基于RFID技术的MES系统设计方案

1 引言

在轮胎生产制造企业中，轮胎生产信息的正确采集和存储将对控制轮胎的生产过程、质量检验和质量跟踪等方面起着重要作用。目前，企业MES系统依靠手工记录和条码扫描的方式进行数据采集，由于轮胎生产工序多且复杂，半成品物料就有十几种工序，依靠手工记录和传统人工条码扫描方式操作繁杂，容易出错，不利于企业精细化管理。在轮胎质量检测不合格时，条形码很难快速地追溯到故障原因，造成资源的浪费。

由此现状，在轮胎企业MES系统中，需要寻求一种新的识别技术来提高信息采集的自动化水平。随着科技的发展，RFID作为一种非接触式自动识别技术，实现信息的快速流通。故障追溯识别功能，能够满足轮胎生产线的实际需求。因此RFID技术在轮胎企业MES系统中有很好的应用前景。

2 RFID系统简介

RFID系统主要由RFID标签(Tag)、读写器(Reader/Writer)和应用系统(Application System)三部分组成。RFID系统利用射频信号以无线方式传输数据，根据RFID标签拥有的唯一识别码来高效地分辨、追踪、管理产品，实现查询、结账、存货控制、统计等功能。

2.1 RFID标签(Tag)

电子标签核心主要由带存储的芯片组成，存储包含待识别物体的身份代码和技术参数等信息。电子标签可以安装在待识别物体的适当部位。电子标签与条形码相比主要优势：

①更大的信息存储空间，并为以后的信息扩展提供可能。②产品信息动态存储。在整个轮胎生产过程中，这些信息可以自动提示工人物料的信息，提高了生产效率。③电子标签经过二次封装，可适应震动，腐蚀，潮湿金属等恶劣的工业环境。④信息读写时标签不一定要在天线的可视范围内，可以嵌入载体、工装、托盘中，使用十分方便。

2.2 读写器(Reader/Writer)

主要包括读写主机、天线和连接线缆等，天线安装在待识别物体通过的通道或必须的数据采集点上。读写器采集到的信息包括待识别物体身份代码信息，如产品型号、序号、生产时间以及其他需记录的信息。在轮胎的生产过程中，主要应用读写器非接触识别和快速读写的特点避免人工介入、减少错误，实现生产信息采集的自动化。

2.3 应用系统(Application System)

应用系统是RFID系统框架中重要的一环。是用来管理读写器、PC/PLC、服务器等的通信接口。负责实现硬件设备的信息交互以及与IVIES系统的兼容等问题。

3.原有轮胎企业MES系统

目前，在轮胎企业应用较为成熟的MES系统有“密炼车间管控网络系统”、“半成品和成型数字管控系统”和“轮胎条码物流管理系统”，这些iVIES系统都是基于条形码技术实现数据采集的，已经覆盖了轮胎生产的原材料仓库、炼胶车间、成型、硫化车间、各质检工序、成品仓库管理以及轮胎销售、三包售后等各个业务环节。由于条形码技术本身的缺陷，MEs系统在实际轮胎生产过程中常常会出现以下问题：

①在生产过程中，各环节信息都有人工输入，容易出现错误，使工作步骤不能正常衔接，影响生产效率。

②出现产品质量问题时，由于记录数据不完全，导致不能追溯到出现质量问题的工序和工位上。

③生产部门对现场信息掌握不全，使轮胎半成品生产物料容易产生大量库存，影响企业生产和管理。

④管理人员不能直接了解生产线生产状况，不能根据生产的实际情况及时调整作业计划，解决生产中的实际问题。

应用RFID技术后，以上问题可以迎刃而解：它能动态存储每个工序作业的内容;对生产线实现监控管理，使需求计划更加及时准确;减少时间和资源的浪费;可追踪定位轮胎每道工序的加工信息，提高了生产质量和效率。

图1 目前轮胎企业MES系统的示意图

3.2 RFID系统在轮胎工序生产线上的应用设计

轮胎生产线是个封闭循环系统，读写器和工位机进行通信，每个工位PC都由后台集中控制管理。标签安装到轮胎生产物料的各种工装上，每个工位的读写器在工装安装到机位时进行读取，识别此工装物料信息，并在工位机上明确显示，操作人员可以清楚地识别。

以轮胎生产半成品—威型工序为例，详细介绍一下基于RFID技术的MES系统的现场应用设计。

图2 基于RFID技术的MES系统框架

目前，轮胎半成品一成型工序应用的工装分为工字轮、百叶车和推车三大类，以常用的三鼓成型机为例，一条轮胎成型过程中需要13种物料，应用现有的条形码，需要把每种物料的条行码进行扫描，操作繁琐还易出错，而应用了RFID技术后，操作人员把物料工装安在相应工位上后，无需进行额外的操作，系统会自动识别每一种物料的信息。并把正确的物料信息记录到MES系统中。如果物料安装错误系统会提示错误信息，避免了生产浪费。RFID标签采用防金属技术，安装在工字轮辐上，读取天线安装在工位上方附近，对于百叶车等工装标签可安在车下方，天线安装在地下，整个系统布置好后，操作工在进行更换工装物料时，安装在附近的天线会自动读取所换的工装上的标签信息，自动记录到MES系统中。

通过轮胎生产各工序安装RFID系统后，对轮胎生产的各环节可以进行生产质量追溯。

图3 基于RFID技术各工序物料质量追溯工序图

3.3 基于RFID技术的MES系统应用操作流程设计

3.3.1 RFID系统操作流程

①RFID标签初始化

——工人在交接班后，在工位机上输入即将生产的物料类型和所需原料。

——工人领取原料后，通过带有标签的工装在使用位置自动进行识别存储。

——生产时，工人把带有标签的工装，安装到机位时，系统自动识别工装信息，并在

——工位机上显示，以便查看核实，完成电子标签初始化。

——当工装物料生产完后，写入生产信息，物料进行下一流转环节。

②读写电子标签

——待加工的工装物料安装在成型机工位时，MES系统通过RFID自动读取并显示当前物料的信息，以免上错物料，并把当前物料信息记录到成型工位机上，进行记录，完成追溯连接。

——更换物料时，工人先在工位机上确认当前已用物料，再进行下一物料的识别生产。

——如果物料弄错时，系统会出现错误警报，工人可以清楚的知道哪种物料出现错误，进行及时有效地更正。

③提取电子标签信息

——轮胎半成品物料统一放到存放区，质检人员发现不合格时，从读写器中提取己写入信息，定位追溯到此物料生产工位，查找质量原因，做到及时更正。

——通过对物料存放区中工装标签的识别统计，可以实时地掌握当前物料信息，为后续安排计划和生产任务提供了科学依据。

4 基于RFID技术的企业MES系统功能设计

4.1 系统特点

RFID轮胎企业IVIES系统具有以下特点：

●生产计划和工艺直接下达到工序、设备(而ERP、MRPII一般只能下达到品种、车间)，直接指导设备加工、防止跨工序加工，减少工艺错误。

●数据采集实时性，可及时进行计划考核，实时监控生产进度。

●各车间职能科室可以共享生产数据，了解相关工序的生产进度，便于生产协调。准确确认交货时间，实现批次管理。

●工艺反馈校正：及时修正工艺错误、缩短工艺纠正周期。

●加工数据有效性：减少手工操作、纸张传递：便于质量追溯。

●智能看板：完成质量信息采集与质量分析。

●扩展物流管理：RFID批次号.条码.产品。

4.2 系统包括如下功能设计

4.2.1 总体架构和系统模型的建设

通过对网络架构、工厂设备、通信路由、软硬件组合及系统规模与性能进行深入分析，确立监控系统软件与数据采集硬件设备之间的层次关系，确定各功能模块的划分，模块之间的接口，完成总体架构的建设。充分考虑系统的可集成性、可配置性、可适应性、可扩展性和可靠性。

4.2.2 软件平台的架构建设

基于面向对象设计技术、分布式网络、和各种先进的数据库及组态技术，建设适合即时、现场、远程监控的，便于扩容和修改的系统软件基础平台，充分体现面向轮胎生产特点的系统应用集成，支持实时活动，实现基于现场管理规则和综合管理知识的管控结合。

主要包括软件系统功能定位、平台选型和数据采集、数据存储、网络应用、客户端查询浏览等架构组成的建设。

4.2.3 功能模块设计

功能模块的具体软件开发，包括：①生产计划及生产管理;②现场数据采集;③④物料信息管理和跟踪查询;⑤半成品信息管理和跟踪查询;⑥产品生命周期档案;⑦设备管理：⑧产量监控分析：◎质量及绩效分析查询。

4.4 工作流设计

设计工作流模型及网络数据流规划，支持各种控制和沟通策略，支持生产过程的各种工作流程，实现制造生产和管理过程的自动驱动、记录、跟踪、分析、信息共享等，并容易实现与ERP、PDM等的无缝集成，形成一个信息流的顺畅通道。

5 RFID硬件设备选型

RFID硬件设备主要是电子标签和读写器，两者的选型从以下几个方面考虑：工作的可靠性、较高的性价比、识别的距离、工作的频率、系统的可扩展性、产品提供及维护的便携性、是否有成功的应用案例。

基于以上考虑，选择UHF频段读写器，工作频段为902"-928 MHz，符合标准EPCGen2，读写距离0～15 m，电子标签选择EPC Gen2标准的防金属UHF标签。

6 结束语

随着轮胎企业信息化的发展，MES系统的功能不单单在于企业内部，而是基于产品全生命周期管理的信息交互与共享。RFID技术与MES集成应用改善了业务流程，使制造过程中的成本和错误大大减少，提高了生产率，经济效益更为突出。目前RFID标签的数据内容编码还未形成统一的全球化标准，区域性标准已发布，这样通过互联网RFID不仅仅实现制造执行系统内的信息交流，而且可实现与企业其他应用系统的集成，从而使产品信息识别和实时信息共享成为可能。
来源；中国工控网