一、物聯(lián)網(wǎng)RFID技術(shù)

    物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of Things，IOT）是指將物體通過傳感設(shè)備、通信手段實(shí)現(xiàn)全面互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，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(yīng)用信息通信技術(shù)的最新產(chǎn)物，可實(shí)現(xiàn)智能化的實(shí)時(shí)管理和控制，已成為國際新一輪信息技術(shù)競爭的關(guān)鍵點(diǎn)和制高點(diǎn)。據(jù)美國權(quán)威咨詢機(jī)構(gòu)FORRESTER預(yù)測：到2020年，世界上物物互聯(lián)的業(yè)務(wù)，跟人與人通信的業(yè)務(wù)相比，將達(dá)到30:1。因此，“物聯(lián)網(wǎng)”被稱為是下一個(gè)萬億級的通信業(yè)務(wù)，將成為繼計(jì)算機(jī)、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(shù)和標(biāo)準(zhǔn)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(xiàng)、優(yōu)先主題、前沿技術(shù)三個(gè)層面均列入傳感網(wǎng)的內(nèi)容，正在實(shí)施的國家科技重大專項(xiàng)也將無線傳感網(wǎng)作為主要方向之一，對若干關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域與重要應(yīng)用領(lǐng)域給予資助。

    物聯(lián)網(wǎng)通過RFID技術(shù)、紅外傳感器、全球定位系統(tǒng)或激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)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(luò)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)，其中RFID技術(shù)是當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)的主流應(yīng)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(shí)現(xiàn)無接觸信息傳遞，并通過所傳遞的信息達(dá)到識別目的。RFID系統(tǒng)通常由標(biāo)簽、閱讀器和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)三部分組成（圖1）。標(biāo)簽包含天線、芯片、調(diào)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(cuò)電路、微處理器、時(shí)鐘電路、標(biāo)準(zhǔn)接口以及電源電路等。

    RFID技術(shù)具有無線交換數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)讀寫無需接觸、標(biāo)簽可小型化和多樣化、耐環(huán)境性、可重復(fù)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(diǎn)，目前典型應(yīng)用于交通運(yùn)輸、智能電網(wǎng)、電信運(yùn)營、現(xiàn)代物流、制造業(yè)（實(shí)時(shí)監(jiān)控，質(zhì)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(lǐng)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(shí)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(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)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(jī)”等實(shí)施應(yīng)用中受益匪淺。 然而，制造過程自動(dòng)化與ERP（EntERPrise Resource Planning）融合不夠，主要是生產(chǎn)過程控制和質(zhì)量控制的應(yīng)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(jìn)一步精細(xì)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(wù)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(zhǔn)確，且仍需大量人工重復(fù)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(jìn)行現(xiàn)場采集，及時(shí)掌握每個(gè)工單對應(yīng)的操作者、機(jī)床設(shè)備、加工物料、額定工時(shí)、工位數(shù)據(jù)，以實(shí)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(guān)鍵零部件（如中墻板、羅拉、主軸等）加工過程中的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、加工時(shí)間、質(zhì)檢情況、安裝狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。

    （4）質(zhì)量分析與追溯：在數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)上進(jìn)行質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)時(shí)了解生產(chǎn)過程中的質(zhì)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(gè)零件具體批次的生產(chǎn)過程，找出影響加工質(zhì)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?jǐn)?shù)據(jù)以展現(xiàn)給決策者進(jìn)行分析，導(dǎo)致企業(yè)缺乏供應(yīng)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(jì)數(shù)據(jù)；無法及時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)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(fèi)、次品多、等待時(shí)間長、加工時(shí)效低以及大量的冗余移動(dòng)作業(yè)等現(xiàn)象。為此，企業(yè)急需利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，來滿足生產(chǎn)跟蹤和可追溯性等諸多需求，進(jìn)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(biāo)與架構(gòu)

    基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的質(zhì)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(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集，解決生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制難題，同時(shí)運(yùn)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(zhì)量追溯系統(tǒng)。該系統(tǒng)的總體實(shí)施目標(biāo)見表1。

表1 系統(tǒng)總體實(shí)施目標(biāo)

    本系統(tǒng)總體架構(gòu)包括“生產(chǎn)計(jì)劃”、“生產(chǎn)執(zhí)行”和“質(zhì)量管理”等3個(gè)業(yè)務(wù)模塊以及接口管理模塊，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

    在系統(tǒng)硬件平臺部署中，充分考慮系統(tǒng)架構(gòu)的可用性、數(shù)據(jù)安全性與擴(kuò)展兼容性，采用系統(tǒng)集群技術(shù)，通過負(fù)載均衡和雙機(jī)熱備（一主一備雙機(jī)自動(dòng)切換）方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高穩(wěn)健運(yùn)行。在車間層，采用多種數(shù)據(jù)采集終端，如手持RF、工控機(jī)終端、RFID等控制手段以及LED大屏展示看板，對車間進(jìn)行綜合管控。

    該系統(tǒng)通過接口管理模塊和通訊協(xié)議實(shí)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(shí)將收集到的生產(chǎn)和設(shè)備數(shù)據(jù)及時(shí)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(wù)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(zhì)量的因素進(jìn)行重點(diǎn)控制（分析、診斷和監(jiān)控），并制定實(shí)施控制，確保產(chǎn)品制造過程質(zhì)量。本文以紡織機(jī)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(wù)功能與特點(diǎn)。

圖3 中墻板質(zhì)量追溯系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

    1．生產(chǎn)計(jì)劃模塊

    車間層的生產(chǎn)計(jì)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(jì)劃。生產(chǎn)計(jì)劃主要是參考SFC系統(tǒng)內(nèi)下達(dá)的《月度生產(chǎn)進(jìn)度要求》和《月份缺件清單》，結(jié)合SAP系統(tǒng)產(chǎn)生的《月度產(chǎn)品均衡裝配計(jì)劃》，來確定車間生產(chǎn)的主計(jì)劃，進(jìn)而排出周生產(chǎn)計(jì)劃，最后確定生產(chǎn)班次、機(jī)床設(shè)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(dǎo)入生產(chǎn)工單，并同步調(diào)整更新外部系統(tǒng)的訂單以及撤單信息，以便及時(shí)調(diào)整車間實(shí)際業(yè)務(wù)、實(shí)時(shí)查詢或反饋現(xiàn)場信息。

    根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃的特點(diǎn)，系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)庫自動(dòng)定時(shí)獲取主生產(chǎn)計(jì)劃，然后在系統(tǒng)中自動(dòng)編制排序生產(chǎn)計(jì)劃；也可通過訪問系統(tǒng)Web頁面手動(dòng)導(dǎo)入Excel生產(chǎn)計(jì)劃或根據(jù)系統(tǒng)中已經(jīng)維護(hù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，人工編制生產(chǎn)計(jì)劃。生產(chǎn)計(jì)劃模塊實(shí)現(xiàn)功能如下：

    （1）統(tǒng)籌生產(chǎn)計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃的統(tǒng)一規(guī)劃、可控和可追溯；

    （2）實(shí)現(xiàn)與外部系統(tǒng)（SAP/SFC）主機(jī)生產(chǎn)計(jì)劃的同步，提供生產(chǎn)計(jì)劃的導(dǎo)入功能；

    （3）提供生產(chǎn)計(jì)劃的實(shí)時(shí)查詢、導(dǎo)出Excel文件功能；

    （4）提供調(diào)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(shí)現(xiàn)計(jì)劃調(diào)整和車間執(zhí)行情況的快捷查詢（圖4）。

圖4 生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)整與導(dǎo)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(zhì)與加工工藝特點(diǎn)，系統(tǒng)采用抗金屬RFID進(jìn)行跟蹤（圖5）。按中墻板工藝路線，分別設(shè)置8個(gè)RFID的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)和1個(gè)RFID寫入點(diǎn)。在中墻板的工藝起始點(diǎn)，設(shè)置RFID寫入點(diǎn)，寫入內(nèi)容包括中墻板編號、寫入時(shí)間等信息。

圖5 中墻板加工工序與RFID采集點(diǎn)設(shè)置

    在中墻板生產(chǎn)過程中，系統(tǒng)采用無線固定RFID設(shè)備自動(dòng)采錄生產(chǎn)加工信息。具體生產(chǎn)跟蹤流程（圖6）是：車間計(jì)調(diào)室根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃信息和操作人員信息下達(dá)生產(chǎn)指令后，在中墻板上線前進(jìn)行產(chǎn)品初始化關(guān)聯(lián)；操作員在每塊中墻板上安裝RFID標(biāo)簽，然后讀取RFID信息，關(guān)聯(lián)生產(chǎn)計(jì)劃和產(chǎn)品編號；在中墻板加工過程中，系統(tǒng)自動(dòng)掃描RFID標(biāo)簽，記錄產(chǎn)品編號、加工時(shí)間以及操作員信息；在所有工序完成后，觸發(fā)ERP報(bào)工和生成中墻板加工過程質(zhì)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(diǎn)：

    （1）生產(chǎn)過程關(guān)聯(lián)多樣化：支持初始工單關(guān)聯(lián)產(chǎn)品的生產(chǎn)；支持按產(chǎn)品類型進(jìn)行生產(chǎn)，在生產(chǎn)過程中/完畢后進(jìn)行工單關(guān)聯(lián)。

    （2）信息錄入靈活：支持單工位多工序報(bào)工；工作信息批量錄入。

    （3）報(bào)工方式靈活：支持RFID自動(dòng)報(bào)工，同時(shí)支持手持終端報(bào)工。

    （4）信息查詢便捷：支持按人員、機(jī)臺、產(chǎn)品、時(shí)段、工序等進(jìn)行實(shí)時(shí)信息查詢（圖7）。

圖7 按中墻板加工工序查詢信息

    3．質(zhì)量管理模塊

    質(zhì)量管理主要記錄、跟蹤和分析產(chǎn)品及過程質(zhì)量數(shù)據(jù)，用以控制產(chǎn)品質(zhì)量，確定生產(chǎn)中需要注意的問題。質(zhì)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(jìn)行質(zhì)量數(shù)據(jù)的錄入（檢驗(yàn)員在檢測零件時(shí)，通過布置在車間的數(shù)據(jù)采集終端或手持終端上報(bào)質(zhì)檢結(jié)果）；另一部分是系統(tǒng)Web頁面，主要進(jìn)行質(zhì)量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)信息維護(hù)，補(bǔ)錄未在客戶端及時(shí)錄入質(zhì)量數(shù)據(jù)以及質(zhì)量信息查詢等。

    質(zhì)量管理模塊提供對質(zhì)量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的維護(hù)，使質(zhì)量數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)化，便于進(jìn)行質(zhì)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(yàn)結(jié)果信息的錄入，包括工序加工量、機(jī)臺型號、合格數(shù)量、報(bào)廢數(shù)量、操作者及檢驗(yàn)者等。系統(tǒng)將信息自動(dòng)計(jì)入相關(guān)操作者的質(zhì)量檔案中，便于對生產(chǎn)質(zhì)量進(jìn)行總結(jié)評估。

    （2）信息查詢：通過用戶界面輸入姓名、工號、批次號、時(shí)段、型號、檢驗(yàn)項(xiàng)目及處理方式等條件或組合條件，查詢加工量、合格量、報(bào)廢量、返修量等數(shù)據(jù)，方便管理者分析決策。

    （3）質(zhì)量追溯：通過掃描加工后的中墻板RFID標(biāo)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(bào)廢信息。

    （4）報(bào)表統(tǒng)計(jì)：支持指定時(shí)段內(nèi)（月、周、日）常規(guī)質(zhì)量報(bào)表的定制與輸出，包括每個(gè)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(bào)廢數(shù)量，以及車間日生產(chǎn)完成情況、月度廢品考核報(bào)表、班組或操作員生產(chǎn)合格率統(tǒng)計(jì)等報(bào)表，為生產(chǎn)績效管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

    （5）提供決策依據(jù)：管理者可實(shí)時(shí)跟蹤生產(chǎn)線主要指標(biāo)，監(jiān)控產(chǎn)品生產(chǎn)及質(zhì)量情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常問題，方便生產(chǎn)調(diào)度。信息統(tǒng)計(jì)分析提供最新的實(shí)際制造過程結(jié)果報(bào)告，便于對當(dāng)前生產(chǎn)績效進(jìn)行評價(jià)與指導(dǎo)。

五、結(jié)語

    該質(zhì)量追溯系統(tǒng)基于網(wǎng)絡(luò)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(chǔ)數(shù)據(jù)，利用RFID技術(shù)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(zhì)量追溯信息，徹底解決了企業(yè)運(yùn)營管理與實(shí)際生產(chǎn)執(zhí)行過程中的協(xié)同問題，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)計(jì)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(jī)制造行業(yè)尚屬首次應(yīng)用。提升產(chǎn)品質(zhì)量，提高設(shè)備效率，降低維護(hù)成本以及通過質(zhì)量追溯完善售后服務(wù)，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(wù)手段，將全面帶動(dòng)制造業(yè)技術(shù)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(zhuǎn)變。

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本文標(biāo)題：基于物聯(lián)網(wǎng)RFID技術(shù)的ERP質(zhì)量追溯系統(tǒng)

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