離散制造是以零配件組裝或加工為主的離散式生產活動，由零件或材料經過多個環節的裝配或加工過程，生產出最終的產品。離散制造企業的生產設備往往都是典型的數控設備或傳送帶流水線，以車間為單位，按照工作中心進行成組布置。車間計劃調度部門根據客戶訂單、生產能力、庫存制定生產計劃，組織人員并安排生產設備進行投料生產。

    離散制造生產過程普遍存在產品品種繁多、工藝復雜、個性化要求高等特點，反映在信息模型上就是信息量大、關聯和處理規格復雜。這些特點對生產過程的信息采集、傳輸、處理等環節都提出了很高的實時性和可靠性要求。憑借遠距離無接觸識別和數據存儲容量上的優勢，射頻識別I疆ID技術被廣泛應用于制造、交通、物流等領域。RFID還具備識別速度快、準確性高、耐污染等特點，很適合應用于對實時性和可靠性要求較高的離散制造過程中。

    離散制造過程可以分為車間生產過程控制和現場制造執行2部分。其中車間生產過程控制是離散制造過程的核心。主要強調的是生產計劃控制和執行。本文將就離散制造過程的生產過程控制方面展開討論，研究并開發一種基于RFID離散制造車間生產過程控制系統。該系統位于業務管理層和車間底層數據之間，強調制造過程數據的實時采集、生產作業計劃的可執行性和有效性。基于RFID技術的車間制造過程數據采集和管理方法的總體目標是在車間管理中能夠自動、及時、準確地采集制造過程數據，讓企業的管理人員及時、準確地掌握企業車間制造過程的運作情況，使企業能夠快速、準確地響應市場的變化，以便盡量減少企業不必要的開銷。

1 生產過程控制系統研究

    1．1 離散制造業生產特征分析

    典型的離散制造業企業由于主要從事單件、小批量生產，產品的工藝過程經常變更，因此需要進行良好的計劃。離散行業主要是按訂單組織生產，由于很難預測訂單在什么時候到來，因此采購和生產車間制定計劃時就要借助生產過程控制系統。由以上分析可知，該控制系統需要控制的信息量大且種類多，信息之間的關系復雜，事務處理規則描述困難。主要表現為：(1)因單、小件較多，生產較為復雜，生產過程較難控制；(2)生產數據多，且數據的采集、處理和檢索工作量大；(3)產品的種類變化較多，用到的外協件較多，車間生產設備和倉庫要有足夠的柔性；(4)一般來說，離散制造產品的加工周期較長，加工等待時間較長，引起加工總時間過長且時間不確定；(5)影響生產計劃的因素較多，信息形態復雜。

    1．2離散制造車間生產過程控制系統分析

    生產過程控制，就是要確保企業產品在制造過程中按照規定的方法和順序始終處于受控狀態下進行，這是企業質量管理體系中最重要的一部分工作，有效實現了產品質量的過程控制。生產過程控制是離散制造過程的核心，它包含了車間生產制造各個方面的信息，其組成結構如圖1所示。它主要包括：現場數據采集和管理、生產調度、生產現場監控、勞動組織、質量控制、成本控制、工藝反饋與改進、生產統計、定額核算、安全生產、車間的人員調配以及整個車間設備狀態監控等整個車間生產過程涉及到的工作。考慮到離散制造過程中產品復雜、生產數據多、加工周期較長等特點，其生產過程控制系統需滿足實時可靠、控制穩定的要求。

圖1 生產過程控制系統組成結構圖

    1．3 RFID在離散制造過程中的應用

    離散制造業制造過程中不僅具有傳統的制造流程，還具有產品設計一工藝規劃一加工制造一動態調度一信息反饋這個動態的流程。因此離散制造業生產過程控制系統主要是面對車間管理人員、計劃人員提供計劃管理、資源管理、報表統計管理、車間作業管理等功能，而且要求實時地采集現場生產數據并反饋回系統，系統根據反饋的數據進行分析、統計，最后根據相應的分析結果作出反應，從而實現離散制造業車間的無紙化作業、標準化操作、自動化派工、實時化監控、科學化管理等目標。由于RFID具有無接觸識別和快速存取數據的特性，其在實時跟蹤、調度、檢測方面具有無可比擬的優勢，使用該技術可大大減少人員管理和紙質管理的錯誤率，十分適合離散制造系統對數據和控制的實時性要求。

    離散制造業生產線較復雜，生產結果與預期有誤差而影響交貨的情況時有發生，人為原因也會影響生產。將RFID標簽貼在生產物料或產品上，可自動記錄產品的數量、規格、質量、時間、負責人等生產信息，用以代替傳統的手工記錄；生產主管通過讀寫器可隨時讀取產品信息；其他相關人員能及時掌握生產狀況并根據情況調整生產安排；物料和產品離開倉庫前系統都將自動記錄出入庫信息，并能實時追蹤物品所在地。RFID電子標簽作為生產數據移動的載體，它在生產線上的流動，實現了生產過程中工人、工序、工件、工時的實時精確統計。從而達到實時控制生產過程、便于質量管理和追溯的目的。RFID技術的應用將有利于企業實現實時化、透明化、可視化的管理。

2 基于RFID生產過程控制系統設計

    生產過程控制系統作為離散制造過程的核心，連接著底層車間制造與上層管理系統，整體系統結構圖如圖2所示。

圖2 整體系統結構圖

    2．1 系統的整體架構

    車間生產過程控制系統利用RFID技術采集車間生產過程信息，主要銜接上層決策系統ERP／MES與底層RFID設施層，對整個車間的生產進行管理和控制。分析圖1，基于RFID離散制造車間生產過程控制系統從模塊上劃分可分為：數據采集和處理模塊、生產計劃模塊、生產狀態監控模塊、閉環實時控制模塊和信息管理模塊。該系統功能模塊如圖3所示。其中，數據采集和處理模塊、生產計劃模塊、生產狀態監控模塊、閉環實時調度模塊實現了對生產過程數據的采集、生產計劃引入、車間狀態監控、生產閉環調度等功能，是整個系統功能實現的核心部分。而信息奩詢管理模塊提供必要的信息查詢和統計分析功能。

圖3 系統功能模塊圖

    各模塊具體功能介紹如下：

    a．數據采集和處理模塊。

    數據采集和處理模塊是系統的基礎模塊，主要負責采集物料加工數據、設備運行數據、產品質量檢測數據以及故障數據等。采集完成后．將原始數據上傳至數據庫和過程控制系統進行處理。

    b．生產計劃模塊。

    生產計劃模塊是過程控制的前期準備，在參考了數據采集模塊上傳的關于物料、加工設備、車間作業情況數據以及企業資源計劃的情況下，通過生產排程將生產任務生成生產作業計劃，便于企業合理安排生產，使企業資源利用達到最大化，降低企業運營成本。

    c．生產狀態監控模塊。

    生產狀態監控模塊分為設備運行狀態監控、故障信息監控和加工進度監控。通過此模塊，可以實時地觀察車間各種設備運行狀態和加工進度。當出現機器損壞或物料大量堆積等故障信息時，可以及時采取應對措施，防止出現停產現象。

    d．閉環實時調度模塊。

    閉環實時調度模塊的作用是對監控模塊返回的故障信息進行處理。當車間生產作業發生變化，例如設備運行故障、物料短缺、新訂單插入、訂單交貨期提前等情況出現時，運用閉環實時調度模塊可以實現故障排除處理和生產計劃重排。e．信息查詢管理模塊。

    信息查詢管理模塊主要管理物料及設備信息、故障信息和產品完成進度信息。通過此模塊可以了解所有加工工件的加工詳細信息，其中包括工件加工的開始時間、結束時間、加工機器、加工工序、操作員等信息。同時還提供了對故障詳細信息的查詢，包括故障機器、故障原因、故障時間等信息。

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本文標題：基于RFID離散制造業車間生產過程控制系統研究與開發（上）

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