一、物联网RFID技术

    物联网（The Internet of Things，IOT）是指将物体通过传感设备、通信手段实现全面互联的网络，包括物与物之间的互联互通，也包括人与物之间的互联互通。物联网是应用信息通信技术的最新产物，可实现智能化的实时管理和控制，已成为国际新一轮信息技术竞争的关键点和制高点。据美国权威咨询机构FORRESTER预测：到2020年，世界上物物互联的业务，跟人与人通信的业务相比，将达到30:1。因此，“物联网”被称为是下一个万亿级的通信业务，将成为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第三次浪潮。我国物联网技术和标准的发展与国际基本同步，《在重大专项、优先主题、前沿技术三个层面均列入传感网的内容

    物联网通过RFID技术、红外传感器、全球定位系统或激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通讯，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网技术的关键在于数据采集环节，其中RFID技术是当前物联网的主流应用形式。

    RFID系统是利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递，并通过所传递的信息达到识别目的。RFID系统通常由标签、阅读器和数据管理系统三部分组成。标签包含天线、芯片、调制器、编码器以及储存器等单元；阅读器由天线、射频收发模块和控制单元等部分组成；控制模块通常包含放大器、解码和纠错电路、微处理器、时钟电路、标准接口以及电源电路等。

    RFID技术具有无线交换数据、数据读写无需接触、标签可小型化和多样化、耐环境性、可重复使用、穿透性、数据的记忆容量大、安全性以及便于数据管理和分析等优点，目前典型应用于交通运输、智能电网、电信运营、现代物流、制造业（实时监控，质量追踪）、产品防伪、环境监控、食品药品监管、馆藏管理等领域。

二、现状与需求

    随着制造业信息化工程的实施，企业完成了由最初的MIS、CAx提升到MRPII/ERP、PDM/PLM等系统，这些系统基本覆盖了产品设计、工艺设计与经营管理等过程，满足了企业大部分需求。企业也从“甩图板、甩图纸、甩账本”与“数字化样机”等实施应用中受益匪浅。 然而，制造过程自动化与ERP（Enterprise Resource Planning）融合不够，主要是生产过程控制和质量控制的应用深度不够，制造过程的信息采集、处理、分析、展现等方面还需要进一步精细化，具体情况表现为：

    （1）数据共享与系统集成：各车间的协同作业和各业务部门数据不能共享，无法确保企业内部数据一致、准确，且仍需大量人工重复录入。

    （2）生产数据采集：车间管理层需要对生产过程信息进行现场采集，及时掌握每个工单对应的操作者、机床设备、加工物料、额定工时、工位数据，以实现对产品生产过程跟踪。

    （3）生产过程跟踪：需要对关键零部件（如中墙板、罗拉、主轴等）加工过程中的设备运行状态、加工时间、质检情况、安装状况进行实时跟踪。

    （4）质量分析与追溯：在数据采集基础上进行质量统计分析，实时了解生产过程中的质检信息，通过追溯某批零件使用的毛坯批次、子装配中的零件批次以及每个零件具体批次的生产过程，找出影响加工质量的主要原因。

    由于企业现有信息系统还覆盖不到生产制造的最前端，无法得到制造过程的全局数据以展现给决策者进行分析，导致企业缺乏供应链内的生产同步；缺乏评估生产绩效和生产跟踪的统计数据；无法及时动态调整资源规划等。这些问题往往会造成生产线上出现诸如制造过量、库存浪费、次品多、等待时间长、加工时效低以及大量的冗余移动作业等现象。为此，企业急需利用物联网技术，来满足生产跟踪和可追溯性等诸多需求，进一步提高离散制造企业的信息化精密度。

三、系统总体目标与架构

    基于物联网技术的质量追溯系统是建立在企业制造执行系统UniMax MES（Manufacturing Execution System）平台上，采用RFID技术实现生产过程数据采集，解决生产过程中的质量控制难题，同时运用精益化管理思想优化加工流程，形成完整的产品跟踪和质量追溯系统。该系统的总体实施

总体架构包括“生产计划”、“生产执行”和“质量管理”等3个业务模块以及接口管理模块

  在系统硬件平台部署中，充分考虑系统架构的可用性、数据安全性与扩展兼容性，采用系统集群技术，通过负载均衡和双机热备（一主一备双机自动切换）方式实现系统高稳健运行。在车间层，采用多种数据采集终端，如手持RF、工控机终端、RFID等控制手段以及LED大屏展示看板，对车间进行综合管控。

    该系统通过接口管理模块和通讯协议实现与SAP（Systems，Application and Products in Data processing，德国企业管理解决方案软件）/SFC（Shop Flow Control，车间控制系统）系统无缝集成，即通过不同类型接口从上层管理系统读取数据，用作车间生产的参考依据；同时将收集到的生产和设备数据及时反馈到上层管理系统，作为分析与决策参考依据。

四、系统主要业务模块功能

    为了确保生产过程处于受控状态，系统对直接或间接影响过程质量的因素进行重点控制（分析、诊断和监控），并制定实施控制，确保产品制造过程质量。本文以纺织机械典型控制零件之一中墙板为例具体说明该系统业务功能与特点。

 1．生产计划模块

    车间层的生产计划来源于外部系统（SAP/SFC）根据销售订单按照排产规则生成的生产计划。生产计划主要是参考SFC系统内下达的《月度生产进度要求》和《月份缺件清单》，结合SAP系统产生的《月度产品均衡装配计划》，来确定车间生产的主计划，进而排出周生产计划，最后确定生产班次、机床设备与操作人员。该系统通过数据接口模块从外部系统导入生产工单，并同步调整更新外部系统的订单以及撤单信息，以便及时调整车间实际业务、实时查询或反馈现场信息。

    根据企业生产计划的特点，系统通过数据库自动定时获取主生产计划，然后在系统中自动编制排序生产计划；也可通过访问系统Web页面手动导入Excel生产计划或根据系统中已经维护的基础数据，人工编制生产计划。生产计划模块实现功能如下：

    （1）统筹生产计划，实现生产计划的统一规划、可控和可追溯；

    （2）实现与外部系统（SAP/SFC）主机生产计划的同步，提供生产计划的导入功能；

    （3）提供生产计划的实时查询、导出Excel文件功能；

    （4）提供调整、拆分后生产工单的同步更新功能；

    （5）通过与外部系统的集成和信息交互，实现计划调整和车间执行情况的快捷查询

 2．生产执行模块

    中墙板需要经过六道工序，根据其材质与加工工艺特点，系统采用抗金属RFID进行跟踪（按中墙板工艺路线，分别设置8个RFID的数据采集点和1个RFID写入点。在中墙板的工艺起始点，设置RFID写入点，写入内容包括中墙板编号、写入时间等信息。

系统采用无线固定RFID设备自动采录生产加工信息。具体生产跟踪流程是：车间计调室根据生产计划信息和操作人员信息下达生产指令后，在中墙板上线前进行产品初始化关联；操作员在每块中墙板上安装RFID标签，然后读取RFID信息，关联生产计划和产品编号；在中墙板加工过程中，系统自动扫描RFID标签，记录产品编号、加工时间以及操作员信息；在所有工序完成后，触发ERP报工和生成中墙板加工过程质量档案。

 生产执行模块具有以下特点：

    （1）生产过程关联多样化：支持初始工单关联产品的生产；支持按产品类型进行生产，在生产过程中/完毕后进行工单关联。

    （2）信息录入灵活：支持单工位多工序报工；工作信息批量录入。

    （3）报工方式灵活：支持RFID自动报工，同时支持手持终端报工。

    （4）信息查询便捷：支持按人员、机台、产品、时段、工序等进行实时信息查询

 3．质量管理模块

    质量管理主要记录、跟踪和分析产品及过程质量数据，用以控制产品质量，确定生产中需要注意的问题。质量管理模块功能分两部分完成，一部分是数据采集客户端，主要进行质量数据的录入（检验员在检测零件时，通过布置在车间的数据采集终端或手持终端上报质检结果）；另一部分是系统Web页面，主要进行质量数据的基础信息维护，补录未在客户端及时录入质量数据以及质量信息查询等。

    质量管理模块提供对质量基础数据的维护，使质量数据格式标准化，便于进行质量数据录入和查询，具体功能如下：

    （1）数据录入：支持各道工序产品检验结果信息的录入，包括工序加工量、机台型号、合格数量、报废数量、操作者及检验者等。系统将信息自动计入相关操作者的质量档案中，便于对生产质量进行总结评估。

    （2）信息查询：通过用户界面输入姓名、工号、批次号、时段、型号、检验项目及处理方式等条件或组合条件，查询加工量、合格量、报废量、返修量等数据，方便管理者分析决策。

    （3）质量追溯：通过扫描加工后的中墙板RFID标签，现场显示器可显示该中墙板型号、已加工工序、每道工序的操作者、合格或报废信息。

    （4）报表统计：支持指定时段内（月、周、日）常规质量报表的定制与输出，包括每个操作员及各型号中墙板各工序的加工数量、合格数量、报废数量，以及车间日生产完成情况、月度废品考核报表、班组或操作员生产合格率统计等报表，为生产绩效管理提供基础数据。

    （5）提供决策依据：管理者可实时跟踪生产线主要指标，监控产品生产及质量情况，及时发现异常问题，方便生产调度。信息统计分析提供最新的实际制造过程结果报告，便于对当前生产绩效进行评价与指导。

质量追溯系统基于网络数据库统一集中安全管理，通过规范并完善企业制造规范、制造工艺、制造资源、制造过程等基础数据，利用RFID技术跟踪产品生产过程中的加工、人员信息和产品安装情况以及质量追溯信息，彻底解决了企业运营管理与实际生产执行过程中的协同问题，实现了生产计划和生产制造系统之间的数据一体化集成管理，提高了企业生产经营管理与控制决策能力，在纺机制造行业尚属首次应用。提升产品质量，提高设备效率，降低维护成本以及通过质量追溯完善售后服务，物联网为我国现代制造业带来创新模式和服务手段，将全面带动制造业技术创新，提升制造业信息化的管理水平，加速我国制造业从“中国制造”向“中国创造”转变。

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