RFID(Radio Frequency Identification)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù),，它利用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別的目的,，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)，具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大,、可讀寫(xiě),、非接觸、識(shí)別距離遠(yuǎn),、識(shí)別速度快,、保密性好、穿透性強(qiáng),、壽命長(zhǎng),、環(huán)境適應(yīng)性好以及能同時(shí)識(shí)別多標(biāo)簽等優(yōu)點(diǎn)，并且可工作于各種惡劣環(huán)境,。

        在離散制造業(yè)中,，生產(chǎn)車(chē)間作為產(chǎn)品制造的中心場(chǎng)所、成品物流和供應(yīng)物流的起訖節(jié)點(diǎn),，車(chē)間的制造能力和其內(nèi)部物流能力對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)能力起到了決定性的作用,。制造執(zhí)行系統(tǒng)(Manufacturing Execution System，MES)作為承接ERP(Enterprise Resource System,，企業(yè)資源計(jì)劃) 系統(tǒng),、協(xié)調(diào)SCM(Supply Chain Management，供應(yīng)鏈管理)系統(tǒng),、調(diào)度底層生產(chǎn)控制系統(tǒng)的樞紐,，在車(chē)間生產(chǎn)過(guò)程中起到了重要的作用。激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)現(xiàn)代制造業(yè)提出了進(jìn)一步的要求,，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：少量多種類的生產(chǎn)模式,，不斷縮短的生產(chǎn)周期，對(duì)客戶多變需求的及時(shí)響應(yīng)。這些都要求現(xiàn)代制造業(yè)具備更高的自動(dòng)化和信息化程度,。研究應(yīng)用RFID技術(shù),，探索重組企業(yè)信息流，更大限度地發(fā)揮我國(guó)制造業(yè)現(xiàn)有資源優(yōu)勢(shì),，推動(dòng)企業(yè)技術(shù)進(jìn)步及傳統(tǒng)制造業(yè)的升級(jí)換代的可行方案與模式,，已成為當(dāng)務(wù)之急。而將RFID技術(shù)融入MES系統(tǒng)之中,，必定是促進(jìn)傳統(tǒng)制造業(yè)發(fā)展升級(jí)的眾多途徑之一,。

        1 系統(tǒng)需求分析

        作為離散工業(yè)生產(chǎn)中的典型情況，汽車(chē)的裝配生產(chǎn)活動(dòng)具有以下特征：生產(chǎn)過(guò)程并行且異步,，設(shè)備功能冗余度大,，控制量相互獨(dú)立，生產(chǎn)資源管理復(fù)雜,，在生產(chǎn)過(guò)程中的零部件處于離散狀態(tài),，車(chē)輛的生產(chǎn)制造主要通過(guò)物理加工和組裝來(lái)實(shí)現(xiàn)。

        本文結(jié)合安徽省某汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)具體情況,，對(duì)RFID技術(shù)在汽車(chē)總裝線上的應(yīng)用模式進(jìn)行研究,。

        該企業(yè)目前汽車(chē)總裝生產(chǎn)線上主要使用的是條碼技術(shù)，工位員工采取手動(dòng)方式掃描車(chē)身VIN碼和零部件條碼進(jìn)行車(chē)輛跟蹤和裝配信息采集,，整個(gè)采集過(guò)程耗時(shí)相對(duì)較大,。當(dāng)遭遇條碼損壞、沾染污漬無(wú)法識(shí)別時(shí),，員工需手工輸入車(chē)輛VIN碼或零部件碼,，出錯(cuò)率高，耗時(shí)長(zhǎng),，難以加快生產(chǎn)節(jié)拍,。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)可視化程度有待提高，需要為工人提供實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的裝配指導(dǎo),，杜絕漏裝錯(cuò)裝現(xiàn)象的發(fā)生,，對(duì)生產(chǎn)線車(chē)輛的裝配情況也需要實(shí)時(shí)監(jiān)控。物料消耗信息反饋不及時(shí),，難以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)物料的實(shí)時(shí)拉動(dòng)，導(dǎo)致生產(chǎn)物料庫(kù)存過(guò)多,，影響資金流動(dòng),。缺少對(duì)員工和其裝配零部件的關(guān)聯(lián)管理，導(dǎo)致在追溯因?yàn)槿斯げ僮鲗?dǎo)致的質(zhì)量問(wèn)題時(shí)難以將責(zé)任落實(shí)到人,。

        RFID技術(shù)不只是條碼技術(shù)的簡(jiǎn)單替換,，它在離散制造業(yè)中的應(yīng)用將改變離散制造企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)方式。由于RFID技術(shù)具有前文所述的諸多優(yōu)勢(shì),，用其取代條形碼在汽車(chē)生產(chǎn)線上對(duì)車(chē)輛進(jìn)行標(biāo)識(shí)和跟蹤,，整個(gè)過(guò)程無(wú)人工干預(yù),，可以在極大程度上降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和出錯(cuò)率。現(xiàn)今已經(jīng)可以利用RFID技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng),、高速,、有效的記錄，降低操作員的勞動(dòng)強(qiáng)度,，從而提高了產(chǎn)品下線合格率,。

        將RFID技術(shù)應(yīng)用于汽車(chē)制造業(yè)，融入到MES系統(tǒng)中,，可提升生產(chǎn)過(guò)程的管理與控制水平,，有效地跟蹤、管理和控制生產(chǎn)所需的包括物料,、設(shè)備,、人力等資源；與上層管理系統(tǒng)結(jié)合,，可合理地調(diào)度,、管理這些資源，提高制造競(jìng)爭(zhēng)力,，改善生產(chǎn)組織,、縮短生產(chǎn)周期、減少在制品數(shù)量,，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和降低人力資源消耗,。對(duì)于發(fā)展離散制造業(yè)生產(chǎn)制造系統(tǒng)模式和應(yīng)用解決方案、提高制造過(guò)程可視化監(jiān)控與產(chǎn)品質(zhì)量追蹤水平,、促進(jìn)制造行業(yè)RFID技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范形成,、帶動(dòng)我國(guó)RFID技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展等方面具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。

        2 系統(tǒng)目標(biāo)

        基于以上需求分析,，提出以下系統(tǒng)總目標(biāo)：充分利用RFID的技術(shù)優(yōu)勢(shì),，結(jié)合總裝車(chē)間MES系統(tǒng)，解決企業(yè)現(xiàn)行ERP系統(tǒng)的計(jì)劃層與車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)過(guò)程控制層之間,、LES(Logistic Execution System,，物流執(zhí)行系統(tǒng))車(chē)間內(nèi)部物流層面和MES系統(tǒng)生產(chǎn)控制層之間、車(chē)輛質(zhì)量追溯系統(tǒng)和原有MES 系統(tǒng)之間信息和管理的斷層問(wèn)題,，實(shí)現(xiàn)制造和質(zhì)量的可視化和數(shù)字化管理,。具體分解為以下幾個(gè)子目標(biāo)：

        （1）將RFID技術(shù)與生產(chǎn)線調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合，在生產(chǎn)線調(diào)度自動(dòng)化的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線調(diào)度智能化,。

        （2）將RFID技術(shù)與融入生產(chǎn)車(chē)間的裝配工位之中,，利用RFID標(biāo)簽標(biāo)識(shí)零部件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，時(shí)刻掌握生產(chǎn)線物料消耗信息，無(wú)延遲拉動(dòng)供應(yīng)物流,，進(jìn)一步滿足JIT供貨模式的需求,；對(duì)重要部件進(jìn)行安裝記錄，為質(zhì)量追溯系統(tǒng)提供翔實(shí)可靠的數(shù)據(jù)支持,。

        （3）將RFID技術(shù)與現(xiàn)場(chǎng)可視化系統(tǒng)相結(jié)合,，向工位工人提供實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的裝配指導(dǎo)。

        （4）將RFID技術(shù)與車(chē)間人員管理系統(tǒng)和質(zhì)量追溯系統(tǒng)相結(jié)合,，除了實(shí)現(xiàn)人員管理的功能,，還可以對(duì)裝配操作進(jìn)行記錄，實(shí)現(xiàn)裝配責(zé)任落實(shí)到人,。

        3 RFID技術(shù)在汽車(chē)總裝線上的應(yīng)用方案

        應(yīng)用方案中共涉及到高頻（13.56MHz）超高頻（915MHz）兩種不同類型的RFID標(biāo)簽,，所選擇的RFID標(biāo)簽規(guī)格如表1、表2 所示,。

表1 高頻標(biāo)簽參數(shù)列表

表2 超高頻標(biāo)簽參數(shù)列表

        其中人員配備高頻RFID標(biāo)簽,，標(biāo)簽內(nèi)存放員工ID和基本信息；每個(gè)零部件料箱中放置一枚高頻RFID標(biāo)簽,，標(biāo)簽內(nèi)存放零部件號(hào),；每臺(tái)車(chē)輛上放置一枚超高頻RFID標(biāo)簽，標(biāo)簽內(nèi)存放車(chē)輛唯一標(biāo)識(shí)碼（VIN 碼）,。車(chē)輛標(biāo)簽采用膠磁封裝,，方便吸附于車(chē)體表面。

        在車(chē)輛上線之前,，工作人員將初始化的標(biāo)簽安裝在車(chē)體前部引擎蓋上表面,。

        生產(chǎn)線員工需在工位上的高頻讀卡器上刷卡，完成上崗認(rèn)證,，系統(tǒng)記錄當(dāng)前工位員工上崗狀態(tài)信息,。
在車(chē)輛上線前，工作人員掃描車(chē)身VIN條碼,，超高頻讀寫(xiě)器將VIN碼信息寫(xiě)入其天線場(chǎng)強(qiáng)范圍內(nèi)的車(chē)輛RFID標(biāo)簽,，后續(xù)工位通過(guò)讀寫(xiě)車(chē)身RFID標(biāo)簽來(lái)完成生產(chǎn)線車(chē)輛監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集等工作。

        在裝配工位,，超高頻讀寫(xiě)器讀取車(chē)輛標(biāo)簽后,，提示相應(yīng)工位的零部件安裝信息。工作人員安裝相應(yīng)零部件,，并在高頻讀寫(xiě)器上刷相應(yīng)零部件料箱中的高頻RFID標(biāo)簽,。系統(tǒng)獲取相應(yīng)車(chē)輛的部件安裝信息和工作人員信息以備后期質(zhì)量跟蹤，系統(tǒng)向LES系統(tǒng)返回物料消耗信息,，并刷新工位零部件安裝信息提示，直至該工位所有應(yīng)裝部件全部安裝完畢。在向生產(chǎn)線工位供貨環(huán)節(jié)中,，生產(chǎn)物流部門(mén)將零部件送達(dá)工位之后,，系統(tǒng)更新零部件數(shù)量信息。

        在下線工位,，超高頻讀寫(xiě)器讀取車(chē)輛標(biāo)簽,，系統(tǒng)檢查裝配信息，工作人員取下RFID標(biāo)簽,，循環(huán)使用,。

        4 基于RFID技術(shù)的汽車(chē)總裝制造執(zhí)行系統(tǒng)

        4.1 系統(tǒng)功能模塊

        基于RFID技術(shù)的汽車(chē)總裝制造執(zhí)行系統(tǒng)功能模塊主要分為車(chē)間生產(chǎn)管理、生產(chǎn)線可視化,、RFID標(biāo)簽管理,、車(chē)間人員管理等四個(gè)功能模塊，具體功能結(jié)構(gòu)如圖1 所示：

圖1 基于RFID技術(shù)的汽車(chē)總裝制造執(zhí)行系統(tǒng)功能模塊圖

        車(chē)間人員管理：管理車(chē)間人員的基本信息,，配置員工的工作崗位信息,，為人員工作記錄和車(chē)輛零部件數(shù)采等功能提供相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

        總裝車(chē)間生產(chǎn)管理：在計(jì)劃層面從ERP系統(tǒng)獲取粗粒度生產(chǎn)計(jì)劃,，分解成為日生產(chǎn)計(jì)劃,，指導(dǎo)車(chē)間生產(chǎn)。在整車(chē)生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)車(chē)輛的每一個(gè)裝配步驟進(jìn)行指導(dǎo)和監(jiān)控,，以規(guī)范整個(gè)生產(chǎn)流程,，其中包括向裝配工人提供裝配作業(yè)指導(dǎo)，自動(dòng)化整車(chē)裝配和物料消耗數(shù)據(jù)采集,，提供精確到零部件信息,、裝配人員信息、供應(yīng)商信息的裝配記錄,，向MES系統(tǒng)實(shí)時(shí)反饋工位物料的消耗數(shù)據(jù),。

        生產(chǎn)線可視化：提供對(duì)生產(chǎn)線和車(chē)輛狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)反饋，有利于管理人員實(shí)時(shí)掌握生產(chǎn)情況,。

        RFID標(biāo)簽管理：負(fù)責(zé)人員標(biāo)簽的發(fā)放和管理,，在車(chē)輛標(biāo)簽的循環(huán)使用中對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行發(fā)放和回收，并針對(duì)車(chē)輛標(biāo)簽進(jìn)行資產(chǎn)管理,。

        4.2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

        本系統(tǒng)利用部署在車(chē)間服務(wù)器中的RFID軟件中間件對(duì)車(chē)間讀寫(xiě)器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)一管理,，有利于屏蔽RFID設(shè)備差異性、提高RFID讀寫(xiě)器網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和效率,，且RFID 設(shè)備不依賴工位終端,，無(wú)需對(duì)工位終端進(jìn)行特殊配置，方便部署,?；赗FID 技術(shù)的汽車(chē)總裝制造執(zhí)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示：

圖2 基于RFID技術(shù)的汽車(chē)總裝制造執(zhí)行系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖

        4.3 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

        本系統(tǒng)采用B/S架構(gòu),，在J2EE開(kāi)發(fā)環(huán)境下，結(jié)合Struts2,、Hibernate,、Spring、DWR等主流開(kāi)源框架,，具有良好的跨平臺(tái)兼容性,。基于RFID技術(shù)的汽車(chē)總裝管理系統(tǒng)的軟件架構(gòu)如圖3所示,。

圖3 基于RFID技術(shù)的汽車(chē)總裝制造執(zhí)行系統(tǒng)軟件架構(gòu)如圖

        Struts框架是基于MVC(Model-View-Controller)模式的框架,，主要采用JSP與Servlet 技術(shù)實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)使用Struts框架整合Servlet,、JSP,、自定義標(biāo)簽和信息資源，完成系統(tǒng)對(duì)前臺(tái)頁(yè)面操作的響應(yīng),。

系統(tǒng)采用Hibernate作為Java持久層解決方案,，建立對(duì)象/關(guān)系映射，實(shí)現(xiàn)從關(guān)系型數(shù)據(jù)到對(duì)象型數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換,。

        DWR作為一種實(shí)現(xiàn)了Ajax交互能力的Web框架,，可以把服務(wù)器端的任何Java對(duì)象公開(kāi)為可以通過(guò)瀏覽器中的JavaScript訪問(wèn)的遠(yuǎn)程對(duì)象。本系統(tǒng)利用DWR框架實(shí)現(xiàn)正向和反向Ajax功能,，將RFID處理模塊所獲取的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)推送至響應(yīng)業(yè)務(wù)模塊中,，減少瀏覽器冗余請(qǐng)求，降低服務(wù)器壓力,，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率,。

        Spring框架是在J2EE 的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的一個(gè)輕量級(jí)J2EE框架。本系統(tǒng)用它來(lái)為程序提供Bean的配置,、AOP的支持,、抽象事務(wù)支持，組織系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)服務(wù)層,、數(shù)據(jù)訪問(wèn)層對(duì)象,，實(shí)現(xiàn)組件對(duì)象創(chuàng)建與使用之間的松耦合。

        5 結(jié)束語(yǔ)

        據(jù)該系統(tǒng)在安徽某汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)總裝生產(chǎn)線上的實(shí)際運(yùn)行情況表明,，基于RFID 技術(shù)的汽車(chē)總裝制造執(zhí)行系統(tǒng)使得企業(yè)能夠及時(shí),、準(zhǔn)確的掌握生產(chǎn)線狀態(tài)，提高生產(chǎn)效率,，確實(shí)有利于MES系統(tǒng)和LES 系統(tǒng)之間協(xié)同工作,，為產(chǎn)品的質(zhì)量跟蹤提供精確的數(shù)據(jù)保障。