基于RFID的离散制造业制造执行系统设计与实现30462.docx

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1、基于RFID的离散制造业制造执行系统设计与实现刘卫宁，赵敏重庆大学摘要：针对对离散制制造企业业在生产形形态和生生产管理理中存在在的问题题，引入入RFIID技术术跟踪在在制品、采采集制造造过程生生产和质质量数据据，解决EERP计计划层与与现场过过程控制制层间信信息和管管理的断断层问题题，实现现制造和和质量的的可视化化和数字字化管理理。研究究提出系系统的构构成、体体系结构构，通过过车间控控制器和和单元控控制器的的有机结结合实现现系统功功能。实际应应用的情情况证明明本系统统成功解解决了计计划层和和生产控控制层之之间的信信息断层层问题，提提高了生生产效率率、生产产质量和和管理水水平，实实现了制制造过程

2、程可视化化和产品品质量可可追溯化化。关键词：RRFIDD；离散散型制造造业；制制造执行行系统；通信中中间件Desiggn aand Impplemmenttatiion of Disscreete Mannufaactuurinng IInduustrry MESS Baasedd onn RFFID TecchnoologgyAbstrractt: Anaalyzzingg thhe pprodducttionn orgganiizattionnal modde aand proobleems in prooducctioon mmanaagemmentt off diiscrretee m

3、anuufaccturringg induustrry, RFIID ttechhnollogyy waas iintrroduucedd too trrackk WIIP (worrk iin pproccesss) aand colllecct datta of prooducct qquallityy, filll iin tthe infformmatiion andd maanaggemeent gapps bbetwweenn ERRP pplann annd ffielld pproccesss coontrrol, annd iimpllemeent vissuallizaat

4、ioon mmanuufaccturringg annd ddigiitall maanaggemeent. Disccusssingg sysstemm arrchiiteccturre aand opeerattionnal chaaraccterristticss annd tthe shoop cconttrolllerr annd ccelll coontrrolller werre ccombbineed tto ccoopperaate forr syysteem ffuncctioons. Thee faactoory apppliccatiion shoowedd thhat

5、 thee prropoosedd RFFID bassed MESS waas ssucccesssfull too fiill in thee innforrmattionn gaap bbetwweenn pllan layyer andd coontrrol layyer, annd tthe vissuallizaatioon oof mmanuufaccturre pproccesss annd ttracce ffaciilitty oof pprodductt quualiity werre rreallizeed.Key WWordds: RFIID; Disscreete

6、Mannufaactuurinng IInduustrry; MESS; CCommmuniicattionn Miiddllewaare0 概述离散制造企企业生产产现场的的在制品品跟踪和和生产状状态监控控一直是是MESS功能实实现的瓶瓶颈。如如何准确确及时地地将生产产所需零零部件运运送到生生产线？如何跟跟踪生产产物料实实现对产产品质量量的控制制和追溯溯？这是是离散制制造业，尤尤其是采采用流水水线作业业的组装装厂的难难题。尽尽管条码码技术的的使用在在一定程程度上解解决了上上述问题题，但由由于条码码易污损损、读写写距离短短、不耐耐高温、数数据存储储量小且且不可重重写，尚尚不能很很好地解解决生产产

7、制造与与装配过过程中的的跟踪和和管理问问题。RRFIDD（射频频识别）技技术的出出现弥补补了条码码的这些些不足，将将成为支支持生产产制造与与装配过过程管理理的新途途径。基于RFIID实现现生产过过程的管管理与控控制能有有效地跟跟踪、管管理和控控制生产产所需的的包括物物料、设设备、人人员在内内的所有有工厂资资源，与与上层管管理系统统结合，可可合理地地调度、管管理这些些资源来来提高制制造竞争争力，改改善生产产组织、缩缩短生产产周期、减减少在制制品数量量、减少少生产提提前期，提提高产品品的质量量和降低低人力资资源消耗耗。满足足离散制制造企业业对生产产管理和和质量的的需求。为此，本文文采用RRFIDD

8、技术作作为离散散制造业业生产现现场的在在制品跟跟踪和生生产状态态监控的的基础，解决了ERP计划层与现场过程控制层间信息和管理的断层问题，实现了制造和质量的可视化和数字化管理。1 系统的总体体结构1.1系统统构成图1 基基于RFFID的的MESS系统构构成基于RFIID的MMES系系统构成成如图11所示。车车间控制制器位于于企业上上层管理理系统和和车间控控制系统统之间，实实现现场场控制系系统与计计划层EERP等等系统的的网络、数数据及应应用的集集成。底层工位控控制器下下连生产产线上各各种生产产控制和和检测设设备，上上接车间间控制器器，实现现底层生生产数据据的采集集及其与与车间控控制器的的通信和和

9、应用集集成。一一般置于于生产线线关键工工位处。1.2工位位典型配配置关键工位设设有工位位控制器器，工位位控制器器下连RRFIDD读写器器、条码码扫描枪枪、电子子看板等等生产控控制和检检测设备备，上接接车间控控制器，实实现工位位生产数数据的采采集及其其与车间间控制器器的通信信和应用用集成。 图2 工位位典型配配置图1.3系统统体系结结构系统采取分分层结构构，系统统体系结结构如图图3所示。图3 系统统体系结结构图系统集成接接口实现现MESS系统与与ERPP系统的的集成。通信中间件件采取CC/S结结构，其其服务器器端和客客户端软软件分别别驻留在在车间控控制器和和工位控控制器上上，用于于车间层层数据的

10、的采集、管管理、控控制和通通信。数据持久层层用于生生产数据据的逻辑辑控制处处理，按按照MEES系统统需求将将来自低低层的各各种生产产数据处处理、融融合、存存储，以以支持MMES功功能层上上的数据据需求。功能层实现现MESS系统中中面向客客户的生生产监控控、计划划管理、质质量跟踪踪管理等等功能。此此部分采采用B/S结构构。2 系统功能及及特点2.1 系系统功能能MES系统统由以下下六个部部分组成成：l 工位生产及及物料计计划管理理：完成成生产及及物料计计划下载载（从EERP系系统至MMES服服务器），并并按工艺艺将生产产及物料料计划细细分到工工位，并并将其下下发到生生产线相相应工位位控制器器上。

11、l 工艺管理：完成生生产线工工艺流程程及工序序组织方方案的维维护和管管理。l 成品质量跟跟踪管理理：完成成成品全全生命周周期跟踪踪和用户户返修品品的质量量追溯，并并为质检检部门提提供成品品质量综综合分析析功能。l 生产监控：用于监监控生产产计划执执行情况况和生产产线实时时运行状状况。同同时，管管理人员员还可以以通过本本系统向向单个或或多个工工位发布布生产指指令。l 配料管理：实现关关重件的的物料比比对及信信息记载载。l 生产控制设设备管理理：为系系统管理理员定制制，实现现生产现现场系统统拓扑管管理、设设备（控控制设备备及其外外设）管管理、软软件（控控制设备备加载软软件）管管理、配配置文件件（控

12、制制设备关关键参数数配置文文件）管管理和故故障管理理（控制制设备运运行状况况实时监监控、远远程重启启、断点点恢复）。2.2 系系统特点点l 用户界面友友好。管管理层用用户端应应用系统统采用BB/S结结构，客客户端操操作直观观简便、培培训量小小，软件件升级方方便。l 开放性好。系系统采用用分层结结构，为为各种ERRP系统统和下层层数据采采集系统统的接入入提供了了良好的的集成接接口。在在数据采采集层，工工位控制制器支持持多种标标准通信信接口，可可接入生生产线上上各种设设备和仪仪器，适适用于各各种工业业现场；系统集集成接口口标准化化设计易易实现MMES系系统与上上层ERRP系统统的集成成。l 运行效

13、率高高。车间间层数据据采集和和通信中中间件采采用C/S结构构，将系系统功能能分布在在车间控控制器和和各工位位控制器器上完成成，提高高了系统统处理的的效率和和可靠性性。l 可移植性强强。车间间层数据据采集和和通信中中间件的的客户端端软件基基于通用用的软件件平台，服服务器软软件基于于JAVVA，易易于系统统移植和和跨操作作系统运运行。l 可扩展性好好。在系系统体系系结构、硬硬件和软软件设计计上具有有良好的的可扩展展性。在在硬件设设计上，工工位控制制器通过过PC1104标标准扩展展总线可可实现多多种标准准功能模模块的扩扩展；在在软件设设计上，应用系统与数据的分离，及模块化设计，使系统可根据用户需求扩

14、充软件模块功能。3 系统应用效效果在国家8663计划划支持下下，本文文完成的的基于RRFIDD的MEES已应应用于某某通用汽汽油机生生产企业业的生产产线上。该生产线引引入RFFID技技术实施施MESS后，采采用电子子标签跟跟踪在制制品，并并兼容基基于条码码的关键键零部件件比对。图图4为实实施了MMES的的通用汽汽油机生生产线现现场。图4 基基于RFFID的的通用汽汽油机MMES的的生产线线现场上线工位工工人通过过条码枪枪将流水水号写入入电子标标签，使使其与在在制品绑绑定。其其后的各各关键工工位的单单元控制制器通过过电子标标签识别别和跟踪踪在制品品，电子子看板实实时显示示在制品品信息、操操作指导

15、导、车间间指令等等。支线线上的工工人可通通过手持持天线自自动读出出，通过过指示灯灯查看比比对结果果。在制制品下线线时由工工人取下下电子标标签取消消绑定。基于RFIID的MMES在在通用汽汽油机生生产的应应用中已已产生明明显效果果。管理理层和技技术人员员通过网网络浏览览器监控控现场生生产情况况和生产产计划执执行，提提升了生生产过程程控制水水平；通通过电子子看板向向各工位位下达管管理指令令，替代代了原来来纸质文文件在各各工位的的传递，方方便快捷捷；电子子看板以以“图片+文字”的形式式及时指指导生产产线上工工人的操操作，生生产质量量得到更更可靠的的保证；关键及及重要零零部件上上料时的的比对，有有效控

16、制制了装配配差错的的发生。系统试运行行的情况况表明，该该生产线线生产流流程已更更加顺畅畅，在基基本不增增加人员员和其他他设备的的基础上上，生产产效率提提高约110%，且且生产质质量事故故大大减减少，从从以前的的每月114至115起减减少到目目前的22起左右右。表明明该系统统起到了了提高产产品质量量和改善善生产线线整体效效率的作作用。4 展望系统实施形形成的软软硬件成成果及实实施经验验，在汽汽车、摩摩托车、家家电、机机械制造造等离散散型制造造业中具具有推广广应用价价值。系系统的实实施不仅仅很好地地满足了了企业生生产和质质量管理理的需求求，同时时也为我我国RFFID技技术的应应用起到到了积极极的示

17、范范作用。此外，将基基于RFFID的的MESS与供应链链管理相相结合，可可使物流流系统的的信息流流和实物物流保持持同步协协调一致致， 反反映从生生产、分分配、销销售到用用户一环环扣一环环的行为为，从而而实现产产品的全全生命周周期管理理。图5 将将基于RRFIDD的MEES与供应链链管理相相结合的的数据流流图参考文献：1 JJIANNG MMinggweii. Charractteriistiics of Mannageemennt IInfoormaatioonizzatiion andd Trrendds oof DDeveeloppmennt iin CChinna MMachhineer

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