問(wèn)題的提出無(wú)線射頻識(shí)別 (RFID)技術(shù)是20世紀(jì)90年代興起的一種非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù),可通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別靜止或移動(dòng)的目標(biāo)對(duì)象,有效獲取標(biāo)識(shí)信息。該技術(shù)在被美國(guó)國(guó)防部、沃爾瑪和惠普等公司應(yīng)用后,不僅成為學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn),也受到了企業(yè)界的極大關(guān)注。Strüker等的最新研究表明,在八個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中,離散制造業(yè)是RFID應(yīng)用的第二大領(lǐng)域,目前在離散制造業(yè)中盡管已有部分應(yīng)用案例,但仍處于初級(jí)階段。McBeath的報(bào)告顯示,275家受訪企業(yè)僅10%已應(yīng)用RFID,大約58%的企業(yè)處于正在實(shí)施或 計(jì) 劃 實(shí) 施RFID項(xiàng) 目 的 階 段。Castro,Kürschner,Huang等整理了 這些實(shí)際應(yīng)用案例,如表1所示。
表1 離散制造業(yè)RFID實(shí)際應(yīng)用案例
當(dāng)前,制造企業(yè)正面臨客戶需求的日益多樣化和個(gè)性化,人工、材料與管理成本急劇攀升,環(huán)境/資源壓力加大,全球化、洲際化競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)一步深化以及快速響應(yīng)客戶等多重挑戰(zhàn),因此對(duì)離散制造過(guò)程的生產(chǎn)控制管理效率提出了更高要求,對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的信息采集、傳輸和處理等環(huán)節(jié)都提出了更高的實(shí)時(shí)性和可靠性要求。
RFID系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大、識(shí)別精度高、穿透性強(qiáng)、抗干擾性好、能同時(shí)讀。瘜懭攵鄻(biāo)簽等優(yōu)點(diǎn),特別適用于對(duì)實(shí)時(shí)性和可靠性要求較高的離散制造過(guò)程,為制造業(yè)應(yīng)對(duì)多重挑戰(zhàn)提供了新的思路和解決辦法。本文旨在對(duì)面向離散制造過(guò)程的RFID應(yīng)用研究進(jìn)行綜述分析,希望能為后續(xù)的研究工作奠定基礎(chǔ),對(duì)RFID在我國(guó)離散制造業(yè)中的進(jìn)一步推廣與應(yīng)用提供幫助,以促進(jìn)產(chǎn)業(yè)信息化、智能化和透明化。
2 面向離散制造過(guò)程的RFID應(yīng)用研究框架
離散制造業(yè)具有產(chǎn)品品種多、定制變化多樣、工藝生產(chǎn)過(guò)程組織復(fù)雜、供應(yīng)商多、客戶多且服務(wù)要求高、生產(chǎn)周期較長(zhǎng)等特點(diǎn),并且對(duì)制造過(guò)程實(shí)時(shí)性、可靠性和透明性有著迫切需求,而RFID技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)距離智能化高精度識(shí)別、跟蹤、定位、監(jiān)控與管理,它在離散制造過(guò)程中的應(yīng)用也充分利用了這一特性。國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和企業(yè)界對(duì)面向離散制造過(guò)程的RFID應(yīng)用進(jìn)行了大量的理論分析研究和實(shí)際應(yīng)用探索。
目前在國(guó)內(nèi),李文川等利用內(nèi)容分析法統(tǒng)計(jì)分析了1999~2008年近10年國(guó)內(nèi)RFID研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域及發(fā)展變化;王睿等分別對(duì)近年來(lái)RFID技術(shù)在供應(yīng)鏈管理、農(nóng)業(yè)、食品儲(chǔ)運(yùn)以及汽車工業(yè)的國(guó)內(nèi)外應(yīng)用研究情況進(jìn)行了介紹。在國(guó)外,Chao,Ngai,Irani和Liao等采用文獻(xiàn)計(jì)量法和內(nèi)容分析法,分別將1991~2005年、1995~2005年、1984~2007年及2004~2008年間有關(guān)RFID的研究文章進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和總結(jié),分析了研究 趨 勢(shì) 及 常 用 研 究 方 法,Li等也 分 別 對(duì)RFID的研究情況和應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了分類總結(jié);此外,Sarac和Visich等則分別綜述了RFID對(duì)供應(yīng)鏈的改善情況,并梳理了評(píng)估RFID改善效果的方法,卻幾乎沒(méi)有專門對(duì)RFID在離散制造過(guò)程中的應(yīng)用研究的綜述和歸納。
本文參考Asif等的RFID分類框架,將面向離散制造過(guò)程的RFID應(yīng)用研究分為四個(gè)維度(如圖1),根據(jù)其中一維“按研究角度分”,重點(diǎn)從應(yīng)用過(guò)程和應(yīng)用績(jī)效評(píng)價(jià)兩個(gè)角度對(duì)RFID在離散制造過(guò)程的應(yīng)用研究進(jìn)行詳細(xì)梳理和總結(jié)。
圖1面向離散制造過(guò)程的RFID應(yīng)用研究框架
3 生產(chǎn)制造過(guò)程中的應(yīng)用研究
3.1 在制品自動(dòng)識(shí)別管理
對(duì)于按訂單生產(chǎn)的制造過(guò)程,需及時(shí)準(zhǔn)確地識(shí)別出生產(chǎn)線上的在制品(Work-in-Progress,WIP)信息,以保證在正確的工位裝配正確的零部件。目前國(guó)內(nèi)外先進(jìn)制造企業(yè)大多采用條形碼識(shí)別WIP信息,但條碼易磨損且嚴(yán)重依賴于人工識(shí)讀等缺點(diǎn),給WIP管理帶來(lái)了極大的成本壓力。RFID技術(shù)可以通過(guò)無(wú)線方式自動(dòng)準(zhǔn)確高 效 地 跟 蹤 和 識(shí) 別WIP信息,能夠有效解放人力,實(shí)現(xiàn)智能制造。
Huang等針對(duì)固定位置裝配島裝配空間有限且物件、工人往來(lái)頻繁的問(wèn)題,通過(guò)對(duì)運(yùn)輸小車、加工設(shè)備、產(chǎn)品、組件和工人等設(shè)置RFID標(biāo)識(shí),實(shí)現(xiàn)了工人行走、裝配位置固定的柔性裝配島車間布局的可視化和裝配加工智能化,有效降低了準(zhǔn)時(shí)制(Just-in-Time,JIT)生產(chǎn)環(huán)境下的WIP庫(kù)存,保證了生產(chǎn)均衡穩(wěn)定;Makris等研究了RFID技術(shù)用于機(jī)器人隨機(jī)混裝線的部件識(shí)別問(wèn)題,可根據(jù)到達(dá)的 部 件 特 征 和 焊 接 要 求 操 縱 機(jī) 器 人 自 動(dòng) 焊 接;Zhang等提 出 普 適 制 造 (Ubiquitous。停幔睿酰妫幔悖簦酰颍椋睿,UM)參考架構(gòu)和基于智能對(duì)象(RFID、網(wǎng)關(guān)技術(shù)等)的WIP管理框架,設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了數(shù)據(jù)源服務(wù)、網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)服務(wù)和WIP-Agent,實(shí)現(xiàn)了WIP的實(shí)時(shí)跟蹤與識(shí)別,從而有效地管理實(shí)時(shí)的WIP物料流和信息流;香港羅氏集團(tuán)將RFID技術(shù)引入成衣制造生產(chǎn)線,用于自動(dòng)追蹤識(shí)別每件衣服的每一道生產(chǎn)工序,直到制成成品,并可通過(guò)車間電子屏實(shí)時(shí)提供不同訂單組別的成衣完成數(shù)量和相應(yīng)的生產(chǎn)工位。
3.2 生產(chǎn)過(guò)程控制
RFID技術(shù)不僅能夠識(shí)別生產(chǎn)對(duì)象,還可用于輔助完善生產(chǎn)計(jì)劃和物流控制,改善生產(chǎn)過(guò)程效率,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的柔性自動(dòng)化、智能化和透明可視化。利用實(shí)時(shí)信息的采集和存儲(chǔ),可以進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控,識(shí)別產(chǎn)品是否合格,并能及時(shí)停止不合格產(chǎn)品的后續(xù)加工裝配。
3.2.1 生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)控及可視化
通過(guò)對(duì)制造資源的自動(dòng)識(shí)別與跟蹤定位,企業(yè)管理者可以實(shí)時(shí)掌握車間生產(chǎn)進(jìn)度,發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)瓶頸和浪費(fèi)現(xiàn)象,識(shí)別機(jī)器故障、生產(chǎn)序列調(diào)整等生產(chǎn)擾動(dòng)突發(fā)狀況,改善生產(chǎn)過(guò)程,實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定均衡。
Hozak等深入分析了RFID和條形碼在制造過(guò)程中的跟蹤原理、批量分離范圍以及車間調(diào)度規(guī)則,通過(guò)仿真模型控制準(zhǔn)備時(shí)間/加工時(shí)間的比值,定量研究了在車間制造中應(yīng)用RFID和條形碼后對(duì)平均流程時(shí)間和工作延期比例的影響,方差分析結(jié)果表明RFID可明顯改善自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程,更適用于增強(qiáng)的批量分離策略和較小的準(zhǔn)備時(shí)間/加工時(shí)間比;Poon等針對(duì)目前制造企業(yè)普遍采用的基于條碼的車間控制系統(tǒng)無(wú)法實(shí)時(shí)有效地監(jiān)測(cè)生產(chǎn)狀態(tài),生產(chǎn)計(jì)劃常因機(jī)器故障、物料短缺等而不能正常完成的問(wèn)題,提出基于RFID的決策支持系統(tǒng),以跟蹤資源、監(jiān)控產(chǎn)出率和風(fēng)險(xiǎn),并提出基于規(guī)則的推理方法對(duì)風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題做出實(shí)時(shí)判斷和解決;Zhou等利用RFID、藍(lán)牙和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建了制造企業(yè)生產(chǎn)狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng),可有效監(jiān)控原料、成品及外包件的狀態(tài)和生產(chǎn)進(jìn)度,使內(nèi)部生產(chǎn)過(guò)程和整個(gè)供應(yīng)鏈透明可視,從而解決了物料流和信息流不同步的問(wèn)題,有效降低了生產(chǎn)企業(yè)庫(kù)存成本。
此外,Huang、Chen、Qiu、Wang、Vrba、楊周輝和譚杰等分別開(kāi)發(fā)了基 于RFID的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng),使生產(chǎn)過(guò)程透明化、物料流和信息流同步化;Yin、Trappey、Zhang與劉衛(wèi)寧等也研究了基于RFID技術(shù)的生產(chǎn)管理系統(tǒng),用于加強(qiáng)對(duì)物料和設(shè)備的識(shí)別、質(zhì)量跟蹤和生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控,改善生產(chǎn)過(guò)程性能,完善制造過(guò)程工作流和 信 息 采 集 的 管 理;Dai、Zhu、Liu和Wang等分別研究了面向中小型發(fā)動(dòng)機(jī)閥制造商、家電生產(chǎn)商、摩托車混裝線以及大規(guī)模定制生產(chǎn)企業(yè)的基于RFID的制造執(zhí)行系統(tǒng)(ManufacturingExecution。樱螅簦澹,MES),用于跟蹤制造物件、采集實(shí)時(shí)制造信息、識(shí)別波動(dòng)情況,并與企業(yè)資源計(jì)劃(EntERPrise。遥澹螅铮酰颍悖濉。校欤幔睿睿椋睿,ERP)等系統(tǒng)進(jìn)行集成,實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的閉環(huán)控制,為管理決策提供了參考,有效改善了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。從上述研究成果可以看出,RFID取代現(xiàn)有條碼系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)制造信息實(shí)時(shí)采集是可行的,但RFID的功能與價(jià)值遠(yuǎn)不止信息采集與狀態(tài)監(jiān)控等表層應(yīng)用,更需從企業(yè)實(shí)際需求出發(fā),整合RFID和現(xiàn)有的管理信息系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程改進(jìn)和管理模式創(chuàng)新,充分發(fā)揮和釋放RFID技術(shù)在制造業(yè)信息化應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)。
3.2.2 閉環(huán)的生產(chǎn)計(jì)劃與控制
如何對(duì)實(shí)時(shí)采集到的生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行適宜的處理,并及時(shí)反饋給管理層輔助生產(chǎn)決策,實(shí)現(xiàn)閉環(huán)的生產(chǎn)計(jì)劃與控制,是RFID應(yīng)用于離散制造過(guò)程中最有意義也是最具難點(diǎn)的問(wèn)題。
Kohn等針對(duì)現(xiàn)有ERP系統(tǒng)不能有效響應(yīng)突發(fā)事件的問(wèn)題,建立了基于RFID的企業(yè)反饋控制系統(tǒng),實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)狀態(tài)信息,并能根據(jù)修復(fù)控制模型修復(fù)調(diào)節(jié)企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程;Huang等介紹了基于RFID的面向車間制造過(guò)程的智能制造框架,提供包括配料、計(jì)劃和調(diào)度三種資源管理器等一系列設(shè)施,以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品裝配的實(shí)時(shí)適應(yīng)性生產(chǎn)計(jì)劃、調(diào)度、執(zhí)行與控制;Wang等針對(duì)目前制造業(yè)計(jì)劃控制系統(tǒng)多采用分層規(guī)劃方法,結(jié)構(gòu)剛性、難以設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)和缺乏靈活性的問(wèn)題,設(shè)計(jì)了基于多Agent和RFID技術(shù)的敏捷生產(chǎn)計(jì)劃與控制系統(tǒng),能夠通過(guò)采集制造資源上標(biāo)識(shí)的RFID信息反饋實(shí)時(shí)的生產(chǎn)進(jìn)度情況,并可主動(dòng)地從高級(jí)生產(chǎn)計(jì)劃組件接收計(jì)劃信息或發(fā)送生產(chǎn)調(diào)度信息。
部分學(xué)者從系統(tǒng)構(gòu)建與模型求解的角度研究了應(yīng)用RFID技術(shù)后對(duì)車間調(diào)度問(wèn)題的影響。Tsai等構(gòu)建了面向全自動(dòng)生產(chǎn)車間的基于RFID的實(shí)時(shí)調(diào)度和再調(diào)度系統(tǒng),主要包括實(shí)時(shí)決策調(diào)度計(jì)劃、針對(duì)機(jī)器故障或瓶頸的再調(diào)度機(jī)制和仿真平臺(tái)三部分。Leung等針對(duì)模具制造過(guò)程信息采集耗時(shí)耗力、數(shù)據(jù)來(lái)源分散且難以在較短提前期內(nèi)采集到、不能根據(jù)這些信息產(chǎn)生有效的生產(chǎn)序列和合適的生產(chǎn)與計(jì)劃決策的難題,提出基于RFID技術(shù)的混合信息共享與決策支持系統(tǒng),用于收集不同環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)生產(chǎn)狀態(tài)和機(jī)器狀態(tài)信息,并采用遺傳算法和基于案例推理的方法,在模具制造計(jì)劃和生產(chǎn)過(guò)程中的有限時(shí)間序列內(nèi)提供足夠的決策支持;Qin針對(duì)目前制造企業(yè)裝配空間有限、物料人力需求變化快速而導(dǎo)致的生產(chǎn)環(huán)境高度動(dòng)態(tài),以及精確地生產(chǎn)調(diào)度管控要求高等問(wèn)題,引入RFID來(lái)獲取實(shí)時(shí)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)并用于解決車間水平的實(shí)時(shí)調(diào)度問(wèn)題,利用基于事件驅(qū)動(dòng)的再調(diào)度算法和考慮凍結(jié)區(qū)間的策略改進(jìn)調(diào)度效率,開(kāi)發(fā)了基于RFID的實(shí)時(shí)決策支持系統(tǒng),用于求解固定位置裝配島的實(shí)時(shí)再調(diào)度問(wèn)題,平衡生產(chǎn)效率與系統(tǒng)穩(wěn)定性。
總之,RFID技術(shù)在離散制造過(guò)程中的應(yīng)用,最具價(jià)值之處在于對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)突發(fā)狀況和實(shí)際生產(chǎn)情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控與反饋,據(jù)此對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度進(jìn)行再調(diào)整,實(shí)現(xiàn)閉環(huán)的生產(chǎn)管控,也應(yīng)是未來(lái)應(yīng)用研究的重點(diǎn)方向。
3.2.3 車間物流控制優(yōu)化
將RFID技術(shù)應(yīng)用于車間生產(chǎn)監(jiān)管,可實(shí)現(xiàn)物料配送過(guò)程的動(dòng)態(tài)優(yōu)化。Zhou等針對(duì)JIT對(duì)物料需求準(zhǔn)時(shí)的特點(diǎn),利用RFID技術(shù)使車間物理環(huán)境及制造資源可視化,提出面向車間生產(chǎn)的實(shí)時(shí)最優(yōu)路徑物料配送方法,有效解決了車間物料配送優(yōu)化 和實(shí)時(shí)導(dǎo) 航 問(wèn) 題,實(shí) 現(xiàn) 了JIT生 產(chǎn);Fang等構(gòu)建了適用于普適制造環(huán)境下基于事件驅(qū)動(dòng)的多Agent車間WIP管理平臺(tái),采用RFID技術(shù)實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)控動(dòng)態(tài)的車間生產(chǎn)和配送過(guò)程;尚文利等提出針對(duì)汽車混流裝配線的基于RFID的車輛追蹤和基于條碼的無(wú)線物料庫(kù)存管理實(shí)現(xiàn)辦法,并設(shè)計(jì)了裝配線物料動(dòng)態(tài)配送調(diào)度業(yè)務(wù)流程。梁昌勇等研究了基于RFID的JIT生產(chǎn)環(huán)境下汽車總裝車間物料配送過(guò)程,并用賦時(shí)著色Petri網(wǎng)對(duì)該過(guò)程進(jìn)行仿真建模分析;Liu、Gwon、Cao和胡向東等提出并構(gòu)建了面向離散制造過(guò)程的基于RFID的物流管理信息系統(tǒng),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和管理生產(chǎn)過(guò)程物料消耗和需求情況,實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)合理的物料動(dòng)態(tài)配送;白翱等為完整有效地記錄車間物流動(dòng)態(tài),提出從車間物流RFID實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中有效提取信息的語(yǔ)義分析原理,并給出了所提原理的運(yùn)行模式和對(duì)應(yīng)的原型系統(tǒng);英飛凌半導(dǎo)體公司采用主動(dòng)式和被動(dòng)式RFID標(biāo)簽及超聲波傳感器,開(kāi)發(fā)了實(shí)時(shí)的識(shí)別和定位系統(tǒng),用于跟蹤生產(chǎn)過(guò)程中的芯片容器塑料晶圓盒,從而有效地縮短了配送提前期,提高了運(yùn)輸工具使用效率,并使整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程可視化。
然而,RFID技術(shù)對(duì)車間物流控制優(yōu)化的好處不僅在于車間資源和生產(chǎn)過(guò)程的可視化、物料消耗和物流過(guò)程的監(jiān)測(cè),更重要的是如何根據(jù)透明化的制造信息對(duì)生產(chǎn)進(jìn)度進(jìn)行精確的預(yù)估和掌控,從而主動(dòng)地實(shí)施精準(zhǔn)的物料配送,避免線邊物料堆積或缺料的發(fā)生,這種新思路有別于傳統(tǒng)的根據(jù)原有生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行的靜態(tài)物料配送,或根據(jù)線邊庫(kù)存被動(dòng)地響應(yīng)生產(chǎn)需求,這也是目前研究較為欠缺的地方。
3.2.4 質(zhì)量信息采集與監(jiān)控
根據(jù)RFID可識(shí)別和存儲(chǔ)信息的功能,將其應(yīng)用于離散制造過(guò)程,實(shí)現(xiàn)每一環(huán)節(jié)質(zhì)量信息實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的采集和存儲(chǔ),并能輔助管理人員及時(shí)監(jiān)測(cè)到存在質(zhì)量問(wèn)題的產(chǎn)品。當(dāng)產(chǎn)品生產(chǎn)結(jié)束時(shí),可根據(jù)采集到的產(chǎn)品質(zhì)量的數(shù)據(jù)形成完整的質(zhì)量信息文檔,有效解決條碼等無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)寫入、采集效率低下等問(wèn)題,便于質(zhì)量問(wèn)題追溯,這也是RFID技術(shù)在離散制造過(guò)程中應(yīng)用的一大方向和側(cè)重點(diǎn)。Lyu等給出了集成RFID技術(shù)的質(zhì)量保證系統(tǒng),允許現(xiàn)場(chǎng)員工監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程中的復(fù)雜變化,并能同時(shí)處理許 多 可 能 的 異 常 情 況;LU等介 紹 了 基 于RFID的著色Petri網(wǎng)實(shí)時(shí)建模方法,用于跟蹤監(jiān)控制造 過(guò) 程 中 的 質(zhì) 量 信 息;梁 昌 勇 等提 出 基 于RFID雙頻標(biāo)簽的汽車質(zhì)量跟蹤系統(tǒng),提高了數(shù)據(jù)采集的速度和精度,實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量跟蹤。
3.3 智能對(duì)象的跟蹤定位與授權(quán)
臧傳真等給出了智能物件的定義,即能感知自身狀態(tài),提供自身及其相關(guān)聯(lián)對(duì)象的數(shù)據(jù)信息,并能對(duì)這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理和通信,從而幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、控制、倉(cāng)儲(chǔ)和配送過(guò)程自動(dòng)進(jìn)行的物件。將RFID標(biāo)簽或讀寫器附于制造過(guò)程中的相關(guān)對(duì)象上,就能使其智能化成為智能對(duì)象/智能物件(smartparts/smart。铮猓辏澹悖簦螅螅恚幔颍簟。椋簦澹恚螅。Huang和Zhang等分別從RFID標(biāo)簽特征、實(shí)施成本和信息采集需求的角度,探討了車間對(duì)象成為智能對(duì)象的選取與設(shè)置規(guī)則。通過(guò)RFID可跟蹤到這些智能對(duì)象的過(guò)去、現(xiàn)在和 未 來(lái) 的 潛 在 狀 態(tài) 信 息。Zhou等綜 述 了RFID定 位 算 法 和 相 關(guān) 應(yīng) 用,Wang等提 出 用RFID跟蹤 定 位 柔 性 裝 配 車 間 中 的 物 體,構(gòu) 建 了RFID讀 寫 器 形 成 的 監(jiān) 控 網(wǎng),并 提 出 基 于 測(cè) 距(range-based)的三角測(cè)量定位算法和基于非測(cè)距(range-free)的凸形區(qū)域測(cè)量定位算法,用于智能物件的跟蹤定位,給出了基于遞歸貝葉斯的粒子過(guò)濾器方法,對(duì)物件位置進(jìn)行預(yù)測(cè),提高了定位的準(zhǔn)確性。Harun等將RFID標(biāo)簽集成到員工卡中,可以跟蹤監(jiān)控員工每個(gè)工作班次中的工作效率,特別是可以有效保護(hù)承擔(dān)危險(xiǎn)性工作的員工,并通過(guò)識(shí)別智能員工卡信息及時(shí)阻止未被授權(quán)的員工錯(cuò)誤地進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域或操縱危險(xiǎn)機(jī)器。
4 離散制造供應(yīng)鏈管理過(guò)程中的應(yīng)用研究
4.1 精準(zhǔn)化物料配送管理
通過(guò)使用RFID技術(shù),離散制造企業(yè)可實(shí)時(shí)掌握整個(gè)車間的生產(chǎn)進(jìn)度和生產(chǎn)動(dòng)態(tài),并能更好地與供應(yīng)商共享物料需求信息,從而指導(dǎo)供應(yīng)商根據(jù)車間物料消耗和未來(lái)需求進(jìn)行精準(zhǔn)的物料配送,降低車間線旁庫(kù)存和制造供應(yīng)鏈的牛鞭效應(yīng),提高庫(kù)存精度,并在配送上線時(shí)快速準(zhǔn)確地識(shí)別與匹配物料,避免了人工采集物料需求及收貨驗(yàn)貨操作費(fèi)時(shí)費(fèi)力、易出錯(cuò)等問(wèn)題,極大地提高了生產(chǎn)效率。Poon等根據(jù)JIT和按訂單生產(chǎn)模式下生產(chǎn)線的小批量多頻次物料需求特點(diǎn),針對(duì)車間生產(chǎn)中各種不可預(yù)知風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)致物料補(bǔ)貨要求嚴(yán)格、物料庫(kù)存準(zhǔn)備困難增加的問(wèn)題,提出基于RFID技術(shù)的實(shí)時(shí)生產(chǎn)運(yùn)作決策支持系統(tǒng)與倉(cāng)庫(kù)運(yùn)作計(jì)劃系統(tǒng),用于監(jiān)控車間和倉(cāng)庫(kù)的實(shí)時(shí)運(yùn)作狀態(tài),采用遺傳算法求解車間隨機(jī)生產(chǎn)物料需求難題,并對(duì)小批量補(bǔ)貨揀選和配送路徑計(jì)劃 問(wèn) 題 進(jìn) 行 了 求 解;在 此 基 礎(chǔ) 上,Poon等提出基于RFID技術(shù)的倉(cāng)庫(kù)物料搬運(yùn)設(shè)備分配系統(tǒng),使生產(chǎn)和倉(cāng)庫(kù)運(yùn)作過(guò)程可視化,并通過(guò)基于遺傳算法的集成啟發(fā)式算法求 解 隨 機(jī) 生 產(chǎn) 需 求問(wèn)題。
4.2 倉(cāng)儲(chǔ)可視化管理
企業(yè)設(shè)置庫(kù)存主要是為應(yīng)對(duì)生產(chǎn)波動(dòng)、保證生產(chǎn)穩(wěn)定,但庫(kù)存成本長(zhǎng)期居高不下的困境已日益成為大多數(shù)制造企業(yè)的夢(mèng)魘。將RFID技術(shù)應(yīng)用于離散制造過(guò)程,可實(shí)現(xiàn)原材料、成品及WIP的庫(kù)存可視化,以及供應(yīng)鏈的透明化和庫(kù)存數(shù)據(jù)共享,為制造供應(yīng)鏈有效合理地處理庫(kù)存難題提供了新的解決思路,這也是RFID技術(shù)應(yīng)用可行并能發(fā)揮出巨大價(jià)值的領(lǐng)域。不少學(xué)者對(duì)這一問(wèn)題展開(kāi)了深入細(xì)致的研究,Poon等研究了將RFID技術(shù)用于監(jiān)控倉(cāng)庫(kù)物料及訂單揀選操作;Huang等提出用RFID技術(shù)監(jiān)控加工車間WIP庫(kù)存的方法,可實(shí)時(shí)跟蹤物料移 動(dòng);戴 姆 勒 · 克 萊 斯 勒 汽 車 公 司將 被 動(dòng) 式RFID標(biāo)簽嵌入物料管理看板卡中,可實(shí)時(shí)跟蹤物料位置,確認(rèn)物料是存放于存儲(chǔ)區(qū)還是已用于生產(chǎn)線,增強(qiáng)了庫(kù)存可視化,簡(jiǎn)化了費(fèi)時(shí)耗力的人工清點(diǎn)庫(kù)存工作,并可自動(dòng)給供應(yīng)商發(fā)送物料請(qǐng)求單。
4.3 制造供應(yīng)鏈
RFID應(yīng)用整合部分學(xué)者從供應(yīng)鏈的角度探討了RFID應(yīng)用對(duì)制造商上下游產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的影響,構(gòu)建了面向制造供應(yīng)鏈的信息系統(tǒng)。如Huang等建立了面向汽車配件生產(chǎn)廠商聯(lián)盟的基于RFID的產(chǎn)品服務(wù)系統(tǒng),通過(guò)這一公共服務(wù)平臺(tái),各廠商可獲取基于RFID的實(shí)時(shí)服務(wù),極大地降低了這些中小型廠商啟動(dòng)新技術(shù)的應(yīng)用成本和技術(shù)壓力,加速了應(yīng)用實(shí)施進(jìn)程,可更好地應(yīng)對(duì)JIT敏捷響應(yīng)及客戶化定制的要求;羅烽林從應(yīng)用心理動(dòng)機(jī)和服務(wù)功能兩方面闡述了基于RFID的汽車供應(yīng)鏈信息系統(tǒng)的整合需求,以環(huán)境層、采集層、集成層和應(yīng)用層為基礎(chǔ)構(gòu)建了汽車供應(yīng)鏈節(jié)點(diǎn)企業(yè)的RFID應(yīng)用框架,并從RFID項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程的控制、RFID系統(tǒng)的集成及其安全保護(hù)三方面提出了基于RFID的汽車供應(yīng)鏈信息系統(tǒng)整合的實(shí)施策略。
5 產(chǎn)品服務(wù)過(guò)程中的應(yīng)用研究
5.1 產(chǎn)品溯源與回收管理
鑒于RFID標(biāo)簽可收集存儲(chǔ)信息的特點(diǎn),一些學(xué)者開(kāi)始研究將RFID技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品全生命周期管理,實(shí)現(xiàn)對(duì)原材料、成品等在離散制造供應(yīng)鏈中的追蹤和查詢,使整個(gè)供應(yīng)鏈可視化、透明化。Cao等提出基于RFID的產(chǎn)品生命周期信息管理框架,通過(guò)自動(dòng)識(shí)別增強(qiáng)對(duì)產(chǎn)品在價(jià)值鏈中的追蹤,以及產(chǎn)品生命中期使用信息的收集,促進(jìn)產(chǎn)品生命周期信息和知識(shí)的集成,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期從設(shè)計(jì)開(kāi)始 到 報(bào) 廢 終 止 的 閉 環(huán) 控 制;Jun等介 紹 了RFID在產(chǎn)品生命周期管理中的應(yīng)用框架,并給出了采用RFID技術(shù)的產(chǎn)品嵌入式信息設(shè)備的定義和說(shuō)明,以及在不同類型產(chǎn)品生命周期不同階段的應(yīng)用要求和流程;屈新懷等介紹了一種新型動(dòng)態(tài)跟蹤任務(wù)模型,用于提高單個(gè)經(jīng)銷渠道之外的汽車供應(yīng)鏈的可追溯性,利用RFID技術(shù)構(gòu)建了系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)模型,以支持汽車零部件追溯管理工作,實(shí)現(xiàn)端對(duì)端的動(dòng)態(tài)跟蹤和可追溯性;Tang等將RFID技術(shù)應(yīng)用于電子產(chǎn)品回收,通過(guò)RFID存儲(chǔ)產(chǎn)品的所有重要數(shù)據(jù),如物品信息、來(lái)源信息、生產(chǎn)過(guò)程信息、產(chǎn)品屬性、危險(xiǎn)因素、用戶說(shuō)明指南和物品回收等,并跟蹤整個(gè)回收過(guò)程,生產(chǎn)企業(yè)根據(jù)回收到的產(chǎn)品RFID標(biāo)簽信息分離出可再用和不可再用部件,以更 好地 應(yīng)對(duì)環(huán)保 法規(guī)要求,同時(shí)降低企業(yè)成本。
5.2 維護(hù)、維修和大修服務(wù)
RFID技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控、產(chǎn)品質(zhì)量控制與追溯管理,還可用于監(jiān)控加工設(shè)備狀態(tài),有效統(tǒng)計(jì)設(shè)備的使用維護(hù)信息,為企業(yè)制定合理的維護(hù)策略提供參考。Li等提出基于RFID的設(shè)備維修管理系統(tǒng),以構(gòu)建設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控平臺(tái),有效地對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù);Saygin等研究并仿真了基于RFID的飛機(jī)維護(hù)的動(dòng)態(tài)資源分配策略,可實(shí)時(shí)跟蹤資源的狀態(tài)信息,提高有資源限制的維護(hù)、維修和大 修 (Maintenance,Repair。幔睿洹。希觯澹颍瑁幔酰欤希穑澹颍幔簦椋铮睿,MRO)系統(tǒng)的附加值;Chen等提出基于RFID的設(shè)備性能在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下模擬車間式和單元化兩種不同制造布局下的運(yùn)行情況,結(jié)果顯示該方法可有效傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),為管理者提供實(shí)時(shí)的價(jià)值流圖。
6 RFID在離散制造過(guò)程中的應(yīng)用績(jī)效評(píng)價(jià)
雖然RFID作為一種具有廣闊應(yīng)用前景的新興技術(shù),并在產(chǎn)品服務(wù)過(guò)程中有著重要的應(yīng)用價(jià)值,可實(shí)現(xiàn)離散制造過(guò)程的閉環(huán)控制和制造供應(yīng)鏈的精準(zhǔn)化管理,但是在離散制造過(guò)程中的應(yīng)用仍處于探索階段,其中一個(gè)原因就是難以對(duì)RFID的應(yīng)用績(jī)效進(jìn)行預(yù)先評(píng)價(jià),使得企業(yè)缺乏實(shí)施推廣RFID技術(shù)的信心。相對(duì)于條碼價(jià)格低廉,RFID應(yīng)用能否帶來(lái)價(jià)值增值、成本節(jié)省、業(yè)務(wù)流程改進(jìn)和管理模式創(chuàng)新,是多數(shù)企業(yè)管理者的顧慮。Kim等在研究RFID采納的影響因素時(shí),就發(fā)現(xiàn)RFID成本收益分析直接決定了是否被企業(yè)采納。目前針對(duì)RFID在離散制造過(guò)程中的應(yīng)用績(jī)效評(píng)價(jià)問(wèn)題的研究方法主要分為三類:
(1)根據(jù)潛在的效益進(jìn)行收益預(yù)估分析
采用這一類分析方法的研究文獻(xiàn)最多,如Can-non等根據(jù)資源依賴?yán)碚摗⒔灰壮杀窘?jīng)濟(jì)學(xué)理論和資源觀理論,從供應(yīng)鏈不確定性和企業(yè)不確定性兩個(gè)角度研究了企業(yè)采納RFID過(guò)程中的收益、復(fù)雜性及風(fēng)險(xiǎn);Brintrup等提出一套檢測(cè)RFID應(yīng)用有效性及經(jīng)濟(jì)性的工具集,從數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、數(shù)據(jù)獨(dú)立性以及生產(chǎn)和庫(kù)存可視化三方面分析對(duì)豐田生產(chǎn)系統(tǒng)提出的七大浪費(fèi)的影響和處理情況,并分析了RFID應(yīng)用后產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,如庫(kù)存控制、質(zhì)量改善、決策支持等;Dutta等從技術(shù)、價(jià)值計(jì)量和實(shí)施動(dòng)機(jī)三方面分析了企業(yè)采納RFID系統(tǒng)所帶來(lái)的商業(yè)價(jià)值。通過(guò)這一類經(jīng)濟(jì)性分析方法得到的結(jié)果對(duì)制造企業(yè)應(yīng)用RFID具有參考價(jià)值,但多為定性結(jié)果,并且更多是從理論上進(jìn)行收益預(yù)估,缺乏直觀的定量體驗(yàn)。
(2)仿真模擬或建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行成本節(jié)省分析
這一研究方法的主要思路是通過(guò)仿真模擬或建立數(shù)學(xué)模型來(lái)分析制造企業(yè)應(yīng)用RFID前后,生產(chǎn)管理成本、庫(kù)存成本及其他制造過(guò)程中發(fā)生的浪費(fèi)現(xiàn)象的情況變化,如Wang等模擬仿真了RFID在臺(tái)灣液晶顯示器行業(yè)中的應(yīng)用,結(jié)果顯示庫(kù)存成本減 少 了6.19%,庫(kù) 存 周 轉(zhuǎn) 率 增 加 了7.6%;Gaukler等構(gòu)建了動(dòng)態(tài)凈現(xiàn)值數(shù)學(xué)模型,用于計(jì)算汽車制造過(guò)程應(yīng)用RFID技術(shù),相比于傳統(tǒng)的條形碼識(shí)別技術(shù)帶來(lái)的過(guò)程成本節(jié)省和質(zhì)量成本節(jié);Lee等總結(jié)了現(xiàn)有文獻(xiàn)中關(guān)于RFID技術(shù)應(yīng)用后帶來(lái)的潛在收益預(yù)估和成本節(jié)省的分析研究,并構(gòu)建了計(jì)算RFID收益的數(shù)學(xué)模型;Becker等提出用于評(píng)估制造過(guò)程RFID應(yīng)用效益的數(shù)學(xué)模型,并應(yīng)用到俄羅斯汽車RFID項(xiàng)目中。這類評(píng)價(jià)方法可為制造業(yè)管理者提供定量的結(jié)果展示,具有較好的說(shuō)服力,但卻可能因假設(shè)、約束等與實(shí)際應(yīng)用情況有較大出入而導(dǎo)致較大的分析誤差,同時(shí)RFID應(yīng)用除了有形的風(fēng)險(xiǎn)和收益外,還有一些無(wú)形的風(fēng)險(xiǎn)收益難以在數(shù)學(xué)模型中量化體現(xiàn),因此這種分析方法不是很全面,需從企業(yè)實(shí)際應(yīng)用的角度充分考慮有形和無(wú)形的風(fēng)險(xiǎn)與收益,設(shè)置合理的假設(shè)與約束條件,構(gòu)建科學(xué)全面客觀的分析評(píng)價(jià)體系與模型。
(3)通過(guò)實(shí)際應(yīng)用案例進(jìn)行投資回報(bào)率分析
對(duì)RFID在離散制造業(yè)中實(shí)際應(yīng)用案例的投資回報(bào)率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,是最具權(quán)威和說(shuō)服力的一種方法,但是因RFID技術(shù)本身仍處于探索階段而存在較多問(wèn)題,實(shí)際應(yīng)用案例也不是很多,在中短期內(nèi)很難有預(yù)期的投資回報(bào)率。Whitaker等介紹了RFID采納和收益的理論框架,并通過(guò)對(duì)一些美國(guó)企業(yè)的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)應(yīng)用RFID早期的預(yù)期投資收益主要取決于RFID投資金額和貿(mào)易伙伴的強(qiáng)制性要求,缺乏RFID行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn),這是影響RFID投資收益的關(guān)鍵因素;Jeong等對(duì)2001~2006年RFID的投資情況進(jìn)行了分析,結(jié)果表明在生產(chǎn)環(huán)節(jié)尤其是信息技術(shù)等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)中,RFID的投資回報(bào)率最顯著;Ivantysynova等通過(guò)分析德國(guó)6家應(yīng)用RFID的制造公司案例,得出RFID應(yīng)用在制造業(yè)中最重要的有形和無(wú)形風(fēng)險(xiǎn)與收益,并給出了詳細(xì)的計(jì)算模型求解有形風(fēng)險(xiǎn)與收益。
7 結(jié)束語(yǔ)
當(dāng)前制造企業(yè)正面臨客戶需求日益多樣化、個(gè)性化,人工、材料與管理成本急劇攀升,環(huán)境/資源壓力加大,洲際化競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)一步深化以及快速響應(yīng)客戶等多重挑戰(zhàn),迫切要求制造過(guò)程實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化、智能化和透明可視化,以更好地應(yīng)對(duì)制造環(huán)境中的各種突發(fā)狀況和不確定性。RFID技術(shù)的出現(xiàn)和使用,為制造業(yè)應(yīng)對(duì)多重挑戰(zhàn)提供了新的思路和解決辦法。盡管RFID技術(shù)在離散制造業(yè)中已有部分應(yīng)用案例,但由 于其 本身還處于高速發(fā)展過(guò)程中,RFID的應(yīng)用研究和實(shí)際運(yùn)用仍存在局限性,還處于初級(jí)探索階段。然而,RFID技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程智能化的支撐技術(shù),理清其在離散制造過(guò)程中完整、清晰的應(yīng)用模式和方式具有重要意義。本文在詳細(xì)分析和綜述國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料的基礎(chǔ)上,從生產(chǎn)制造過(guò)程、供應(yīng)鏈管理過(guò)程和產(chǎn)品服務(wù)過(guò)程三個(gè)環(huán)節(jié),面向在制品自動(dòng)識(shí)別管理、生產(chǎn)過(guò)程控制、智能對(duì)象的跟蹤定位與授權(quán)、精準(zhǔn)化物料配送管理、倉(cāng)儲(chǔ)可視化管理、制造供應(yīng)鏈RFID應(yīng)用整合、產(chǎn)品溯源與回收管理以及MRO服務(wù)八個(gè)方面論述了RFID技術(shù)在離散制造過(guò)程中的研究熱點(diǎn)和應(yīng)用模式,并歸納了其應(yīng)用績(jī)效評(píng)價(jià)的三種途徑。
面向離散制造過(guò)程的RFID應(yīng)用研究仍存在如下局限和不足,未來(lái)可在這些方面進(jìn)行進(jìn)一步探討:
(1)很多研究工作只局限于利用RFID替代現(xiàn)有標(biāo)識(shí)手段(如條碼),應(yīng)用大多停留在表層上,應(yīng)用流程和業(yè)務(wù)邏輯與傳統(tǒng)模式相比差異不大,同時(shí)缺乏對(duì)擬采集的數(shù)據(jù)信息做進(jìn)一步的擴(kuò)充、處理與應(yīng)用,沒(méi)有真正發(fā)揮和釋放出RFID技術(shù)在離散制造過(guò)程中的作用。因此,如何從制造企業(yè)的實(shí)際需求出發(fā),整合FID和現(xiàn)有的管理信息系統(tǒng)(如MES,ERP等)并融合應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程信息管理水平的提升和模式創(chuàng)新,充分發(fā)揮RFID技術(shù)在制造業(yè)中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì),是未來(lái)關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。
(2)大多數(shù)研究?jī)H就配送等分散問(wèn)題開(kāi)展一些基于Petri網(wǎng)、Agent等模型的研究,分析了RFID在其中的具體應(yīng)用方式和實(shí)現(xiàn)功能,未全面考慮實(shí)際的不確定性和動(dòng)態(tài)情況,還未完整、完善地建立基于實(shí)時(shí)信息的制造管理、供應(yīng)鏈管理和產(chǎn)品服務(wù)等相關(guān)模型。
(3)隨著RFID技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的逐步建立,及其在離散制造過(guò)程中應(yīng)用的不斷深入,已有部分文獻(xiàn)定量分析評(píng)價(jià)了RFID在離散制造過(guò)程中的應(yīng)用績(jī)效,但數(shù)據(jù)大多是通過(guò)仿真或問(wèn)卷調(diào)查等方式獲得的,而且評(píng)價(jià)模型假設(shè)條件設(shè)置較多,模型目標(biāo)考慮不足,結(jié)果較為片面,因此未來(lái)的研究可以從企業(yè)實(shí)際應(yīng)用的角度充分考慮有形和無(wú)形的風(fēng)險(xiǎn)與收益,構(gòu)建科學(xué)全面客觀的分析評(píng)價(jià)體系與模型,為離散制造業(yè)應(yīng)用RFID提供應(yīng)用績(jī)效評(píng)價(jià)參考。
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本文標(biāo)題:面向離散制造過(guò)程的RFID應(yīng)用研究綜述
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