汽車工業(yè)正在以前所未有的進(jìn)程飛速發(fā)展, 為了讓汽車生產(chǎn)商能夠制造出更好更合格的汽車, 生產(chǎn)過程中的物流信息采集和跟蹤管理變得越來(lái)越重要。現(xiàn)在的生產(chǎn)物流中的信息采集模式基本采用的是“人工+條形碼”的方式, 此方式有如下不可避免的缺陷: 手工輸入方式錯(cuò)誤率較高; 條碼數(shù)據(jù)包含信息量小, 不能及時(shí)反映產(chǎn)品需求變化的信息; 信息不能交互傳遞。因此要改善生產(chǎn)管理的效果, 降低產(chǎn)品的成本, 必須從根本的信息采集技術(shù)入手, 從而改變生產(chǎn)過程中的信息傳遞方式。本文針對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)物流中的信息采集方式和跟蹤管理方面存在的不足, 提出基于RFID ( Radio Frequency Identification, 射頻識(shí)別) 的生產(chǎn)物流管理信息系統(tǒng), 利用RFID 的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)和數(shù)據(jù)采集技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)與生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)的無(wú)縫鏈接, 以便能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控生產(chǎn)及產(chǎn)品流向, 提高產(chǎn)品下線合格率。

　　基于RFID 的生產(chǎn)物流管理信息系統(tǒng)能夠在線實(shí)時(shí)地反映生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)和物流信息, 使生產(chǎn)調(diào)度、質(zhì)檢及管理人員能夠隨時(shí)了解客車生產(chǎn)的全貌, 根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整作業(yè)計(jì)劃, 便利地解決生產(chǎn)中的問題, 作到均衡生產(chǎn)。同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)車間管理的各個(gè)業(yè)務(wù)部門之間的信息共享, 改善企業(yè)內(nèi)部的信息交換方式, 為企業(yè)決策者提供動(dòng)態(tài)的監(jiān)控生產(chǎn)。

　　1 RFID 技術(shù)與EPC 代碼

　　1.1 RFID 技術(shù)

　　RFID ( Radio Frequency Identification)是一種非接觸的自動(dòng)識(shí)別技術(shù), 其基本原理是利用射頻信號(hào)和空間耦合(電感或電磁耦合) 傳輸特性, 實(shí)現(xiàn)對(duì)被識(shí)別物體的自動(dòng)識(shí)別。RFID 系統(tǒng)通常由讀寫器、標(biāo)簽、天線以及控制器( PC 機(jī)) 組成, 它們之間的連接關(guān)系如圖1 所示。讀寫器是用來(lái)識(shí)別標(biāo)簽的電子裝置, 它是通過發(fā)送電磁波為標(biāo)簽提供電源, 使其能夠?qū)⒋鎯?chǔ)在微型晶片上的數(shù)據(jù)傳回。標(biāo)簽是作為產(chǎn)品電子代碼( Electronic Product Code, EPC) 的信息載體, 當(dāng)受無(wú)線電射頻信號(hào)照射時(shí), 能反射回?cái)y帶有電子代碼信息的無(wú)線電射頻信號(hào), 供讀寫器處理識(shí)別。
 

圖一　RFID應(yīng)用系統(tǒng)

　　讀寫器與標(biāo)簽之間是利用無(wú)線感應(yīng)方式進(jìn)行信息交換的, 它具有以下特點(diǎn): 可以非接觸識(shí)別; 無(wú)需“視線”所及, 可以穿過水、油漆、木材甚至人體進(jìn)行識(shí)別; 可以識(shí)別快速移動(dòng)物品; 可同時(shí)識(shí)別多個(gè)物品等。在RFID 系統(tǒng)的應(yīng)用中, 標(biāo)簽附著在被識(shí)別的物體上( 表面或內(nèi)部) , 一旦帶有電子標(biāo)簽的被識(shí)別物體進(jìn)入可識(shí)讀范圍時(shí), 讀寫器以自動(dòng)無(wú)接觸的方式將約定的信息從標(biāo)簽中讀取出來(lái), 從而完成自動(dòng)識(shí)別物品或者自動(dòng)收集物品標(biāo)志信息的功能。采用RFID 最大的好處是可以對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)過程進(jìn)行可視化管理, 以有效地降低成本。因此, 越來(lái)越多的制造商都在關(guān)心和支持這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。

　　1.2 EPC 代碼

　　EPC 的全稱是Electronic Product Code 電子產(chǎn)品代碼, 由分別代表版本號(hào)、制造商、物品種類以及序列號(hào)的編碼組成。EPC 碼是對(duì)實(shí)體及實(shí)體的相關(guān)信息進(jìn)行代碼化, 通過統(tǒng)一并規(guī)范化的編碼建立全球通用的信息交換語(yǔ)言, 它具有惟一性、簡(jiǎn)單性、可擴(kuò)展性以及保密性與安全性這些特點(diǎn)。EPC 提供對(duì)實(shí)體對(duì)象的全球惟一標(biāo)識(shí), 一個(gè)EPC 代碼只標(biāo)識(shí)一個(gè)實(shí)體對(duì)象。EPC 代碼是條碼技術(shù)的拓展, 是進(jìn)一步提高物流供應(yīng)鏈管理水平, 實(shí)現(xiàn)對(duì)所有實(shí)體對(duì)象( 包括零售商品、物流單元、集裝箱、貨運(yùn)包裝等) 的唯一有效標(biāo)識(shí)。這項(xiàng)具有革命性意義的新技術(shù), 已受到了世界發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)高新技術(shù)與應(yīng)用企業(yè)的高度重視。在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上, 利用RFID、無(wú)線數(shù)據(jù)通信等技術(shù), 構(gòu)造一個(gè)覆蓋世界上萬(wàn)事萬(wàn)物的實(shí)物互聯(lián)網(wǎng)( Internet of things) 。其實(shí)質(zhì)是以RFID 技術(shù)為載體, 通過計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物品( 商品) 的自動(dòng)識(shí)別和信息的互聯(lián)與共享。

　　2 基于RFID 的某汽車制造企業(yè)生產(chǎn)物流管理信息系統(tǒng)

　　2.1 系統(tǒng)的需求分析

　　某汽車制造企業(yè)總裝車間的生產(chǎn)物流按工藝流程進(jìn)行, 總裝車間主要完成車身與底盤的組裝以及內(nèi)飾件的安裝, 通過調(diào)查研究與分析, 該總裝車間的生產(chǎn)物流管理系統(tǒng)大致存在如下問題:
　　( 1) 在裝備過程中, 各環(huán)節(jié)的信息錄入均由手工完成, 經(jīng)常出現(xiàn)抄錄錯(cuò)誤, 導(dǎo)致工作步驟不能正常銜接, 影響了整個(gè)生產(chǎn)流通。
　　( 2) 車間工人實(shí)行的是每日一班工作制, 每班的工人人數(shù)是固定的, 有時(shí)由于原材料短缺或設(shè)備故障等原因而使部分工人的工作量不能達(dá)到飽和, 從而增加了生產(chǎn)成本。
　　( 3) 當(dāng)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品有缺陷時(shí), 由于記錄的不完全和數(shù)據(jù)的不統(tǒng)一, 不能及時(shí)查詢到具體的負(fù)責(zé)人員。
　　( 4) 生產(chǎn)線與倉(cāng)庫(kù)溝通銜接不夠好, 導(dǎo)致配料效率低。
　　( 5) 管理人員不能直觀及時(shí)地了解生產(chǎn)線狀況, 從而不能根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整作業(yè)計(jì)劃, 便利地解決生產(chǎn)中的問題。

　　根據(jù)上述需求分析, 信息傳遞的延遲以及信息的不準(zhǔn)確是整個(gè)問題的關(guān)鍵, 因此要改善生產(chǎn)管理的效果, 降低產(chǎn)品的成本, 必須從根本的信息采集技術(shù)入手, 從而改變生產(chǎn)過程中的信息傳遞方式?；谶@種情況, 提出了基于RFID 的物流管理信息系統(tǒng)。

　　2.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　通過上述的需求分析, 建設(shè)符合現(xiàn)代企業(yè)全面信息管理的需求, 在制品組裝生產(chǎn)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)追蹤信息管理系統(tǒng), 使管理人員在后臺(tái)即可看到在制品的裝備情況。系統(tǒng)除了需要對(duì)生產(chǎn)過程的監(jiān)控以外, 還要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的共享與實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì), 以便于管理部門的生產(chǎn)監(jiān)測(cè)與調(diào)度。綜合以上要求以及該單位的實(shí)際情況, 系統(tǒng)主體設(shè)計(jì)采用分布式控制的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu), 如圖2 所示。整個(gè)系統(tǒng)由生產(chǎn)業(yè)務(wù)管理層、生產(chǎn)過程監(jiān)控層以及數(shù)據(jù)采集管理層所組成, 并利用通信接口與以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)將信息服務(wù)器、現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控服務(wù)器、RFID 閱讀器以及其它模塊和終端連接起來(lái)。

圖二　系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖

　　( 1) 數(shù)據(jù)采集管理層。數(shù)據(jù)采集管理是生產(chǎn)過程監(jiān)督和控制的基礎(chǔ), 它負(fù)責(zé)收集生產(chǎn)線上在制品的裝備信息等, 打包后上傳到公司管理部門, 供生產(chǎn)過程監(jiān)督和控制分析使用。RFID 是數(shù)據(jù)采集管理層的核心, 通過讀寫器采集電子標(biāo)簽中的信息, 進(jìn)行簡(jiǎn)單的信息預(yù)處理( 解碼、防沖撞、多通道信息去重、信息過濾、分類) 。

　　( 2) 生產(chǎn)過程監(jiān)控層。生產(chǎn)過程監(jiān)控層負(fù)責(zé)管理生產(chǎn)過程中在制品的加工信息和生產(chǎn)線的狀態(tài)信息, 并將這些實(shí)時(shí)信息及時(shí)呈遞給生產(chǎn)管理部門, 使企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)和生產(chǎn)管理人員能夠掌握第一手的生產(chǎn)作業(yè)情況。同時(shí), 管理部門可以根據(jù)這些信息對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行控制, 及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃和修改生產(chǎn)控制參數(shù), 以求在最短的時(shí)間內(nèi), 使生產(chǎn)流程重新步入正常工作狀態(tài), 確保生產(chǎn)計(jì)劃能夠順利完成。生產(chǎn)過程監(jiān)控層包括現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控服務(wù)器、RFID 車輛識(shí)別終端、車型信息顯示終端, 通過工業(yè)以太網(wǎng)組成一個(gè)星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

　　( 3) 業(yè)務(wù)管理層。業(yè)務(wù)管理層是系統(tǒng)的頂層, 也是整個(gè)系統(tǒng)對(duì)外部的接口, 通過管理層, 廠級(jí)信息網(wǎng)絡(luò)可以訪問系統(tǒng)內(nèi)部。信息服務(wù)器作為車間級(jí)生產(chǎn)管理、調(diào)度的中心, 負(fù)責(zé)整合、分發(fā)監(jiān)控層上報(bào)的生產(chǎn)信息, 實(shí)現(xiàn)在車間范圍內(nèi)的信息共享,為管理者及時(shí)下達(dá)調(diào)度指令提供可靠的分析依據(jù)。

　　2.3 系統(tǒng)硬件選型

　　RFID 設(shè)備的選型主要依據(jù)是頻率, 因?yàn)轭l率的選擇是RFID 技術(shù)中的一個(gè)關(guān)鍵性問題, RFID 系統(tǒng)的工作頻率主要有: 低頻( 30- 300KHZ) , 高頻( 3- 30MHZ) 和超高頻( 300MHZ- 3GHZ) 。低頻系統(tǒng)常見的工作頻率有125KHz, 134KHz, 該頻段主要是通過電感耦合的方式進(jìn)行工作。其特點(diǎn)是識(shí)別距離短, 傳輸速度比較慢, 主要應(yīng)用領(lǐng)域: 畜牧業(yè)、門禁、身份識(shí)別等。高頻系統(tǒng)常見的工作頻率為13.56MHz, 它是通過感應(yīng)器上的負(fù)載電阻的接通和斷開促使讀寫器天線上的電壓發(fā)生變化, 實(shí)現(xiàn)用遠(yuǎn)距離感應(yīng)器對(duì)天線電壓進(jìn)行振幅調(diào)制。高頻系統(tǒng)用于門禁控制和需傳送大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用。超高頻系統(tǒng)( 工作頻率為860MHz 到960MHz 之間) 通過電場(chǎng)來(lái)傳輸能量。該頻段讀取距離比較遠(yuǎn), 無(wú)源可達(dá)10m 左右, 信號(hào)傳輸速度快。主要應(yīng)用領(lǐng)域: 供應(yīng)鏈上的管理和應(yīng)用, 生產(chǎn)線自動(dòng)化的管理和應(yīng)用等。

　　綜上所述和比較, 考慮到RFID 的電磁特性, 為降低成本, 保證功效, 簡(jiǎn)化系統(tǒng), 便于使用與維護(hù), 我們采用了超高頻系RFS- 2022 ( 2011) 型讀寫器, 它能夠讀寫ISO- 18000- 6 協(xié)議標(biāo)簽, 系統(tǒng)的工作頻率為902MHz～928MHz, 其性能指標(biāo): 讀取距離大于5m, 寫入距離大于3m, 讀卡速度為平均每單字( 32bits) 需耗時(shí)6ms, 寫卡速度為平均每單字( 32bits) 耗時(shí)50ms, 一次讀卡數(shù)可達(dá)到30 張電子標(biāo)簽。這個(gè)頻段是目前人們期待應(yīng)用潛力最大的, 所使用的頻率和標(biāo)準(zhǔn)完全符合現(xiàn)行的各種法律法規(guī)。

　　2.4 系統(tǒng)軟件功能模塊設(shè)計(jì)

　　根據(jù)對(duì)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的要求, 整個(gè)系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)管理, 總裝線生產(chǎn)作業(yè)管理、總裝線生產(chǎn)查詢管理、總裝線資源管理、總裝線質(zhì)量監(jiān)控管理。主要模塊說明如下:

　　2.4.1 系統(tǒng)管理
　　系統(tǒng)管理模塊可以定義某車型總裝生產(chǎn)線生產(chǎn)及物流管理信息系統(tǒng)用戶, 執(zhí)行功能的權(quán)限以及用戶使用功能授權(quán)。并對(duì)各子系統(tǒng)共用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù), 完成數(shù)據(jù)的備份作業(yè)。

　　2.4.2 總裝線現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)作業(yè)管理
　　滾動(dòng)接受生產(chǎn)計(jì)劃, 自動(dòng)生成車間作業(yè)計(jì)劃, 系統(tǒng)設(shè)置的控制器會(huì)按生產(chǎn)節(jié)拍觸發(fā)讀寫器讀取裝配線上的車型信息, 通過RFID 對(duì)標(biāo)簽的識(shí)讀, 實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)信息( 包括在線車輛的裝備信息和質(zhì)量檢驗(yàn)信息) 的錄入, 并把相關(guān)信息輸入服務(wù)器上的數(shù)據(jù)庫(kù)。同時(shí)在每個(gè)工位的屏幕上實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示裝配線上的車型信息、選裝、零部件等信息, 現(xiàn)場(chǎng)操作人員不僅可以直觀地了解當(dāng)前該工位應(yīng)該做什么事, 還可以實(shí)時(shí)地向物料部門發(fā)布需求信息, 以便所需配件及時(shí)送到所需工位。

　　2.4.3 總裝線生產(chǎn)查詢管理
　　生產(chǎn)查詢管理的功能為管理人員提供及時(shí)的生產(chǎn)線工作狀況, 以便為解決生產(chǎn)中的問題作好準(zhǔn)備。它可以查詢到每個(gè)工位的裝配信息, 裝配的具體時(shí)間、物料需求信息、員工操作結(jié)果等信息。

　　2.4.4 總裝線資源管理
　　總裝線資源管理就是對(duì)生產(chǎn)線所需的一些設(shè)備進(jìn)行管理, 及時(shí)了解現(xiàn)有設(shè)備的實(shí)際使用情況, 以便為安排生產(chǎn)或者進(jìn)行采購(gòu)提供參考依據(jù), 可以根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備的情況來(lái)制定生產(chǎn)線日、周、月的最大負(fù)荷, 保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

　　2.4.5 總裝線質(zhì)量監(jiān)控管理
　　對(duì)汽車總裝過程的質(zhì)量信息進(jìn)行全面的管理, 實(shí)現(xiàn)質(zhì)量信息采集的自動(dòng)化, 并通過現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控服務(wù)器進(jìn)行分析, 以便及時(shí)做出調(diào)整, 以減少?gòu)U品的產(chǎn)生。該模塊能實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)查詢, 并打印相關(guān)報(bào)表。

　　3 結(jié)論

　　本文通過對(duì)某汽車制造企業(yè)總裝車間的生產(chǎn)物流的分析, 指出采用傳統(tǒng)的人員手動(dòng)識(shí)別方法會(huì)影響到信息流的及時(shí)性和準(zhǔn)確性, 由于信息流的不暢通從而進(jìn)一步影響到整個(gè)生產(chǎn)的流通。在采用了識(shí)別速度快、存儲(chǔ)容量大、可實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)的RFID技術(shù)后, 上述情況將會(huì)得到解決。此外, 基于RFID 的生產(chǎn)物流管理信息系統(tǒng), 能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)管理, 提高企業(yè)的物流效率, 減少庫(kù)存, 對(duì)市場(chǎng)需求做出更快的響應(yīng), 加速企業(yè)資金的周轉(zhuǎn)。