1. 系統(tǒng)概述

1.1. 系統(tǒng)背景

 隨著經濟的全球化發(fā)展趨勢，傳統(tǒng)密集型加工制造業(yè)，如服裝、電子等行業(yè)，單品制造費用越來越高，加 工利潤越來越低，為提升企業(yè)的整體利潤率，優(yōu)化企業(yè)管理流程，通過信息化改造來提升生產效率成為有效的 手段之一。在傳統(tǒng)的制造企業(yè)中，管理主要集中在產品管理、質量管理、倉庫管理、移動資產管理、現(xiàn)場人員 管理、車隊管理等。通常，生產線信息的采集采用人工采集、手工輸入的方式。人工采集、手工輸入的方式準 確性不足，存在一定的錯誤率。手工輸入只能定時進行，導致生產計劃按周計劃、月計劃提交，不能精確到日。 系統(tǒng)中生產數(shù)據無法實時更新，滯后情況嚴重，不利于生產流的順利進行，制約了產能的進一步提高。同時制 造企業(yè)大部分職能部門大多數(shù)使用紙和筆，這使得制造企業(yè)的大部分職能部門面對著大量的數(shù)據錯誤，降低了 生產力。

                             圖 1 流水生產線

1.2. 現(xiàn)狀及分析

在傳統(tǒng)的制造企業(yè)的生產流程中，大部份生產模式以單件流生產模式為主，這種生產線模式的最大缺點是 通常在某些瓶頸工序會積壓大量半制成品，如果工序繁復且生產環(huán)節(jié)多，這種現(xiàn)象將更加嚴重。目前在傳統(tǒng)加 工企業(yè)的管理中普通存在著如下問題：

      l   整體生產效率低下，現(xiàn)場管理無從下手；

      l   生產過程數(shù)據量大，生產線積壓嚴重，不能形成自動化流轉和自動化采集數(shù)據；

      l   需要手工錄入大量數(shù)據，準確率和工作效率較低，可靠性不能保證；

      l   可控性差，對加工進度的掌握不精確，生產現(xiàn)場狀態(tài)監(jiān)控能力不足；

      l   質量損耗嚴重，返修率過高，無法進行質量追溯；

      l   訂單生產進度和車間在制品、完工數(shù)據等不清楚，無法準確計算成本；

      l   經營數(shù)據的分析和統(tǒng)計無法做到準確及時，難以挖掘出有價值的信息以指導未來生產計劃。

這些問題削弱了管理人員對生產周期的預測、控制及應變能力，已越來越難以應付定單規(guī)格多，且交貨期 短的市場要求。 實時獲得企業(yè)業(yè)務流程中產生的數(shù)據并對這些數(shù)據進行挖掘、分析是解決這些問題的關鍵。完成數(shù)據的挖 掘、分析，可為企業(yè)帶來：
l   生產線有效工作時間提高 15%，產出提高 10%；供應鏈成本下降 30%，庫存下降 25%；銷售額提升 10%。
l  企業(yè)業(yè)務流程的各個環(huán)節(jié)產生海量數(shù)據，它包括產品生產、需求管理、客戶關系管理、計劃、供給、 原材料采購、生產、倉庫管理、配送和財務，甚至企業(yè)內部每一個角落。如何實時獲得這些數(shù)據、把 這些數(shù)據集中處理并進行分析，將是贏這場數(shù)據之戰(zhàn)的關鍵。

基于 RFID 技術的生產線管理系統(tǒng)成為解決上述問題的有效方案之一，通過采用 RFID 技術，系統(tǒng)能夠自動 采集生產數(shù)據和設備狀態(tài)數(shù)據，為生產管理者提供企業(yè)業(yè)務流程所有環(huán)節(jié)的實時數(shù)據，可允許結合各工序設備 的工藝特點和相關的工藝、質量指標參數(shù)，進行各生產重要環(huán)節(jié)的工藝參數(shù)和設備運行參數(shù)等生產信息的在線 監(jiān)測和分析，幫助企業(yè)實現(xiàn)生產過程中半成品工序、成品工序的計量，倉儲的出入庫管理的自動化和信息化集 成，供應鏈的自動實時跟蹤，銷售及售后服務反饋，讓企業(yè)領導可實時掌握流程信息，并對企業(yè)業(yè)務進行監(jiān)管 理督。而實現(xiàn)對產品生命周期的實時跟蹤，提高企業(yè)生產管理的工作效率和服務水平。

2. 系統(tǒng)介紹

 2.1. 系統(tǒng)原理

 在生產車間的生產線上安裝 RFID 設備，RFID 設備包括固定式 RFID 實時數(shù)據采集終端、控制器、RFID 標 簽。RFID 實時數(shù)據采集終端與控制器之間系統(tǒng)采用無線通訊方式，控制器與計算機之間通過有限方式連接。在 生產線的半成品上安裝 RFID 標簽，當生產線工人完成半成品加工后，通過 RFID 數(shù)據采集終端實時傳輸工人工 序完成刷卡數(shù)據信息，工序校驗完成后，再由 RFID 控制器讀取生產線上的所有半成品信息并將數(shù)據信息傳輸 到后臺系統(tǒng)數(shù)據庫中。

系統(tǒng)工作原理如下：

-在制品標簽 給每個在制品安裝一張 RFID 標簽，將標簽和在制品綁定，設定在制品代碼，在 RFID 標簽上記錄在制品 的相關信息。

-員工標簽 每個工人配發(fā)的 RFID 標簽作為員工卡，標簽 ID 號與其生產工位綁定，上下班刷卡，計算考勤及工時、數(shù) 量。

l   工位實時數(shù)據采集終端 按照生產線工位配置 RFID 數(shù)據采集終端，每一個生產工位安裝一套 RFID 數(shù)據采集終端設備，工位采集終 端實時采集標簽數(shù)據信息及工人刷卡數(shù)據信息，每完成一個工序刷卡表示該工序已完成，并將采集到的數(shù)據信 息通過無線方式實時傳輸給數(shù)據控制器。

l   檢驗工位 每條生產線在最后設立一個檢驗工位，配上工位數(shù)據采集終端設備和顯示工具，采集通過讀取已生產好的 半成品（成品）標簽信息來判斷是否有工序遺漏和總數(shù)統(tǒng)計，將達標的產品或半成品換上已初始化好的新標簽， 轉入到下一個工序生產線，若不達標放入到對應工序不達標待放區(qū)，打包送往對應的工序返工。

l   數(shù)據控制器 數(shù)據控制器作為數(shù)據采集中心完成以下功能：

1）數(shù)據的實時傳輸，即讀寫器識別采集的數(shù)據信息實時發(fā)送至后臺PC數(shù)據中心，數(shù)據信息包括在制品所處 的工序，每個工人在個人工位處理在制品耗時多久，此工序累積處理多少在制品等上傳給服務器，進而達到在 制品工序的實時查詢和員工工作量的實時記錄；

2）數(shù)據控制器和工位數(shù)據采集終端的無線配置，主要實現(xiàn)采集數(shù)據的交換和處理，并及時將后臺處理結果 及指示傳遞給工位采集終端進行工序提示和操作。 系統(tǒng)原理框圖如圖 2 所示：

圖 2 生產線管理系統(tǒng)原理圖

2.2. 系統(tǒng)結構

生產線管理系統(tǒng)主要包括員工信息管理系統(tǒng)、在制品信息管理系統(tǒng)、數(shù)據采集系統(tǒng)、生產信息管理系統(tǒng)、 工序檢驗系統(tǒng)和工作量統(tǒng)計系統(tǒng)六大部分。

                                                      圖 3 生產線管理系統(tǒng)結構圖

l   員工信息管理系統(tǒng) 

      采用 RFID 標簽管理員工的個人信息，實現(xiàn)上下班考勤及個人工時、計件數(shù)量統(tǒng)計和工位負責制。

l   在制品信息管理系統(tǒng)

     通過在制品上的 RFID 標簽信息，可自動了解對在制品物料的情況，計算出領料量與產品產量是否合理， 從中得出物料安排是否合理、生產報廢比率是否合理等信息，此結果有助于相關部門及時調整物料安排計劃和 產品成本、價格體系。

l   數(shù)據采集系統(tǒng) 

     通過工位采集終端和控制器的無線數(shù)據采集系統(tǒng)可實時獲取在制品所處工序、工序完成情況、各道工序完 成工人、每個工人在個人工位處理在制品耗時多久等詳細數(shù)據信息，便于在制品問題排查和工序處理。

l  生產信息管理系統(tǒng) 

     通過 RFID 技術管理整個生產線的生產情況，產品每天每時產量多少，每道工序每天每時完成多少，也可 通過此系統(tǒng)實時跟蹤生產情況信息來分析各產品的生產進度、難度、預計完成時間等。

l   工序檢驗系統(tǒng) 

     通過工序檢驗系統(tǒng)來檢驗是否有工序遺漏，將達標的產品或半成品換上已初始化好的新標簽，轉入到下一 個工序生產線，若不達標放入到對應工序不達標待放區(qū)，打包送往對應的工序返工，進而檢驗生產線上的產品 合格率，具體到人和工序，可分析出哪些工序易出問題。

l   工作量統(tǒng)計系統(tǒng) 

      根據員工的刷卡記錄和相應的工序刷卡記錄來統(tǒng)計員工的生產產量情況，系統(tǒng)自動將每個員工的每天每時 的工序完成數(shù)量，達標情況，壞品情況，報廢情況，返修情況等全部一一統(tǒng)計好記錄在系統(tǒng)中，可生成相關報 表上傳給相關部門。

2.3. 系統(tǒng)拓撲圖

                                                           圖 4 生產線管理系統(tǒng)拓撲圖

2.4. 系統(tǒng)工作流程

2.4.1. RFID 標簽標識、數(shù)據錄入

 給每個物料配發(fā)一張 RFID 標簽，將標簽和在制品綁定并記錄相關數(shù)據信息到系統(tǒng)數(shù)據庫中，給每位工人 配備一張員工卡，將員工卡 ID 號與其所在工位綁定，可將員工個人信息也錄入系統(tǒng)，便于考勤。

2.4.2. 生產線工位數(shù)據實時采集

按照生產線工位配置好 RFID 數(shù)據采集終端，工人在物料加工生產時先刷一下自己的員工卡，數(shù)據通過工 位采集設備實時傳輸給數(shù)據中心，標明工人已開始此道工序，每完成一道工序后將在制品上的 RFID 卡在工位 采集終端上讀取一次，刷卡數(shù)據通過數(shù)據控制器實時與管理后臺交換數(shù)據，完成一個工序后在制品到下一個工 序進行。這樣工位采集終端可以實時采集標簽數(shù)據信息及工人刷卡數(shù)據信息，并將采集到的數(shù)據信息通過無線 方式實時傳輸給數(shù)據控制器。

2.4.3. 生產線工位檢驗

每條生產線最后有一個檢驗工位，通過工位數(shù)據采集設備讀取已生產好的半成品（成品）標簽信息來判斷 是否有工序遺漏和總數(shù)統(tǒng)計，將達標的產品或半成品換上已初始化好的新標簽，轉入到下一個工序生產線，若 不達標放入到對應工序不達標待放區(qū)，打包送往對應的工序返工。

2.4.4. 數(shù)據無線傳輸

數(shù)據控制器作為數(shù)據采集中心，可以實現(xiàn)與工位采集終端設備之間數(shù)據的無線接受與處理，并可將在制品 所處的工序，每個工人在個人工位處理在制品耗時多久，此工序累積處理多少在制品，每個在制品經過工序總 數(shù)及不達標工序編號等上傳給后臺服務器，進而達到在制品工序的實時查詢和員工工作量的實時記錄，同時可 以及時將后臺處理結果及指示傳遞給工位采集終端進行工序提示和操作。

2.4.5. 工作量統(tǒng)計和數(shù)據分析

后臺系統(tǒng)中心可以根據員工的刷卡記錄和相應的工序刷卡記錄來統(tǒng)計員工的生產產量情況，系統(tǒng)可以自動 記錄每個員工的每天每時的工序完成數(shù)量，達標情況，壞品情況，報廢情況，返修情況等全部數(shù)據，并可以生 成相關報表上傳給相關部門進行數(shù)據分析。后臺系統(tǒng)中心可以通過實時數(shù)據歸集對每個車間、每個組、每個車 位及工人的生產情況進行實時的監(jiān)控，進而實現(xiàn)實時生產狀況監(jiān)控，提供生產力和管理效率。

3. 系統(tǒng)特點

基于 RFID 的生產線管理系統(tǒng)具有如下特點：

l   生產數(shù)據能夠準確、實時的采集 系統(tǒng)在生產車間采集實時生產數(shù)據是通過工人在生產過程中各道工序刷卡的方式來實現(xiàn)，通過工位數(shù) 據采集終端將各類生產數(shù)據傳輸?shù)綌?shù)據控制器并實時地反饋到系統(tǒng)中，進而實現(xiàn)實時的生產數(shù)據采集和分 析。

l   數(shù)據通過無線方式傳輸，無需施工布線，節(jié)約成本投資 無線傳輸在保證數(shù)據準確、實時傳輸?shù)耐瑫r，可以大量減少線纜的使用，沒有線路限制，也可以節(jié)省 施工安裝的人力成本，從而大大節(jié)約項目成本投資。

l   生產力在原有的基礎上實現(xiàn)提升 生產車間實時生產數(shù)據反饋到系統(tǒng)，通過系統(tǒng)監(jiān)控可以實時的發(fā)現(xiàn)阻礙生產流水線暢通的原因所在， 及時的發(fā)現(xiàn)生產瓶頸所在。系統(tǒng)是通過實時數(shù)據歸集對每個車間、每個組、每個車位及工人的生產情況進 行實時的監(jiān)控，從而可以發(fā)現(xiàn)任何生產環(huán)節(jié)出現(xiàn)的非正常狀態(tài)，并及時解決阻礙生產流水的瓶頸。從整體 上保障了流水線的暢通，提高了生產力。

l   實時監(jiān)控生產線車工的工作狀態(tài) 系統(tǒng)能夠實時的監(jiān)控生產線工人的狀態(tài)，通過對員工在工位的不同狀態(tài)的觀察，從而實現(xiàn)工廠整體的 透明化管理，提高工廠管理的效率。

l  訂單進度實時跟蹤，保障及時交貨 基于 RFID 的生產線管理系統(tǒng)可以根據客戶訂單入手，從物料分配到生產下線整個生產流程的實時進度 跟蹤。實時跟蹤訂單在生產線的進度，整個訂單何時開始進料，目前每道工序完成了多少產品數(shù)量，主要 停滯在哪道工序等，從而精確的掌握每個訂單的生產進度，達到及時交貨的目的。

l   嚴格質量管控，降低返修率 質量是生產企業(yè)永續(xù)經營的基石，也是企業(yè)面對客戶的品牌保證，而最高目標就是要達到質量問題退 貨率為零。基于 RFID 的生產線管理系統(tǒng)可以進行嚴格的質量管理，把責任追蹤到個人身上，把有質量問題 的產品是在什么時間做的，哪道工序做的，進行了多長時間，哪個工人執(zhí)行的此道工序一一記錄在案，在 提升產量的同時也控制了質量，降低了返修率的同時提高了生產力。

l   產能和計件薪資的智能統(tǒng)計 傳統(tǒng)的產量統(tǒng)計和工人計件薪資的核算都要耗費大量的人工和時間，數(shù)據的滯后性，數(shù)據失真容易造 成不良后果。通過 RFID 生產線管理系統(tǒng)可以統(tǒng)計工人的產能以及計件薪資，提高了生產數(shù)據的統(tǒng)計效率和 數(shù)據的準確性，可以提供實時的工人真實產量統(tǒng)計和實時的薪資報表，便于薪資的核算，提高公司生產運 營的效率。

 4. 其他應用領域

l  服裝類生產線管理

l   工業(yè)生產線管理

l  電子產品生產線管理

l   倉儲物流管理