基于RFID技術(shù)的MES產(chǎn)品追蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　1 引言

　　針對現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中對于產(chǎn)品追蹤存在信息出錯，信息滯后等問題，嘗試?yán)眯碌奈锫?lián)網(wǎng)技術(shù)來解決這些問題，RFID 電子標(biāo)簽技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心，將RFID 應(yīng)用在供應(yīng)鏈端，廠商在產(chǎn)品外貼上卷標(biāo)，卷標(biāo)發(fā)射的訊號可自動、及時地被接收器識別讀取，可以實(shí)現(xiàn)商品從原料、產(chǎn)品、成品、運(yùn)輸、倉儲、上架、銷售，甚至退貨處理等所有環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時的追蹤、記錄，因此自動化程度提高，降低了人為的錯誤率，提升供應(yīng)鏈管理的效率。

　　采用RFID 技術(shù)、采用SOA軟件架構(gòu)、移動終端、3G無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為硬件平臺;MES (Manufacturing Execution System)為軟件平臺，實(shí)現(xiàn)通過移動終端上的RFID 閱讀器自動無線掃描產(chǎn)品上電子標(biāo)簽，并將掃描的信息數(shù)據(jù)通過3G模塊發(fā)送到后臺MES 中，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的追蹤和管理。

　　2 RFID技術(shù)

　　RFID (Radio Frequency Identification)無線頻射識別，一種非接觸式的自動識別技術(shù)，由頻射信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)信息。RFlD系統(tǒng)一般有標(biāo)簽、閱讀器、應(yīng)用接口(中間軟件)、網(wǎng)絡(luò)、管理系統(tǒng)構(gòu)成。標(biāo)簽就是產(chǎn)品包裝上的條形碼，能夠記載其基本的信息，讀寫器在移動終端上識別標(biāo)簽的光電閱讀器，同時具有向RFID 標(biāo)簽寫入的功能，應(yīng)用接口就是在移動終端上通過Android技術(shù)開發(fā)的軟件能完成RFID 標(biāo)簽數(shù)據(jù)信息的收集，通過無線3G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時傳送，到MES 管理系統(tǒng)中。

　　RFID 系統(tǒng)組成如圖1所示，工作原理是閱讀器發(fā)射特定頻率的無線電波傳給應(yīng)答器，應(yīng)答器電路將內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳送出去，閱讀器在依次接受數(shù)據(jù)并解讀數(shù)據(jù)，最后送給應(yīng)用程序作出響應(yīng)。

　　圖1 RFID 系統(tǒng)的基本組成

　　在工業(yè)生產(chǎn)中，RFID 技術(shù)是以RFID 模塊形式應(yīng)用在供應(yīng)鏈上，RFID 模板具體是采用RFID 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中的實(shí)時監(jiān)控，系統(tǒng)以Web服務(wù)中聞件為后臺系統(tǒng)支撐平臺，在產(chǎn)品上貼附RFID 標(biāo)簽，在生產(chǎn)車間安裝具有RFID 讀寫識別系統(tǒng)的移動終端，通過3G無線網(wǎng)絡(luò)傳輸前端移動終端系統(tǒng)與后端系統(tǒng)的信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互更新，而且系統(tǒng)實(shí)時定位產(chǎn)品的位置以及完成工序情況，方便進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度。

　　這種新引入的RFID 技術(shù)較傳統(tǒng)的二維條碼相比更具優(yōu)勢，RFlD叮以存儲的信息量更大，保密性更強(qiáng)，可耐用和可讀寫，RFID 標(biāo)簽上的數(shù)據(jù)可以反復(fù)修改，能夠在生產(chǎn)車間內(nèi)部循環(huán)使用，可以降低成本。RFlD技術(shù)可以在二維條碼技術(shù)無法適應(yīng)的環(huán)境下使用，如高粉塵的污染或是野外環(huán)境。

　　3 管理系統(tǒng)MES

　　制造執(zhí)行系統(tǒng)MES ，在制造業(yè)中至關(guān)重要，它連接著下層的過程控制系統(tǒng)和上層的企業(yè)資源計(jì)劃，并執(zhí)行制造計(jì)劃。很多大型制造企業(yè)都部署了過程控制系統(tǒng)和企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)，企業(yè)在設(shè)備自動化轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，需要對產(chǎn)品的工藝流程和參數(shù)進(jìn)行實(shí)時追蹤，這涉及到生產(chǎn)信息的采集和傳遞，如何把車間的生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時的傳遞到企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)，控制產(chǎn)品生產(chǎn)和設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)問題是尤為重要的。MES 系統(tǒng)作為連接上下層的橋梁。對于產(chǎn)品的全程追蹤、信息的采集和傳遞發(fā)揮了巨大的作用。

　　MES 在企業(yè)中不僅僅是一個信息系統(tǒng)，它匯聚了整個產(chǎn)品從下單生產(chǎn)到成品出入倉庫銷售退貨全過程的軟、硬件組件，準(zhǔn)確利用各種數(shù)據(jù)來引導(dǎo)車間的各項(xiàng)活動，MES 系統(tǒng)與外界系統(tǒng)進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)交互。MES 系統(tǒng)可以進(jìn)行工序詳細(xì)調(diào)度、資源分配和狀態(tài)管理、生產(chǎn)單元的分配、文檔的控制、產(chǎn)品追蹤和產(chǎn)品清單管理、質(zhì)量管理、過程管理、維護(hù)管理、人力資源管理、性能分析和數(shù)據(jù)采集。

　　MES 系統(tǒng)中過程管理是生產(chǎn)中的核心，在生產(chǎn)中，過程管理可以對產(chǎn)品的生產(chǎn)流程進(jìn)行管理、產(chǎn)品信息的追蹤、產(chǎn)品歷史的查閱、產(chǎn)品性能的分析和監(jiān)控。過程管理由以下幾部分組成如圖2所示。這個過程管理中過程監(jiān)視是基礎(chǔ)，也是尤為重要的，為制造過程提供了數(shù)據(jù)采集，反應(yīng)了整個生產(chǎn)過程中現(xiàn)場的各種數(shù)據(jù)。因此對數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性要求是非常高的。而且生產(chǎn)中的各種數(shù)據(jù)是非常繁多的，如果依靠人工很難迅速準(zhǔn)確地把握，只有在產(chǎn)品上貼有RFID 標(biāo)簽，然后通過閱讀器識別RFID 標(biāo)簽并解碼得到信息才能提高數(shù)據(jù)采集的效率，讓管理人員能夠迅速的掌握到現(xiàn)場的各種數(shù)據(jù)，對于生產(chǎn)中出現(xiàn)的各種狀況，可以及時地解決。

　　圖2 過程管理的組成

　　過程監(jiān)視中的數(shù)據(jù)采集，主要針對工廠、車間、生產(chǎn)線三個層次進(jìn)行實(shí)時的查詢，若對單個產(chǎn)品生產(chǎn)狀況的查詢，可以通過對生產(chǎn)的進(jìn)度、產(chǎn)品的制造參數(shù)以及產(chǎn)品工序的設(shè)定值進(jìn)行比較分析，也可以對質(zhì)量事故進(jìn)行追蹤，通過對海量數(shù)據(jù)的分析和處理。從而快速地發(fā)現(xiàn)問題。對癥下藥。過程監(jiān)視的功能圖如圖3所示。

　　圖3 過程監(jiān)視基本功能

　　在過程監(jiān)視中最重要的是產(chǎn)品的管理，而產(chǎn)品的管理巾最為關(guān)注的是產(chǎn)品的追蹤，即對產(chǎn)品，設(shè)備、人員、材料的信息進(jìn)行實(shí)時的跟蹤，對生產(chǎn)過程中的故障或異常，根據(jù)掃描產(chǎn)品上RFID 標(biāo)簽來確認(rèn)發(fā)生狀況的位置，然后采取有效的措施，降低生產(chǎn)故障或異常帶來的巨大損失。對于產(chǎn)品的準(zhǔn)確追蹤是近年來最為困擾MES 系統(tǒng)的問題，由于現(xiàn)場環(huán)境的復(fù)雜，人為因素的難以控制。使得問題始終得不到解決。但是隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，無線3G網(wǎng)絡(luò)的日趨成熟，可以通過利用移動終端上的RFID 閱讀器對RFID 標(biāo)簽進(jìn)行掃描解碼，經(jīng)過無線3G網(wǎng)絡(luò)的傳輸，將產(chǎn)品的信息及時的反饋到后臺進(jìn)行處理。從而實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品的追蹤。

　　4 移動終端對RFID的識別和3G網(wǎng)絡(luò)的傳輸

　　移動終端是可以移動使用的計(jì)算機(jī)設(shè)備，比較廣泛的指手機(jī)、平板電腦、POS機(jī)等，它具有多種應(yīng)用功能，是一種智能型的設(shè)備。隨著無線3G網(wǎng)絡(luò)和Android技術(shù)的發(fā)展，可以應(yīng)用的方向越來越寬泛，也帶來了移動信息時代。同時隨著集成電路技術(shù)的更新。移動終端的處理能力十分強(qiáng)大，逐漸發(fā)展成可以處理各種綜合信息。它可以GPS定位、信息處理、模式識別等。

　　識別RFID 標(biāo)簽是通過RFID閱讀器來進(jìn)行識別的，同時需要安裝3G模塊才能完成對信息的識別和傳輸，現(xiàn)在可以嘗試采用將RFID 閱讀器和3G模塊集成到一個開發(fā)板，即移動終端設(shè)備上，這樣方便簡捷。同時可以在移動終端上利用Android技術(shù)開發(fā)軟件。實(shí)現(xiàn)對RFID 標(biāo)簽進(jìn)行讀寫的功能。

　　移動終端識別RFID 標(biāo)簽主要是基于J2ME平臺開發(fā)的移動終端應(yīng)用程序，用戶可以使用移動終端上的RFID 閱讀器識讀RFID 標(biāo)簽，然后通過在移動終端上開發(fā)的識別系統(tǒng)對標(biāo)簽進(jìn)行處理并對RFID 解碼，使其能夠準(zhǔn)確的恢復(fù)編碼前的信息，最后通過無線3G網(wǎng)絡(luò)將信息傳回后臺的服務(wù)器進(jìn)行處理，這個移動終端的識別系統(tǒng)提供了更為方便的數(shù)據(jù)交互通道。J2ME開發(fā)平臺，是由多種配置、簡表和可選包構(gòu)成。可以滿足市場上不同種類嵌入式設(shè)備的需求。它最大的優(yōu)點(diǎn)在于可移植性，一次開發(fā)多次使用。

　　5 系統(tǒng)總體對產(chǎn)品的追蹤

　　在工業(yè)生產(chǎn)中，對產(chǎn)品貼上RFID 標(biāo)簽后，通過移動終端對RFID 的識別和3G網(wǎng)絡(luò)的傳輸，到最后的MES 管理系統(tǒng)中，對于產(chǎn)品的精確追蹤一直是一個有待解決的問題。

　　產(chǎn)品是指原材料從下單開始的第一道工序起，到最后形成成品前這個生產(chǎn)過程中所有未完成產(chǎn)品或零部件，它以各種形態(tài)大量的存現(xiàn)在各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，它直接影響生產(chǎn)的進(jìn)度，資金的周轉(zhuǎn)，甚至各種矛盾都在它的流轉(zhuǎn)中暴露。它不僅面廣、生產(chǎn)環(huán)節(jié)多、交接十分頻繁，總處于流動狀態(tài)，因此對于產(chǎn)品的管理非常困難，最主要的是與產(chǎn)品相關(guān)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)多，數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)維護(hù)的工作量非常大。為了解決這個問題，可以在每個產(chǎn)品上貼上RFlD標(biāo)簽，利用移動終端能精準(zhǔn)掃描RFID 標(biāo)簽、無線3G網(wǎng)絡(luò)傳輸快的特點(diǎn)對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。例如在生產(chǎn)車間，工人利用移動終端上RFID 閱讀器識別RFID 標(biāo)簽，再通過移動終端上開發(fā)的系統(tǒng)對圖像進(jìn)行處理、解碼，很快就顯示出編碼前的信息，最后通過無線3G網(wǎng)絡(luò)迅速傳輸?shù)胶笈_，后臺的監(jiān)聽程序接收到這些信息后，對信息進(jìn)行處理，然后再返回到移動終端，表示工人的請求已經(jīng)處理。特別是這種無線3G網(wǎng)絡(luò)的傳輸模式比普通的有線網(wǎng)絡(luò)快很多，并且將復(fù)雜的邏輯處理交給了后臺的監(jiān)聽程序，分工明確，各司其責(zé)，對于制造業(yè)的車間生產(chǎn)極具有應(yīng)用前景。這個處理方式的總體架構(gòu)圖如圖4所示。

　　圖4 移動終端對產(chǎn)品追蹤的總體架構(gòu)

　　其程序?qū)崿F(xiàn)步驟如下：采用Eclipse集成開發(fā)工具，一共開發(fā)五個模塊，由主模塊引導(dǎo)其他五個模塊如圖5所示。調(diào)用關(guān)系圖：

　　圖5 系統(tǒng)軟件流程圖

　　3G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)到MES 后，最后將數(shù)據(jù)更新的結(jié)果顯示到后臺總計(jì)算機(jī)上。

　　6 結(jié)語

　　根據(jù)制造業(yè)企業(yè)的現(xiàn)狀，對MES 使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來追蹤產(chǎn)品，有效防止了生產(chǎn)過程中的弊端，極大地優(yōu)化了生產(chǎn)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集情況，提高了生產(chǎn)監(jiān)控的信息量，減少了差錯，使得企業(yè)設(shè)備的利用率明顯提高，同時也減少了人為失誤帶來的不必要的損失。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的繼續(xù)更新，對于產(chǎn)品的追蹤將更加精確和完善。本文正是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對制造業(yè)產(chǎn)品追蹤的問題提出了新的解決方案。