基于ＲＦＩＤ的汽車制造企業(yè)生產(chǎn)物流的研究

摘要：RFID是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它具有讀取距離遠(yuǎn)、存儲(chǔ)量大、存儲(chǔ)信息易改等優(yōu)點(diǎn)。本文以某汽車制造企業(yè)總裝車間為研究對(duì)象，在簡(jiǎn)單介紹了RFID技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出并構(gòu)建了基于RFID的生產(chǎn)物流管理信息系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)以及軟件的主要功能模塊。

關(guān)鍵詞：RFID；汽車制造企業(yè)；生產(chǎn)物流

中圖分類號(hào)：F270.7:F407.471文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1002-3100(2007)01-0103-03

Abstract: RFID is a remote automatic identification technology， which has many advantages， such as a long-distance contact， a bigger storage and more flexible memory. This paper researches the assembly line of automobile enterprise， introduces the Radio Frequency Identification briefly， puts forward the production logistics management information system based on RFID and designs the whole structure model of the system and main function module of the software.

Key words: radio frequency identification; automobile manufacturing enterprise; production logistics

汽車工業(yè)正在以前所未有的進(jìn)程飛速發(fā)展，為了讓汽車生產(chǎn)商能夠制造出更好更合格的汽車，生產(chǎn)過程中的物流信息采集和跟蹤管理變得越來越重要。現(xiàn)在的生產(chǎn)物流中的信息采集模式基本采用的是“人工+條形碼”的方式，此方式有如下不可避免的缺陷：手工輸入方式錯(cuò)誤率較高；條碼數(shù)據(jù)包含信息量小，不能及時(shí)反映產(chǎn)品需求變化的信息；信息不能交互傳遞[1]。因此要改善生產(chǎn)管理的效果，降低產(chǎn)品的成本，必須從根本的信息采集技術(shù)入手，從而改變生產(chǎn)過程中的信息傳遞方式。本文針對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)物流中的信息采集方式和跟蹤管理方面存在的不足，提出基于RFID（Radio Frequency Identification，射頻識(shí)別）的生產(chǎn)物流管理信息系統(tǒng)，利用RFID的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)和數(shù)據(jù)采集技術(shù)來實(shí)現(xiàn)與生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)的無縫鏈接，以便能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控生產(chǎn)及產(chǎn)品流向，提高產(chǎn)品下線合格率。

基于RFID的生產(chǎn)物流管理信息系統(tǒng)能夠在線實(shí)時(shí)地反映生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)和物流信息，使生產(chǎn)調(diào)度、質(zhì)檢及管理人員能夠隨時(shí)了解客車生產(chǎn)的全貌，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整作業(yè)計(jì)劃，便利地解決生產(chǎn)中的問題，作到均衡生產(chǎn)。同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)車間管理的各個(gè)業(yè)務(wù)部門之間的信息共享，改善企業(yè)內(nèi)部的信息交換方式，為企業(yè)決策者提供動(dòng)態(tài)的監(jiān)控生產(chǎn)。

1RFID技術(shù)與EPC 代碼

1.1RFID技術(shù)

RFID（Radio Frequency Identification）是一種非接觸的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，其基本原理是利用射頻信號(hào)和空間耦合(電感或電磁耦合)傳輸特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)被識(shí)別物體的自動(dòng)識(shí)別[2]。RFID系統(tǒng)通常由讀寫器、標(biāo)簽、天線以及控制器（PC機(jī)）組成，它們之間的連接關(guān)系如圖1所示。讀寫器是用來識(shí)別標(biāo)簽的電子裝置，它是通過發(fā)送電磁波為標(biāo)簽提供電源，使其能夠?qū)⒋鎯?chǔ)在微型晶片上的數(shù)據(jù)傳回。標(biāo)簽是作為產(chǎn)品電子代碼（Electronic Product Code，EPC）的信息載體，當(dāng)受無線電射頻信號(hào)照射時(shí)，能反射回?cái)y帶有電子代碼信息的無線電射頻信號(hào)，供讀寫器處理識(shí)別。

讀寫器與標(biāo)簽之間是利用無線感應(yīng)方式進(jìn)行信息交換的，它具有以下特點(diǎn)：可以非接觸識(shí)別；無需“視線”所及，可以穿過水、油漆、木材甚至人體進(jìn)行識(shí)別；可以識(shí)別快速移動(dòng)物品；可同時(shí)識(shí)別多個(gè)物品等[3]。在RFID系統(tǒng)的應(yīng)用中，標(biāo)簽附著在被識(shí)別的物體上（表面或內(nèi)部），一旦帶有電子標(biāo)簽的被識(shí)別物體進(jìn)入可識(shí)讀范圍時(shí)，讀寫器以自動(dòng)無接觸的方式將約定的信息從標(biāo)簽中讀取出來，從而完成自動(dòng)識(shí)別物品或者自動(dòng)收集物品標(biāo)志信息的功能。采用RFID最大的好處是可以對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)過程進(jìn)行可視化管理，以有效地降低成本。因此，越來越多的制造商都在關(guān)心和支持這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。

1.2EPC代碼

EPC的全稱是Electronic Product Code電子產(chǎn)品代碼，由分別代表版本號(hào)、制造商、物品種類以及序列號(hào)的編碼組成。EPC碼是對(duì)實(shí)體及實(shí)體的相關(guān)信息進(jìn)行代碼化，通過統(tǒng)一并規(guī)范化的編碼建立全球通用的信息交換語言，它具有惟一性、簡(jiǎn)單性、可擴(kuò)展性以及保密性與安全性這些特點(diǎn)。EPC提供對(duì)實(shí)體對(duì)象的全球惟一標(biāo)識(shí)，一個(gè)EPC 代碼只標(biāo)識(shí)一個(gè)實(shí)體對(duì)象[4]。

EPC代碼是條碼技術(shù)的拓展，是進(jìn)一步提高物流供應(yīng)鏈管理水平，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有實(shí)體對(duì)象（包括零售商品、物流單元、集裝箱、貨運(yùn)包裝等）的唯一有效標(biāo)識(shí)。這項(xiàng)具有革命性意義的新技術(shù)，已受到了世界發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)高新技術(shù)與應(yīng)用企業(yè)的高度重視。在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用RFID、無線數(shù)據(jù)通信等技術(shù)，構(gòu)造一個(gè)覆蓋世界上萬事萬物的實(shí)物互聯(lián)網(wǎng)（Internet of things）。其實(shí)質(zhì)是以RFID技術(shù)為載體，通過計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物品（商品）的自動(dòng)識(shí)別和信息的互聯(lián)與共享。

2基于RFID的某汽車制造企業(yè)生產(chǎn)物流管理信息系統(tǒng)

2.1系統(tǒng)的需求分析

某汽車制造企業(yè)總裝車間的生產(chǎn)物流按工藝流程進(jìn)行，總裝車間主要完成車身與底盤的組裝以及內(nèi)飾件的安裝，通過調(diào)查研究與分析，該總裝車間的生產(chǎn)物流管理系統(tǒng)大致存在如下問題:

（1）在裝備過程中，各環(huán)節(jié)的信息錄入均由手工完成，經(jīng)常出現(xiàn)抄錄錯(cuò)誤，導(dǎo)致工作步驟不能正常銜接，影響了整個(gè)生產(chǎn)流通。

（2）車間工人實(shí)行的是每日一班工作制，每班的工人人數(shù)是固定的，有時(shí)由于原材料短缺或設(shè)備故障等原因而使部分工人的工作量不能達(dá)到飽和，從而增加了生產(chǎn)成本。

（3）當(dāng)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品有缺陷時(shí)，由于記錄的不完全和數(shù)據(jù)的不統(tǒng)一，不能及時(shí)查詢到具體的負(fù)責(zé)人員。

（4）生產(chǎn)線與倉庫溝通銜接不夠好，導(dǎo)致配料效率低。

（5）管理人員不能直觀及時(shí)地了解生產(chǎn)線狀況，從而不能根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整作業(yè)計(jì)劃，便利地解決生產(chǎn)中的問題。

根據(jù)上述需求分析，信息傳遞的延遲以及信息的不準(zhǔn)確是整個(gè)問題的關(guān)鍵，因此要改善生產(chǎn)管理的效果，降低產(chǎn)品的成本，必須從根本的信息采集技術(shù)入手，從而改變生產(chǎn)過程中的信息傳遞方式。基于這種情況，提出了基于RFID的物流管理信息系統(tǒng)。

2.2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過上述的需求分析，建設(shè)符合現(xiàn)代企業(yè)全面信息管理的需求，在制品組裝生產(chǎn)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)追蹤信息管理系統(tǒng)，使管理人員在后臺(tái)即可看到在制品的裝備情況。系統(tǒng)除了需要對(duì)生產(chǎn)過程的監(jiān)控以外，還要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的共享與實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)，以便于管理部門的生產(chǎn)監(jiān)測(cè)與調(diào)度。綜合以上要求以及該單位的實(shí)際情況，系統(tǒng)主體設(shè)計(jì)采用分布式控制的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖2所示。整個(gè)系統(tǒng)由生產(chǎn)業(yè)務(wù)管理層、生產(chǎn)過程監(jiān)控層以及數(shù)據(jù)采集管理層所組成[5]，并利用通信接口與以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)將信息服務(wù)器、現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控服務(wù)器、RFID閱讀器以及其它模塊和終端連接起來。

（1）數(shù)據(jù)采集管理層。數(shù)據(jù)采集管理是生產(chǎn)過程監(jiān)督和控制的基礎(chǔ)，它負(fù)責(zé)收集生產(chǎn)線上在制品的裝備信息等，打包后上傳到公司管理部門，供生產(chǎn)過程監(jiān)督和控制分析使用。RFID是數(shù)據(jù)采集管理層的核心，通過讀寫器采集電子標(biāo)簽中的信息，進(jìn)行簡(jiǎn)單的信息預(yù)處理（解碼、防沖撞、多通道信息去重、信息過濾、分類）。

（2）生產(chǎn)過程監(jiān)控層。生產(chǎn)過程監(jiān)控層負(fù)責(zé)管理生產(chǎn)過程中在制品的加工信息和生產(chǎn)線的狀態(tài)信息，并將這些實(shí)時(shí)信息及時(shí)呈遞給生產(chǎn)管理部門，使企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)和生產(chǎn)管理人員能夠掌握第一手的生產(chǎn)作業(yè)情況。同時(shí)，管理部門可以根據(jù)這些信息對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行控制，及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃和修改生產(chǎn)控制參數(shù)，以求在最短的時(shí)間內(nèi)，使生產(chǎn)流程重新步入正常工作狀態(tài)，確保生產(chǎn)計(jì)劃能夠順利完成。生產(chǎn)過程監(jiān)控層包括現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控服務(wù)器、RFID車輛識(shí)別終端、車型信息顯示終端，通過工業(yè)以太網(wǎng)組成一個(gè)星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

（3）業(yè)務(wù)管理層。業(yè)務(wù)管理層是系統(tǒng)的頂層，也是整個(gè)系統(tǒng)對(duì)外部的接口，通過管理層，廠級(jí)信息網(wǎng)絡(luò)可以訪問系統(tǒng)內(nèi)部。信息服務(wù)器作為車間級(jí)生產(chǎn)管理、調(diào)度的中心，負(fù)責(zé)整合、分發(fā)監(jiān)控層上報(bào)的生產(chǎn)信息，實(shí)現(xiàn)在車間范圍內(nèi)的信息共享，為管理者及時(shí)下達(dá)調(diào)度指令提供可靠的分析依據(jù)。

2.3系統(tǒng)硬件選型

RFID設(shè)備的選型主要依據(jù)是頻率，因?yàn)轭l率的選擇是RFID技術(shù)中的一個(gè)關(guān)鍵性問題，RFID系統(tǒng)的工作頻率主要有：低頻（30-300KHZ），高頻（3-30MHZ）和超高頻（300MHZ-3GHZ）。低頻系統(tǒng)常見的工作頻率有125KHz，134KHz，該頻段主要是通過電感耦合的方式進(jìn)行工作。其特點(diǎn)是識(shí)別距離短，傳輸速度比較慢，主要應(yīng)用領(lǐng)域：畜牧業(yè)、門禁、身份識(shí)別等。高頻系統(tǒng)常見的工作頻率為13.56MHz，它是通過感應(yīng)器上的負(fù)載電阻的接通和斷開促使讀寫器天線上的電壓發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)用遠(yuǎn)距離感應(yīng)器對(duì)天線電壓進(jìn)行振幅調(diào)制。高頻系統(tǒng)用于門禁控制和需傳送大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用。超高頻系統(tǒng)（工作頻率為860MHz到960MHz之間）通過電場(chǎng)來傳輸能量。該頻段讀取距離比較遠(yuǎn)，無源可達(dá)10m 左右，信號(hào)傳輸速度快。主要應(yīng)用領(lǐng)域：供應(yīng)鏈上的管理和應(yīng)用，生產(chǎn)線自動(dòng)化的管理和應(yīng)用等。

綜上所述和比較，考慮到RFID的電磁特性，為降低成本，保證功效，簡(jiǎn)化系統(tǒng)，便于使用與維護(hù)，我們采用了超高頻系RFS-2022（2011）型讀寫器，它能夠讀寫ISO-18000-6協(xié)議標(biāo)簽，系統(tǒng)的工作頻率為902MHz～928MHz，其性能指標(biāo)：讀取距離大于5m，寫入距離大于3m，讀卡速度為平均每單字（32bits）需耗時(shí)6ms，寫卡速度為平均每單字（32bits）耗時(shí)50ms，一次讀卡數(shù)可達(dá)到30張電子標(biāo)簽。這個(gè)頻段是目前人們期待應(yīng)用潛力最大的，所使用的頻率和標(biāo)準(zhǔn)完全符合現(xiàn)行的各種法律法規(guī)。

2.4系統(tǒng)軟件功能模塊設(shè)計(jì)

根據(jù)對(duì)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的要求，整個(gè)系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)管理，總裝線生產(chǎn)作業(yè)管理、總裝線生產(chǎn)查詢管理、總裝線資源管理、總裝線質(zhì)量監(jiān)控管理。主要模塊說明如下：

2.4.1系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理模塊可以定義某車型總裝生產(chǎn)線生產(chǎn)及物流管理信息系統(tǒng)用戶，執(zhí)行功能的權(quán)限以及用戶使用功能授權(quán)。并對(duì)各子系統(tǒng)共用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)，完成數(shù)據(jù)的備份作業(yè)。

2.4.2總裝線現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)作業(yè)管理

滾動(dòng)接受生產(chǎn)計(jì)劃，自動(dòng)生成車間作業(yè)計(jì)劃，系統(tǒng)設(shè)置的控制器會(huì)按生產(chǎn)節(jié)拍觸發(fā)讀寫器讀取裝配線上的車型信息，通過RFID對(duì)標(biāo)簽的識(shí)讀，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)信息（包括在線車輛的裝備信息和質(zhì)量檢驗(yàn)信息）的錄入，并把相關(guān)信息輸入服務(wù)器上的數(shù)據(jù)庫。同時(shí)在每個(gè)工位的屏幕上實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示裝配線上的車型信息、選裝、零部件等信息，現(xiàn)場(chǎng)操作人員不僅可以直觀地了解當(dāng)前該工位應(yīng)該做什么事，還可以實(shí)時(shí)地向物料部門發(fā)布需求信息，以便所需配件及時(shí)送到所需工位。

2.4.3總裝線生產(chǎn)查詢管理

生產(chǎn)查詢管理的功能為管理人員提供及時(shí)的生產(chǎn)線工作狀況，以便為解決生產(chǎn)中的問題作好準(zhǔn)備。它可以查詢到每個(gè)工位的裝配信息，裝配的具體時(shí)間、物料需求信息、員工操作結(jié)果等信息。

2.4.4總裝線資源管理

總裝線資源管理就是對(duì)生產(chǎn)線所需的一些設(shè)備進(jìn)行管理，及時(shí)了解現(xiàn)有設(shè)備的實(shí)際使用情況，以便為安排生產(chǎn)或者進(jìn)行采購提供參考依據(jù)，可以根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備的情況來制定生產(chǎn)線日、周、月的最大負(fù)荷，保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

2.4.5總裝線質(zhì)量監(jiān)控管理

對(duì)汽車總裝過程的質(zhì)量信息進(jìn)行全面的管理，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量信息采集的自動(dòng)化，并通過現(xiàn)場(chǎng)總線監(jiān)控服務(wù)器進(jìn)行分析，以便及時(shí)做出調(diào)整，以減少廢品的產(chǎn)生。該模塊能實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)查詢，并打印相關(guān)報(bào)表。

3結(jié)論

本文通過對(duì)某汽車制造企業(yè)總裝車間的生產(chǎn)物流的分析，指出采用傳統(tǒng)的人員手動(dòng)識(shí)別方法會(huì)影響到信息流的及時(shí)性和準(zhǔn)確性，由于信息流的不暢通從而進(jìn)一步影響到整個(gè)生產(chǎn)的流通。在采用了識(shí)別速度快、存儲(chǔ)容量大、可實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)的RFID技術(shù)后，上述情況將會(huì)得到解決。此外，基于RFID的生產(chǎn)物流管理信息系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)管理，提高企業(yè)的物流效率，減少庫存，對(duì)市場(chǎng)需求做出更快的響應(yīng)，加速企業(yè)資金的周轉(zhuǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 臧玉潔，李忱. 基于RFID技術(shù)的信息采集模式在供應(yīng)鏈管理中的應(yīng)用[J]. 物流技術(shù)，2005(10):241-244.

[2] 王光輝，王云濤，李慶全. 淺議自動(dòng)識(shí)別技術(shù)在物流管理中的應(yīng)用[J]. 物流技術(shù)，2004(1):15-17.

[3] 王忠敏. EPC與物聯(lián)網(wǎng)[M]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

[4] Daniel Engels. The use of the electronic product codeTM[C] // Technical Report， February， 2003.

[5] 閆現(xiàn)法. 汽車混流裝配中的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)信息發(fā)布技術(shù)研究[D]. 北京：清華大學(xué)（碩士學(xué)位論文），2003.