1 引言

    在輪胎生產(chǎn)制造企業(yè)中，輪胎生產(chǎn)信息的正確采集和存儲將對控制輪胎的生產(chǎn)過程、質量檢驗和質量跟蹤等方面起著重要作用。目前，企業(yè)MES系統(tǒng)依靠手工記錄和條碼掃描的方式進行數(shù)據(jù)采集，由于輪胎生產(chǎn)工序多且復雜，半成品物料就有十幾種工序，依靠手工記錄和傳統(tǒng)人工條碼掃描方式操作繁雜，容易出錯，不利于企業(yè)精細化管理。在輪胎質量檢測不合格時，條形碼很難快速地追溯到故障原因，造成資源的浪費。

    由此現(xiàn)狀，在輪胎企業(yè)MES系統(tǒng)中，需要尋求一種新的識別技術來提高信息采集的自動化水平。隨著科技的發(fā)展，RFID作為一種非接觸式自動識別技術，實現(xiàn)信息的快速流通。故障追溯識別功能，能夠滿足輪胎生產(chǎn)線的實際需求。因此RFID技術在輪胎企業(yè)MES系統(tǒng)中有很好的應用前景。

2 RFID系統(tǒng)簡介

    RFID系統(tǒng)主要由RFID標簽(Tag)、讀寫器(Reader／Writer)和應用系統(tǒng)(Application System)三部分組成。RFID系統(tǒng)利用射頻信號以無線方式傳輸數(shù)據(jù)，根據(jù)RFID標簽擁有的唯一識別碼來高效地分辨、追蹤、管理產(chǎn)品，實現(xiàn)查詢、結賬、存貨控制、統(tǒng)計等功能。

2.1 RFID標簽(Tag)

    電子標簽核心主要由帶存儲的芯片組成，存儲包含待識別物體的身份代碼和技術參數(shù)等信息。電子標簽可以安裝在待識別物體的適當部位。電子標簽與條形碼相比主要優(yōu)勢：

    ①更大的信息存儲空間，并為以后的信息擴展提供可能。②產(chǎn)品信息動態(tài)存儲。在整個輪胎生產(chǎn)過程中，這些信息可以自動提示工人物料的信息，提高了生產(chǎn)效率。③電子標簽經(jīng)過二次封裝，可適應震動，腐蝕，潮濕金屬等惡劣的工業(yè)環(huán)境。④信息讀寫時標簽不一定要在天線的可視范圍內，可以嵌入載體、工裝、托盤中，使用十分方便。

2.2 讀寫器(Reader／Writer)

    主要包括讀寫主機、天線和連接線纜等，天線安裝在待識別物體通過的通道或必須的數(shù)據(jù)采集點上。讀寫器采集到的信息包括待識別物體身份代碼信息，如產(chǎn)品型號、序號、生產(chǎn)時間以及其他需記錄的信息。在輪胎的生產(chǎn)過程中，主要應用讀寫器非接觸識別和快速讀寫的特點避免人工介入、減少錯誤，實現(xiàn)生產(chǎn)信息采集的自動化。

2.3 應用系統(tǒng)(Application System)

    應用系統(tǒng)是RFID系統(tǒng)框架中重要的一環(huán)。是用來管理讀寫器、PC／PLC、服務器等的通信接口。負責實現(xiàn)硬件設備的信息交互以及與IVIES系統(tǒng)的兼容等問題。

3 基于RFID技術的MES系統(tǒng)設計開發(fā)

3.1 原有輪胎企業(yè)MES系統(tǒng)

    目前，在輪胎企業(yè)應用較為成熟的MES系統(tǒng)有“密煉車間管控網(wǎng)絡系統(tǒng)”、“半成品和成型數(shù)字管控系統(tǒng)”和“輪胎條碼物流管理系統(tǒng)”，這些iVIES系統(tǒng)都是基于條形碼技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的，已經(jīng)覆蓋了輪胎生產(chǎn)的原材料倉庫、煉膠車間、成型、硫化車間、各質檢工序、成品倉庫管理以及輪胎銷售、三包售后等各個業(yè)務環(huán)節(jié)。由于條形碼技術本身的缺陷，MEs系統(tǒng)在實際輪胎生產(chǎn)過程中常常會出現(xiàn)以下問題：

    ①在生產(chǎn)過程中，各環(huán)節(jié)信息都有人工輸入，容易出現(xiàn)錯誤，使工作步驟不能正常銜接，影響生產(chǎn)效率。

    ②出現(xiàn)產(chǎn)品質量問題時，由于記錄數(shù)據(jù)不完全，導致不能追溯到出現(xiàn)質量問題的工序和工位上。

    ③生產(chǎn)部門對現(xiàn)場信息掌握不全，使輪胎半成品生產(chǎn)物料容易產(chǎn)生大量庫存，影響企業(yè)生產(chǎn)和管理。

    ④管理人員不能直接了解生產(chǎn)線生產(chǎn)狀況，不能根據(jù)生產(chǎn)的實際情況及時調整作業(yè)計劃，解決生產(chǎn)中的實際問題。

    應用RFID技術后，以上問題可以迎刃而解：它能動態(tài)存儲每個工序作業(yè)的內容；對生產(chǎn)線實現(xiàn)監(jiān)控管理，使需求計劃更加及時準確；減少時間和資源的浪費；可追蹤定位輪胎每道工序的加工信息，提高了生產(chǎn)質量和效率。

圖1 目前輪胎企業(yè)MES系統(tǒng)的示意圖

3.2 RFID系統(tǒng)在輪胎工序生產(chǎn)線上的應用設計

    輪胎生產(chǎn)線是個封閉循環(huán)系統(tǒng)，讀寫器和工位機進行通信，每個工位PC都由后臺集中控制管理。標簽安裝到輪胎生產(chǎn)物料的各種工裝上，每個工位的讀寫器在工裝安裝到機位時進行讀取，識別此工裝物料信息，并在工位機上明確顯示，操作人員可以清楚地識別。

    以輪胎生產(chǎn)半成品—威型工序為例，詳細介紹一下基于RFID技術的MES系統(tǒng)的現(xiàn)場應用設計。

圖2 基于RFID技術的MES系統(tǒng)框架

    目前，輪胎半成品一成型工序應用的工裝分為工字輪、百葉車和推車三大類，以常用的三鼓成型機為例，一條輪胎成型過程中需要13種物料，應用現(xiàn)有的條形碼，需要把每種物料的條行碼進行掃描，操作繁瑣還易出錯，而應用了RFID技術后，操作人員把物料工裝安在相應工位上后，無需進行額外的操作，系統(tǒng)會自動識別每一種物料的信息。并把正確的物料信息記錄到MES系統(tǒng)中。如果物料安裝錯誤系統(tǒng)會提示錯誤信息，避免了生產(chǎn)浪費。RFID標簽采用防金屬技術，安裝在工字輪輻上，讀取天線安裝在工位上方附近，對于百葉車等工裝標簽可安在車下方，天線安裝在地下，整個系統(tǒng)布置好后，操作工在進行更換工裝物料時，安裝在附近的天線會自動讀取所換的工裝上的標簽信息，自動記錄到MES系統(tǒng)中。

    通過輪胎生產(chǎn)各工序安裝RFID系統(tǒng)后，對輪胎生產(chǎn)的各環(huán)節(jié)可以進行生產(chǎn)質量追溯。

圖3 基于RFID技術各工序物料質量追溯工序圖3.3 基于RFID技術的MES系統(tǒng)應用操作流程設計

    3.3.1 RFID系統(tǒng)操作流程

    ①RFID標簽初始化

    ——工人在交接班后，在工位機上輸入即將生產(chǎn)的物料類型和所需原料。

    ——工人領取原料后，通過帶有標簽的工裝在使用位置自動進行識別存儲。

    ——生產(chǎn)時，工人把帶有標簽的工裝，安裝到機位時，系統(tǒng)自動識別工裝信息，并在

    ——工位機上顯示，以便查看核實，完成電子標簽初始化。

    ——當工裝物料生產(chǎn)完后，寫入生產(chǎn)信息，物料進行下一流轉環(huán)節(jié)。

    ②讀寫電子標簽

    ——待加工的工裝物料安裝在成型機工位時，MES系統(tǒng)通過RFID自動讀取并顯示當前物料的信息，以免上錯物料，并把當前物料信息記錄到成型工位機上，進行記錄，完成追溯連接。

    ——更換物料時，工人先在工位機上確認當前已用物料，再進行下一物料的識別生產(chǎn)。

    ——如果物料弄錯時，系統(tǒng)會出現(xiàn)錯誤警報，工人可以清楚的知道哪種物料出現(xiàn)錯誤，進行及時有效地更正。

    ③提取電子標簽信息

    ——輪胎半成品物料統(tǒng)一放到存放區(qū)，質檢人員發(fā)現(xiàn)不合格時，從讀寫器中提取己寫入信息，定位追溯到此物料生產(chǎn)工位，查找質量原因，做到及時更正。

    ——通過對物料存放區(qū)中工裝標簽的識別統(tǒng)計，可以實時地掌握當前物料信息，為后續(xù)安排計劃和生產(chǎn)任務提供了科學依據(jù)。

4 基于RFID技術的企業(yè)MES系統(tǒng)功能設計

4.1 系統(tǒng)特點

    RFID輪胎企業(yè)IVIES系統(tǒng)具有以下特點：

    ●生產(chǎn)計劃和工藝直接下達到工序、設備(而ERP、MRPII一般只能下達到品種、車間)，直接指導設備加工、防止跨工序加工，減少工藝錯誤。

    ●數(shù)據(jù)采集實時性，可及時進行計劃考核，實時監(jiān)控生產(chǎn)進度。

    ●各車間職能科室可以共享生產(chǎn)數(shù)據(jù)，了解相關工序的生產(chǎn)進度，便于生產(chǎn)協(xié)調。準確確認交貨時間，實現(xiàn)批次管理。

    ●工藝反饋校正：及時修正工藝錯誤、縮短工藝糾正周期。

    ●加工數(shù)據(jù)有效性：減少手工操作、紙張傳遞：便于質量追溯。

    ●智能看板：完成質量信息采集與質量分析。

    ●擴展物流管理：RFID批次號．條碼．產(chǎn)品。

4.2 系統(tǒng)包括如下功能設計

    4.2.1 總體架構和系統(tǒng)模型的建設

    通過對網(wǎng)絡架構、工廠設備、通信路由、軟硬件組合及系統(tǒng)規(guī)模與性能進行深入分析，確立監(jiān)控系統(tǒng)軟件與數(shù)據(jù)采集硬件設備之間的層次關系，確定各功能模塊的劃分，模塊之間的接口，完成總體架構的建設。充分考慮系統(tǒng)的可集成性、可配置性、可適應性、可擴展性和可靠性。

    4.2.2 軟件平臺的架構建設

    基于面向對象設計技術、分布式網(wǎng)絡、和各種先進的數(shù)據(jù)庫及組態(tài)技術，建設適合即時、現(xiàn)場、遠程監(jiān)控的，便于擴容和修改的系統(tǒng)軟件基礎平臺，充分體現(xiàn)面向輪胎生產(chǎn)特點的系統(tǒng)應用集成，支持實時活動，實現(xiàn)基于現(xiàn)場管理規(guī)則和綜合管理知識的管控結合。

    主要包括軟件系統(tǒng)功能定位、平臺選型和數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、網(wǎng)絡應用、客戶端查詢?yōu)g覽等架構組成的建設。

    4.2.3 功能模塊設計

    功能模塊的具體軟件開發(fā)，包括：①生產(chǎn)計劃及生產(chǎn)管理；②現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集；③④物料信息管理和跟蹤查詢；⑤半成品信息管理和跟蹤查詢；⑥產(chǎn)品生命周期檔案；⑦設備管理：⑧產(chǎn)量監(jiān)控分析：◎質量及績效分析查詢。

4.4 工作流設計

    設計工作流模型及網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流規(guī)劃，支持各種控制和溝通策略，支持生產(chǎn)過程的各種工作流程，實現(xiàn)制造生產(chǎn)和管理過程的自動驅動、記錄、跟蹤、分析、信息共享等，并容易實現(xiàn)與ERP、PDM等的無縫集成，形成一個信息流的順暢通道。

5 RFID硬件設備選型

    RFID硬件設備主要是電子標簽和讀寫器，兩者的選型從以下幾個方面考慮：工作的可靠性、較高的性價比、識別的距離、工作的頻率、系統(tǒng)的可擴展性、產(chǎn)品提供及維護的便攜性、是否有成功的應用案例。

    基于以上考慮，選擇UHF頻段讀寫器，工作頻段為902"-928 MHz，符合標準EPCGen2，讀寫距離0～15 m，電子標簽選擇EPC Gen2標準的防金屬UHF標簽。

6 結束語

    隨著輪胎企業(yè)信息化的發(fā)展，MES系統(tǒng)的功能不單單在于企業(yè)內部，而是基于產(chǎn)品全生命周期管理的信息交互與共享。RFID技術與MES集成應用改善了業(yè)務流程，使制造過程中的成本和錯誤大大減少，提高了生產(chǎn)率，經(jīng)濟效益更為突出。目前RFID標簽的數(shù)據(jù)內容編碼還未形成統(tǒng)一的全球化標準，區(qū)域性標準已發(fā)布，這樣通過互聯(lián)網(wǎng)RFID不僅僅實現(xiàn)制造執(zhí)行系統(tǒng)內的信息交流，而且可實現(xiàn)與企業(yè)其他應用系統(tǒng)的集成，從而使產(chǎn)品信息識別和實時信息共享成為可能。

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本文標題：基于RFID技術的輪胎企業(yè)MES系統(tǒng)應用

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