基于電子標簽和物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)工業(yè)企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設計

1 概述

隨著全球一體化、丁業(yè)企業(yè)自動化和信息化進程的不斷深入發(fā)展，客戶對企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量要求也越來越高，對企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品生產(chǎn)周期要求也是越來越短?，F(xiàn)有的條形碼技術(shù)和其它方法，由于本身的特性和應用的局限性已不能滿足現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)的需要。無線射頻識別技術(shù)（RFID）的出現(xiàn)及應用發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)的組建則可以實現(xiàn)與現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)內(nèi)部現(xiàn)有網(wǎng)絡系統(tǒng)進行信息整合，同時可以優(yōu)化內(nèi)部物流供應和優(yōu)化流通過程流程。提高工業(yè)企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)鼉，進而提高整個企業(yè)的核心競爭力。一個良好的基于RFID應用架構(gòu)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以較好的幫助工業(yè)企業(yè)達到這些目標，實現(xiàn)高效高質(zhì)量的產(chǎn)品生產(chǎn)、產(chǎn)品出貨。設計和開發(fā)基于RFID技術(shù)的現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)，以便企業(yè)可以及時、準確地獲取寶貴的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行及時的分析處理，減少生產(chǎn)浪費，縮短產(chǎn)品周期，在進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量和效率的同時，提高企業(yè)的綜合競爭力已經(jīng)勢在必行。

電子標簽和物聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)使得工業(yè)企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)得以實現(xiàn)。電子標簽是用來識別物品的一種新技術(shù)，它是根據(jù)無線射頻識別原理（RFID）而牛產(chǎn)，它與讀寫器通過無線射頻信號交換信息，是未來識別技術(shù)的首選產(chǎn)品。物聯(lián)網(wǎng)就是在計算機互聯(lián)網(wǎng)基礎上，利用電子標簽為每一物品確定唯一識別EPC碼，從而構(gòu)成一個實現(xiàn)全球物品信息實時共享實物瓦聯(lián)網(wǎng)，簡稱“物聯(lián)網(wǎng)”。物聯(lián)網(wǎng)的提出給J：業(yè)企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)時獲取產(chǎn)品原始信息并自動生成清單提供了一種有效手段，而電子標簽可以方便地實現(xiàn)自動化的產(chǎn)品識別和產(chǎn)品信息采集，這兩者的有機結(jié)合使企業(yè)從產(chǎn)品生產(chǎn)、運輸過程、銷售過程等各個環(huán)節(jié)可以構(gòu)造一個實現(xiàn)傘球物品信息實時共享實物瓦聯(lián)網(wǎng)成為可能，從而將大大降低人工干預的程度，提高工業(yè)企業(yè)的自動化和智能化水平。

本文以電子標簽和物聯(lián)網(wǎng)為基礎，提出了基于RFID技術(shù)的工業(yè)企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，對其結(jié)構(gòu)和功能進行了分析，并根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)利用電子標簽實現(xiàn)了一個典型的工業(yè)企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，大大提高工業(yè)企業(yè)運作的快速性和準確性，不但提高了丁作效率，而且還減少人為的差錯。

2 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)組成

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以把世界上不同角落、不同國家的人們通過計算機緊密地聯(lián)系在一起，而采用無線射頻識別技術(shù)（RFID）的Internet網(wǎng)絡也可以把世界上所有不同國家、地區(qū)的物品聯(lián)系在一起。而且彼此之間可以互相“交流”數(shù)據(jù)信息，從而組成一個全球性實物相互聯(lián)系的物聯(lián)網(wǎng)。

2．1 物聯(lián)網(wǎng)的組成

物聯(lián)網(wǎng)是以電子標簽和EPC碼為基礎，建立在計算機互聯(lián)網(wǎng)基礎上的實物互聯(lián)網(wǎng)絡，其宗旨是實現(xiàn)全球物品信息的實時共享和互通?；赗FID技術(shù)現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，它由信息采集系統(tǒng)、工業(yè)企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)、現(xiàn)場物聯(lián)網(wǎng)管理中心、國家物聯(lián)網(wǎng)管理中心、國際物聯(lián)網(wǎng)管理中心等部分組成。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（1）信息采集系統(tǒng)。這部分包括物品、物品電子標簽、讀寫器等部分組成，主要完成物品的識別和物品EPC碼的采集和處理。存儲有EPC碼的電子標簽在經(jīng)過讀寫器的感應區(qū)域時，1物品EPC碼會自動被讀寫器捕獲，從而實現(xiàn)自動化EPC信息采集，采集的數(shù)據(jù)將交由上位機信息采集軟件進行進一步的處理，如數(shù)據(jù)校對、數(shù)據(jù)過濾、數(shù)據(jù)完整性檢查等，這些經(jīng)過整理的數(shù)據(jù)可以為上層應用管理系統(tǒng)使用。

（2）RFID企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)。負責前端的標簽識別、讀寫和信息管理工作，將讀取的信息通過計算機或直接通過網(wǎng)絡傳送給本地物聯(lián)網(wǎng)信息服務系統(tǒng)。

（3）現(xiàn)場物聯(lián)網(wǎng)管理中心，負責管理本地物聯(lián)網(wǎng)。這一級是最基本的物聯(lián)網(wǎng)信息服務管理中心，為本地用戶單位提供管理、規(guī)劃及解析服務。

（4）國家物聯(lián)網(wǎng)管理中心，負責制定和發(fā)布國家總體標準，負責與國際物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)，并且對現(xiàn)場物聯(lián)網(wǎng)管理中心進行管理。

（5）國際物聯(lián)網(wǎng)管理中心，負責制定和發(fā)布國際總體標準， 負責與各個國家的物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)，并且對各個國家物聯(lián)網(wǎng)管理中心進行協(xié)調(diào)、指導、管理等工作。

物聯(lián)網(wǎng)通過Internet信息世界的互聯(lián)實現(xiàn)物理世界任何產(chǎn)品的互聯(lián)，實現(xiàn)在任何地方、任何時間可識別任何產(chǎn)品．使產(chǎn)品成為附有動態(tài)信息的“智能產(chǎn)品”，并使產(chǎn)品信息流和物流完全同步，從而為產(chǎn)品信息共享提供了一個高效、快捷的網(wǎng)絡平臺。

2．2 物聯(lián)網(wǎng)的中間件系統(tǒng)及其用途

中間件是處在閱讀器和計算機Internet之問的一種中間件系統(tǒng)。該中間件可為企業(yè)應用提供一系列計算和數(shù)據(jù)處理功能。其主要任務是對閱讀器讀取的標簽數(shù)據(jù)經(jīng)行捕獲、過濾、匯集、計算，數(shù)據(jù)校對、解調(diào)、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)存儲和任務管理，減少從閱讀器傳往工廠應用的數(shù)據(jù)量。同時，中間件還可提供與其他RFID支撐軟件系統(tǒng)進行互操作等功能。此外，中間件還定義了閱讀器和應用兩個接口。中間件如圖2所示。

圖2 中間件示意圖

中間件簡單可以說是由平臺與通信組成。這也就限定了只有它用于發(fā)布式系統(tǒng)中時才能叫中間件，同時也把它與支撐軟件和實用軟件區(qū)分開來。中間件應該具備二個關(guān)鍵特征：首先要為上層的應用層服務，這是一個基本條件；此外，又必須連接到操作系統(tǒng)的層面，并且保持運行工作狀態(tài)。中間件研究的領域和范圍很廣，涉及多個行業(yè)，也涉及多個不同的研究方向，比如：應用服務器、應用集成架構(gòu)與技術(shù)、門戶技術(shù)、工作流技術(shù)、企業(yè)級應用基礎軟件平臺體系架構(gòu)、移動中間件技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)中間件技術(shù)等領域。

一般物聯(lián)網(wǎng)中問件具有的模塊有：讀寫器接口、事件管理器、應用程序接口、目標信息服務和對象名解析服務等，如圖3所示。各個模塊描述如下：

圖3 物聯(lián)網(wǎng)中間件功能模塊結(jié)構(gòu)

（1）讀寫器接口

物聯(lián)網(wǎng)中間件必須優(yōu)先為各種形式的讀寫器提供集成功能。協(xié)議處理器確保使中間件能夠通過各種網(wǎng)絡通信方案連接到RFID讀寫器，作為RFID標準化制定主體的EPC-global組織負責制定并推廣描述RFID讀寫器與其應用程序間通過普通接口來相互作用的規(guī)范。

（2）事件管理器

事件管理器用來對自于讀寫器接口的RFID事件數(shù)據(jù)進行過濾、聚合和排序操作，并且再通告數(shù)據(jù)與外部系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的內(nèi)容。

（3）應用程序接口

應用程序接口使得應用程序系統(tǒng)能夠控制讀寫器。服務器接收器接收應用程序系統(tǒng)指令，它提供一些通信功能。

（4）目標信息服務

目標信息服務由2部分組成：一個是日標存儲庫，用于存儲與標簽物體有關(guān)的信息并使之能用于以后查詢；另一個是擁有為提供由目標存儲庫管理的信息接口的服務引擎。

（5）對象名解析服務

對象名解析服務是一種目錄服務，它能使每個帶標簽產(chǎn)品分配的唯一編碼與一個或者多個擁有關(guān)于產(chǎn)品更多信息的目標信息服務的網(wǎng)絡定位地址相匹配。

3 企業(yè)內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)

圖4系統(tǒng)中包含電子標簽、閱讀器、中間件系統(tǒng)和計算機Internet系統(tǒng)。其中標簽貼于每件產(chǎn)品上，所使用的閱讀器為手持式、固定式。可方便應用于企業(yè)生產(chǎn)過程。中間件系統(tǒng)含有EPC信息，后端應用數(shù)據(jù)庫軟件系統(tǒng)還包含ERP系統(tǒng)等．這些都與計算機Internet相連，故可及時有效地跟蹤、查詢、修改或增減數(shù)據(jù)在實物瓦聯(lián)網(wǎng)中，當產(chǎn)品在某個企業(yè)生產(chǎn)完成并貼上存儲有EPC標識的RFID標簽后，在產(chǎn)品的整個生命周期中，該EPC代碼將成為該產(chǎn)品的唯一標識，以此EPC編碼為索引能實時的在RFID系統(tǒng)網(wǎng)絡中查詢和更新產(chǎn)品相關(guān)信息。在車間內(nèi)各個流通環(huán)節(jié)對產(chǎn)品進行定位和定時追蹤。車間內(nèi)每一道工序都設有一個閱讀器，并配備相應的中間系統(tǒng)和計算機Internet系統(tǒng)。這樣，在半成品的裝配、加工、轉(zhuǎn)運以及成品裝配和再加工、轉(zhuǎn)運和包裝過程中。當產(chǎn)品流通到某個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的閱讀器前時，閱讀器在有效的讀取范圍內(nèi)就會監(jiān)測到標簽的存在，因為閱讀器可以不斷的讀取一連串的產(chǎn)品EPC電子碼。某一個局部物聯(lián)網(wǎng)環(huán)節(jié)的具體工作流程如下：RFID閱讀器從含有一個EPC的標簽上讀取產(chǎn)品電子碼，RFID閱讀器將讀取的產(chǎn)品電子碼送糾中間件系統(tǒng)中進行處理，中間件系統(tǒng)以該EPC數(shù)據(jù)為信息源，在本地服務器獲取包含該產(chǎn)品信息的EPC信息服務器的網(wǎng)絡地址，同時觸發(fā)后端應用系統(tǒng)以作更深層的處理或算，由本地EPC信息服務器對本次閱讀器的記錄進行讀取并修改相應的數(shù)據(jù)，將EPC數(shù)據(jù)經(jīng)過中間件系統(tǒng)處理后，傳送到Internet。

圖4 企業(yè)內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

4 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)信息發(fā)布技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)信息服務系統(tǒng)為外部世界與物聯(lián)網(wǎng)二者之間提供了一個可擴展的數(shù)據(jù)服務標準接口，RFID的有關(guān)數(shù)據(jù)信息可以在企業(yè)內(nèi)部之間共享。物聯(lián)網(wǎng)信息服務系統(tǒng)能融合從倉庫管理系統(tǒng)和企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）平臺傳來信息，廣泛應用于存貨跟蹤管理、自動處理事務管理、供應鏈管理、機器控制等方面工作。物聯(lián)網(wǎng)信息服務系統(tǒng)主要作用在于EPC產(chǎn)品信息的發(fā)布、處理和存儲。RFID產(chǎn)品信息發(fā)布過程時，首先在產(chǎn)品上面貼上標簽，寫上標簽代碼，由生產(chǎn)過程中設置的讀寫器讀取數(shù)據(jù)信息，傳送給物聯(lián)網(wǎng)信息服務系統(tǒng)服務器進行產(chǎn)品信息的處理、存儲和發(fā)布。物聯(lián)網(wǎng)信息服務系統(tǒng)服務器結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 物聯(lián)網(wǎng)信息服務系統(tǒng)服務器結(jié)構(gòu)圖

5 結(jié)束語

本文主要結(jié)合RFID技術(shù)，應用現(xiàn)在計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)來對新興的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)進行了研究。在企業(yè)生產(chǎn)最關(guān)鍵的問題是產(chǎn)品的識別和產(chǎn)品信息的獲取，本文將電子標簽與物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，利用電子標簽作為產(chǎn)品識別的手段，利用物聯(lián)網(wǎng)來獲取產(chǎn)品的詳細信息并自動生成產(chǎn)品信息，從而提出了基于RFID的企業(yè)生產(chǎn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，對其結(jié)構(gòu)和功能進行了詳細分析。當然，電子標簽的成本問題、電子標簽與物聯(lián)網(wǎng)應用相關(guān)標準和規(guī)范的制定、物聯(lián)網(wǎng)的信息安全等都是影響該系統(tǒng)應用普及的關(guān)鍵因素，因此，有必要對這些基礎性問題作進一步深入的研究。

創(chuàng)新點：提出了一種基于RFID技術(shù)的工業(yè)企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設計方案。

項目經(jīng)濟效益：項目完成后，對于企業(yè)的幫助是顯而易見的，可以取得比較明顯的效果：（1）提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，產(chǎn)品返品率下降40％，生產(chǎn)周期縮短37％。（2）降低不用庫存，以前平均每月新增不用庫存為200多萬元，而現(xiàn)在基本維持在100萬元以內(nèi)，在保證快速的設計變更的前提下，保證有缺陷原材料訂單盡早取消，不用庫存則能得到非常好的控制。（3）促進節(jié)能降耗．電能平均降低5％，生產(chǎn)效率的提高，直接提高了單位時間中的產(chǎn)量，生產(chǎn)周期縮短，工廠各個部門能耗都得到降低。

責任編輯：gt