基于RFID技術(shù)的汽車零部件工廠制造執(zhí)行 系統(tǒng)的設(shè)計實踐

姚 昊

（上海博澤電機(jī)有限公司，上海 201814）

1 概述

1.1 中國汽車零部件行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

得益于國內(nèi)汽車產(chǎn)銷量、保有量的持續(xù)增加和零部件采購的全球化，我國汽車零部件行業(yè)規(guī)模迅速擴(kuò)大，2001至 2015年汽車零部件工業(yè)產(chǎn)值年均復(fù)合增長率約為23.10%，高于汽車工業(yè)總產(chǎn)值18.86%的年均增速。然而，在較為關(guān)鍵的零部件制造信息化追溯系統(tǒng)，特別是在制造執(zhí)行系統(tǒng)（Manufacturing Execution System, MES）的開發(fā)應(yīng)用和管理方面，無論是國內(nèi)企業(yè)還是外資企業(yè)在中國本土的實踐現(xiàn)狀不佳。企業(yè)資源管理系統(tǒng)眾多，但沒有打通企業(yè)各個環(huán)節(jié)。2018年至今，在全球工業(yè)4.0和中國制造2025目標(biāo)的驅(qū)動下，適合企業(yè)的信息化管理系統(tǒng)，特別是制造執(zhí)行系統(tǒng)將是改善我國汽車零部件產(chǎn)業(yè)在制造運營中的關(guān)鍵。

1.2 國內(nèi)外MES研究及應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)外已有許多學(xué)者進(jìn)行了制造執(zhí)行系統(tǒng)的相關(guān)研究工作。JEAN M S等針對基于規(guī)則導(dǎo)向和產(chǎn)品驅(qū)動的MES系統(tǒng)，提出了理論模型來滿足客戶定制化需求。榮剛通過XML和BizTalkserver技術(shù)的中間件集成方法，實現(xiàn)了MES與企業(yè)資源管理計劃（Enterprise Resou- rce Planning, ERP）系統(tǒng)的集成。梁秀璟通過分析無線射頻識別（Radio Frequency Identification, RFID）技術(shù)等智能物件在制造業(yè)的應(yīng)用場景，構(gòu)建了基于智能物件的制造企業(yè)信息系統(tǒng)，并在分析陶瓷浴缸生產(chǎn)過程的基礎(chǔ)上，提出了基于RFID的生產(chǎn)過程動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，并通過中間件實現(xiàn)與ERP數(shù)據(jù)庫的集成。張學(xué)琴等利用RFID技術(shù)在離散制造生產(chǎn)線管理中獲得制造效率的提升。楊林偉將MES作為企業(yè)執(zhí)行層面的信息管理系統(tǒng)之一，置于計劃層和控制層之間，通過各類信息通信技術(shù)，在汽車制造過程中，整合人、機(jī)、料、法、環(huán)、測各方面資源，對生產(chǎn)運營過程進(jìn)行最優(yōu)化的資源管理，起到承上啟下的作用。

由于國內(nèi)汽車市場的需求在近幾年日益多樣化，企業(yè)只實現(xiàn)物品批次管理而缺乏單件精細(xì)化管理是無法在行業(yè)競爭中立足的。因此，在國內(nèi)汽車召回制度的推動下，作為智能制造核心的MES逐步出現(xiàn)在本土的汽車行業(yè)零部件制造企業(yè)中，并發(fā)揮作用。然而，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(wù)，大部分廠商的MES軟件功能只是MES標(biāo)準(zhǔn)定義的子集。而MES系統(tǒng)的應(yīng)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(shè)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(jìn)等諸多因素息息相關(guān)，應(yīng)該非常具有行業(yè)和企業(yè)特質(zhì)的要求。另外，目前汽車制造業(yè)大規(guī)模采用RFID技術(shù)的MES案例并不是很多，但離散型汽車部件制造業(yè)急需更多實踐性應(yīng)用。

1.3 國內(nèi)汽車零部件行業(yè)生產(chǎn)管理問題及對策

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：

第一，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。

第二，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(fēng)險并及時采取措施。

第三，企業(yè)沒有構(gòu)建合適的MES來實現(xiàn)ERP和現(xiàn)場工控設(shè)備的信息互通，導(dǎo)致管理人員無法實時獲得生產(chǎn)線狀態(tài)和關(guān)鍵客戶訂單的完成情況。

第四，少數(shù)有條件實施MES的企業(yè)普遍采用條形碼技術(shù)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(shù)效率和自動化程度低，無法適應(yīng)多變的周邊環(huán)境。

因此，本文的對策就是運用結(jié)構(gòu)化查詢語言（Structured Query Language, SQL）數(shù)據(jù)庫技術(shù)和Java與Labview開發(fā)語言，在構(gòu)建MES與現(xiàn)場自動化設(shè)備和各個企業(yè)級信息管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過引入RFID非接觸式無線射頻技術(shù)，實時地掌握在制品的型號、數(shù)量、進(jìn)度、轉(zhuǎn)移、質(zhì)量狀況等信息，達(dá)成工廠從物料的供應(yīng)到制造過程和最終客戶端物品層的精細(xì)互聯(lián)過程實時監(jiān)控的目的。

2 MES在制造業(yè)實施的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 MES和ERP系統(tǒng)的集成

首先，MES和ERP的數(shù)據(jù)內(nèi)容的采集很關(guān)鍵，需要遵循相互獨立性、信息共享性、相互服務(wù)原則性和堅持目標(biāo)一致原則，需要項目團(tuán)隊在前期就堅持系統(tǒng)是為整體目標(biāo)服務(wù)的理念。

其次，細(xì)致定義MES和ERP集成的內(nèi)容。從層次維度看，大方向是從計劃層、執(zhí)行層和控制層明確具體的內(nèi)容，而在各個獨立層面的內(nèi)容又要細(xì)化為不同的具體層次內(nèi)容。從時間維度來看，集成的內(nèi)容的關(guān)鍵點在于明確對服務(wù)功能的需求是短期、中期還是長期，確保系統(tǒng)流程運作順暢。

再次，MES和ERP集成的過程也是需要關(guān)注的技術(shù)點，包括兩個訣竅，一個是按照企業(yè)的實際業(yè)務(wù)流程來處理對接過程。另一個是系統(tǒng)之間的接口進(jìn)出的轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的問題，如不同數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等的互為轉(zhuǎn)換等。

2.2 數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)SQL

MES要求使用開發(fā)式的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，其互相連接語句和技術(shù)，用驅(qū)動程序?qū)Σ灰粯拥臄?shù)據(jù)進(jìn)行連接，然后通過嵌套語句進(jìn)行結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換。使用這項技術(shù)，用戶只需要在瀏覽界面上簡單輸入查詢命令，系統(tǒng)會自動跳出查詢界面，服務(wù)器請求接受，就會根據(jù)請求的需求數(shù)據(jù)，回傳給瀏覽器。而結(jié)構(gòu)化查詢語言SQL完全滿足上述三大要點且可以實現(xiàn)補充說明的應(yīng)用場景，其專為數(shù)據(jù)庫而建立的操作命令集，是一種功能齊全的數(shù)據(jù)庫語言，其已成為MES數(shù)據(jù)庫操作的標(biāo)配。

2.3 無線射頻識別技術(shù)

RFID是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識別的目的，識別工作無須人工干預(yù)，具有數(shù)據(jù)存儲量大、可讀寫、非接觸、識別距離遠(yuǎn)、識別速度快、保密性好、穿透性強(qiáng)、壽命長、環(huán)境適應(yīng)性好以及能同時識別多標(biāo)簽等優(yōu)點，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID系統(tǒng)一般由標(biāo)簽（Tag）、閱讀器（Reader）和天線（Antenna）組成，同傳統(tǒng)的接觸式條形碼采集數(shù)據(jù)相比，RFID技術(shù)在應(yīng)用性能方面全面超越了傳統(tǒng)的條碼技術(shù)。

3 基于RFID的MES需求分析和設(shè)計

3.1 MES目標(biāo)概述

工廠MES建設(shè)是在統(tǒng)一平臺上集成生產(chǎn)調(diào)度、產(chǎn)品跟蹤、質(zhì)量控制、設(shè)備故障分析、網(wǎng)絡(luò)報表等管理功能，使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接為工廠各部門提供管理信息服務(wù)，達(dá)成實時的工廠管理，實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)利潤和價值的最大化。企業(yè)可提出以下系統(tǒng)總目標(biāo)：充分利用RFID的技術(shù)優(yōu)勢，實現(xiàn)工廠的MES系統(tǒng)，解決企業(yè)現(xiàn)行ERP系統(tǒng)的計劃層與車間現(xiàn)場自動化系統(tǒng)過程控制層之間、車間內(nèi)部物流層面和MES系統(tǒng)生產(chǎn)控制層之間、制造質(zhì)量追溯系統(tǒng)和原有其他企業(yè)級信息系統(tǒng)之間信息和管理斷層問題，實現(xiàn)制造和質(zhì)量的可視化和數(shù)字化管理。

3.2 基于RFID的MES關(guān)鍵模塊需求分析

MES總體需求應(yīng)該包括提供精準(zhǔn)的實時數(shù)據(jù)流、優(yōu)化計劃編制以減少庫存、更科學(xué)地進(jìn)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(shù)應(yīng)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(shè)備、人力等資源。與上層管理系統(tǒng)結(jié)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(guān)鍵模塊總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 汽車零部件MES關(guān)鍵模塊構(gòu)建示例

生產(chǎn)計劃模塊是企業(yè)宏觀計劃管理與微觀排產(chǎn)管理之間的銜接模塊，也是基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)模塊，需要通過有效的計劃編制和產(chǎn)能詳細(xì)調(diào)度，在保證產(chǎn)品按時交付的基礎(chǔ)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(jìn)度管理中央系統(tǒng)上，能夠更改現(xiàn)場生產(chǎn)計劃等。

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(guān)聯(lián)出工序相關(guān)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(hù)，當(dāng)生產(chǎn)到達(dá)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(qiáng)及時率，優(yōu)化業(yè)務(wù)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(hù)質(zhì)量編號對應(yīng)的質(zhì)檢信息，可進(jìn)行質(zhì)量統(tǒng)計分析。對工序進(jìn)行檢驗報工，并通過質(zhì)檢結(jié)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(biāo)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(dá)給車間工作組進(jìn)行生產(chǎn)，同時有實時數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行生產(chǎn)線狀態(tài)、庫存、質(zhì)量和設(shè)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(jī)交互系統(tǒng)運用RFID技術(shù)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(biāo)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(biāo)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(wù)等。

3.3 基于RFID的應(yīng)用方案

本文中提出的推薦方案最適合應(yīng)用于汽車零部件制造企業(yè)的生產(chǎn)運營，經(jīng)安裝在物料零部件、設(shè)備工裝以及流水線工裝板等運載體上的電子類標(biāo)簽實現(xiàn)對總成的追蹤和監(jiān)控。RFID技術(shù)將主要作為數(shù)據(jù)采集層，采集的關(guān)鍵數(shù)據(jù)包括五大類，其重點內(nèi)容如表1所示。

表1 RFID系統(tǒng)的應(yīng)用數(shù)據(jù)采集

基于現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)，選擇合適的RFID標(biāo)簽至關(guān)重要，典型應(yīng)用方案中將涉及高頻（13.56 MHz）超高頻（915 MHz）兩種不同類型的RFID標(biāo)簽，推薦選擇的RFID標(biāo)簽規(guī)格如表2 所示。

表2 RFID應(yīng)用技術(shù)參數(shù)

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(shù)，可以將從RFID獲得的各種數(shù)據(jù)信息進(jìn)行無縫且不間斷地集成，其對于在MES中的具體應(yīng)用方案有以下幾個方面：

在過程數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)生產(chǎn)數(shù)據(jù)追蹤方面，當(dāng)零部件進(jìn)入生產(chǎn)線或到達(dá)完工區(qū)，將自動記錄工序、設(shè)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(zhǔn)確的時間通過一一對應(yīng)的順序，被送到準(zhǔn)確的工位。具體操作需要在工位安裝電子標(biāo)簽，將其固定在每一個隨行夾具上，通過閱讀器將零件各類必要編碼無接觸寫入電子標(biāo)簽，具有唯一性，可作為零件跟蹤的關(guān)鍵標(biāo)識信息。

在工量具數(shù)據(jù)采集方面，當(dāng)定制產(chǎn)線之前就規(guī)劃相關(guān)設(shè)備的RFID標(biāo)識位置，在量產(chǎn)過程中通過在線的閱讀器在預(yù)先設(shè)定的時間間隔內(nèi)持續(xù)更新設(shè)備運行的各類性能指標(biāo)。結(jié)合現(xiàn)場中央計算機(jī)和自動控制系統(tǒng)，通過及時的預(yù)警功能，和TPM計劃匹配。

在物料追蹤方面，必要的零部件在供應(yīng)商端需要提前部署電子標(biāo)簽，通過工廠的系統(tǒng)閱讀器，掃描供應(yīng)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，線邊閱讀器將持續(xù)掃描線邊物料，信息在看板上及時更新達(dá)成必要的可視化目標(biāo)。

在質(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(chǔ)。特別是在關(guān)鍵過程特性工位，如帶有安全特性的過程如螺絲擰緊中，當(dāng)零件或在制品到達(dá)裝配工位時，通過閱讀器讀取RFID編碼，協(xié)同過程數(shù)據(jù)如扭矩、轉(zhuǎn)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(chǔ)信息。

在過程數(shù)據(jù)方面，生產(chǎn)過程監(jiān)控的關(guān)鍵工位上，通過設(shè)置的閱讀器和天線自動獲取RFID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(chǔ)信息，也通過現(xiàn)場可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller, PLC）、機(jī)器人等設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，控制其執(zhí)行相應(yīng)的生產(chǎn)指令。

3.4 基于RFID的MES總體結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)采用分層結(jié)構(gòu)，其主要包括標(biāo)簽部署層、物理層、中間件層、功能應(yīng)用層和系統(tǒng)接口 層。標(biāo)簽部署層主要依據(jù)汽車生產(chǎn)車間的不同應(yīng)用需要將標(biāo)簽安裝于工裝、運載部件或設(shè)備的相應(yīng)區(qū)域。物理層主要依據(jù)的應(yīng)用需要將RFID閱讀器及其他硬件設(shè)備進(jìn)行部署和管理，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、打印、監(jiān)控和設(shè)備驅(qū)動控制等。在實際的工業(yè)制造系統(tǒng)現(xiàn)場可以考慮將總體架構(gòu)設(shè)計成服務(wù)器和客戶機(jī)的模式，即從生產(chǎn)現(xiàn)場的實際出發(fā)，選擇采用C/S模式。RFID中間層主要實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集設(shè)備與控制器和MES系統(tǒng)的集成。功能應(yīng)用層主要面向管理信息系統(tǒng)的維護(hù)、查詢、統(tǒng)計、報表等應(yīng)用，要求應(yīng)用靈活、管理和操作方便，則選擇采用B/S模式。系統(tǒng)接口層主要實現(xiàn)MES系統(tǒng)與企業(yè)信息管理系統(tǒng)之間的集成。

在具體應(yīng)用方面，基于RFID的汽車零部件制造執(zhí)行系統(tǒng)集成如圖2所示。通過在生產(chǎn)線相應(yīng)的工位處安裝固定的RFID電子標(biāo)簽閱讀器或手持式閱讀器實時采集生產(chǎn)線的零件信息，并通過現(xiàn)場控制器實現(xiàn)與機(jī)器人等現(xiàn)場設(shè)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(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，同時和MES應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行交互，而中央數(shù)據(jù)服務(wù)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(wù)器可以從中提取數(shù)據(jù)。最終通過中心服務(wù)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)。

圖2 基于RFID的汽車零部件MES集成模型

4 基于RFID的MES實踐研究

筆者負(fù)責(zé)設(shè)計運營的上海某汽車電機(jī)B工廠已經(jīng)在2019年末將基于RFID技術(shù)的制造執(zhí)行系統(tǒng)成功應(yīng)用于某電子助力轉(zhuǎn)向電機(jī)批量生產(chǎn)的項目上。圖3為該產(chǎn)線的生產(chǎn)工藝流程圖，其中三條分線和包裝站配置RFID應(yīng)用端的站點共計19個，其中原材料上線1個，定子組織和檢測3個，轉(zhuǎn)子組織和檢測3個，定轉(zhuǎn)子及機(jī)殼組織8個，電機(jī)總成檢測2個以及清潔包裝入庫2個。

圖3 基于RFID的汽車電機(jī)生產(chǎn)工藝流程圖

4.1 現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)采集

在基于RFID的MES系統(tǒng)實施以后，轉(zhuǎn)向電機(jī)線完成了各個工位的實時數(shù)據(jù)采集工作。過程的工藝主要分為電機(jī)轉(zhuǎn)子充磁，定子裝配，轉(zhuǎn)子、定子和機(jī)殼部件在總成裝配以及100%下線功能檢測（End of Line Tester, EOLT）。首先，電機(jī)轉(zhuǎn)子充磁線會通過固定的在線掃描器，借助標(biāo)準(zhǔn)料箱上或單件的RFID電子標(biāo)簽獲得所有原材料的實際信息，包括但不限于ERP中的訂單信息、零件號、批次或單件制造數(shù)據(jù)。在確認(rèn)了訂單狀態(tài)、原材料信息和質(zhì)量類信息之后，MES 也會同步調(diào)用后續(xù)生產(chǎn)必須的工藝過程、生產(chǎn)作業(yè)指導(dǎo)書或計劃、釋放生產(chǎn)訂單、選擇電子檢查清單、反饋ERP系統(tǒng)握手?jǐn)?shù)據(jù)等。同時，現(xiàn)場的控制系統(tǒng)采用的是西門子自動控制系統(tǒng)和非標(biāo)柔性的工裝設(shè)備及機(jī)器人，MES在通過線邊數(shù)據(jù)庫和中央數(shù)據(jù)庫的調(diào)用明確制造型號并記錄后，并行記錄整個過程必需的硬件設(shè)備狀態(tài)信息，更新它們的使用時間、頻次信息、操作任務(wù)狀態(tài)，協(xié)同質(zhì)量追溯表單模塊、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模塊以及輔助管理模塊實時采集定義的必要信息等。同時，定子線采用完全相同的實時數(shù)據(jù)采集方式，通過工裝板中可擦寫存儲器記錄的電子標(biāo)簽信息和裝配完成的轉(zhuǎn)子總成物理RFID標(biāo)簽記憶信息傳遞到總成裝配線，總裝線在在制品（Work in Process, WIP）上線前通過無線接觸已經(jīng)可以判斷并提前獲得所有合格或不合格品狀態(tài)，做出自動判斷并進(jìn)行數(shù)據(jù)實時交換。最終，MES在獲得所有下線檢測數(shù)據(jù)后打包所有數(shù)據(jù)至SQL數(shù)據(jù)庫，再下線打包打印客戶指定標(biāo)簽，包括可能的電子標(biāo)簽及二維碼（Data Matrix Code, DMC）?？蛻舳藢⑼ㄟ^該最終標(biāo)簽獲得關(guān)鍵信息確保后續(xù)產(chǎn)品質(zhì)量的追溯，而每個助力轉(zhuǎn)向電機(jī)的唯一條碼也將與對應(yīng)的包裝標(biāo)簽聯(lián)動，更新到ERP系統(tǒng)中去，整個在線的實時數(shù)據(jù)采集過程完畢。

4.2 現(xiàn)場可視化管理

基于RFID的MES現(xiàn)場可視化管理可確保在實時數(shù)據(jù)采集過程中及時讓內(nèi)外部的客戶及管理團(tuán)隊獲得最新的更新信息，從而做出理想的決策。B公司的助力轉(zhuǎn)向電機(jī)線的系統(tǒng)，核心驅(qū)動是關(guān)注整體工廠運營績效的提升。將設(shè)備管理的綜合效率（Overall Equipment Efficiency, OEE），對整體勞動效能指標(biāo)的分析，可以清楚地了解勞動力績效，找出人員效率的改進(jìn)方向和辦法，而分析勞動力績效的基礎(chǔ)是及時、完整、真實的數(shù)據(jù)。通過考勤機(jī)、排班管理軟件、MES系統(tǒng)等實時收集的考勤、工時和車間生產(chǎn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，用數(shù)據(jù)分析的手段，衡量人工與資源（如庫存或機(jī)器）在可用性、績效和質(zhì)量方面的相互關(guān)系。讓決策層對工廠的勞動生產(chǎn)率和人工安排具備實時的可視性，通過及時準(zhǔn)確地考勤數(shù)據(jù)分析評估出勞動力成本和服務(wù)水平，從而實現(xiàn)整個工廠人力資本最優(yōu)化和整體勞動效能的提高。在該產(chǎn)線上，所有的運營關(guān)鍵指標(biāo)（Key Performance Indicator, KPI）都是實時更新的，包括在線的5S、安全數(shù)據(jù)、質(zhì)量、成本和效率等可以實現(xiàn)可視化，準(zhǔn)確改善整條電機(jī)產(chǎn)線的生產(chǎn)運營效率指標(biāo)，充分實現(xiàn)了無紙化。

4.3 質(zhì)量追溯管理

質(zhì)量追溯管理在B工廠的MES系統(tǒng)上的信息同樣是來自實時數(shù)據(jù)采集后留存的關(guān)鍵數(shù)據(jù)內(nèi)容。在生產(chǎn)線上，系統(tǒng)會將零件號、控制計劃、檢驗計劃和過程失效模式分析（Process Failure Mode and Effects Analysis, PFMEA）關(guān)聯(lián)起來，最主要的是內(nèi)外部客戶關(guān)心的關(guān)鍵質(zhì)量參數(shù)都將一一記錄，并確保和文件體系是對應(yīng)的。具體實施中，在訂單號中掃描材質(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(guān)聯(lián)出工序相關(guān)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(hù)，當(dāng)生產(chǎn)到達(dá)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(qiáng)及時率，優(yōu)化業(yè)務(wù)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(hù)質(zhì)量編號對應(yīng)的質(zhì)檢信息，可進(jìn)行質(zhì)量統(tǒng)計分析，并通過質(zhì)檢結(jié)果控制下一道工序的開工，起到防錯功能?？蛻舻馁|(zhì)量接口在獲得電機(jī)的最終產(chǎn)品編碼便能全程追溯到電子轉(zhuǎn)向電機(jī)的制造過程信息，滿足客戶對全產(chǎn)品生命周期的投訴、維修、售后和分析的需求。

4.4 輔助功能管理

該功能管理模塊在該系統(tǒng)中最主要的是RFID的所有標(biāo)簽管理和系統(tǒng)人員的管理工作。RFID的標(biāo)簽可以分類為一次性使用或重復(fù)使用的不同功能，所以使行有效管理變得非常重要。只有授權(quán)的人員才可以對系統(tǒng)進(jìn)行管理，而RFID電子標(biāo)簽整合在需要的人員工卡內(nèi)，通過非接觸式掃描就可以100%識別不同等級的登錄和管理授權(quán)需求。

4.5 系統(tǒng)實施的效益

通過使用RFID技術(shù)的MES制造執(zhí)行系統(tǒng)在2020年初正式上線啟用后，B工廠相對于其它的常規(guī)配備的產(chǎn)線更具精細(xì)化、透明化，工廠的運營團(tuán)隊和總經(jīng)理能夠更加清晰地獲得生產(chǎn)的實時狀態(tài)，進(jìn)一步提升了制造和管理自動化的水平。而由于RFID的技術(shù)已經(jīng)延伸到了整個供應(yīng)鏈之中，該改造應(yīng)用項目獲得了當(dāng)年的集團(tuán)工廠技術(shù)改革獎，已經(jīng)具備作為后續(xù)更多產(chǎn)線的應(yīng)用實踐樣板線基礎(chǔ)。系統(tǒng)實施后在2020年12個月中的績效統(tǒng)計顯示，較2019年制造效率提高了12%，每百萬件（Part Per Million, PPM）客戶投訴率小于9次，低于之前的PPM客戶投訴率15次，年代報廢成本更是降低100萬，庫存周期從45天優(yōu) 化到36天，實現(xiàn)了整個生產(chǎn)運營系統(tǒng)的本質(zhì)飛躍。

5 結(jié)束語

本文提出了基于RFID技術(shù)理念的MES的應(yīng)用，通過對技術(shù)的理解、需求的分析和系統(tǒng)框架的設(shè)計，最終在筆者從業(yè)的B工廠成功完成了項目的應(yīng)用改造，并取得了成功績效的行業(yè)實戰(zhàn)項目。該系統(tǒng)可以通過RFID的中間系統(tǒng)，很好地實現(xiàn)系統(tǒng)與企業(yè)信息管理系統(tǒng)、現(xiàn)場的控制系統(tǒng)及設(shè)備工量具的集成，實時充分地解決了企業(yè)產(chǎn)品、生產(chǎn)計劃人員信息、原材料狀況及客戶投訴與生產(chǎn)制造現(xiàn)場信息脫節(jié)的問題，是非接觸式信息掃描技術(shù)取代接觸式識別技術(shù)的成功案例。雖然在RFID電子標(biāo)簽的成本優(yōu)化和二維碼的兼容性方面有改善空間，但作為一個真正實現(xiàn)單件追蹤和管理的系統(tǒng)，也可以在其他企業(yè)推廣中產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。