1離散制造業(yè)與RFID技術(shù)
1.1離散制造業(yè)MES系統(tǒng)
制造執(zhí)行系統(tǒng)（ManufacturingExecutionSystem，MES）是面向制造車間的先進(jìn)管理技術(shù)，它針對(duì)位于企業(yè)計(jì)劃層和工業(yè)控制層之間的執(zhí)行層管理問題，研究如何將制造過程中的計(jì)劃進(jìn)度、產(chǎn)品過程控制、物料管理、質(zhì)量監(jiān)控、設(shè)備管理和成本管理等綜合考慮，強(qiáng)調(diào)制造計(jì)劃的執(zhí)行和產(chǎn)品制造過程的控制，使生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的信息收集、傳遞、處理和反饋?zhàn)龅綔?zhǔn)確、及時(shí)、系統(tǒng)和科學(xué)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)作業(yè)的優(yōu)化調(diào)度和制造資源的動(dòng)態(tài)重組，提高制造管理的透明性和敏捷性。
離散制造業(yè)中不僅具有傳統(tǒng)的制造業(yè)的流程，還具有產(chǎn)品設(shè)計(jì)→工藝規(guī)劃→復(fù)雜調(diào)度→加工制造→（設(shè)計(jì)更改）→動(dòng)態(tài)調(diào)度→信息反饋這個(gè)動(dòng)態(tài)的流程，因此離散制造業(yè)MES系統(tǒng)主要面對(duì)車間管理人員、信息技術(shù)人員、企業(yè)管理人員、計(jì)劃人員，提供計(jì)劃管理、資源管理、報(bào)表統(tǒng)計(jì)管理、車間作業(yè)管理功能，而且要求實(shí)時(shí)地采集現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)并反饋回MES系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)，最后根據(jù)相應(yīng)的規(guī)則最終實(shí)現(xiàn)離散制造業(yè)車間的無紙化作業(yè)、標(biāo)準(zhǔn)化操作、自動(dòng)化派工、實(shí)時(shí)化監(jiān)控、科學(xué)化管理的目標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)，本系統(tǒng)采用射頻識(shí)別技術(shù)（RadioFrequencyIdentification，RFID），結(jié)合無線通信技術(shù)，采用基于RFID技術(shù)的數(shù)據(jù)采集終端（IntelligentDataTerminal，IDT）來實(shí)現(xiàn)車間生產(chǎn)數(shù)據(jù)的上傳和下達(dá)。
1.2RFID技術(shù)
RFID利用電磁波的感應(yīng)或者傳播來進(jìn)行電子標(biāo)簽與閱讀器之間的數(shù)據(jù)通信，電子標(biāo)簽分有源標(biāo)簽和無源標(biāo)簽2種。采用RFID技術(shù)解決離散制造業(yè)車間實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集，有如下優(yōu)勢(shì)：（1）體積小，非接觸，形狀多變，可重復(fù)使用；（2）惟一ID號(hào)，克隆、仿造困難，安全性高；（3）不怕污染，無需光線，識(shí)別方式靈活；（4）數(shù)據(jù)可改寫、存儲(chǔ)量大；（5）多標(biāo)簽同時(shí)識(shí)別，距離遠(yuǎn)，速度快。2硬件及接口設(shè)計(jì)基于RFID的離散制造業(yè)MES系統(tǒng)由處于底層的IDT，通過無線網(wǎng)絡(luò)與安置在車間的基站（BaseStation，BS）進(jìn)行通信，把數(shù)據(jù)信息傳送到車間工作站，車間工作站通過企業(yè)網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫，然后通過接口程序傳送到其他系統(tǒng)，為管理決策、數(shù)據(jù)深入挖掘提供可靠、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)支持。本系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)和接口程序構(gòu)成。
2.1硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
硬件系統(tǒng)包括2個(gè)主要部分：IDT和BS。IDT的作用是用來采集離散制造業(yè)生產(chǎn)一線的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。
BS的主要作用是實(shí)現(xiàn)車間工作站運(yùn)行的通信程序與終端之間的數(shù)據(jù)交互。
2.2接口程序設(shè)計(jì)
接口程序把從車間現(xiàn)場(chǎng)采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送到其他的系統(tǒng)當(dāng)中，接口采用定時(shí)和觸發(fā)2種方式對(duì)信息進(jìn)行傳遞，利用中間件的設(shè)計(jì)思想，把接口程序設(shè)置在MES服務(wù)器端，其他程序調(diào)用接口程序。接口程序主要完成以下數(shù)據(jù)傳遞：用戶信息、加工信息、加工設(shè)備信息、模具信息、工藝參數(shù)信息、工藝路線、產(chǎn)品信息、檢驗(yàn)數(shù)據(jù)、報(bào)工數(shù)據(jù)等。
MES系統(tǒng)針對(duì)位于企業(yè)計(jì)劃層和工業(yè)控制層之間的執(zhí)行層管理問題，因此企業(yè)現(xiàn)有的ERP系統(tǒng)、PDM系統(tǒng)等需要MES系統(tǒng)提供可靠、及時(shí)、準(zhǔn)確的信息支持，針對(duì)上層管理系統(tǒng)對(duì)車間層的管理流程不提供直接和詳細(xì)的支持問題，為了防止車間管理信息的“斷層”，本系統(tǒng)采用通用數(shù)據(jù)接口程序，把分布在所有車間終端上采集的軟性、硬性數(shù)據(jù)（美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（NIST）對(duì)MES定義）提交給上層管理系統(tǒng)，為企業(yè)
決策提供數(shù)據(jù)支撐。接口程序采用中間件開發(fā)思想，集成MES和ERP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)參數(shù)傳遞方式，采用定時(shí)和事件觸發(fā)的方式對(duì)接口函數(shù)進(jìn)行調(diào)用，運(yùn)用Socket、隊(duì)列、線程技術(shù)實(shí)現(xiàn)上層管理（ERP）與執(zhí)行層（MES）數(shù)據(jù)交互。
3.基于RFID的MES系統(tǒng)設(shè)計(jì)
為了增強(qiáng)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、可重構(gòu)性、適應(yīng)性、可配置性等良好的系統(tǒng)性能，在結(jié)構(gòu)上采用分層的思想，把離散制造業(yè)MES系統(tǒng)分為4層來設(shè)計(jì)，同時(shí)采用基于外掛式通用輔助數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)思想，把所有的系統(tǒng)貫穿起來，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，保證了層間與層內(nèi)的耦合性要求。
3.1系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)分為MES車間層、MES管理層、接口層和現(xiàn)有系統(tǒng)層，層與層之間通過網(wǎng)絡(luò)或者接口程序進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)整個(gè)企業(yè)數(shù)據(jù)流的上傳和下達(dá)。
3.2IDT工作原理
采用RFID技術(shù)開發(fā)的IDT用來采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，通信程序控制數(shù)據(jù)的收發(fā)，車間工作站通過基站對(duì)該頻段的所有終端進(jìn)行總線輪循，如果某個(gè)終端有操作，操作數(shù)據(jù)通過基站接收并做處理，通信程序響應(yīng)終端操作。IDT的顯示界面是通過界面代碼來控制的，數(shù)據(jù)定義如下：
開始符（1）地址（1）CID（1）STEP（1）INFOLEN（4）XXXX（INFOLEN長的信息內(nèi)容）CHECK（4）結(jié)束符（1）如發(fā)送CID=0，STEP=0表示數(shù)據(jù)確認(rèn)界面，“#1’0105’#$A#$A’0000019A’#2”：#1代表數(shù)據(jù)頭，#2代表數(shù)據(jù)尾，‘0105’代表IDT地址，‘#$A#$A’是面向?qū)ο蟾呒?jí)語言編譯過的，表示CID=0，STEP=0，‘0000’代表信息內(nèi)容，‘019A’表示校驗(yàn)。IDT把數(shù)據(jù)提交到車間BS，BS再把數(shù)據(jù)提交到通信程序，如果現(xiàn)在的界面代碼是CID=3，STEP=0，那么上述字符串指令“#$D#$A”通過轉(zhuǎn)換機(jī)制就是CID=3，STEP=0，通信程序先進(jìn)行判斷，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，最后判斷收到數(shù)據(jù)正確與否。IDT的設(shè)計(jì)以離散制造業(yè)車間實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集為背景，根據(jù)車間現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境性能要求，所有數(shù)據(jù)內(nèi)容的字符個(gè)數(shù)不能超過800。如frevstrin代表接收來的數(shù)據(jù)，Length（fRevString）是其長度，如果大于2048（轉(zhuǎn)化為16進(jìn)制就是800），就不再判斷。當(dāng)通信程序收到數(shù)據(jù)時(shí)，先找到數(shù)據(jù)串頭部和尾部的位置，分別用變量i和j表示，那么i=pos（#1，fRevStfing）；j=pos（#2，fRevString）。進(jìn)而可以得到CID和蜘飛P地址，判斷數(shù)據(jù)長度是否正確，提取數(shù)據(jù)內(nèi)容和校驗(yàn)。如果收到的CID和STEP都是0，就不做任何處理，否則，找到相應(yīng)的CID和STEP，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，然后再把對(duì)應(yīng)的操作界面、處理結(jié)果、請(qǐng)求數(shù)據(jù)發(fā)回給IDT，這就完成了一個(gè)通訊過程。
4.基于RFID的MES系統(tǒng)應(yīng)用
基于RFID技術(shù)的離散制造業(yè)MES系統(tǒng)，在傳統(tǒng)的汽車配件企業(yè)已正常運(yùn)行4年，在大型陶瓷設(shè)備制造企業(yè)、典型日資電梯制造企業(yè)等離散制造業(yè)企業(yè)的應(yīng)用過程中，取得了良好的效果，得到了車間層員工的認(rèn)可，達(dá)到了利用制造業(yè)執(zhí)行系統(tǒng)提升企業(yè)競爭力、增加靈活性的目的。
在7個(gè)典型離散制造業(yè)車間進(jìn)行了系統(tǒng)測(cè)試，有700多個(gè)RFID數(shù)據(jù)采集終端。
5.結(jié)束語
在制造業(yè)信息化過程中，離散制造業(yè)由于生產(chǎn)工藝變更頻繁、車間環(huán)境復(fù)雜、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)較難采集，因此實(shí)施難度較大。采用RFID技術(shù)、433M無線通信為硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)開發(fā)的離散制造業(yè)MES系統(tǒng)，結(jié)合面向?qū)ο缶幊陶Z言開發(fā)的計(jì)劃服務(wù)程序、通信程序、管理程序、接口程序，能滿足離散制造行業(yè)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與監(jiān)控、車間作業(yè)計(jì)劃的自動(dòng)排產(chǎn)、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的無紙化操作、物料的及時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。在多家具有代表性的大型離散制造企業(yè)推廣應(yīng)用以后，取得了良好的效果，在減少在制品、縮短生產(chǎn)周期、減少紙張及數(shù)據(jù)錄入方面效果明顯。
（轉(zhuǎn)載）
