基于RFID的离散制造业制造执行系统设计与实现

基于R F I D的离散制造业制造执行系统设计与

实现

LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】

基于RFID的离散制造业制造执行系统设计与实现

刘卫宁，赵敏

重庆大学

摘要：针对离散制造企业在生产形态和生产管理中存在的问题，引入RFID技术跟踪在制品、采集制造过程生产和质量数据，解决ERP计划层与现场过程控制层间信息和管理的断层问题，实现制造和质量的可视化和数字化管理。研究提出系统的构成、体系结构，通过车间控制器和单元控制器的有机结合实现系统功能。实际应用的情况证明本系统成功解决了计划层和生产控制层之间的信息断层问题，提高了生产效率、生产质量和管理水平，实现了制造过程可视化和产品质量可追溯化。

关键词：RFID；离散型制造业；制造执行系统；通信中间件

Design and Implementation of Discrete Manufacturing Industry MES Based on

RFID Technology

Abstract: Analyzing the production organizational mode and problems in production management of discrete manufacturing industry, RFID technology was introduced to track WIP (work in process) and collect data of product quality, fill in the information and management gaps between ERP plan and field process control, and implement visualization manufacturing and digital management. Discussing system architecture and operational characteristics and the shop controller and cell controller were combined to cooperate for system functions. The factory application showed that the proposed RFID based MES was successful to fill in the information gap between plan layer and control layer, and the visualization of manufacture process and trace facility of product quality were realized.

Key Words: RFID; Discrete Manufacturing Industry; MES; Communication Middleware

0概述

离散制造企业生产现场的在制品跟踪和生产状态监控一直是MES功能实现的瓶颈。如何准确及时地将生产所需零部件运送到生产线如何跟踪生产物料实现对产品质量的控制和追溯这是离散制造业，尤其是采用流水线作业的组装厂的难题。尽管条码技术的使用在一定程度上解决了上述问题，但由于条码易污损、读写距离短、不耐高温、数据存储量小且不可重写，尚不能很好地解决生产制造与装配过程中的跟踪和管理问题。RFID （射频识别）技术的出现弥补了条码的这些不足，将成为支持生产制造与装配过程管理的新途径。

基于RFID实现生产过程的管理与控制能有效地跟踪、管理和控制生产所需的包括物料、设备、人员在内的所有工厂资源，与上层管理系统结合，可合理地调度、管理这些资源来提高制造竞争力，改善生产组织、缩短生产周期、减少在制品数量、减少生产提

前期，提高产品的质量和降低人力资源消耗。满足离散制造企业对生产管理和质量的需求。

为此，本文采用RFID技术作为离散制造业生产现场的在制品跟踪和生产状态监控的基础，解决了ERP计划层与现场过程控制层间信息和管理的断层问题，实现了制造和质量的可视化和数字化管理。

1系统的总体结构

系统构成

图1 基于RFID的MES系统构成

基于RFID的MES系统构成如图1所示。车间控制器位于企业上层管理系统和车间控制系统之间，实现现场控制系统与计划层ERP等系统的网络、数据及应用的集成。

底层工位控制器下连生产线上各种生产控制和检测设备，上接车间控制器，实现底层生产数据的采集及其与车间控制器的通信和应用集成。一般置于生产线关键工位处。工位典型配置

关键工位设有工位控制器，工位控制器下连RFID读写器、条码扫描枪、电子看板等生产控制和检测设备，上接车间控制器，实现工位生产数据的采集及其与车间控制器的通信和应用集成。

图2 工位典型配置图

系统体系结构

系统采取分层结构，系统体系结构如图3所示。

图3 系统体系结构图

系统集成接口实现MES系统与ERP系统的集成。

通信中间件采取C/S结构，其服务器端和客户端软件分别驻留在车间控制器和工位控制器上，用于车间层数据的采集、管理、控制和通信。

数据持久层用于生产数据的逻辑控制处理，按照MES系统需求将来自低层的各种生产数据处理、融合、存储，以支持MES功能层上的数据需求。

功能层实现MES系统中面向客户的生产监控、计划管理、质量跟踪管理等功能。此部分采用B/S结构。

2系统功能及特点

系统功能

MES系统由以下六个部分组成：

工位生产及物料计划管理：完成生产及物料计划下载（从ERP系统至MES服务

器），并按工艺将生产及物料计划细分到工位，并将其下发到生产线相应工位

控制器上。

工艺管理：完成生产线工艺流程及工序组织方案的维护和管理。

成品质量跟踪管理：完成成品全生命周期跟踪和用户返修品的质量追溯，并为

质检部门提供成品质量综合分析功能。

生产监控：用于监控生产计划执行情况和生产线实时运行状况。同时，管理人

员还可以通过本系统向单个或多个工位发布生产指令。

配料管理：实现关重件的物料比对及信息记载。

生产控制设备管理：为系统管理员定制，实现生产现场系统拓扑管理、设备

（控制设备及其外设）管理、软件（控制设备加载软件）管理、配置文件（控

制设备关键参数配置文件）管理和故障管理（控制设备运行状况实时监控、远

程重启、断点恢复）。

系统特点

用户界面友好。管理层用户端应用系统采用B/S结构，客户端操作直观简便、

培训量小，软件升级方便。

开放性好。系统采用分层结构，为各种ERP系统和下层数据采集系统的接入提

供了良好的集成接口。在数据采集层，工位控制器支持多种标准通信接口，可

接入生产线上各种设备和仪器，适用于各种工业现场；系统集成接口标准化设

计易实现MES系统与上层ERP系统的集成。

运行效率高。车间层数据采集和通信中间件采用C/S结构，将系统功能分布在

车间控制器和各工位控制器上完成，提高了系统处理的效率和可靠性。

可移植性强。车间层数据采集和通信中间件的客户端软件基于通用的软件平

台，服务器软件基于JAVA，易于系统移植和跨操作系统运行。

可扩展性好。在系统体系结构、硬件和软件设计上具有良好的可扩展性。在硬

件设计上，工位控制器通过PC104标准扩展总线可实现多种标准功能模块的扩

展；在软件设计上，应用系统与数据的分离，及模块化设计，使系统可根据用

户需求扩充软件模块功能。

3系统应用效果

在国家863计划支持下，本文完成的基于RFID的MES已应用于某通用汽油机生产企业的生产线上。