RFID厂区生产线智能管理系统

RFID厂区生产线智能管理系统在生产管理中的应用，有助于企业通过实时的生产数据，对生产的各环节进行管理与监控，把握订单进度，生产瓶颈等重要信息，解决问题，提高效率。

　一、建设背景

　　在生产线信息的采集中采用人工采集、手工输入的方式存在准确性不足，错误率高的现象，还容易造成系统中生产数据无法实时更新，滞后情况严重，不利于生产流的顺利进行，制约了产能的进一步提高的现象。

　　通过采用物联网RFID、无线传感技术以及网络技术手段，实现制造装配线生产过程的工序实时跟踪和数据采集，从而提高车间制造过程的可视化和可控化水平，增加企业生产效率。

　二、系统结构

　　整个系统分为三层：数据采集/执行层、数据通信层、管理执行层

　　1. 数据采集/执行层

　　数据采集层由RFID电子标签、RFID数据采集设备两部分组成，其中采集设备有RFID手持设备、RFID固定式阅读器、气动式射频门等。

　　该层具备现场信息显示功能：现场信息可通过MES终端机、电子看板等设备显示，实现零配件批号生成与管理以及生产计划、生产工艺、生产状态信息、生产设备信息、质量分析信息的在线实时查询、显示、录入，实现车间的无纸化作业。

　　2. 数据通信层

　　数据通信层由通信网络与通信服务器构成。

　　3. 管理监控层

　　管理监控层主要完成从中间件到生产管理及调度和数据存储的功能，并响应由底层传输过来的数据终端的命令请求，发送调度指令。管理控制层包含数据库服务器、管理服务器和用户软件三部分。

　三、系统特点

　　1、在制品全过程实时动态跟踪，准确了解在制品的位置和状态信息;

　　2、实现在制品的各个生产区间转换时的信息无缝耦合;

　　3、为生产线全线三维作业指导和物流等业务提供数据支持;

　　4、通过安装在生产线上的RFID阅读器，对生产过程进行跟踪和实时监控;

　　5、对在产品的历史加工/来源信息进行跟踪管理，便于开展质量溯源。

　四、系统特点

　　将RFID应用于生产管理系统，实现用料成本控制、生产统计、计件统计。同时根据用户需求，还能实现生产线设备部件运转监控管理。实现方式如下：

　　1. 在生产线托盘上粘贴抗金属标签，在生产线的指定加工点设置RFID读写设备，当托盘经过读写设备时，读取标签信息。

　　2. 托盘移动到加工点附近时，系统自动识别标签信息并按已设定的程序进行加工操作。

　　3. 需要加工的进入加工点，无需加工则继续前进。

　　4. 生产信息实时采集，快速找到生产瓶颈。

　　5. 通过生产信息统计与生产进度估算，准确把握订单进度，及时交货。

　　结合采购、仓储等数据，合理安排各项工作计划，减少在制品积压。

　管理提升点

　　RFID技术在生产管理中的应用，有助于企业通过实时的生产数据，对生产的各环节进行管理与监控，把握订单进度，生产瓶颈等重要信息，解决问题，提高效率。

将生产数据与其他数据联合分析，实现生产线设备部件运转监控、产品出入库管理，以及物流配送中心的出入库管理。由于RFID技术非可视性阅读和多标签同时识读特性，多标签一次性准确地读取其全部物流数据，极大地提高了生产企业“供应—生产—物流”供应链过程管理工作效率。

UHF 超高频RFID生产线管理系统

基于RFID技术的生产线管理系统，在生产线、转存和暂存仓库应用先进的RFID无线射频识别技术，使用可重复使用的射频电子标签，每个标签都有唯一ID号，以及可读写数据区，将产品信息写入RFID电子标签中，在生产线下线工位及仓库出入口安装读写器，通过读写标签信息自动写入和采集各位置产品信息，并与其它的IT系统共享数据信息，信息同时显示在显示屏上，提示给生产线操作员，从而对半成品从下线到仓库转存、暂存、再上线生产进行全流程跟踪管理，这样可以保证生产线之间货物批次箱号的对应，各条生产线能毫不出错地完成生产任务，且记录下生产过程中的重要信息，可为将来的质量信息追溯提供基础数据服务。

一、项目背景

　　在传统的制造企业中，日常管理更多的是集中在产品管理、质量管理、仓库管理、移动资产管理、现场人员管理、车队管理等等。而生产线信息的采集通常是采用人工采集、手工输入的方式。这种人工采集、手工输入的方式准确性远远不足，存在较大的错误率。且手工输入只能定时进行，导致生产计划按周计划、月计划提交，不能精确到日。系统中生产数据无法实时更新，滞后情况严重，不利于生产流的顺利进行，制约了产能的进一步提高。同时制造企业大部分职能部门大多使用纸和笔的初级记录方式，这使得制造企业的大部分职能部门面对着大量的数据错误，降低了企业整体的生产力。

　　制造企业已意识到这些问题的存在，并尝试使用新兴技术去解决这些问题。目前，部分生产型企业采用条码识别的方式来提高数据录入的准确性，但条码识别还是存在技术上的瓶颈：

　　1.工人的效率不同，容易引起小组的分工不均匀;

　　2.生产异常、生产线瓶颈问题无法实时发现;

　　3.劳动效率低下，实际工作时间利用率不高;

　　4.条码标签一旦印刷不清晰、有折叠的痕迹等问题时，条码枪便很难识别;

　　5.无法实时追踪，管理层难以根据工作状态进行工作安排，如果工作过程某个工序出现问题，要排除的话也必须等到下一天;

　　6.条码数据采集需要专门安排人员队伍进行操作，劳动成本开销大;

　　因此，以条码识别为代表的生产线管理系统已经越来越不能满足企业对高效、精益化生产管理的要求，企业在深化现代管理理念的同时，构建更先进技术的生产线管理系统具有重要的意义。

　二、项目定义

　　RFID无线射频识别技术是既条码之后又一引起自动识别领域变革的新兴高科技技术，其利用无线电磁波的穿透性，远距离传输和高速数据交换的特性，通过特定的协议，来实现对标识物品信息自动识别的技术。在生产制造行业中，相对目前被广泛使用的条码技术而言,UHF 超高频RFID技术具有本质上的优势：可无线远距离读写,可穿透性读写,可在高速移动的状态下读写, 存储更多的数据,可在恶劣的环境下使用等等。因此,RFID技术不只是条码技术的简单替换,它在生产制造业中的应用将改变企业的生产经营方式。

　　构建基于UHF 超高频RFID技术的生产线管理系统，是以计算机网络为基础，以RFID为核心，建设符合企业生产管理要求，以解决企业现存问题为目标，从生产线半成品下线、仓库转存和暂存、再上线生产等全流程进行自动实时数据采集，对货物批次箱号进行跟踪管理的综合管理系统。

　　电子标签作为数据载体，能起到标识识别、物品跟踪、信息采集的作用。电子标签、读写器、天线和应用软件构成的RFID系统直接与相应的管理信息系统相连。每一件物品都可以被准确的跟踪，这种全面的信息管理系统能为客户带来诸多的利益，包括实时数据采集和追踪管理，因此，RFID技术应用于生产线之间的货物转换跟踪管理，可以有效防止出错，实现生产线物流管理智能化，大幅提高企业的产线管理水平。

三、系统设计

　　基于RFID技术的生产线管理系统，在生产线、转存和暂存仓库应用先进的RFID无线射频识别技术，使用可重复使用的射频电子标签，每个标签都有唯一ID号，以及可读写数据区，将产品信息写入RFID电子标签中，在生产线下线工位及仓库出入口安装读写器，通过读写标签信息自动写入和采集各位置产品信息，并与其它的IT系统共享数据信息，信息同时显示在显示屏上，提示给生产线操作员，从而对半成品从下线到仓库转存、暂存、再上线生产进行全流程跟踪管理，这样可以保证生产线之间货物批次箱号的对应，各条生产线能毫不出错地完成生产任务，且记录下生产过程中的重要信息，可为将来的质量信息追溯提供基础数据服务。

3.1建设目标

　　制造生产线企业引入RFID，把RFID和现有的IT系统相结合，建立生产线实时管理体制，更优化、更合理利用资源，提高产能、提高资产利用率以及更高层次的质量控制和各种在线测量为企业创造更大的效益。

　　RFID提供不断更新的实时数据流。与制造执行系统互补，RFID提供的信息可用来保证正确使用劳动力、机器、工具和部件，从而实现无纸化生产和减少停机时间。更进一步地，当材料、零部件和装配件通过生产线时，可以实时进行控制、修改甚至重组生产过程，以保证可靠性和高质量。 所有数据均通过无线方式被客户端电脑高速采集。

　　有了实时数据流作为基础，ERP等管理系统可对这些大量的数据进行挖掘，对生产进度、过程进行实时的有效的监管，找出生产瓶颈、解决生产问题，部署更高层次的质量控制和各种在线测量。

　　RFID可提供最精确的工序所需工时计算结果。ERP软件可以通过RFID对每个工人每个工序、工时进行准确的评估，计算出每条生产线实际生产能力，企业管理人员可使用这些数据对企业业务能力作出更准确的分析。

　　完成数据的挖掘、分析，企业管理人员掌握车间生产能力、即时解决生产瓶颈、实时监管生产进度、通过质量监控改进生产工艺，RFID都为企业实现平衡生产线提供基础，与企业ERP、SCM、MCS等主流管理系统结合，让企业内每一个员工都发挥出最大能效。

3.2系统网络图

　　本系统网络图如下：

　　系统主要从发卡到工位管理、仓库管理来实现对整个生产线的智能化管理。

　3.3系统流程

　　3.3.1 发卡管理

　　根据生产订单安排投产计划，包括生产订单导入、订单统计和状况信息抛转、生产任务分解，任务自动指派等，根据投产计划制作、发放电子标签，将电子标签与需要管理的货物进行绑定，并通过ERP共享接口获取产品相关信息，将信息写入电子标签中，如批次、箱号等，在生产管理系统中建立产品档案，全自动跟踪货物生产线转换流程。

　　3.3.2工位管理

　　在每个工位署RFID读写器和天线，当安装有RFID标签的货物进入RFID工作点时，读(写)装置即读取产品上电子标签内存储的数据信息;读(写)装置读取的电子数据信息直接传输给物流控制管理信息系统，管理系统再根据产品生产信息，列出货物的包号、批次信息，显示在显示屏上，提示生产工人进行正确的操作。

　　3.3.3仓库管理

　　货物在生产线上经过加工后，需从生产线送到转存仓库中，在转存仓库安装RFID通道式读取设备，即可实现转存到仓库中货物信息的自动采集和实时后台数据更新。货物从仓库出库，也是以同样的方式实现自动和批量出库，实现对货物的实时和高效管理。

　四、系统收益

　　基于RFID技术生产线管理系统的建成，可为企业带来如下收益：

1.生产数据能够准确、实时的采集;

　　生产数据的实时反馈是保证生产运营畅通的基础。系统在生产车间采集实时生产数据是RFID设备实时自动采集，impinj RFID读写器通过读出货物RFID电子标签中所带有的特定信息实时的反馈到系统中，服务器并每5秒钟更新一次数据。通过这种操作方式系统能够提供实时的生产数据进行采集和数据分析。

2.生产力在原有的基础上实现提升

　　生产力是生产管理的关注热点同时也是管理难点，如果提升了生产力就意味着企业的产量提高、利润可以增加。生产车间实时生产数据反馈到系统，通过系统监控可以实时的发现阻碍生产流水线畅通的原因所在，及时的发现生产瓶颈所在。系统是通过实时数据归集对每个车间、每个组、每个工位的生产情况进行实时的监控，从而可以发现任何生产环节出现的非正常状态，并及时解决阻碍生产流水的瓶颈。从整体上保障了流水线的畅通，提高了生产力。

3.订单进度实时跟踪，保障及时交货

　　订单如果不能及时交货意味着公司不但不能盈利反而导致亏损，同时也影响力公司的信誉度。对公司将来的发展受到很大的影响和阻碍。特别是出口企业对于订单的及时交付显得更为重要。系统是根据客户订单入手，对待生产产品从开始生产到结束生产整个生产流程的实时进度跟踪。实时跟踪订单在生产线的进度，从而精确的掌握每个订单的生产进度，达到及时交货的目的。

RFID技术让智能化生产更加便捷

采用RFID电子标进行原材料管理，能跟踪记录每个元器件相关的所有属性，包括生产流程、下个工序、自身颜色、尺寸，甚至能延生到组装成成品后的编号、流向地或者定制的客户信息，能根据客户的需求进行精细化生产，在原材料开始流入生产时，就逐步进入定制化生产环节。

随着工业生产自动化趋势越来越明显，智能化生产机器设备替代了大部分体力工作，当然再一定程度上工业生产能力逐渐在提高。从而实现智能化生产，根据市场提出的需求，通过RFID技术进行制造执行系统管理，包括生产执行、监控和管理等多个环节把控，智能生产制造让原有的管理系统与机器互联的基础上，来实现生产设备与原材料管理。不断实现产品定制化、多品种、小批量生产。RFID技术让智能化生产更加便捷。

采用RFID电子标进行原材料管理，能跟踪记录每个元器件相关的所有属性，包括生产流程、下个工序、自身颜色、尺寸，甚至能延生到组装成成品后的编号、流向地或者定制的客户信息，能根据客户的需求进行精细化生产，在原材料开始流入生产时，就逐步进入定制化生产环节。控制器能与RFID电子标签无线通讯，能签替换原有的条码技术，RFID电子标签能远距离读取及批量读取，避免条码必须可视才能读取的缺点，能在检测工位能自动识别并添加质量数据，出入库能批量识别自动出入库，能自动识别顺序，大大提高生产水平，避免人为操作失误或者漏操作带来的不利影响。同时RFID电子标签表面印刷有芯片条码，能兼容旧有的设备，避免资产浪费。

RFID技术在智能生产制造方面主要有以下优势：

1、可以不用接触，整个过程无需人工干预，能够完成数据的自动化采集并且还不容易损坏;

2、对在运转状态的物体也可以进行信息的采集，并且能够同时识别多卡，操作比较便捷;

3、可以适用于生产环境恶劣、人员无法达到、数据存储量较大、数据传输实时性要求较高、数据传输能可靠有效的进行等一系列要求。

总体上来讲，RFID在智能生产制造、仓储、物流的工作环境中对数据的实时采集有很大的应用前景，实现了从原材料、工厂制造、销售、客户需求一体化的管理，可灵活的按时生产、按需生产、按顺序生产等，实现真正的智能生产制造。

所有设备通过网络与采集服务器进行通讯，现有MES通过数据库与采集服务器进行对接，所需数据全部在采集服务器上通过数据库中间件获取，减轻现有系统改造难度，同时能划清工作职责，便于后期维护及排查问题，并能增加服务器的安全性，能最小化的开放提供最大化的改造，提升生产效率。

制造企业为了保持生产的高效、准确，对生产过程的自动化程度提出了更高要求，如果没有一个高度组织的、集成的控制系统是很难完成这样复杂的任务的。智能生产作为未来制造技术的发展方向，将对制造模式和制造企业产生深刻的影响。RFID作为自动识别采集技术，让生产更加智能化实施。

RFID智能生产采用了一个新颖的、全面的、先进的生产管理结构，通过物联网传感层采集数据，一系列的软件实现物料的库存、运输，产品的检测，产品的定位、运输，生产过程的环境控制，产品质量检测，成品库存，和出入控制，工序的计划、实时调整等功能，从而对整个生产线进行了有效的管理，达到最优的生产效果。