RFID(Radio Frequency Identification)是一種非接觸式的自動(dòng)識別技術(shù)，它利用射頻信號通過(guò)空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))實(shí)現無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息達到識別的目的，識別工作無(wú)須人工干預，具有數據存儲量大、可讀寫(xiě)、非接觸、識別距離遠、識別速度快、保密性好、穿透性強、壽命長(cháng)、環(huán)境適應性好以及能同時(shí)識別多標簽等優(yōu)點(diǎn)，并且可工作于各種惡劣環(huán)境。

　　

    在離散制造業(yè)中，生產(chǎn)車(chē)間作為產(chǎn)品制造的中心場(chǎng)所、成品物流和供應物流的起訖節點(diǎn)，車(chē)間的制造能力和其內部物流能力對企業(yè)的生產(chǎn)能力起到了決定性的作用。制造執行系統(Manufacturing Execution System，MES)作為承接ERP(EntERPrise Resource System，企業(yè)資源計劃) 系統、協(xié)調SCM(Supply Chain Management，供應鏈管理)系統、調度底層生產(chǎn)控制系統的樞紐，在車(chē)間生產(chǎn)過(guò)程中起到了重要的作用。激烈的市場(chǎng)競爭對現代制造業(yè)提出了進(jìn)一步的要求，具體表現在以下幾個(gè)方面：少量多種類(lèi)的生產(chǎn)模式，不斷縮短的生產(chǎn)周期，對客戶(hù)多變需求的及時(shí)響應。這些都要求現代制造業(yè)具備更高的自動(dòng)化和信息化程度。研究應用RFID技術(shù)，探索重組企業(yè)信息流，更大限度地發(fā)揮我國制造業(yè)現有資源優(yōu)勢，推動(dòng)企業(yè)技術(shù)進(jìn)步及傳統制造業(yè)的升級換代的可行方案與模式，已成為當務(wù)之急。而將RFID技術(shù)融入MES系統之中，必定是促進(jìn)傳統制造業(yè)發(fā)展升級的眾多途徑之一。

　　

　　

    作為離散工業(yè)生產(chǎn)中的典型情況，汽車(chē)的裝配生產(chǎn)活動(dòng)具有以下特征：生產(chǎn)過(guò)程并行且異步，設備功能冗余度大，控制量相互獨立，生產(chǎn)資源管理復雜，在生產(chǎn)過(guò)程中的零部件處于離散狀態(tài)，車(chē)輛的生產(chǎn)制造主要通過(guò)物理加工和組裝來(lái)實(shí)現。

　　

    本文結合安徽省某汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)具體情況，對RFID技術(shù)在汽車(chē)總裝線(xiàn)上的應用模式進(jìn)行研究。

　　

    該企業(yè)目前汽車(chē)總裝生產(chǎn)線(xiàn)上主要使用的是條碼技術(shù)，工位員工采取手動(dòng)方式掃描車(chē)身VIN碼和零部件條碼進(jìn)行車(chē)輛跟蹤和裝配信息采集，整個(gè)采集過(guò)程耗時(shí)相對較大。當遭遇條碼損壞、沾染污漬無(wú)法識別時(shí)，員工需手工輸入車(chē)輛VIN碼或零部件碼，出錯率高，耗時(shí)長(cháng)，難以加快生產(chǎn)節拍。生產(chǎn)現場(chǎng)可視化程度有待提高，需要為工人提供實(shí)時(shí)準確的裝配指導，杜絕漏裝錯裝現象的發(fā)生，對生產(chǎn)線(xiàn)車(chē)輛的裝配情況也需要實(shí)時(shí)監控。物料消耗信息反饋不及時(shí)，難以實(shí)現生產(chǎn)物料的實(shí)時(shí)拉動(dòng)，導致生產(chǎn)物料庫存過(guò)多，影響資金流動(dòng)。缺少對員工和其裝配零部件的關(guān)聯(lián)管理，導致在追溯因為人工操作導致的質(zhì)量問(wèn)題時(shí)難以將責任落實(shí)到人。

　　

    RFID技術(shù)不只是條碼技術(shù)的簡(jiǎn)單替換，它在離散制造業(yè)中的應用將改變離散制造企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)方式。由于RFID技術(shù)具有前文所述的諸多優(yōu)勢，用其取代條形碼在汽車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)上對車(chē)輛進(jìn)行標識和跟蹤，整個(gè)過(guò)程無(wú)人工干預，可以在極大程度上降低工人的勞動(dòng)強度和出錯率�，F今已經(jīng)可以利用RFID技術(shù)來(lái)實(shí)現自動(dòng)、高速、有效的記錄，降低操作員的勞動(dòng)強度，從而提高了產(chǎn)品下線(xiàn)合格率。

　　

    將RFID技術(shù)應用于汽車(chē)制造業(yè)，融入到MES系統中，可提升生產(chǎn)過(guò)程的管理與控制水平，有效地跟蹤、管理和控制生產(chǎn)所需的包括物料、設備、人力等資源；與上層管理系統結合，可合理地調度、管理這些資源，提高制造競爭力，改善生產(chǎn)組織、縮短生產(chǎn)周期、減少在制品數量，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和降低人力資源消耗。對于發(fā)展離散制造業(yè)生產(chǎn)制造系統模式和應用解決方案、提高制造過(guò)程可視化監控與產(chǎn)品質(zhì)量追蹤水平、促進(jìn)制造行業(yè)RFID技術(shù)應用標準規范形成、帶動(dòng)我國RFID技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展等方面具有重要的理論意義和應用價(jià)值。

　　

　　

    基于以上需求分析，提出以下系統總目標：充分利用RFID的技術(shù)優(yōu)勢，結合總裝車(chē)間MES系統，解決企業(yè)現行ERP系統的計劃層與車(chē)間現場(chǎng)自動(dòng)化系統過(guò)程控制層之間、LES(Logistic Execution System，物流執行系統)車(chē)間內部物流層面和MES系統生產(chǎn)控制層之間、車(chē)輛質(zhì)量追溯系統和原有MES 系統之間信息和管理的斷層問(wèn)題，實(shí)現制造和質(zhì)量的可視化和數字化管理。具體分解為以下幾個(gè)子目標：

　　

    (1)將RFID技術(shù)與生產(chǎn)線(xiàn)調度系統進(jìn)行結合，在生產(chǎn)線(xiàn)調度自動(dòng)化的基礎上實(shí)現生產(chǎn)線(xiàn)調度智能化。

　　

    (2)將RFID技術(shù)與融入生產(chǎn)車(chē)間的裝配工位之中，利用RFID標簽標識零部件進(jìn)行數據采集，時(shí)刻掌握生產(chǎn)線(xiàn)物料消耗信息，無(wú)延遲拉動(dòng)供應物流，進(jìn)一步滿(mǎn)足JIT供貨模式的需求；對重要部件進(jìn)行安裝記錄，為質(zhì)量追溯系統提供翔實(shí)可靠的數據支持。

　　

    (3)將RFID技術(shù)與現場(chǎng)可視化系統相結合，向工位工人提供實(shí)時(shí)準確的裝配指導。

　　

    (4)將RFID技術(shù)與車(chē)間人員管理系統和質(zhì)量追溯系統相結合，除了實(shí)現人員管理的功能，還可以對裝配操作進(jìn)行記錄，實(shí)現裝配責任落實(shí)到人。

　　

　　

    應用方案中共涉及到高頻(13.56MHz)超高頻(915MHz)兩種不同類(lèi)型的RFID標簽，所選擇的RFID標簽規格如表1、表2 所示。
 

 

表1 高頻標簽參數列表



表2 超高頻標簽參數列表

 

    研究RFID技術(shù)在汽車(chē)總裝線(xiàn)上的應用模式

　　

    其中人員配備高頻RFID標簽，標簽內存放員工ID和基本信息；每個(gè)零部件料箱中放置一枚高頻RFID標簽，標簽內存放零部件號；每臺車(chē)輛上放置一枚超高頻RFID標簽，標簽內存放車(chē)輛唯一標識碼(VIN 碼)。車(chē)輛標簽采用膠磁封裝，方便吸附于車(chē)體表面。

　　

    在車(chē)輛上線(xiàn)之前，工作人員將初始化的標簽安裝在車(chē)體前部引擎蓋上表面。

　　

    生產(chǎn)線(xiàn)員工需在工位上的高頻讀卡器上刷卡，完成上崗認證，系統記錄當前工位員工上崗狀態(tài)信息。

　　

    在車(chē)輛上線(xiàn)前，工作人員掃描車(chē)身VIN條碼，超高頻讀寫(xiě)器將VIN碼信息寫(xiě)入其天線(xiàn)場(chǎng)強范圍內的車(chē)輛RFID標簽，后續工位通過(guò)讀寫(xiě)車(chē)身RFID標簽來(lái)完成生產(chǎn)線(xiàn)車(chē)輛監控和數據采集等工作。

　　

    在裝配工位，超高頻讀寫(xiě)器讀取車(chē)輛標簽后，提示相應工位的零部件安裝信息。工作人員安裝相應零部件，并在高頻讀寫(xiě)器上刷相應零部件料箱中的高頻RFID標簽。系統獲取相應車(chē)輛的部件安裝信息和工作人員信息以備后期質(zhì)量跟蹤，系統向LES系統返回物料消耗信息，并刷新工位零部件安裝信息提示，直至該工位所有應裝部件全部安裝完畢。在向生產(chǎn)線(xiàn)工位供貨環(huán)節中，生產(chǎn)物流部門(mén)將零部件送達工位之后，系統更新零部件數量信息。

　　

    在下線(xiàn)工位，超高頻讀寫(xiě)器讀取車(chē)輛標簽，系統檢查裝配信息，工作人員取下RFID標簽，循環(huán)使用。

　　

　　

    4.1、系統功能模塊

　　

    基于RFID技術(shù)的汽車(chē)總裝制造執行系統功能模塊主要分為車(chē)間生產(chǎn)管理、生產(chǎn)線(xiàn)可視化、RFID標簽管理、車(chē)間人員管理等四個(gè)功能模塊，具體功能結構如圖1 所示：
 

 

   圖1 汽車(chē)總裝制造執行系統

　　

    車(chē)間人員管理：管理車(chē)間人員的基本信息，配置員工的工作崗位信息，為人員工作記錄和車(chē)輛零部件數采等功能提供相關(guān)基礎數據。

　　

    總裝車(chē)間生產(chǎn)管理：在計劃層面從ERP系統獲取粗粒度生產(chǎn)計劃，分解成為日生產(chǎn)計劃，指導車(chē)間生產(chǎn)。在整車(chē)生產(chǎn)過(guò)程中對車(chē)輛的每一個(gè)裝配步驟進(jìn)行指導和監控，以規范整個(gè)生產(chǎn)流程，其中包括向裝配工人提供裝配作業(yè)指導，自動(dòng)化整車(chē)裝配和物料消耗數據采集，提供精確到零部件信息、裝配人員信息、供應商信息的裝配記錄，向MES系統實(shí)時(shí)反饋工位物料的消耗數據。

　　

    生產(chǎn)線(xiàn)可視化：提供對生產(chǎn)線(xiàn)和車(chē)輛狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)反饋，有利于管理人員實(shí)時(shí)掌握生產(chǎn)情況。

　　

    RFID標簽管理：負責人員標簽的發(fā)放和管理，在車(chē)輛標簽的循環(huán)使用中對標簽進(jìn)行發(fā)放和回收，并針對車(chē)輛標簽進(jìn)行資產(chǎn)管理。

　　

    4.2、系統體系結構

　　

    本系統利用部署在車(chē)間服務(wù)器中的RFID軟件中間件對車(chē)間讀寫(xiě)器網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行統一管理，有利于屏蔽RFID設備差異性、提高RFID讀寫(xiě)器網(wǎng)絡(luò )的穩定性和效率，且RFID 設備不依賴(lài)工位終端，無(wú)需對工位終端進(jìn)行特殊配置，方便部署�；�于RFID技術(shù)的汽車(chē)總裝制造執行系統結構如圖2所示：
 

 

圖2 汽車(chē)總裝制造執行系統結構　　

 

    4.3、系統軟件架構

　　

    本系統采用B/S架構，在J2EE開(kāi)發(fā)環(huán)境下，結合Struts2、Hibernate、Spring、DWR等主流開(kāi)源框架，具有良好的跨平臺兼容性�；�于RFID技術(shù)的汽車(chē)總裝管理系統的軟件架構如圖3所示：
 

 

  圖3 系統軟件架構　　

 

    Struts框架是基于MVC(Model-View-Controller)模式的框架，主要采用JSP與Servlet 技術(shù)實(shí)現。系統使用Struts框架整合Servlet、JSP、自定義標簽和信息資源，完成系統對前臺頁(yè)面操作的響應。

　　

    系統采用Hibernate作為Java持久層解決方案，建立對象/關(guān)系映射，實(shí)現從關(guān)系型數據到對象型數據的轉換。

　　 

    DWR作為一種實(shí)現了Ajax交互能力的Web框架，可以把服務(wù)器端的任何Java對象公開(kāi)為可以通過(guò)瀏覽器中的JavaScript訪(fǎng)問(wèn)的遠程對象。本系統利用DWR框架實(shí)現正向和反向Ajax功能，將RFID處理模塊所獲取的數據實(shí)時(shí)推送至響應業(yè)務(wù)模塊中，減少瀏覽器冗余請求，降低服務(wù)器壓力，提高系統運行效率。

　　

    Spring框架是在J2EE 的基礎上實(shí)現的一個(gè)輕量級J2EE框架。本系統用它來(lái)為程序提供Bean的配置、AOP的支持、抽象事務(wù)支持，組織系統中的業(yè)務(wù)服務(wù)層、數據訪(fǎng)問(wèn)層對象，實(shí)現組件對象創(chuàng )建與使用之間的松耦合。

　　

　　

    據該系統在安徽某汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)總裝生產(chǎn)線(xiàn)上的實(shí)際運行情況表明，基于RFID 技術(shù)的汽車(chē)總裝制造執行系統使得企業(yè)能夠及時(shí)、準確的掌握生產(chǎn)線(xiàn)狀態(tài)，提高生產(chǎn)效率，確實(shí)有利于MES系統和LES 系統之間協(xié)同工作，為產(chǎn)品的質(zhì)量跟蹤提供精確的數據保障