RFID汽車零部件的MES數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計分析

眾所周知，汽車混流裝配生產(chǎn)的特點是多種類、小批量的裝配生產(chǎn)模式。在實際的汽車混流生產(chǎn)過程中，難免會出現(xiàn)錯裝、漏裝、等料、錯料和缺料等等狀況，嚴重影響產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。另外，汽車裝配由于生產(chǎn)工藝變更頻繁、車間環(huán)境復雜、現(xiàn)場數(shù)據(jù)較難采集，因此實施難度較大。

目前，中國MES市場的集中度非常低，絕大多數(shù)MES廠商僅從事咨詢與實施服務，大部分廠商的MES軟件功能只是MES標準定義的子集。而MES系統(tǒng)的應用與制造企業(yè)所處的行業(yè)、產(chǎn)品特點、工藝路線、生產(chǎn)模式、設備布局、車間物流規(guī)劃、生產(chǎn)和物流自動化程度、數(shù)據(jù)采集終端、車間聯(lián)網(wǎng)，以及精益生產(chǎn)推進等諸多因素息息相關，應該非常具有行業(yè)和企業(yè)特質(zhì)的要求。

汽車零部件行業(yè)中，其終端產(chǎn)品都是由零件組裝而成，對生產(chǎn)制造，特別是裝配過程的實時跟蹤、查詢和追溯等是管理中的重點，其在生產(chǎn)中存在以下幾個主要問題：

1、國內(nèi)大部分的汽車零部件企業(yè)都處在工業(yè)2.0到3.0的階段，大規(guī)模、多品種的客戶定制化時代來臨，混線生產(chǎn)使得制造商面對從零部件采購到包裝發(fā)運及售后都被要求監(jiān)控產(chǎn)品的狀態(tài)，傳統(tǒng)的半自動或孤島式的生產(chǎn)模式無法滿足客戶需求。

2、企業(yè)沒有構建合適的MES來實現(xiàn)ERP和現(xiàn)場工控設備的信息互通，導致管理人員無法實時獲得生產(chǎn)線狀態(tài)和關鍵客戶訂單的完成情況。

3、生產(chǎn)過程干擾因素多，加工過程不穩(wěn)定，生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)采集量大且分布于各個制造環(huán)節(jié)，同時要求在線實時采集和處理數(shù)據(jù)，企業(yè)無法及時發(fā)現(xiàn)潛在的風險并及時采取措施。

4、少數(shù)有條件實施MES的企業(yè)普遍采用條形碼技術來完成制造過程的數(shù)據(jù)采集和跟蹤監(jiān)控等工作，而接觸式的識別技術效率和自動化程度低，無法適應多變的周邊環(huán)境。

MES為生產(chǎn)管理系統(tǒng)，也叫制造執(zhí)行系統(tǒng)。在剛開始，MES被人們理解為數(shù)字群控（DNC）、生產(chǎn)指揮系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集等人力管理資源的集成者，但隨著該技術的發(fā)展，MES已經(jīng)慢慢能夠支持生產(chǎn)中管理的層次，同時還能夠匯聚管理的所有主要元素，正式成為生產(chǎn)管理系統(tǒng)。該技術具有先進的生產(chǎn)管理理念，通過計算機技術來實現(xiàn)企業(yè)各項業(yè)務之間的信息管理功能，并為企業(yè)的日常生產(chǎn)管理提供所需要的數(shù)據(jù)資料。

在很多制造信息化企業(yè)的建設中，大多會優(yōu)先選擇EPR系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠滿足企業(yè)建設的基本需求，但是在MES系統(tǒng)內(nèi)部上層的EPR很少有生產(chǎn)管理功能。而MES在生產(chǎn)過程中以管理者的視角，向操作人員提供生產(chǎn)所需要的全部數(shù)據(jù)信息，例如材料、工具、設備以及要求等。將MES和EPR進行結合，兩者之間協(xié)同工作，可進一步提高企業(yè)系統(tǒng)的智能化建設。MES系統(tǒng)在企業(yè)生產(chǎn)中起著重要作用，可有效提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，同時還能夠和除EPR系統(tǒng)外的其他系統(tǒng)協(xié)同工作，加快信息流通速度，為企業(yè)的進一步發(fā)展提供了保障。

MES總體需求應該包括提供精準的實時數(shù)據(jù)流、優(yōu)化計劃編制以減少庫存、更科學地進行物料管理，實現(xiàn)通暢信息流、降低產(chǎn)品生產(chǎn)時間以提高現(xiàn)場過程效益及提升產(chǎn)品質(zhì)量等。而將RFID技術應用于汽車零部件制造，融入到MES系統(tǒng)中，可提升生產(chǎn)過程的管理與控制水平，有效地跟蹤、管理和控制生產(chǎn)所需的物料、設備、人力等資源。與上層管理系統(tǒng)結合，可合理地調(diào)度、管理這些資源，提高制造競爭力，改善生產(chǎn)組織、縮短生產(chǎn)周期、減少在制品數(shù)量，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和降低人力資源消耗。其關鍵模塊總體架構如圖1所示。

其中，生產(chǎn)計劃模塊是基礎的數(shù)據(jù)模塊，需要通過有效的計劃編制和產(chǎn)能詳細調(diào)度，在保證產(chǎn)品按時交付的基礎上，使車間生產(chǎn)能力發(fā)揮到最大水平。MES需要根據(jù)生產(chǎn)計劃的變更，實時提供生產(chǎn)指示，使生產(chǎn)同步，在管理工作站上能夠查詢未來幾天的日生產(chǎn)計劃和排除，在生產(chǎn)進度管理中央系統(tǒng)上，能夠更改現(xiàn)場生產(chǎn)計劃等。

而質(zhì)量追溯模塊需要填寫材質(zhì)編號后，將材質(zhì)編號錄入到MES系統(tǒng)，可從系統(tǒng)中通過材質(zhì)編號關聯(lián)出工序相關的信息，用于報表統(tǒng)計和質(zhì)量追溯。通過質(zhì)檢計劃維護，當生產(chǎn)到達指定工序時，由系統(tǒng)發(fā)出提醒或暫停提示，減少人工提醒工作量，加強及時率，優(yōu)化業(yè)務流程。每一道工序完工后，由系統(tǒng)自動生成質(zhì)量編號，再將質(zhì)量編號發(fā)送至質(zhì)量系統(tǒng)，維護質(zhì)量編號對應的質(zhì)檢信息，可進行質(zhì)量統(tǒng)計分析。對工序進行檢驗報工，并通過質(zhì)檢結果控制下一道工序的開工，提高質(zhì)量管理。對于客戶端的投訴件，要求是可以根據(jù)零件唯一標識碼追溯到每一個單件或批次信息。

實時數(shù)據(jù)采集模塊需要將具體分解的生產(chǎn)指令下達給車間工作組進行生產(chǎn)，同時有實時數(shù)據(jù)采集模塊進行生產(chǎn)線狀態(tài)、庫存、質(zhì)量和設備狀態(tài)等實時數(shù)據(jù)采集。通過中央控制系統(tǒng)或者人機交互系統(tǒng)運用RFID技術采集實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)與具體生產(chǎn)指令完成數(shù)據(jù)交換和存儲。該模塊還需要能夠每班或每天可視化地反映工廠生產(chǎn)的指標體系，使得管理層和內(nèi)部外部客戶可以判斷制造運營體系的趨勢并幫助他們做出迅速和有效的決策提供依據(jù)。

輔助功能模塊需要整合諸如車間的人員信息管理、技能矩陣管理、RFID標簽的管控、工量具和備件管理以及必要的和企業(yè)其它信息化系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)庫的接口功能，并為數(shù)據(jù)提供冗余和報警服務等。

為了具備精確和實時的數(shù)據(jù)作為保障，通過在工廠車間層逐步采用RFID技術，可以將從RFID標簽中獲得的各種數(shù)據(jù)信息進行無縫且不間斷地集成，其對于在MES中的具體應用方案有以下幾個方面：

1、過程數(shù)據(jù)和基礎生產(chǎn)數(shù)據(jù)追蹤方面

當零部件進入生產(chǎn)線或到達完工區(qū)，將自動記錄工序、設備和操作者編號、加工時間，避免了人工輸入、條形碼掃描等操作產(chǎn)生的不精確數(shù)據(jù)或誤差。每個在制品和半成品在準確的時間通過一一對應的順序，被送到準確的工位。具體操作需要在工位安裝RFID電子標簽，將其固定在每一個隨行夾具上，通過鴻陸RFID閱讀器將零件各類必要編碼無接觸寫入RFID標簽，具有唯一性，可作為零件跟蹤的關鍵標識信息。

2、物料追蹤方面

必要的零部件在供應商端需要提前部署RFID電子標簽，通過工廠的RFID讀寫器，掃描供應商原材料具體信息，通過內(nèi)部MES系統(tǒng)銜接，可以實現(xiàn)從原材料到最終產(chǎn)品的全周期跟蹤。同時，線邊RFID掃描設備將持續(xù)掃描線邊物料，信息在看板上及時更新達成必要的可視化目標。

3、工量具數(shù)據(jù)采集方面

當定制產(chǎn)線之前就規(guī)劃相關設備的RFID電子標簽位置，在量產(chǎn)過程中通過在線的RFID讀寫器在預先設定的時間間隔內(nèi)持續(xù)更新設備運行的各類性能指標。結合現(xiàn)場中央計算機和自動控制系統(tǒng)，通過及時的預警功能，和TPM計劃匹配。

4、過程數(shù)據(jù)方面

生產(chǎn)過程監(jiān)控的關鍵工位上，通過設置的RFID閱讀器和RFID天線自動獲取RFID標簽內(nèi)存儲的零件信息，既通過現(xiàn)場控制器傳入后臺監(jiān)控系統(tǒng)，作為過程監(jiān)控的基礎信息，也通過現(xiàn)場可編程邏輯控制器（PLC）、機器人等設備進行數(shù)據(jù)傳輸，控制其執(zhí)行相應的生產(chǎn)指令。

5、質(zhì)量追溯方面

產(chǎn)品可追溯信息的采集，其型號和生產(chǎn)信息的采集是實現(xiàn)產(chǎn)品召喚的基礎。特別是在關鍵過程特性工位，如帶有安全特性的過程如螺絲擰緊中，當零件或在制品到達裝配工位時，通過鴻陸RFID讀寫器讀取RFID電子標簽信息，協(xié)同過程數(shù)據(jù)如扭矩、轉速等信息，實時采集存儲到后臺系統(tǒng)中，為可能的客戶投訴或問題備查提供基礎信息。

在具體應用方面，通過在生產(chǎn)線相應的工位處安裝固定式RFID閱讀器或手持式讀寫器實時采集生產(chǎn)線的零件信息，并通過現(xiàn)場控制器實現(xiàn)與機器人等現(xiàn)場設備的實時通訊?，F(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)通過車間現(xiàn)場總線傳輸?shù)杰囬g服務器進行數(shù)據(jù)處理和分析，同時跟MES應用服務器進行交互，而中央數(shù)據(jù)服務器作為數(shù)據(jù)匯總和備份的終端，獲得生產(chǎn)數(shù)據(jù)匯總，必要時MES服務器可以從中提取數(shù)據(jù)。最終通過中心服務器將各個生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)匯總到企業(yè)管理信息系統(tǒng)。

基于RFID技術的MES數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時采集、跟蹤，產(chǎn)品的質(zhì)量和工藝信息的快速反饋等，通過電子看板還可以實時查看并給與正確引導，避免錯誤的發(fā)生。通過RFID原材料管理，能跟蹤記錄每個元器件相關的所有屬性，包括生產(chǎn)流程、下個工序、自身顏色、尺寸，甚至能延生到組裝成成品后的編號、流向地或者定制的客戶信息，能根據(jù)客戶的需求進行精細化生產(chǎn)，在原材料開始流入生產(chǎn)時，就逐步進入定制化生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

（部分圖文來源于新工業(yè)網(wǎng)，作者：姚昊，侵刪）

審核編輯黃宇