汽車工業(yè)正在以前所未有的進程飛速發(fā)展, 為了讓汽車生產商能夠制造出更好更合格的汽車, 生產過程中的物流信息采集和跟蹤管理變得越來越重要?，F在的生產物流中的信息采集模式基本采用的是“人工+條形碼”的方式, 此方式有如下不可避免的缺陷: 手工輸入方式錯誤率較高; 條碼數據包含信息量小, 不能及時反映產品需求變化的信息; 信息不能交互傳遞。因此要改善生產管理的效果, 降低產品的成本, 必須從根本的信息采集技術入手, 從而改變生產過程中的信息傳遞方式。本文針對現有生產物流中的信息采集方式和跟蹤管理方面存在的不足, 提出基于RFID ( Radio Frequency Identification, 射頻識別) 的生產物流管理信息系統(tǒng), 利用RFID 的自動識別技術和數據采集技術來實現與生產管理信息系統(tǒng)的無縫鏈接, 以便能夠實時監(jiān)控生產及產品流向, 提高產品下線合格率。

　　基于RFID 的生產物流管理信息系統(tǒng)能夠在線實時地反映生產過程中的生產和物流信息, 使生產調度、質檢及管理人員能夠隨時了解客車生產的全貌, 根據生產實際情況及時調整作業(yè)計劃, 便利地解決生產中的問題, 作到均衡生產。同時能夠實現車間管理的各個業(yè)務部門之間的信息共享, 改善企業(yè)內部的信息交換方式, 為企業(yè)決策者提供動態(tài)的監(jiān)控生產。

　　1 RFID 技術與EPC 代碼

　　1.1 RFID 技術

　　RFID ( Radio Frequency Identification)是一種非接觸的自動識別技術, 其基本原理是利用射頻信號和空間耦合(電感或電磁耦合) 傳輸特性, 實現對被識別物體的自動識別。RFID 系統(tǒng)通常由讀寫器、標簽、天線以及控制器( PC 機) 組成, 它們之間的連接關系如圖1 所示。讀寫器是用來識別標簽的電子裝置, 它是通過發(fā)送電磁波為標簽提供電源, 使其能夠將存儲在微型晶片上的數據傳回。標簽是作為產品電子代碼( Electronic Product Code, EPC) 的信息載體, 當受無線電射頻信號照射時, 能反射回攜帶有電子代碼信息的無線電射頻信號, 供讀寫器處理識別。
 

圖一　RFID應用系統(tǒng)

　　讀寫器與標簽之間是利用無線感應方式進行信息交換的, 它具有以下特點: 可以非接觸識別; 無需“視線”所及, 可以穿過水、油漆、木材甚至人體進行識別; 可以識別快速移動物品; 可同時識別多個物品等。在RFID 系統(tǒng)的應用中, 標簽附著在被識別的物體上( 表面或內部) , 一旦帶有電子標簽的被識別物體進入可識讀范圍時, 讀寫器以自動無接觸的方式將約定的信息從標簽中讀取出來, 從而完成自動識別物品或者自動收集物品標志信息的功能。采用RFID 最大的好處是可以對企業(yè)的生產過程進行可視化管理, 以有效地降低成本。因此, 越來越多的制造商都在關心和支持這項技術的發(fā)展與應用。

　　1.2 EPC 代碼

　　EPC 的全稱是Electronic Product Code 電子產品代碼, 由分別代表版本號、制造商、物品種類以及序列號的編碼組成。EPC 碼是對實體及實體的相關信息進行代碼化, 通過統(tǒng)一并規(guī)范化的編碼建立全球通用的信息交換語言, 它具有惟一性、簡單性、可擴展性以及保密性與安全性這些特點。EPC 提供對實體對象的全球惟一標識, 一個EPC 代碼只標識一個實體對象。EPC 代碼是條碼技術的拓展, 是進一步提高物流供應鏈管理水平, 實現對所有實體對象( 包括零售商品、物流單元、集裝箱、貨運包裝等) 的唯一有效標識。這項具有革命性意義的新技術, 已受到了世界發(fā)達國家和地區(qū)高新技術與應用企業(yè)的高度重視。在計算機互聯(lián)網的基礎上, 利用RFID、無線數據通信等技術, 構造一個覆蓋世界上萬事萬物的實物互聯(lián)網( Internet of things) 。其實質是以RFID 技術為載體, 通過計算機互聯(lián)網實現物品( 商品) 的自動識別和信息的互聯(lián)與共享。

　　2 基于RFID 的某汽車制造企業(yè)生產物流管理信息系統(tǒng)

　　2.1 系統(tǒng)的需求分析

　　某汽車制造企業(yè)總裝車間的生產物流按工藝流程進行, 總裝車間主要完成車身與底盤的組裝以及內飾件的安裝, 通過調查研究與分析, 該總裝車間的生產物流管理系統(tǒng)大致存在如下問題:
　　( 1) 在裝備過程中, 各環(huán)節(jié)的信息錄入均由手工完成, 經常出現抄錄錯誤, 導致工作步驟不能正常銜接, 影響了整個生產流通。
　　( 2) 車間工人實行的是每日一班工作制, 每班的工人人數是固定的, 有時由于原材料短缺或設備故障等原因而使部分工人的工作量不能達到飽和, 從而增加了生產成本。
　　( 3) 當發(fā)現產品有缺陷時, 由于記錄的不完全和數據的不統(tǒng)一, 不能及時查詢到具體的負責人員。
　　( 4) 生產線與倉庫溝通銜接不夠好, 導致配料效率低。
　　( 5) 管理人員不能直觀及時地了解生產線狀況, 從而不能根據生產實際情況及時調整作業(yè)計劃, 便利地解決生產中的問題。

　　根據上述需求分析, 信息傳遞的延遲以及信息的不準確是整個問題的關鍵, 因此要改善生產管理的效果, 降低產品的成本, 必須從根本的信息采集技術入手, 從而改變生產過程中的信息傳遞方式。基于這種情況, 提出了基于RFID 的物流管理信息系統(tǒng)。

　　2.2 系統(tǒng)總體結構設計

　　通過上述的需求分析, 建設符合現代企業(yè)全面信息管理的需求, 在制品組裝生產動態(tài)實時追蹤信息管理系統(tǒng), 使管理人員在后臺即可看到在制品的裝備情況。系統(tǒng)除了需要對生產過程的監(jiān)控以外, 還要實現數據信息的共享與實時統(tǒng)計, 以便于管理部門的生產監(jiān)測與調度。綜合以上要求以及該單位的實際情況, 系統(tǒng)主體設計采用分布式控制的星形拓撲結構, 如圖2 所示。整個系統(tǒng)由生產業(yè)務管理層、生產過程監(jiān)控層以及數據采集管理層所組成, 并利用通信接口與以太網結構將信息服務器、現場總線監(jiān)控服務器、RFID 閱讀器以及其它模塊和終端連接起來。

圖二　系統(tǒng)的總體結構圖

　　( 1) 數據采集管理層。數據采集管理是生產過程監(jiān)督和控制的基礎, 它負責收集生產線上在制品的裝備信息等, 打包后上傳到公司管理部門, 供生產過程監(jiān)督和控制分析使用。RFID 是數據采集管理層的核心, 通過讀寫器采集電子標簽中的信息, 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) 。

　　( 2) 生產過程監(jiān)控層。生產過程監(jiān)控層負責管理生產過程中在制品的加工信息和生產線的狀態(tài)信息, 并將這些實時信息及時呈遞給生產管理部門, 使企業(yè)領導和生產管理人員能夠掌握第一手的生產作業(yè)情況。同時, 管理部門可以根據這些信息對生產進行控制, 及時調整生產作業(yè)計劃和修改生產控制參數, 以求在最短的時間內, 使生產流程重新步入正常工作狀態(tài), 確保生產計劃能夠順利完成。生產過程監(jiān)控層包括現場總線監(jiān)控服務器、RFID 車輛識別終端、車型信息顯示終端, 通過工業(yè)以太網組成一個星型網絡結構。

　　( 3) 業(yè)務管理層。業(yè)務管理層是系統(tǒng)的頂層, 也是整個系統(tǒng)對外部的接口, 通過管理層, 廠級信息網絡可以訪問系統(tǒng)內部。信息服務器作為車間級生產管理、調度的中心, 負責整合、分發(fā)監(jiān)控層上報的生產信息, 實現在車間范圍內的信息共享,為管理者及時下達調度指令提供可靠的分析依據。

　　2.3 系統(tǒng)硬件選型

　　RFID 設備的選型主要依據是頻率, 因為頻率的選擇是RFID 技術中的一個關鍵性問題, RFID 系統(tǒng)的工作頻率主要有: 低頻( 30- 300KHZ) , 高頻( 3- 30MHZ) 和超高頻( 300MHZ- 3GHZ) 。低頻系統(tǒng)常見的工作頻率有125KHz, 134KHz, 該頻段主要是通過電感耦合的方式進行工作。其特點是識別距離短, 傳輸速度比較慢, 主要應用領域: 畜牧業(yè)、門禁、身份識別等。高頻系統(tǒng)常見的工作頻率為13.56MHz, 它是通過感應器上的負載電阻的接通和斷開促使讀寫器天線上的電壓發(fā)生變化, 實現用遠距離感應器對天線電壓進行振幅調制。高頻系統(tǒng)用于門禁控制和需傳送大量數據的應用。超高頻系統(tǒng)( 工作頻率為860MHz 到960MHz 之間) 通過電場來傳輸能量。該頻段讀取距離比較遠, 無源可達10m 左右, 信號傳輸速度快。主要應用領域: 供應鏈上的管理和應用, 生產線自動化的管理和應用等。

　　綜上所述和比較, 考慮到RFID 的電磁特性, 為降低成本, 保證功效, 簡化系統(tǒng), 便于使用與維護, 我們采用了超高頻系RFS- 2022 ( 2011) 型讀寫器, 它能夠讀寫ISO- 18000- 6 協(xié)議標簽, 系統(tǒng)的工作頻率為902MHz～928MHz, 其性能指標: 讀取距離大于5m, 寫入距離大于3m, 讀卡速度為平均每單字( 32bits) 需耗時6ms, 寫卡速度為平均每單字( 32bits) 耗時50ms, 一次讀卡數可達到30 張電子標簽。這個頻段是目前人們期待應用潛力最大的, 所使用的頻率和標準完全符合現行的各種法律法規(guī)。

　　2.4 系統(tǒng)軟件功能模塊設計

　　根據對系統(tǒng)總體設計的要求, 整個系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)管理, 總裝線生產作業(yè)管理、總裝線生產查詢管理、總裝線資源管理、總裝線質量監(jiān)控管理。主要模塊說明如下:

　　2.4.1 系統(tǒng)管理
　　系統(tǒng)管理模塊可以定義某車型總裝生產線生產及物流管理信息系統(tǒng)用戶, 執(zhí)行功能的權限以及用戶使用功能授權。并對各子系統(tǒng)共用的基礎數據進行維護, 完成數據的備份作業(yè)。

　　2.4.2 總裝線現場生產作業(yè)管理
　　滾動接受生產計劃, 自動生成車間作業(yè)計劃, 系統(tǒng)設置的控制器會按生產節(jié)拍觸發(fā)讀寫器讀取裝配線上的車型信息, 通過RFID 對標簽的識讀, 實現對現場作業(yè)信息( 包括在線車輛的裝備信息和質量檢驗信息) 的錄入, 并把相關信息輸入服務器上的數據庫。同時在每個工位的屏幕上實時動態(tài)顯示裝配線上的車型信息、選裝、零部件等信息, 現場操作人員不僅可以直觀地了解當前該工位應該做什么事, 還可以實時地向物料部門發(fā)布需求信息, 以便所需配件及時送到所需工位。

　　2.4.3 總裝線生產查詢管理
　　生產查詢管理的功能為管理人員提供及時的生產線工作狀況, 以便為解決生產中的問題作好準備。它可以查詢到每個工位的裝配信息, 裝配的具體時間、物料需求信息、員工操作結果等信息。

　　2.4.4 總裝線資源管理
　　總裝線資源管理就是對生產線所需的一些設備進行管理, 及時了解現有設備的實際使用情況, 以便為安排生產或者進行采購提供參考依據, 可以根據生產設備的情況來制定生產線日、周、月的最大負荷, 保證生產的正常進行。

　　2.4.5 總裝線質量監(jiān)控管理
　　對汽車總裝過程的質量信息進行全面的管理, 實現質量信息采集的自動化, 并通過現場總線監(jiān)控服務器進行分析, 以便及時做出調整, 以減少廢品的產生。該模塊能實現統(tǒng)計查詢, 并打印相關報表。

　　3 結論

　　本文通過對某汽車制造企業(yè)總裝車間的生產物流的分析, 指出采用傳統(tǒng)的人員手動識別方法會影響到信息流的及時性和準確性, 由于信息流的不暢通從而進一步影響到整個生產的流通。在采用了識別速度快、存儲容量大、可實時更新數據的RFID技術后, 上述情況將會得到解決。此外, 基于RFID 的生產物流管理信息系統(tǒng), 能夠實現生產環(huán)節(jié)的實時管理, 提高企業(yè)的物流效率, 減少庫存, 對市場需求做出更快的響應, 加速企業(yè)資金的周轉。