1 MES系統(tǒng)與RFID技術

　　1.1 離散制造業(yè)MES系統(tǒng)
　　制造執(zhí)行系統(tǒng) （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(zhí)行功能,，把MRP計劃同車間作業(yè)現(xiàn)場控制，通過執(zhí)行系統(tǒng)聯(lián)系起來,。這里的現(xiàn)場控制包括PLC程控器,、數(shù)據(jù)采集器、條形碼,、各種計量及檢測儀器,、機械手等。MES系統(tǒng)設置了必要的接口,，與提供生產現(xiàn)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(yōu)化管理,。當工廠發(fā)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(shù)據(jù)對它們進行指導和處理。這種對狀態(tài)變化的迅速響應使MES能夠減少企業(yè)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(yè)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(xiàn)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(fā)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(fā)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(yè)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(shù),，最具有代表性的是反應時間和交貨期。為此,，企業(yè)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(yè)的生產效率,。這更加要求管理人員加強企業(yè)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(zhí)行系統(tǒng)設計,，彌補了企業(yè)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(xiàn)車間生產數(shù)據(jù)的傳遞通暢?？梢允股a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(tǒng)設計目標　
　　離散MES系統(tǒng)可以充分利用RFID的技術優(yōu)勢,，解決企業(yè)計劃層與車間現(xiàn)場控制層間信息和管理的斷層問題,，實現(xiàn)制造和質量的可視化和數(shù)字化管理。
　?。?）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(xiàn)場生產進度,，調度資源,，提高生產效率。　　
　?。?）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,。
　?。?）提高產品質量：建立計算機輔助質量保證系統(tǒng)，實現(xiàn)質量檢查記錄和質量統(tǒng)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(fā)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(jié)約成本。　
　?。?）提供報表打印依據(jù)：各種生產數(shù)據(jù)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(shù)量,、在線時間,。幫助企業(yè)管理者提前發(fā)現(xiàn)影響生產進度環(huán)節(jié)，為平衡生產提供幫助,。　　
　　4 MES系統(tǒng)應用方案
　　由于RFID電子標簽價格較為昂貴,，在制造業(yè)等領域普及率較低，同時在各個行業(yè)也井未形成統(tǒng)一的標準,。本文提出的離散制造業(yè)MES應用RFlD技術設計方案的核心思想是在企業(yè)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(huán)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(guī)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(shù)據(jù)庫,。管理人員既可以對關鍵零部件進行質量和數(shù)量的實時跟蹤又可以根據(jù)實時變化的信息，通過工廠車間電子看板下發(fā)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(tǒng)的總體結構
　　5.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖
　　基于RFID的離散MES數(shù)據(jù)采集網(wǎng)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(xiàn)底層生產數(shù)據(jù)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(xiàn)場數(shù)據(jù),。通過控制連接器將數(shù)據(jù)反饋到服務器。管理人員通過工廠電腦實時分析現(xiàn)場數(shù)據(jù),，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(jù)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?zhèn)魉椭凉S電腦，作為生產監(jiān)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。

 圖1 RFID數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡拓撲圖
　　5.2 系統(tǒng)體系結構圖
　　系統(tǒng)機構采用ERP/MES/PCS三層結構,。其中系統(tǒng)集成接口實現(xiàn)MES系統(tǒng)與ERP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和業(yè)務集成,。通信中間件采用C/S結構，將無線數(shù)據(jù)采集器延伸為系統(tǒng)的客戶端,，采集器可以直接連人數(shù)據(jù)庫進行實時的數(shù)據(jù)交換,。在這種方式下，數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集功能,，可以滿足工廠對數(shù)據(jù)采集通訊的需求,，并且服務器端的負擔也較輕。　

 圖2 系統(tǒng)體系結構
　　6 系統(tǒng)特點
　　現(xiàn)場無紙化作業(yè),，避免人工抄寫數(shù)據(jù)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(wǎng)進行遠程數(shù)據(jù)查詢,。實時掌握現(xiàn)場生產數(shù)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(xiàn)場視覺管理,，便于員工準確把握生產進度,。維修人員可根據(jù)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(shù)據(jù)報表,。