RFID的離散制造業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計

年5月29日RFID的離散制造業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計文檔僅供參考當(dāng)前文檔修改密碼:8362839基于RFID的離散制造業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)劉衛(wèi)寧,趙敏重慶大學(xué)摘要:針對離散制造企業(yè)在生產(chǎn)形態(tài)和生產(chǎn)管理中存在的問題,引入RFID技術(shù)跟蹤在制品、采集制造過程生產(chǎn)和質(zhì)量數(shù)據(jù),解決ERP計劃層與現(xiàn)場過程控制層間信息和管理的斷層問題,實現(xiàn)制造和質(zhì)量的可視化和數(shù)字化管理。研究提出系統(tǒng)的構(gòu)成、體系結(jié)構(gòu),經(jīng)過車間控制器和單元控制器的有機(jī)結(jié)合實現(xiàn)系統(tǒng)功能。實際應(yīng)用的情況證明本系統(tǒng)成功解決了計劃層和生產(chǎn)控制層之間的信息斷層問題,提高了生產(chǎn)效率、生產(chǎn)質(zhì)量和管理水平,實現(xiàn)了制造過程可視化和產(chǎn)品質(zhì)量可追溯化。關(guān)鍵詞:RFID;離散型制造業(yè);制造執(zhí)行系統(tǒng);通信中間件DesignandImplementationofDiscreteManufacturingIndustryMESBasedonRFIDTechnologyAbstract:Analyzingtheproductionorganizationalmodeandproblemsinproductionmanagementofdiscretemanufacturingindustry,RFIDtechnologywasintroducedtotrackWIP(workinprocess)andcollectdataofproductquality,fillintheinformationandmanagementgapsbetweenERPplanandfieldprocesscontrol,andimplementvisualizationmanufacturinganddigitalmanagement.Discussingsystemarchitectureandoperationalcharacteristicsandtheshopcontrollerandcellcontrollerwerecombinedtocooperateforsystemfunctions.ThefactoryapplicationshowedthattheproposedRFIDbasedMESwassuccessfultofillintheinformationgapbetweenplanlayerandcontrollayer,andthevisualizationofmanufactureprocessandtracefacilityofproductqualitywererealized.KeyWords:RFID;DiscreteManufacturingIndustry;MES;CommunicationMiddleware概述離散制造企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的在制品跟蹤和生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)控一直是MES功能實現(xiàn)的瓶頸。如何準(zhǔn)確及時地將生產(chǎn)所需零部件運送到生產(chǎn)線?如何跟蹤生產(chǎn)物料實現(xiàn)對產(chǎn)品質(zhì)量的控制和追溯?這是離散制造業(yè),特別是采用流水線作業(yè)的組裝廠的難題。盡管條碼技術(shù)的使用在一定程度上解決了上述問題,但由于條碼易污損、讀寫距離短、不耐高溫、數(shù)據(jù)存儲量小且不可重寫,尚不能很好地解決生產(chǎn)制造與裝配過程中的跟蹤和管理問題。RFID(射頻識別)技術(shù)的出現(xiàn)彌補了條碼的這些不足,將成為支持生產(chǎn)制造與裝配過程管理的新途徑?；赗FID實現(xiàn)生產(chǎn)過程的管理與控制能有效地跟蹤、管理和控制生產(chǎn)所需的包括物料、設(shè)備、人員在內(nèi)的所有工廠資源,與上層管理系統(tǒng)結(jié)合,可合理地調(diào)度、管理這些資源來提高制造競爭力,改進(jìn)生產(chǎn)組織、縮短生產(chǎn)周期、減少在制品數(shù)量、減少生產(chǎn)提前期,提高產(chǎn)品的質(zhì)量和降低人力資源消耗。滿足離散制造企業(yè)對生產(chǎn)管理和質(zhì)量的需求。為此,本文采用RFID技術(shù)作為離散制造業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的在制品跟蹤和生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)控的基礎(chǔ),解決了ERP計劃層與現(xiàn)場過程控制層間信息和管理的斷層問題,實現(xiàn)了制造和質(zhì)量的可視化和數(shù)字化管理。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)1.1系統(tǒng)構(gòu)成圖1基于RFID的MES系統(tǒng)構(gòu)成基于RFID的MES系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。車間控制器位于企業(yè)上層管理系統(tǒng)和車間控制系統(tǒng)之間,實現(xiàn)現(xiàn)場控制系統(tǒng)與計劃層ERP等系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)及應(yīng)用的集成。底層工位控制器下連生產(chǎn)線上各種生產(chǎn)控制和檢測設(shè)備,上接車間控制器,實現(xiàn)底層生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集及其與車間控制器的通信和應(yīng)用集成。一般置于生產(chǎn)線關(guān)鍵工位處。1.2工位典型配置關(guān)鍵工位設(shè)有工位控制器,工位控制器下連RFID讀寫器、條碼掃描槍、電子廣告牌等生產(chǎn)控制和檢測設(shè)備,上接車間控制器,實現(xiàn)工位生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集及其與車間控制器的通信和應(yīng)用集成。圖2工位典型配置圖1.3系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)采取分層結(jié)構(gòu),系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖3系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)集成接口實現(xiàn)MES系統(tǒng)與ERP系統(tǒng)的集成。通信中間件采取C/S結(jié)構(gòu),其服務(wù)器端和客戶端軟件分別駐留在車間控制器和工位控制器上,用于車間層數(shù)據(jù)的采集、管理、控制和通信。數(shù)據(jù)持久層用于生產(chǎn)數(shù)據(jù)的邏輯控制處理,按照MES系統(tǒng)需求將來自低層的各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)處理、融合、存儲,以支持MES功能層上的數(shù)據(jù)需求。功能層實現(xiàn)MES系統(tǒng)中面向客戶的生產(chǎn)監(jiān)控、計劃管理、質(zhì)量跟蹤管理等功能。此部分采用B/S結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)功能及特點2.1系統(tǒng)功能MES系統(tǒng)由以下六個部分組成:工位生產(chǎn)及物料計劃管理:完成生產(chǎn)及物料計劃下載(從ERP系統(tǒng)至MES服務(wù)器),并按工藝將生產(chǎn)及物料計劃細(xì)分到工位,并將其下發(fā)到生產(chǎn)線相應(yīng)工位控制器上。工藝管理:完成生產(chǎn)線工藝流程及工序組織方案的維護(hù)和管理。成品質(zhì)量跟蹤管理:完成成品全生命周期跟蹤和用戶返修品的質(zhì)量追溯,并為質(zhì)檢部門提供成品質(zhì)量綜合分析功能。生產(chǎn)監(jiān)控:用于監(jiān)控生產(chǎn)計劃執(zhí)行情況和生產(chǎn)線實時運行狀況。同時,管理人員還能夠經(jīng)過本系統(tǒng)向單個或多個工位發(fā)布生產(chǎn)指令。配料管理:實現(xiàn)關(guān)重件的物料比對及信息記載。生產(chǎn)控制設(shè)備管理:為系統(tǒng)管理員定制,實現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場系統(tǒng)拓?fù)涔芾怼⒃O(shè)備(控制設(shè)備及其外設(shè))管理、軟件(控制設(shè)備加載軟件)管理、配置文件(控制設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)配置文件)管理和故障管理(控制設(shè)備運行狀況實時監(jiān)控、遠(yuǎn)程重啟、斷點恢復(fù))。2.2系統(tǒng)特點用戶界面友好。管理層用戶端應(yīng)用系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu),客戶端操作直觀簡便、培訓(xùn)量小,軟件升級方便。開放性好。系統(tǒng)采用分層結(jié)構(gòu),為各種ERP系統(tǒng)和下層數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的接入提供了良好的集成接口。在數(shù)據(jù)采集層,工位控制器支持多種標(biāo)準(zhǔn)通信接口,可接入生產(chǎn)線上各種設(shè)備和儀器,適用于各種工業(yè)現(xiàn)場;系統(tǒng)集成接口標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計易實現(xiàn)MES系統(tǒng)與上層ERP系統(tǒng)的集成。運行效率高。車間層數(shù)據(jù)采集和通信中間件采用C/S結(jié)構(gòu),將系統(tǒng)功能分布在車間控制器和各工位控制器上完成,提高了系統(tǒng)處理的效率和可靠性?？梢浦残詮?。車間層數(shù)據(jù)采集和通信中間件的客戶端軟件基于通用的軟件平臺,服務(wù)器軟件基于JAVA,易于系統(tǒng)移植和跨操作系統(tǒng)運行?？蓴U(kuò)展性好。在系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、硬件和軟件設(shè)計上具有良好的可擴(kuò)展性。在硬件設(shè)計上,工位控制器經(jīng)過PC104標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展總線可實現(xiàn)多種標(biāo)準(zhǔn)功能模塊的擴(kuò)展;在軟件設(shè)計上,應(yīng)用系統(tǒng)與數(shù)據(jù)的分離,及模塊化設(shè)計,使系統(tǒng)可根據(jù)用戶需求擴(kuò)充軟件模塊功能。系統(tǒng)應(yīng)用效果在國家863計劃支持下,本文完成的基于RFID的MES已應(yīng)用于某通用汽油機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)線上。該生產(chǎn)線引入RFID技術(shù)實施MES后,采用電子標(biāo)簽跟蹤在制品,并兼容基于條碼的關(guān)鍵零部件比對。圖4為實施了MES的通用汽油機(jī)生產(chǎn)線現(xiàn)場。圖4基于RFID的通用汽油機(jī)MES的生產(chǎn)線現(xiàn)場上線工位工人經(jīng)過條碼槍將流水號寫入電子標(biāo)簽,使其與在制品綁定。其后的各關(guān)鍵工位的單元控制器經(jīng)過電子標(biāo)簽識別和跟蹤在制品,電子廣告牌實時顯示在制品信息、操作指導(dǎo)、車間指令等。支線上的工人可經(jīng)過手持天線自動讀出,經(jīng)過指示燈查看比對結(jié)果。在制品下線時由工人取下電子標(biāo)簽取消綁定?；赗FID的MES在通用汽油機(jī)生產(chǎn)的應(yīng)用中已產(chǎn)生明顯效果。管理層和技術(shù)人員經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器監(jiān)控現(xiàn)場生產(chǎn)情況和生產(chǎn)計劃執(zhí)行,提升了生產(chǎn)過程控制水平;經(jīng)過電子廣告牌向各工位下達(dá)管理指令,替代了原來紙質(zhì)文件在各工位的傳遞,方便快捷;電子廣告牌以”圖片+文字”的形式及時指導(dǎo)生產(chǎn)線上工人的操作,生產(chǎn)質(zhì)量得到更可靠的保證;關(guān)鍵及重要零部件上料時的比對,有效控制了裝配差錯的發(fā)生。系統(tǒng)試運行的情況表明,該生產(chǎn)線生產(chǎn)流程已更加順暢,在基本不增加人員和其它設(shè)備的基礎(chǔ)上,生產(chǎn)效率提高約10%,且生產(chǎn)質(zhì)量事故大大減少,從以前的每月14至15起減少到當(dāng)前的2起左右。表明該系統(tǒng)起到了提高產(chǎn)品質(zhì)量和改進(jìn)生產(chǎn)線整體效率的作用。展望系統(tǒng)實施形成的軟硬件成果及實施經(jīng)驗,在汽車、摩托車、家電、機(jī)械制造等離散型制造業(yè)中具有推廣應(yīng)用價值。系統(tǒng)的實施不但很好地滿足了企業(yè)生產(chǎn)和質(zhì)量管理的需求,同時也為中國RFID技術(shù)的應(yīng)用起到了積極的示范作用。另外,將基于RFID的MES與供應(yīng)鏈管理相結(jié)合,可使物流系統(tǒng)的信息流和實物流保持同步協(xié)調(diào)一致,反映從生產(chǎn)、分配、銷售到用戶一環(huán)扣一環(huán)的行為,從而實現(xiàn)產(chǎn)品的全生命周期管理。圖5將基于RFID的MES與供應(yīng)鏈管理相結(jié)合的數(shù)據(jù)流圖參考文獻(xiàn):[1]JIANGMingwei.CharacteristicsofManagementInformationizationandTrendsofDevelopmentinChinaMachineryManufacturingIndustry,-10-08.[蔣明煒.中國機(jī)械制造業(yè)管理信息化特點及發(fā)展趨勢[EB/OL].,-10-08][2]CHENXiwen.I/OInterfaceProgrammingandApplication,ChinaMachinePress(Beijing),1997[陳西文.I/O接口程序設(shè)計與應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1997.][3]HUChun,LIPing.ComparisonofMESBetweenProductionsofContinuousIndustriesandDiscreteIndustries[J].ControlandInstrumentsinChemicalIndustry,,30(5):1~4.[胡春,李平.連續(xù)工業(yè)生產(chǎn)與離散工業(yè)生產(chǎn)MES的比較[J].化工自動化及儀表,,30(5):1~4.][4]LIUYing,WANGLihui,RFID&RTLStechnologyandApplication[J],A