基于 RFID 技術(shù)的信息化工廠設(shè)計(jì)

O 引 言

　　信息技術(shù)為制造業(yè)實(shí)施先進(jìn)制造戰(zhàn)略和提高競爭力提供了使能工具和平臺(tái)，用信息技術(shù)改造和提升傳統(tǒng)，妊業(yè)，增強(qiáng)企、 的競爭力，得到了眾多企業(yè)的重視，用信息化帶動(dòng)工、 化已經(jīng)成為我國廣大企業(yè)追求的目標(biāo)。而以無線RFID(射頻識(shí)別)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為代表的泛在計(jì)算技術(shù)，使計(jì)算世界和物理世界能夠緊密地集成起來。這樣，企業(yè)內(nèi)的 層管理軟件和底層食業(yè)運(yùn)作的真實(shí)情況就能夠緊密地集成起來，使得企業(yè)的參與者能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地得到企業(yè)運(yùn)作的真實(shí)情況，做出科學(xué)的決策。

　　本文提出采用RFID技術(shù)并結(jié)合工廠實(shí)際狀況構(gòu)建一個(gè)高效的信息化工廠。采用RFID技術(shù)，使工廠的每一 個(gè)物件對(duì)象信息存人信息載體中，便于數(shù)據(jù)采集終端對(duì)其信息進(jìn)行處理。在此基礎(chǔ)上，信息化工廠管理信息系統(tǒng)叮自動(dòng)、準(zhǔn)確、詳細(xì)地獲取工廠的運(yùn)作情況，使工廠的各層管理者獲取各自相關(guān)的信息并做出有效的決策，從而提高工廠的運(yùn)行效率。

1 RFID技術(shù)簡介

　　RFID俗稱電子標(biāo)簽，是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。

　　一個(gè)完整的RFID系統(tǒng)由讀寫器、標(biāo)簽及應(yīng)用系統(tǒng)3個(gè)部分所組成。其 作原理是：由讀寫器通過發(fā)射天線發(fā)送特定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)人有效工作 域時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而獲得能量被激活，使得電子標(biāo)簽將自身編碼信息通過內(nèi)置射頻天線發(fā)送出去；讀寫器的接收天線接收到從標(biāo)簽發(fā)送來的調(diào)制信號(hào)，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到讀寫器信號(hào)處理模塊，經(jīng)解調(diào)和解碼后將有效信息送至后臺(tái)主機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理：主機(jī)系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算識(shí)別該標(biāo)簽的身份，針對(duì)不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，最終發(fā)出指令信號(hào)控制讀寫器完成不同的讀寫操作 。

2 基于RFID技術(shù)的信息化工廠總體設(shè)計(jì)

　　2．1 信息化工廠

　　信息化工廠就是借助于現(xiàn)代信息技術(shù)，將工廠員工、生產(chǎn)設(shè)備、產(chǎn)品生產(chǎn)、庫存等塒象的相關(guān)信息存入相應(yīng)的信息載體中，從而對(duì)這些信息進(jìn)行整合處理，為各層管理者提供一個(gè)信息系統(tǒng)，使其隨時(shí)掌握整個(gè)工廠的運(yùn)行狀況，并在做出各種決策時(shí)有數(shù)據(jù)依據(jù)。構(gòu)建一個(gè)信息化 f：廠有助于提高生產(chǎn)設(shè)備的使用率，降低工廠的庫存，節(jié)約生產(chǎn)原料，縮短．1 廠的生產(chǎn)時(shí)間，降低生產(chǎn)成本，從而提高制造企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和競爭力。

　　2．2 信息化工廠管理信息系統(tǒng)

　　2．2．1 信息化工廠管理信息系統(tǒng)的總體框架

　　信息化工廠管理信息系統(tǒng)各層次的框架包括軟件平臺(tái)和應(yīng)用模塊體系，以及系統(tǒng)所依賴的硬件平臺(tái)。軟件平臺(tái)系統(tǒng)的基礎(chǔ)核心構(gòu)件，包括一系列實(shí)現(xiàn)各種核心邏輯的構(gòu)件，并封裝成不同的構(gòu)件包：調(diào)度策略構(gòu)件包、界面開發(fā)構(gòu)件包、生產(chǎn)過程模型構(gòu)件包、WIP(物料及在制品的跟蹤)構(gòu)件包、SPC(統(tǒng)計(jì)過程控制)分析構(gòu)件包、設(shè)備通信接口構(gòu)件包、ERP(企業(yè)資源計(jì)劃)接口構(gòu)件包、RFID終端構(gòu)件包等 j。應(yīng)用模塊體系建立在軟件平臺(tái)和硬件平臺(tái)的架構(gòu)之上，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各項(xiàng)具體管理功能，具體包括：生產(chǎn)過程信息管理、生產(chǎn)計(jì)劃及生產(chǎn)管理、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、物料跟蹤查詢、產(chǎn)品生產(chǎn)跟蹤查詢、產(chǎn)品生命周期檔案、質(zhì)量及績效分析查詢、生產(chǎn)設(shè)備信息管理、員工信息管理、庫存信息管理等。

　　2．2．2 信息化工廠管理信息系統(tǒng)的硬件平臺(tái)基礎(chǔ)

　　1)RFID標(biāo)簽

　　RFID標(biāo)簽作為標(biāo)簽攜帶者的信息載體，按應(yīng)用場合不同，采用非接觸式Ic卡、有源標(biāo)簽、紙質(zhì)標(biāo)簽等。具體標(biāo)簽的選擇，可參考各種標(biāo)簽的說明，如標(biāo)簽成本、標(biāo)簽是否再利用還是丟棄、標(biāo)簽的讀寫距離、最小標(biāo)簽分開距離要求、是否有金屬屏蔽、讀取位置、標(biāo)簽表面的印刷要求等。

　　2)RFID數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備及其通信方式

　　RFID數(shù)據(jù)采集設(shè)備按應(yīng)用場合不同，采用固定式讀寫器、發(fā)卡器、工業(yè)讀寫器等。固定式讀寫器可單獨(dú)使用，也可以采用模塊與用戶的系統(tǒng)集成使用，能同時(shí)連接多個(gè)天線，放在不同的區(qū)域或角度，分時(shí)掃描電子標(biāo)簽，通過串行接口(或者其他通信接口)與相關(guān)設(shè)備方便連接。適用于各種工業(yè)環(huán)境。發(fā)卡器或稱讀卡器，主要用來對(duì)射頻卡進(jìn)行具體內(nèi)容的操作，包括建立檔案、消費(fèi)糾錯(cuò)、掛失、補(bǔ)卡、信息修正等，它通常與計(jì)算機(jī)放在一起。從本質(zhì)上講，發(fā)卡器實(shí)際上是小型的射頻卡讀寫裝置。發(fā)卡器經(jīng)常與發(fā)卡管理軟件聯(lián)合使用。同一廠家的發(fā)卡器與其讀寫器相比，具有發(fā)射功率較小、讀寫距離短等特點(diǎn)。工業(yè)讀寫器具有現(xiàn)場總線接口，以便容易地集成到現(xiàn)有的設(shè)備中。

　　以上3種RFID數(shù)據(jù)采集設(shè)備可選擇RS-485串口通信電路和TCP／IP網(wǎng)絡(luò)通信接口電路中，并作為其中一種通信方式與PC機(jī)進(jìn)行通信。

　　2．2．3 信息化工廠管理信息系統(tǒng)的各子系統(tǒng)設(shè)計(jì)及功能

　　基于RFID技術(shù)的數(shù)據(jù)采集終端作為信息化工廠管理信息系統(tǒng)的物理基礎(chǔ)，同時(shí)也作為工廠信息中心的主要信息采集單元，將貫穿信息化工廠管理信息系統(tǒng)的整個(gè)過程。

　　信息化工廠管理信息系統(tǒng)由登記信息子系統(tǒng)、生產(chǎn)設(shè)備信息子系統(tǒng)、員工信息子系統(tǒng)、產(chǎn)品生產(chǎn)信息子系統(tǒng)、庫存信息子系統(tǒng)共5個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成。下面說明各個(gè)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及功能。

　　(1)登記信息子系統(tǒng)

　　登記信息子系統(tǒng)如圖1所示，用于登記工廠員工、生產(chǎn)設(shè)備、產(chǎn)品、生產(chǎn)原料等標(biāo)簽攜帶者的信息，并為之分配標(biāo)簽。如以上標(biāo)簽攜帶者的信息發(fā)生改變，還需及時(shí)更新其標(biāo)簽上相應(yīng)的信息。另外，該系統(tǒng)還可根據(jù)用戶需要，增加或者減少登記標(biāo)簽攜帶者信息。

　　在錄用員工時(shí)登記其相關(guān)信息并為其配置相應(yīng)IC卡，在員工離職時(shí)收回其IC卡，同時(shí)取消該IC卡與員工的關(guān)聯(lián)，以備下次使用。將產(chǎn)品和生產(chǎn)原料的相關(guān)信息輸入信息中心，它根據(jù)輸入的信息輸出相應(yīng)標(biāo)簽的信息到現(xiàn)場管理計(jì)算機(jī)，由標(biāo)簽打印機(jī)打印標(biāo)簽，并粘貼到相應(yīng)的對(duì)象上。根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備的性質(zhì)，為其配置有源標(biāo)簽，這樣有利于對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

　　標(biāo)簽攜帶在員工身上、生產(chǎn)設(shè)備上或者粘貼在產(chǎn)品、生產(chǎn)原料上，用于標(biāo)志每個(gè)不同的管理對(duì)象。當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器工作區(qū)后，接收到特定的電磁波，產(chǎn)生感應(yīng)電流，然后標(biāo)簽被激活，并與讀寫器進(jìn)行通信。

　　各種標(biāo)簽攜帶者的相關(guān)信息如下：

　　a)生產(chǎn)設(shè)備：標(biāo)簽內(nèi)碼、ID、名稱、制造日期、類型、技術(shù)性能、運(yùn)行狀況等。

　　b)員工：標(biāo)簽內(nèi)碼、ID、姓名、年齡、性別、工作種類、出勤記錄、工作完成情況等。

　　C)生產(chǎn)原料：標(biāo)簽內(nèi)碼、ID、名稱、產(chǎn)地、生產(chǎn)日期、生產(chǎn)公司、用途等。

　　d)產(chǎn)品：標(biāo)簽內(nèi)碼、ID、名稱、生產(chǎn)日期、生產(chǎn)原料信息、生產(chǎn)人員信息、訂購信息等。

　　標(biāo)簽內(nèi)碼是指標(biāo)簽出廠時(shí)設(shè)定的唯一編碼。ID是指工廠內(nèi)部使用的身份編號(hào)，如員工ID號(hào)、生產(chǎn)設(shè)備ID號(hào)、生產(chǎn)原料ID號(hào)、產(chǎn)品ID號(hào)等。各種標(biāo)簽攜帶者的其他信息可根據(jù)實(shí)際情況確定。

　　登記信息子系統(tǒng)是信息化工廠管理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)，在錄入信息時(shí)要確保相關(guān)信息的正確性。另外，需確保登記信息子系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，因?yàn)槠溆绊懙叫畔⒒S管理信息系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

　　(2)生產(chǎn)設(shè)備信息子系統(tǒng)

　　生產(chǎn)設(shè)備信息子系統(tǒng)如圖2所示，用于管理工廠中不同區(qū)域的各種生產(chǎn)設(shè)備，提高生產(chǎn)設(shè)備的使用效率。同時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行情況，對(duì)于故障的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行及時(shí)維修。如生產(chǎn)設(shè)備的信息發(fā)生變化，還需及時(shí)更新相關(guān)信息。另外，該系統(tǒng)還可根據(jù)用戶需要，增加或者減少標(biāo)簽攜帶者信息。

　　(3)員工信息子系統(tǒng)

　　員工信息子系統(tǒng)如圖3所示，可以方便地實(shí)現(xiàn)員工出入工廠管理，考勤數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)和信息查詢以及廠區(qū)定位等功能。從管理層的角度考慮，簡化了管理結(jié)構(gòu)，提高。廠管理的集中度，使管理層能夠集中、全面和隨時(shí)了解員工的有關(guān)情況。另外，分散的靜態(tài)手工資料向集中的動(dòng)態(tài)化信息資料的轉(zhuǎn)化，提高了管理層次，改善丫管理效率，也為工廠的事后稽查、個(gè)體員工考察和整體人力資源政策的制定提供了參考依據(jù)。

　　(4)產(chǎn)品生產(chǎn)信息子系統(tǒng)

　　根據(jù)RFID在自動(dòng)化生產(chǎn)線應(yīng)用環(huán)境和其EPC(產(chǎn)品電子代碼)協(xié)議，在Rician fading(萊斯衰減)和AWGN(加性高斯白噪聲)復(fù)雜環(huán)境下，用脈沖寬度編碼和移動(dòng)通信中應(yīng)用較多的正交調(diào)幅調(diào)制方式，綜合設(shè)計(jì)了一種RFID系統(tǒng)框架 ，即產(chǎn)品生產(chǎn)信息子系統(tǒng)，如圖4所示

　　產(chǎn)品生產(chǎn)信息子系統(tǒng)包括生產(chǎn)過程建模、生產(chǎn)計(jì)劃的自動(dòng)佳成和管理、產(chǎn)品生產(chǎn)管理。生產(chǎn)過程建模主要用于對(duì)各種產(chǎn)品的生產(chǎn)相關(guān)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)定。生產(chǎn)計(jì)劃的自動(dòng)生成和管理，確保生產(chǎn)資源分配達(dá)到最優(yōu)化目標(biāo)，同時(shí)提供實(shí)時(shí)生產(chǎn)情況的查詢，便于及時(shí)調(diào)整計(jì)劃。通過對(duì)流經(jīng)各個(gè)生產(chǎn)流程階段的產(chǎn)品原料上攜帶的標(biāo)簽讀寫識(shí)別，以及通過語音設(shè)備與現(xiàn)場工作人員互動(dòng)，及時(shí)了解現(xiàn)場狀況，從而實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地監(jiān)控整個(gè)工廠產(chǎn)品的生產(chǎn)管理過程，包括每批定單的執(zhí)行與完成情況、產(chǎn)品生產(chǎn)進(jìn)度跟蹤與控制、生產(chǎn)質(zhì)量控制、工人計(jì)件工資計(jì)算等。實(shí)行動(dòng)態(tài)的自動(dòng)產(chǎn)品生產(chǎn)管理及質(zhì)量控制，能與工廠現(xiàn)有的其他系統(tǒng)完美結(jié)合，能夠顯著地提高效率，降低成本。

　　(5)庫存信息子系統(tǒng)

　　庫存信息子系統(tǒng)如圖5所示，其實(shí)現(xiàn)對(duì)出入庫的自動(dòng)化、透明化、有序化管理，杜絕了人為差錯(cuò)。

　　另外，還能快速準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)采購控制、多庫協(xié)同作業(yè)、倉庫收發(fā)作業(yè)、先入先出、缺貨報(bào)警、滯銷品統(tǒng)計(jì)、銷售統(tǒng)計(jì)、商品調(diào)撥、退換貨控制等管理。

3 結(jié)束語

　　本文采用RF1D技術(shù)并結(jié)合工廠的實(shí)際狀況，構(gòu)建一個(gè)高效的信息化工廠，可提高工廠運(yùn)行效率。在構(gòu)建信息化工廠時(shí)采取有效抗干擾措施，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。另外，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造成本低，調(diào)試方便，有利于系統(tǒng)的普及。

　　企業(yè)信息化整體解決方案目前還處于探索階段，在其規(guī)劃、設(shè)計(jì)、實(shí)施、組織、過程重組、集成框架與集成平臺(tái)構(gòu)建、系統(tǒng)集成、系統(tǒng)維護(hù)等方面還有大量的問題需要研究。本文僅是對(duì)構(gòu)建一個(gè)信息化工廠進(jìn)行的初步研究，通過在實(shí)際中的運(yùn)用和信息反饋，其硬件框架和軟件設(shè)計(jì)將得到不斷完善。