項目定義
在國家大力推廣物聯網產業的背景下，本項目通過自主研發將RFID自動識別技術應用在各行業企業的生產制造管理中，實現對物料數據從領料到生產到包裝的實時識別、采集、存儲、反饋和報警；同時，通過與企業內部ERP、MES等管理系統的無縫結合，實現產品的優質、高效、低耗、環保、全局優化生產，達到產品制造信息化、生產過程控制智能化、生產裝備數字化的目標，有效解決ERP等企業管理系統在產品和物資數據處理等方面的缺陷。
本項目利用信息技術改造傳統產業，提高傳統生產制造企業的信息化、智能化和自動化水平，可應用在模具、機械設備和零部件制造、食品醫藥以及其他生產型制造行業等市場領域，市場空間巨大。
項目歸屬
《光機電一體化》——《先進制造技術》——《先進制造系統》
關鍵技術
本項目研發和應用過程中涉及的關鍵技術包括：生產線上的RFID應用技術、MES技術、數字化生產線技術、物聯網中間件技術和企業內部物聯網系統架構技術，具體內容如下：
1、生產線上的RFID應用技術
本項目通過自主研發，利用Auto-ID中心并利用時分多址(TDMA) 機制避免了RFID在生產線應用中的閱讀器沖突問題。
RFID標簽產生大量的EPC數據,通過定義閱讀器每秒讀取電子標簽的效率和質量,各RFID系統或局部物聯網在車間內聯成一個局域網時, 解決了數據流的暢通性問題。
解決與現有系統的融合問題，實現與現有RFID硬件及配套設備、ERP、PDM和MES軟件系統的信息交互和管理，完成與各種復雜系統的信息交換。
通過加密算法和身份驗證機制，使得企業能方便地讀取RFID標簽數據，同時防止生產過程數據被競爭對手讀取。
在數據采集、識別、存儲之外，實現系統對生產線缺料、錯料和生產工藝錯誤的報警，并自動進行補償和控制。
2、MES（制造執行系統）技術
目前國際上把工廠自動化(FA)分為三層：最上層是企業級生產管理層(即：ERP層)；工業生產過程控制位于FA最底層，主要功能是完成自動化生產控制任務和設備的監控與管理；中間層為制造執行系統(MES)，它是車間級的生產管理系統，也是將ERP層和底層工業生產過程控制連接起來的信息系統。
制造執行系統MES是流程工業綜合自動化的核心技術，其主要功能是負責生產管理和調度執行。在集成諸如質量控制、文檔管理、生產調度等功能的基礎上，MES為控制包括物料、設備、人員、流程指令和設施在內的所有工廠資源，提供了一個統一平臺，對提高企業生產效率、提高產品質量、降低消耗具有重要的作用。MES可概括為三點：MES優化的目標是整個生產過程；可收集生產過程中大量的實時數據，并且能對實時事件進行及時處理；與計劃層和控制層保持雙向通信能力，接收生產指令和反饋處理結果。
本項目集成MES系統和RFID技術，MES系統充分利用RFID的技術優勢，解決企業計劃層與車間現場控制層間信息和管理的斷層問題，實現制造和質量的可視化和數字化管理。
3、數字化生產線技術
數字化生產線可以通過在在制品上粘貼條碼或標簽，在每一個工位通過采集裝置記錄重要零組件的信息和每個工序作業工人的ID號、完工時間、檢驗信息等，實現對生產過程從原材料到最終產品的全面跟蹤。數字化生產線實際上是融合了來自ERP系統的生產訂單和PDM、CAPP系統的數據優勢，通過車間生產的過程進行統一的協調，從而貫通了企業從設計到生產和產品下線的全過程，并帶動企業庫存、銷售、財務預結算等全方位的信息化過程。
在數字化生產線上應用RFID技術，不但可實現生產現場的管理和監控，并可與MES、ERP集成。只要零件進入生產線或到達完工區，將自動記錄工序、設備和工人的ID號、加工時間，避免了人工錄入數據的滯后性、條碼掃描操作帶來的不精確數據，徹底解決了ERP系統、MES實時信息獲取瓶頸問題。
4、物聯網中間件系統技術
物聯網中間件是處在閱讀器和計算機網絡之間的中間件系統，其在產品電子碼EPC規范中被稱為Savant。該中間件可為企業應用提供一系列計算和數據處理功能, 其主要任務是對閱讀器讀取的標簽數據進行捕獲、過濾、匯集、計算, 數據校對、解調、數據傳送、數據存儲和任務管理, 減少從閱讀器傳往工廠應用的數據量。同時, Savant還可提供與其他RFID支撐軟件系統進行互操作的功能，而且還定義了閱讀器和應用兩個接口。
本項目系統的內部物聯網是由RFID電子標簽、識別設備、Savant服務器、Intranet、ONS服務器、EPC信息服務系統以及眾多數據庫組成的實物互聯網，識別設備讀出EPC碼指針，根據這個指針從Intranet中找到相應的MAC地址，并獲取該地址中存放的相關物品信息，交給Savant軟件系統處理和管理。由于在每個物品的標簽上只有一個EPC碼，計算機需要知道與之匹配的其它信息，這就需要用ONS來提供一種自動化的網絡數據庫服務，Savant將EPC碼傳給ONS，ONS指示Savant到一個保存著產品文件的信息服務器中查找，Savant可以對其進行處理，還可以與信息服務器和系統數據庫交互。
5、企業內部物聯網系統架構技術
本項目應用系統由三大部分組成, 即RFID硬件系統(包含標簽和閱讀器)、Savant中間件系統和計算機網絡系統。其中標簽貼于每件產品上, 所使用的閱讀器為手持式, 可靈活應用于生產實際；Savant中間件系統含有EPC Information Service, PML以及ONS及其緩存系統, 其后端應用數據庫軟件系統還包含ERP系統等, 這些都與計算機網絡相連, 可及時有效地跟蹤、查詢、修改或增減數據。
技術及性能指標
本項目RFIDS系統的技術指標和性能指標如下：
1、技術指標：
⑴閱讀器識別速率：能夠識別移動速度介于200公里/小時的電子標簽；
⑵數據防沖突處理：同時識別220張標簽每秒；
⑶閱讀距離：120米半徑范圍
⑷數據采集準確率≥98.2%；
⑸標簽事件漏報率≤1.2%；
⑹識別速率（識讀設備讀取、到產生邏輯事件）≤500毫秒；
⑺數據傳輸最大延遲時間≤250毫秒；
⑻系統啟動生效時間≤200毫秒；
⑼閱讀器發出命令到上層應用收到可用數據的時間間隔：20ms-82ms。
2、性能指標：
⑴縮短制造周期時間：5%-10%；
⑵減少錯料和漏料造成的質量問題：70%以上；
⑶減少在制品（WIP)：10%-15%；
⑷減少企業間接管理成本：50%以上。
技術及項目創新點
1.技術創新：
（1）生產物聯系統軟件架構創新
本項目軟件系統規劃為3層:采集層、集成層和應用層。采集層的功能是進行基于RFID的信息采集。閱讀器會探測標簽是否進入有效閱讀區，探測到有效信號后閱讀器將會讀取該EPC碼，然后讀寫器對采集到的RFID標簽中的信息，進行簡單的信息預處理(解碼、防沖撞、多通道信息去重、信息過濾、分類)后將信息傳送到集成層。
集成層是RFID應用支撐平臺，支持RFID信息的輸入、獲得、傳輸、處理及協同。包括資源目錄服務(ONS) 、RFID中間件(Savant) 、集成平臺、信息系統及信息傳輸。
應用層是RFID后端軟件系統及應用系統界面，形成可定制的生產應用系統。后臺監控程序可以通過查詢標簽數據獲取貼有標簽的物品的狀態，以達到實時監控生產線的目的。其他的應用程序(如ERP)也可以根據需要實時獲取所需要的物品信息，作為決策依據。
（2）生產線物聯系統功能架構創新
基于RFID的生產線物聯系統功能構架主要包含數據采集、生產計劃、生產管理、生產監控和生產品質五個模塊，這五個模塊和ERP、自動控制層進行數據交換，實現產品品質數據追溯。數據采集模塊主要基于RFID技術，接受MES的指令，從而對標簽進行讀寫操作，自動通過RS232接口實現數據采集。五個工作模塊的功能描述如下：
①數據采集模塊：主要通過RFID射頻識別技術并附以條形碼技術，來獲取并更新與生產管理功能相關的各種數據和參數，包括產品跟蹤、維護產品歷史記錄以及其它參數。
②生產計劃模塊：主要通過MES和ERP接口導入BOM(Bill of Material)和加工任務號等生產信息進行生產計劃管理查詢，并對作業時間、不良代碼、無/再作業等進行管理。其中BOM管理、作業時間管理、生產情報管理及基準信息管理為這個模塊的四個主要子模塊。
③生產管理模塊：通過RFID技術對產品在組裝工位、質檢工位、修理工位和標簽工位獲取相關數據及通過數據庫、網絡及條形碼技術對數據進行處理。該模塊主要包括組裝數據管理、質檢數據管理、標簽映射管理、修理數據管理、生產情報管理五個子模塊。
④生產監控模塊：訪問數據庫，刷新并統計實時的生產信息數據，從而提供了生產監控畫面給管理者實時監管。其中主要有品質現況、生產現況、流水線現況及修理現況四個監控畫面。
⑤生產品質模塊：該模塊對每個工作訂單設定需要檢測的項目，在檢測前確定每個任務號檢測計劃，檢查部門對每個檢測計劃分批分別檢查，管理者也可以通過系統對品質檢查實績進行確認。
（3）生產物聯系統通信架構創新
為了保證生產線運轉正常，基于RFID的生產物聯系統所依附的通信結構需要具有更好的有效性、快速性、安全性及容錯性。
在快速性和有效性方面，本項目利用RFID及條形碼技術來自動與半自動獲取生產數據，既節省了人力又保證了數據的正確性；計算機到MES數據庫間又采用了千兆快速以太網絡，保證了有效而快速的數據交換。
在安全性方面，每個PC都安裝了防病毒軟件并定期更新，激活了交換機上的訪問列表及網卡IP端口綁定技術，防止其它可能的非法侵入；網絡直接與服務器連接，不會受到公司網絡中病毒的攻擊。
在可靠性方面，每個節點都有冗余的鏈路，兩個主交換機間還使用了熱備份路由器協議HSRP，互相做了備份防止交換機的故障。
2.應用創新：
（1）物聯網傳感器技術在制造業生產線中的應用創新
車間生產線作為制造企業的物化中心，不僅是制造計劃的具體執行者，也是制造信息的反饋者，更是大量制造實時信息的集散地，因此車間生產線的資源管理、物流控制和信息集成是企業生產系統中的重要一環，車間生產線的管理與控制系統的敏捷性，在一定程度上決定著整個企業的敏捷性。
目前許多生產制造企業，生產實績及品質關聯數據采集還是完全依賴于手工記錄，準確性和實時性不高，限制了企業產品品質和生產效率的進一步提高，已經成了企業提升競爭力和進一發展的主要制約因素。本項目為滿足制造企業訂單多樣性、及時性和產品生產數據可追溯性的要求，設計和開發基于RFID的生產物聯系統，幫助企業及時、準確地獲取實時生產數據，并對數據進行及時的分析處理，減少生產浪費，縮短產品周期，提高產品質量和效率，其創新點具體體現在以下幾個方面：
①實現了生產線的自動控制管理，突破了傳統生產線數據采集和監控系統的概念和范圍，引入物聯網的概念和機制，實現了生產線物流信息交互和智能化識別、處理和管理，建立了企業生產過程整個物流的自動控制系統。
②綜合應用各種識別和傳感技術，解決了RFID、條形碼、二維碼等技術的共存和融合問題。
③解決了企業各種信息系統的集成問題，使企業ERP、MES、PLC等相關信息系統及設備得到有效集成和交互，為企業生產管理提供了基于現代物聯網概念和技術的系統解決方案和管理手段。
（2）用RFID替代Barcode的應用創新
條碼技術本身具有一定的局限性，表現在：
（1）只能識別一類產品，而無法識別單品；
（2）必須將條碼對準掃描儀才有效；
（3）印有條碼的橫條被撕裂、污損或脫落，商品就無法被掃描，易出現漏掃；
（4）人工操作，勞動強度大，耗費人力，差錯率高；
（5）條碼受污染/潮濕環境影響大，受光遮蓋影響完全失效；
（6）條碼被磨損則無效，且條碼容易受折損壞；
（7）條碼容易被復制和修改，安全性低；
（8）閱讀條碼速度慢，且一次只能掃描一個條碼，效率低；
（9）條碼不可重復使用，耗費耗材，且打印機打印條碼，成本高；
本項目利用RFID技術，其相對于Barcode的優勢體現在：
（1）實現產品全程質量跟蹤：在在制品貼上RFID標簽后，由于標簽所代表物品的唯一性可以監控該產品在各個工序中的狀態，掌握成品的各工序記錄及部件的安裝記錄，記錄售后維修的詳細數據，實現產品全程質量跟蹤。
（2）實現物料的全程跟蹤：從物料入庫開始的生產過程的每個環節的數掘都可以得到準確、及時的采集和記錄并及時反饋處理，實時掌握物料從入庫到上線、在制品、成品、出庫的狀態和位置，實現物料的全程跟蹤。
（3）計劃于生產相匹配：整個過程都由自動識別技術提供準確、實時的數據，以保證計劃與執行相符，可以實現對計劃的執行步驟進行嚴格的控制。
（4）全面提高數據精度，提高生產線的配件有效管理，提高作業效率：RFID與ERP集成后可以改進ERP數據采集的實時性，改進ERP系統對庫存、計劃、進度控制的可信度，改善整個軟件系統的反應靈敏度，動態的更新或改寫在包裝或標簽上的信息，不需要人工介入或不必在可視環境下完成對產品信息的掃描，能夠提供業務過程進一步簡化和自動化。
（5）掃描速度快，RFID辨識器一次能讀取多個RFID標簽，效率高；
（6）抗污染能力強，RFID對水、油和化學物品等有很強抵抗性；
（7）耐久性強，RFID卷標將數據存在芯片中，可免受污損和破壞；
（8）安全性高，RFID承載的電子數據內容可密碼保護，不易被偽造及變造；
（9）數據記憶容量大，RFID最大容量可達數MegaBytes；
（10）可重復使用，利用率高，數據及時更新，FRID標簽可重復新增、修改、刪除RFID卷標內存儲的數據，數據能及時更新；
（11）穿透性讀取和通信，可無屏蔽閱讀，被覆蓋請看下，RFID能穿透紙張、木材和塑料等非金屬或非透明材質進行讀取和穿透性通信；
（12）遠距離識別，體積小型化，形狀多樣化；通過在工廠車間逐步采用RFID技術，制造商可以無縫且不間斷地獲取從RFID捕獲的信息并鏈接到現有的、已驗證和工業加強的控制系統基礎結構，與配置RFID功能的供應鏈協調，不需要更新已有的MES（制造執行系統）和MIS（制造信息系統），就可以發送準確、可靠的實時信息流，從而創造附加值，提高生產率和大幅度地節省投資。
本項目基于RFID的生產物聯系統以提高我國制造企業信息化和自動化水平為立足點，未來可應用在模具行業、機械設備和零部件制造行業、食品醫藥行業以及其他生產型制造行業等市場領域，迎合我國各行業制造企業對提高企業信息化和自動化水平的巨大需求，未來市場空間巨大，具體內容如下：
市場應用情況
1、模具行業
模具是工業生產的基礎工藝裝備，被稱為“工業之母”。75％的粗加工工業產品零件、50％的精加工零件由模具成型，絕大部分塑料制品也由模具成型。作為國民經濟的基礎行業，模具涉及機械、汽車、輕工、電子、化工、冶金、建材等各個行業，應用范圍十分廣泛，各類模具包括沖壓模具、壓塑模具、擠塑模具、注射模具、擠出成形模具、發泡成形模具、吹塑成形模具、壓鑄模、鍛模、冷鐓模、擠壓模具、拉絲模具、玻璃用模具、礦物材料用模具、陶瓷模具等
自2000年以來，中國模具工業以年均15%的速度快速成長，總產值已躍居世界第三。據中國模具協會企業年報顯示：近年來，中國模具市場對精密、大型、復雜型、長壽命模具的需求量有所增長，預計到2012年，國內模具市場需求量將達到1200億元人民幣左右。目前，我國約有模具生產廠商3萬余家，從業人員有80多萬，全年模具產值達534億元人民幣。
我國的模具行業已步入了高速發展時期，但存在的問題仍然不少。國內模具生產廠商工藝條件參差不齊，差距很大，同時歐洲模具設計和生產的時間分別要比我國快44％和61％左右。為提高我國模具行業的競爭力，必須加快其信息化、自動化體系建設，引進符合中國企業的生產管理系統。
2、機械設備和零部件制造行業
機械制造業是國民經濟和社會發展的物質基礎，是一個國家綜合國力的重要體現。2010年《世界機械500強》中，美國以126家企業入選居榜首，日本以124家居第二，我國入選企業77家居第三；但500強前10名中，中國企業無一入選，前100名中，中國僅入選9名。應該認識到，我國制造業大而不強，雖然是制造大國，但不能稱為制造強國。
與發達國家相比，我國機械制造業不僅制造工藝裝備陳舊、生產自動化技術落后、企業管理粗放、缺乏自主創新產品與先進技術等，而且在快速、高品質、低成本，以及優質服務方面也有較大的差距。中國制造業的勞動生產率，僅是美國、日本的1/3～1/5。
目前我國的機械工業已經形成了擁有4萬多家規模以上企業、900多萬從業人員的工業體系。未來要進一步提高我國機械設備和零部件制造企業的綜合實力，必須加快其信息化、自動化體系建設。
3、食品醫藥行業
食品、醫藥工業在我國經濟中占著舉足輕重的地位，不僅因為其產值和市場空間巨大，更重要的是其關系到人民的身體健康，尤其是在近年來我國食品安全問題頻發，醫療資源匱乏以及分布不均的問題日益嚴重的情況下，食品醫藥行業的發展更顯重要。
根據《中國的食品質量安全狀況》白皮書披露的數據，全國有規模以上食品生產加工企2.6萬家，市場占有率72％；規模以下、10人以上企業６.9萬家，產品市場占有率18.7％。2011年上半年，我國食品工業總產值1.28萬億元，同比增長29.9％，其中啤酒、食用油、飲料、味精等產量位居世界前列。
另據中投顧問產業研究中心資料顯示，2010年我國共有制藥企業7053家，其中大型企業78家，中小型企業5933家，占比84.12%。2010年我國醫藥工業總產值12560億元，同比增長約25％。因為新醫改的效果將在未來幾年內顯現，因此國內醫藥工業總產值將保持良好的增速，預計到2011年，我國醫藥工業總產值將達到15700億元，同比增長25％。
由于食品、醫藥的特殊性，其對產品質量和標準化要求較高，而且其收原材料價格影響較大，因此對制造企業的成本控制、信息化和自動化水平提出了較高要求，本項目產品應用在食品、醫藥行業，市場空間巨大。
4、其他生產型制造行業
未來，本項目產品除應用在以上三大市場領域中，還將對其他生產型制造行業如電子元器件行業、煙草行業、化工行業等進行擴展，研發出適用于各行業生產制造企業的基于RFID的生產物聯系統。
轉載請注明出處：拓步ERP資訊網http://www.guhuozai8.cn/
本文標題：基于RFID的數字化生產線物聯系統
相關文章
