈：3個(gè)
　　超高頻RFID發(fā)卡器

圖6-2：超高頻RFID發(fā)卡器實(shí)物圖

　　工作頻段：902–928 MHz（可根據(jù)需求定制）
　　空中接口標(biāo)準(zhǔn)支持：ISO/IEC-18000-6B、EPC C1G2（ISO 18000-6C）
　　讀取距離：0-1 m（與應(yīng)用環(huán)境和標(biāo)簽有關(guān)）
　　寫卡距離：0-0.5m(由讀寫器設(shè)置和標(biāo)簽性能決定) 
　　天線：內(nèi)置
　　通信接口：RJ-45/RS-232
　　電源：DC5V/5 A
　　功耗：小于9W(根據(jù)功率設(shè)定而變化) 
　　防塵防水等級(jí)：IP53
　　RFID抗金屬標(biāo)簽

圖6-3：RFID抗金屬標(biāo)簽實(shí)物圖

　　類型：無(wú)源，可讀寫
　　頻率：860~960MHz
　　芯片：ALIEN HIGGS2
　　芯片協(xié)議：EPC Class 1 Gen 2
　　EPC：96bits
　　工作溫度：-30℃~90℃
　　存儲(chǔ)溫度：-40℃~150℃
　　重量：20g
　　尺寸：95*25*3.7mm
　　防腐蝕：支持

　　6.2 軟件

　　硬件接口軟件
　　與讀寫器通信連接的建立、控制與拆除
　　讀寫器參數(shù)配置與控制
　　讀寫器數(shù)據(jù)的采集
　　管理軟件
　　采集得到數(shù)據(jù)的記錄與分析
　　生成各類質(zhì)量報(bào)表、圖表和報(bào)告
　　現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的報(bào)表與查詢
　　系統(tǒng)的備份和恢復(fù)
　　系統(tǒng)操作日志 
　　操作人員權(quán)限設(shè)置 

圖6-5：管理軟件示意圖

　　ERP系統(tǒng)接口軟件
　　ERP系統(tǒng)接口規(guī)則定義與設(shè)置
　　從現(xiàn)有ERP系統(tǒng)中獲取工程數(shù)據(jù)，為MES系統(tǒng)提供WIP信息
　　為現(xiàn)有ERP系統(tǒng)提供所需數(shù)據(jù)

　　7. 項(xiàng)目實(shí)景圖 

　　目前，該系統(tǒng)已經(jīng)在東風(fēng)汽車公司成功應(yīng)用。

　　中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第七研究所
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