引言

RFID（Radio Frequency IdentificatiON）是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它利用射頻信號通過空間耦合,，實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別的目的,，識別工作無須人工干預(yù)，具有很多優(yōu)點,，諸如數(shù)據(jù)存儲量大,、可讀寫、非接觸,、識別距離遠,、識別速度快、保密性好,、穿透性強,、壽命長、環(huán)境適應(yīng)性好以及能同時識別多標簽等等,，并且可工作于各種惡劣環(huán)境,。

　　車間的制造能力和其內(nèi)部物流能力對企業(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。激烈的市場競爭對現(xiàn)代制造業(yè)提出了進一步的要求,，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：少量多種類的生產(chǎn)模式,，不斷縮短的生產(chǎn)周期，對客戶多變需求的及時響應(yīng),。這些都要求現(xiàn)代制造業(yè)具備更高的自動化和信息化程度,。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)揮我國制造業(yè)現(xiàn)有資源優(yōu)勢,，推動企業(yè)技術(shù)進步及傳統(tǒng)制造業(yè)的升級換代的可行方案與模式,，已成為當務(wù)之急。而將RFID技術(shù)融入MES系統(tǒng)之中,，必定是促進傳統(tǒng)制造業(yè)發(fā)展升級的眾多途徑之一,。

　　1 系統(tǒng)需求分析

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

　　RFID技術(shù)不只是條碼技術(shù)的簡單替換,，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)營方式,。由于RFID技術(shù)具有前文所述的諸多優(yōu)勢，用其取代條形碼在汽車生產(chǎn)線上對車輛進行標識和跟蹤,，整個過程無人工干預(yù),，可以在極大程度上降低工人的勞動強度和出錯率。現(xiàn)今已經(jīng)可以利用RFID技術(shù)來實現(xiàn)自動,、高速,、有效的記錄，降低操作員的勞動強度,，從而提高了產(chǎn)品下線合格率,。

　　將RFID技術(shù)應(yīng)用于汽車制造業(yè)，融入到MES系統(tǒng)中,，可提升生產(chǎn)過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,，提高制造競爭力,，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、提高制造過程可視化監(jiān)控與產(chǎn)品質(zhì)量追蹤水平,、促進制造行業(yè)RFID技術(shù)應(yīng)用標準規(guī)范形成,、帶動我國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)用價值。

　　2 系統(tǒng)目標

　　基于以上需求分析,，提出以下系統(tǒng)總目標：充分利用RFID的技術(shù)優(yōu)勢,，結(jié)合總裝車間MES系統(tǒng)，解決企業(yè)現(xiàn)行ERP系統(tǒng)的計劃層與車間現(xiàn)場自動化系統(tǒng)過程控制層之間,、LES（Logistic Execution System,，物流執(zhí)行系統(tǒng)）車間內(nèi)部物流層面和MES系統(tǒng)生產(chǎn)控制層之間、車輛質(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題,，實現(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子目標：

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

　　（2）將RFID技術(shù)與融入生產(chǎn)車間的裝配工位之中,，利用RFID標簽標識零部件進行數(shù)據(jù)采集,，時刻掌握生產(chǎn)線物料消耗信息，無延遲拉動供應(yīng)物流,，進一步滿足JIT供貨模式的需求,；對重要部件進行安裝記錄，為質(zhì)量追溯系統(tǒng)提供翔實可靠的數(shù)據(jù)支持,。

　?。?）將RFID技術(shù)與現(xiàn)場可視化系統(tǒng)相結(jié)合，向工位工人提供實時準確的裝配指導(dǎo),。

　?。?）將RFID技術(shù)與車間人員管理系統(tǒng)和質(zhì)量追溯系統(tǒng)相結(jié)合，除了實現(xiàn)人員管理的功能,，還可以對裝配操作進行記錄,，實現(xiàn)裝配責任落實到人。

　　3 RFID技術(shù)在汽車總裝線上的應(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標簽,，所選擇的RFID標簽規(guī)格如表1,、表2 所示。

其中人員配備高頻RFID標簽,，標簽內(nèi)存放員工ID和基本信息,；每個零部件料箱中放置一枚高頻RFID標簽，標簽內(nèi)存放零部件號；每臺車輛上放置一枚超高頻RFID標簽,，標簽內(nèi)存放車輛唯一標識碼（VIN 碼）,。車輛標簽采用膠磁封裝，方便吸附于車體表面,。

　　在車輛上線之前,，工作人員將初始化的標簽安裝在車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,，完成上崗認證,，系統(tǒng)記錄當前工位員工上崗狀態(tài)信息。

　　在車輛上線前,，工作人員掃描車身VIN條碼,，超高頻讀寫器將VIN碼信息寫入其天線場強范圍內(nèi)的車輛RFID標簽，后續(xù)工位通過讀寫車身RFID標簽來完成生產(chǎn)線車輛監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集等工作,。

　　在裝配工位,，超高頻讀寫器讀取車輛標簽后，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,，并在高頻讀寫器上刷相應(yīng)零部件料箱中的高頻RFID標簽。系統(tǒng)獲取相應(yīng)車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)物流部門將零部件送達工位之后，系統(tǒng)更新零部件數(shù)量信息,。

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

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

　　4.1 系統(tǒng)功能模塊

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

車間人員管理：管理車間人員的基本信息,，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),。

　　總裝車間生產(chǎn)管理：在計劃層面從ERP系統(tǒng)獲取粗粒度生產(chǎn)計劃,，分解成為日生產(chǎn)計劃,，指導(dǎo)車間生產(chǎn),。在整車生產(chǎn)過程中對車輛的每一個裝配步驟進行指導(dǎo)和監(jiān)控,，以規(guī)范整個生產(chǎn)流程，其中包括向裝配工人提供裝配作業(yè)指導(dǎo),，自動化整車裝配和物料消耗數(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)實時反饋工位物料的消耗數(shù)據(jù)。

　　生產(chǎn)線可視化：提供對生產(chǎn)線和車輛狀態(tài)信息的實時反饋,，有利于管理人員實時掌握生產(chǎn)情況,。

　　RFID標簽管理：負責人員標簽的發(fā)放和管理，在車輛標簽的循環(huán)使用中對標簽進行發(fā)放和回收,，并針對車輛標簽進行資產(chǎn)管理,。

　　4.2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

　　本系統(tǒng)利用部署在車間服務(wù)器中的RFID軟件中間件對車間讀寫器網(wǎng)絡(luò)進行統(tǒng)一管理，有利于屏蔽RFID設(shè)備差異性,、提高RFID讀寫器網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和效率,，且RFID 設(shè)備不依賴工位終端，無需對工位終端進行特殊配置,，方便部署,。基于RFID 技術(shù)的汽車總裝制造執(zhí)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示：

4.3 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

　　本系統(tǒng)采用B/S架構(gòu),，在J2EE開發(fā)環(huán)境下,，結(jié)合Struts2、Hibernate,、Spring,、DWR等主流開源框架，具有良好的跨平臺兼容性,?；赗FID技術(shù)的汽車總裝管理系統(tǒng)的軟件架構(gòu)如圖3所示：

　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)實現(xiàn),。系統(tǒng)使用Struts框架整合Servlet,、JSP、自定義標簽和信息資源,，完成系統(tǒng)對前臺頁面操作的響應(yīng),。

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

　　DWR作為一種實現(xiàn)了Ajax交互能力的Web框架,，可以把服務(wù)器端的任何Java對象公開為可以通過瀏覽器中的JavaScript訪問的遠程對象。本系統(tǒng)利用DWR框架實現(xiàn)正向和反向Ajax功能,，將RFID處理模塊所獲取的數(shù)據(jù)實時推送至響應(yīng)業(yè)務(wù)模塊中,，減少瀏覽器冗余請求，降低服務(wù)器壓力,，提高系統(tǒng)運行效率,。

　　Spring框架是在J2EE的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的一個輕量級J2EE框架。本系統(tǒng)用它來為程序提供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)訪問層對象,，實現(xiàn)組件對象創(chuàng)建與使用之間的松耦合。

　　5 結(jié)語

　　據(jù)該系統(tǒng)在安徽某汽車生產(chǎn)企業(yè)總裝生產(chǎn)線上的實際運行情況表明,，基于RFID 技術(shù)的汽車總裝制造執(zhí)行系統(tǒng)使得企業(yè)能夠及時,、準確的掌握生產(chǎn)線狀態(tài)，提高生產(chǎn)效率,，確實有利于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。