1 系統概述

1.1 系統摘要

本系統使用RFID電子標簽作為信息載體，以局域網、互聯網為信息渠道，建立一套完整的信息化管理系統，能夠對整個生產線管理的每個環節進行全程的記錄，實現在制品的自動識別和實時管理，從而實現對企業生產線上的物流和信息流的實時跟蹤，提高企業生產管理的工作效率和服務水平。

1.2 項目背景

隨著經濟的全球化發展趨勢，傳統密集型加工制造業，如服裝、電子等行業，單品制造費用越來越高，加工利潤越來越低，為提升企業的整體利潤率，優化企業管理流程，通過信息化改造來提升生產效率成為有效的手段之一。

在傳統的制造企業的生產流程中，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節多，這種現象將更加嚴重。

目前在傳統加工企業的管理中普通存在著如下問題：  

1） 整體生產效率低下，現場管理無從下手；

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

3） 需要手工錄入大量數據，準確率和工作效率較低，可靠性不能保證；

4） 可控性差，對加工進度的掌握不精確，生產現場狀態監控能力不足；

5） 質量損耗嚴重，返修率過高，無法進行質量追溯；

6） 訂單生產進度和車間在制品、完工數據等不清楚，無法準確計算成本；

7） 經營數據的分析和統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格多，且交貨期短的市場要求。

1.3 條碼技術與RFID技術的對比

國內生產制造企業在建立和不斷完善質量體系的過程中，迫切要求產品生產線有一套清晰、完整、便于存取和檢索的質量記錄。

目前基于條碼的生產管理系統，使各種質量分析和控制得以方便地實現。傳統的條碼系統有其優點，也有明顯的缺點，如易污染、折損、需要停止等待逐個掃描等，批量識讀效率不高，無法滿足快速準確的需求。

與傳統條形碼識別技術相比，RFID技術有本質上的優勢： 

1） 快速、遠距離掃描 

條形碼一次只能有一個條形碼受到掃描； RFID讀寫器可遠距離同時識別讀取多個 RFID標簽。 

2） 可重復使用 

條形碼印刷上去之后就無法更改，RFID標簽則可以重復地新增、修改、刪除RFID標簽內儲存的數據，方便信息的更新。 

3） 穿透性和無屏障閱讀 

在被覆蓋的情況下， RFID能夠穿透紙張、木材和塑料等非金屬或非透明的材質，并能夠進行穿透性通信。而條形碼掃描機必須在近距離而且沒有物體阻擋的情況下，才可以識讀條形碼。 

4） 抗污染能力和耐久性 

傳統條形碼的載體是紙張，因此容易受到污染，但RFID對水、油和化學藥品等物質具有很強抵抗性。同時由于條形碼是附于塑料袋或外包裝紙箱上，所以特別容易受到折損；RFID標簽是將數據存在芯片中，因此可以免受污損。 

5） 體積小型化、形狀多樣化 

RFID在讀取上并不受尺寸大小與形狀限制，不需為了讀取精確度而配合紙張的固定尺寸和印刷品質。同時RFID標簽更可往小型化與多樣形態發展。

6） 數據的記憶容量大 

一維條形碼的容量是 50Bytes，二維條形碼最大的容量可儲存 2至 3000字符， RFID最大的容量則有數兆Bytes。

7） 安全性 

由于 RFID承載的是電子式信息，其數據內容可經由密碼保護，使其內容不易被偽造及變造。 

因此，RFID 技術不只是條碼技術的簡單替換，它在制造業中的應用將改變加工制造企業的生產經營方式，為眾多企業提高了生產過程管理水平，提高了生產效率，使得以前難以定量考核的管理數據得以方便快捷的獲得，從而優化了生產過程管理。

1.4 系統簡介

目前制造企業在面臨著諸多問題，如何解決車間生產線的數據實時的反饋，保證數據的真實性和解決問題的及時性；如何保證流水線的暢通，如何解決在制品的堆積以及如何及時發現瓶頸工序；如何保障出口成衣能夠準時交貨等因素一直困擾著企業管理者。

為了提高生產過程透明化和企業綜合信息化建設，達到提高效率和降低成本的目的，公司迫切需要一套符合生產線管理的控制管理系統，解決生產現場狀態監控能力不足、工位之間協調能力差、現場操作和配料缺乏有效指導、質量數據錄入滯后等問題。

基于RFID技術的生產線管理系統成為解決上述問題的有效方案之一，通過采用RFID技術，系統能夠自動采集生產數據和設備狀態數據，為生產管理者提供生產線所有工序環節的“實時數據”，并且能夠結合各工序設備的工藝特點和相關的工藝、質量指標參數，進行各生產重要環節的工藝參數和設備運行參數等生產信息的在線監測和分析，幫助企業實現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，從而做到對生產操作進行自動實時跟蹤，可有效地對各生產崗位進行監督、對產品質量的穩定性和工藝參數的執行率進行監督。

同時通過與企業已有ERP系統的結合，及時查詢每一個訂單的生產情況，使企業的管理者及采購，物流等部門能夠實時監控任何一個訂單的生產情況，為生產排期、物料采購、海關報關及物流運輸等環節提供調度依據。

RFID生產線管理系統采用電子工票取代傳統的紙質工票，為生產流水線上的每一個單品工件使用一張RFID標簽，在每個工位上安裝一臺RFID數據采集終端。當工人每完成一次作業時，系統通過RFID采集設備自動將工件的信息直接發送到電腦系統，系統自動完成計件工資計算和各種生產統計工作，為企業提供一套完整的解決方案。

系統示意圖如下所示：

圖1 系統示意圖

RFID生產線管理系統高效準確地解決了生產車間一線工人的工資計算、在制品水平監控等問題，并且及時將生產進度、員工表現、車位狀態、在制品數量等各方面的綜合信息進行數據共享，幫助管理者從系統平臺獲取實時生產數據，分析生產瓶頸并提高生產效率，在收發等各個環節和每道工序跟蹤產品生產的完整過程，防止錯誤的發生。同時電子標簽為管理人員、公司高層和車間一線工人建立了一個連接渠道，將每一件產品的生產過程數據實時、準確地反饋到每一層級的管理人員，大大提高了生產效率，節省人力、紙張、溝通時間，提高企業的生產效率和管理決策能力。

2.系統設計目標

2.1 系統總體目標

RFID生產線管理系統實現生產流水線的每個工序的生產狀況以及在生產過程中的數據操作的準確化和系統化，建立產品生產控制跟蹤，實現從原材料到半成品到產品的可監控可追溯，提升現場管理水平，提高成品一次下線合格率和生產效率，促進生產組織管理精細化，提高產品制造質量，降低制造資源消耗，提升企業市場競爭力。

2.2 系統設計目標

針對目前制造企業的現狀及存在的問題，實現生產環節的實時管理, 提高企業的生產效率, 減少庫存, 對市場需求做出更快的響應, 加速企業資金的周轉，系統需要達到如下設計目標：

1） 建立統一的物料編碼體系，保證從物料到產品的唯一性

系統采用RFID編碼方式進行數據管理，建立統一規范的物料編碼體系，保證從每個單位物料到產品的唯一性。在生產過程的任何一個環節都能夠正確地追蹤到物料的來源和去向。

2） 建立實時的數據采集系統，為生產運營的暢通提供保證；

3） 減少生產數據丟失，保證原始實時數據的準確性，建立完整的數據倉庫；

4） 建立生產線實時信息通道，保障生產流水的暢通；

5） 提高信息的透明度，建立質檢追溯體系，強化自我監督，互相監督意識；

6） 建立業務跟蹤的實時信息，保障成品及時交貨；

7） 建立透明化的計件工資體系，實時反映工人實際生產狀況；

8） 加強對生產數據的采集和分析，在實現管理精細化的基礎上，為決策層提供準確的依據。

3 系統總體架構

3.1 系統總體架構

RFID生產線管理系統是MES項目中將生產過程采用RFID刷卡方式完成工序流轉和數據采集，解決生產過程控制的問題，同時基于以往實施ERP和MES系統的成功經驗，完成從采購、庫存、銷售到財務核算的整套信息系統規劃，實現銷售、采購、庫存、生產、財務、質量、成本、設備、工藝、人員管理的有機整合，實現公司全面信息化和無紙化。 

系統總體結構與組成如下圖所示：

圖2 系統總體結構與組成

生產過程化管理是精細化管理的基本要求，RFID生產線管理系統從生產的最小單位和粒度記錄生產過程信息，通過對生產過程的參與者及產品進行精細化管理，完成生產過程數字化，從而在生產過程數字化的基礎之上進行數據分析、挖掘，獲得產能分析，產能趨勢，風險預測，生產質量及效率評估等。

通過過程化管理能夠把車間生產過程按照員工、工序、時間、設備等維度的信息統一管理起來，在此基礎上得到非常準確的生產計劃，排班計劃，進度跟蹤，風險預測等，同時通過詳細的生產過程化數據，進行產品質量追溯，在制品工藝過程分析，制定合理的工時/工價。

系統總體架構圖如下所示：

圖3系統總體架構圖

系統設計采用如下三層架構：

圖4 系統架構圖

第一層是設備層，主要包括：RFID讀寫器、RFID手持機、RFID標簽、RFID打印機、RFID讀卡器等設備。

第二層是管理軟件層，包括：車間管理系統、領導查詢系統。車間管理系統主要完成數據采集、數據處理、數據統計、數據查詢等功能。領導查詢系統主要實現各種報表的匯總查詢功能。

第三層是數據庫管理層，主要完成數據的存儲、數據控制等功能。

3.2 網絡拓撲結構

系統網絡拓撲結構如下所示：

圖5 網絡拓撲結構圖

系統網絡設計能夠做到：

1）分層設計，保證系統可靠，數據安全；

2）選擇最合適的網絡結構，保證性價比最高；

3）分布式計算，降低對辦公網絡及計算機系統負載壓力；

4）標準設計，方便網絡監控和錯誤定位。

4 系統流程設計

4.1 總體技術路線

RFID生產線管理系統由RFID技術結合計算機設備組成，由掃描點放置的RFID讀寫器通過讀取RFID標簽來及時取得現場數據，并經過數據清理和整合，將有效的生產線信息傳輸到系統中。系統通過統計、分析現場數據，能夠實時了解生產現狀并及時發現異常、處理異常。

系統管理流程如下圖所示：

圖6 系統流程圖

4.2 系統流程設計

以一條完整的服裝生產線為例，設計流程如下：

1）裁剪部門按照生產計劃單領料、鋪布、裁剪，填寫裁床單；

2）裁剪后把相同部位的多層衣片按照尺碼、布層、顏色等規則捆扎起來，并把根據裁床單錄入并打印出的扎單捆綁在每一捆衣片上，扎單上記錄有該衣片的屬性，比如款號、尺碼、顏色、批次、裁床號，以及工序號、扎單號和件數等信息；

扎單的作用是標示衣片的屬性、裁剪的批次，指示該捆衣片需要執行的加工工序和本批次產品的件數，以及記錄各工位工作量信息。

3）縫紉車間到裁床部門領取捆扎好的衣片，按照生產流程把相同扎單號的衣片配套捆綁在一起，并徒手遞送到對應的工位上；

布料裁剪完成后，工人完全依靠扎單上的信息來進行生產操作，以保證每件衣服都是遵照計劃好的工序、由相同屬性的衣片縫制而成的。

4）工位上的工人領到衣片后進行規定工序的操作，操作完成后在扎單存根上簽上工號，同時剪下扎單上的一條（稱作飛仔），以作為核算計件工資的憑證；

5）配扎工把前道工序完成的半成品收集起來，再次和相同扎號的其他部位衣片配套捆綁，手工傳送到下一道工序；

6）重復操作4、5步驟，直至所有工序完成，成品包裝并入庫。

生產線流程示意圖如下所示：

圖7 生產線流程示意圖

5 系統設計方案

RFID生產線管理系統是為規范產品識別追蹤而構建的信息監管平臺。系統基于統一的物料編碼規范，使用先進的RFID識別技術和計算機的數據庫管理查詢相結合，自動識別產品信息，實現物料在各個流程環節中的“一物一碼”，真正做到全程的實時跟蹤與監控，并為管理層提供實時精確的報表分析，管理層可以實時了解一線生產動態，發現生產瓶頸，優化工序從而縮短生產周期。

5.1 統一規范的編碼體系

因為在各個不同的生產環節、不同的物料之間需要進行信息轉換和銜接，為了能夠進行全程監管生產線過程，必須建立統一規范的物料編碼體系，在任何一個環節都能夠正確地追蹤到物料的位置和狀態。

制定統計規范的編碼體系，可以對生產線進行可靠的管理；同時，也便于對于物料的實時跟蹤管理。統一編碼體系遵循三大規范：

1） 惟一性

RFID生產線管理系統可以針對每個物料都實現識別與跟蹤，屬于單品級管理，因此必須保證不同環節所采用的編碼是惟一的。本系統采用多級賦碼管理機制，不僅可以在不同環節之間可以進行編碼轉換，而且可以確保在整個生產線中的唯一特性。

2） 保密性

編碼內容不包含具體的產品信息，其原因為：一方面可以提高識別時讀取的效率和準確性，另一方面管理和記錄的內容是企業以及政府相關部門的重要信息。

3） 可靠性

編碼的生成和讀取相對簡單實用，既考慮長度、讀取率，還要考慮可糾錯性、避免誤讀、讀錯。

5.2 基礎信息平臺

基礎信息平臺是整個系統的基礎平臺，通過系統平臺可以將生產車間產生的各種數據進行集中存儲、數據分析處理，是其他子系統的基礎平臺。

基礎信息平臺擔負著整套系統的靜態基礎數據、動態記錄的存儲與處理，統計報表、實時數據調整與查校等功能。中心的建立依賴于其他子系統的成功建設，平臺的工作要在一個相對較長的時間內進行逐步架構和完善。

5.3 生產線RFID設備配置方案

在生產車間的流水線上安裝RFID設備，RFID設備包括RFID讀寫器、RFID標簽。RFID讀寫器與計算機系統通過以太網連接。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讀寫器讀取生產線上的半成品信息，并將信息傳輸到系統數據庫。

生產線RFID設備安裝示意圖如下所示：

圖8 生產線RFID設備安裝示意圖

系統按照生產線工位配置RFID設備，每一個生產工位安裝一套RFID讀寫設備，生產工位的設置如下：

1）根據在制品的組裝要求，生成生產工位；

2）將RFID 標簽中的在制品代碼和生產工位綁定，然后將標簽和在制品綁定；

3）當在制品進行多徑選擇時，讀寫器讀取標簽中的在制品代碼，并根據生產線上工位的信息，確定下一個工位。

5.4 生產線自動識別實現方案

生產過程控制的要求是根據在制品信息，動態地確定在制品組裝路線和組裝方式，使企業管理層能夠實時地發現在制品生產和生產線運轉狀態。系統主要由流水線、RFID 數據采集系統、在制品和工位幾個部分組成。

當在制品在流水線上移動時，實時檢測到在制品狀態信息，到達工位后由工人取下進行零配件組裝，完成后再放回流水線，直到完成所有工序。并且能夠根據控制系統設定的組裝路線和組裝方式，生成路徑選擇指令和組裝提示。

生產工位自動識別實現示意圖如下所示：

圖9 生產工位自動識別實現示意圖

生產線自動識別實現方案為：

1）每種工序的物料在發放時，配上一張智能卡； 

2）每個工人都配有一張工卡；

3）在每個工位上安裝一臺RFID讀寫器； 

4）工人在加工時先讀一下自己的工卡，每完成一道工序后將物料上的智能卡在RFID讀寫器上讀取一次，系統實時與管理后臺交換數據，完成一個工單后換下一個工單的物料卡。

RFID 數據采集系統主要包括一個帶有雙天線的RFID 讀寫器，每個在制品都和一個RFID標簽進行綁定。

技術實施方案如下圖所示：

當綁定有RFID 標簽的在制品以先后順序經過天線１和天線２時，將觸發２ 次RFID 標簽讀寫事件，以讀寫器代號和工位代號作為關鍵字的RFID標簽讀寫事件，通過對事件產生的相關數據的記錄與處理，來判斷在制品的完成情況及各個工位的運轉情況。

使用RFID自動識別技術實現生產線管理的功能為：

1）系統自動記錄每個工人在哪些時段在做哪些工單，耗時多久

2）生產線上每一個工序使用工位讀寫器自動完成后道工序的數量獲取； 

3）員工可以通過自助刷卡終端來查詢自己全天的生產記錄； 

4）系統實時統計并計算出每個組、每個工位、每個工序的生產進度情況，給予管理者的工人調配提供最佳精確的生產數據，提供工作效率，減少人力資源浪費。 

6 軟件系統功能

系統軟件采用C/S和B/S相結合的工作模式，所有數據存儲在監控中心的服務器端，并且在各地局域服務器上存儲本地數據，支持遠程、多端點登錄，有權限用戶均可實時監控系統運行情況，查看并處理相關的數據記錄。

RFID生產線管理包括管理層應用和生產現場應用兩部分，系統應用劃分設計如下圖所示：

圖10 系統應用設計

6.1 生產線管理系統

1）生產過程控制

圖11生產過程控制

 ① 派工單批次執行情況：掌握批次生產計劃的執行進程，以及各批次在生產線上的分布情況；

 ② 生產線狀態：生產線不同區域在制品信息；

 ③ 在制品狀態：各個在制品在生產線上的狀態；

 ④ 生產節拍：掌握各關重工位和整個生產線的生產節拍。

2）生產過程質量信息管理

 ① 成車下線合格率統計：可按日、月、年和自定義時間段統計生產線下線合格率；

 ② 按批次、車型、系列、部件、故障類型等統計質量故障信息； 

 ③ 成車一次、二次返修合格率及信息查詢；

 ④ 工作量統計：質檢員、返修工人工作量及效率統計；

 ⑤ 數據導出：根據需求，可導出數據至Excel表格。

圖12生產過程質量信息

3）派工計劃執行管理

 •派工計劃直接下達到生產現場

 ① 每日將ERP的派工計劃自動下載到MES系統；

 ② 將派工計劃及成車狀態配置信息下發到現場工位；

 ③ 代替原有的紙質派工單。

 •生產通知通告下達

 可根據車間生產狀態，下達車間指令。

4）工位生產協調

 ① 生產計劃進度在車間實時共享，工人協調配料、裝配：生產線起點上線工位的計劃執行進度在全企業共享，有效協調部裝、配料等工位配料及生產；

 ② 派工計劃順序調整后，在全企業內及時通知：上線工位調整派工計劃執行順序，并及時地、自動地通知生產線各管控工位，代替以前的班組長通知。

5）配料及裝配管理

 ① 電子看板可視化指導：各個工位設置電子看板，主要顯示當前成車的車型狀態、工藝及各種操作提示，以輔助工人及時知曉生產狀態變化及指導工人作業，避免失誤。

 ② 發動機配料計數：為發動機配料工位工人提供發動機下放計數功能，代替原有的依靠工人記憶計數，減少人工計數差錯、提高工人效率。

6.2 信息查詢模塊

統計分析、報表管理是集裝箱數據的集中整理和反饋，也是威東航運監管集裝箱在所有流通鏈中的集裝箱位置和狀態的重要功能。

（1） 報表管理

報表管理應包含固定報表、動態報表兩類。

固定報表：固定報表是系統周期性產生的確定的一些報表。報表生成以后，存儲在服務器上，用戶請求直接返回給用戶，系統需要預先定義好一組固定報表。

動態報表：用戶請求實時生成的報表。各應用同時進行不同的動態報表生成時，系統能快速響應，返回要求的報表信息。

生成的報表可導出、打印。

圖13  統計報表

圖14  統計報表

7 系統特點與系統效益

7.1 系統特點

1） 可控性好，能精確規劃允許數據采集的范圍；

2） 標簽內容可讀寫，可重復使用，節約成本；

3） 提供信息系統獲取實時數據的自動化手段；

4） 實現精益生產及準時生產；

5） 優化生產過程，提高生產、管理效率；

6） 節約成本；

7） 生產瓶頸分析及報警；

8） 實時性高、安全穩定；

9） 實現產品質量追溯。

7.2 系統效益

1） 生產數據能夠準確、實時的采集

生產數據的實時反饋是保證生產運營暢通的基礎。系統在生產車間采集實時生產數據是通過工人在生產過程中通過插拔卡或刷卡的方式來實現，RFID閱讀器通過讀出RFID卡中所帶有的特定信息實時的反饋到系統中，通過這種操作方式系統能夠提供實時的生產數據進行采集和數據分析。

2） 生產力在原有的基礎上實現提升

生產車間實時生產數據反饋到系統，通過系統監控可以實時的發現阻礙生產流水線暢通的原因所在，及時的發現生產瓶頸所在。系統是通過實時數據歸集對每個車間、每個組、每個車位及工人的生產情況進行實時的監控，從而可以發現任何生產環節出現的非正常狀態，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。

3） 能夠實現實時監控生產線車工的工作狀態

系統能夠實時的監控生產線工人的狀態，通過對員工在每臺車位的不同狀態的觀察，從而實現工廠整體的透明化管理，提高工廠管理的效率。管理企業可以通過匹配有效的績效考核體系、先進評比等策略方式調動員工的積極性，使整體產量得到提升。系統本身提供觀察的狀態可以自定義設定，通常有不在位、工作中、閑置、維修中等狀態顯示，便于管理者的及時調配人手和有效生產時間的統計。

4） 訂單進度實時跟蹤，保障及時交貨

訂單如果不能及時交貨意味著公司不但不能盈利反而導致虧損，同時也影響力公司的信譽度。對公司將來的發展受到很大的影響和阻礙。特別是出口企業對于訂單的及時交付顯得更為重要。系統是根據客戶訂單入手，從裁剪開始到后道結束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，整個訂單何時開始裁剪，現在已經裁了多少；何時到達車縫線，在車縫線部分完成多少；何時到達后道，后道完成多少，最終成品多少。系統不單從整個訂單的進度入手更為細節的了解每個訂單款式的顏色、尺碼的完成數量。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。

5） 嚴格質量管控，降低返修率

質量是生產企業永續經營的基石，也是企業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。很多情況下是又要抓產量又要抓質量，在兩手都要抓的情況，企業不得不放棄其中的一項。而在系統嚴格的質量管理的情況下，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什么訂單的什么顏色什么尺碼的產品一一記錄在案，在提升產量的同時又抓上來質量工作，降低了返修率的同時提高了生產力。

6） 通過RFID系統來進行產能和計件薪資的統計

傳統的產量統計和工人計件薪資的核算都要耗費大量的人工和時間，數據的滯后性，數據失真都造成了不良后果。然而在系統全面使用后，通過系統來統計工人的產能以及計件薪資，可以代替原有的人工統計方式，提高了生產數據的統計效率和數據的準確性。系統可以提供實時的工人真實的產量統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。