离散制造是以零配件组装或加工为主的离散式生产活动，由零件或材料经过多个环节的装配或加工过程，生产出最终的产品。离散制造企业的生产设备往往都是典型的数控设备或传送带流水线，以车间为单位，按照工作中心进行成组布置。车间计划调度部门根据客户订单、生产能力、库存制定生产计划，组织人员并安排生产设备进行投料生产。
离散制造生产过程普遍存在产品品种繁多、工艺复杂、个性化要求高等特点，反映在信息模型上就是信息量大、关联和处理规格复杂。这些特点对生产过程的信息采集、传输、处理等环节都提出了很高的实时性和可靠性要求。凭借远距离无接触识别和数据存储容量上的优势，射频识别I疆ID技术被广泛应用于制造、交通、物流等领域。RFID还具备识别速度快、准确性高、耐污染等特点，很适合应用于对实时性和可靠性要求较高的离散制造过程中。
离散制造过程可以分为车间生产过程控制和现场制造执行2部分。其中车间生产过程控制是离散制造过程的核心。主要强调的是生产计划控制和执行。本文将就离散制造过程的生产过程控制方面展开讨论，研究并开发一种基于RFID离散制造车间生产过程控制系统。该系统位于业务管理层和车间底层数据之间，强调制造过程数据的实时采集、生产作业计划的可执行性和有效性。基于RFID技术的车间制造过程数据采集和管理方法的总体目标是在车间管理中能够自动、及时、准确地采集制造过程数据，让企业的管理人员及时、准确地掌握企业车间制造过程的运作情况，使企业能够快速、准确地响应市场的变化，以便尽量减少企业不必要的开销。
1 生产过程控制系统研究
1．1 离散制造业生产特征分析
典型的离散制造业企业由于主要从事单件、小批量生产，产品的工艺过程经常变更，因此需要进行良好的计划。离散行业主要是按订单组织生产，由于很难预测订单在什么时候到来，因此采购和生产车间制定计划时就要借助生产过程控制系统。由以上分析可知，该控制系统需要控制的信息量大且种类多，信息之间的关系复杂，事务处理规则描述困难。主要表现为：(1)因单、小件较多，生产较为复杂，生产过程较难控制；(2)生产数据多，且数据的采集、处理和检索工作量大；(3)产品的种类变化较多，用到的外协件较多，车间生产设备和仓库要有足够的柔性；(4)一般来说，离散制造产品的加工周期较长，加工等待时间较长，引起加工总时间过长且时间不确定；(5)影响生产计划的因素较多，信息形态复杂。
1．2离散制造车间生产过程控制系统分析
生产过程控制，就是要确保企业产品在制造过程中按照规定的方法和顺序始终处于受控状态下进行，这是企业质量管理体系中最重要的一部分工作，有效实现了产品质量的过程控制。生产过程控制是离散制造过程的核心，它包含了车间生产制造各个方面的信息，其组成结构如图1所示。它主要包括：现场数据采集和管理、生产调度、生产现场监控、劳动组织、质量控制、成本控制、工艺反馈与改进、生产统计、定额核算、安全生产、车间的人员调配以及整个车间设备状态监控等整个车间生产过程涉及到的工作。考虑到离散制造过程中产品复杂、生产数据多、加工周期较长等特点，其生产过程控制系统需满足实时可靠、控制稳定的要求。
图1 生产过程控制系统组成结构图
1．3 RFID在离散制造过程中的应用
离散制造业制造过程中不仅具有传统的制造流程，还具有产品设计一工艺规划一加工制造一动态调度一信息反馈这个动态的流程。因此离散制造业生产过程控制系统主要是面对车间管理人员、计划人员提供计划管理、资源管理、报表统计管理、车间作业管理等功能，而且要求实时地采集现场生产数据并反馈回系统，系统根据反馈的数据进行分析、统计，最后根据相应的分析结果作出反应，从而实现离散制造业车间的无纸化作业、标准化操作、自动化派工、实时化监控、科学化管理等目标。由于RFID具有无接触识别和快速存取数据的特性，其在实时跟踪、调度、检测方面具有无可比拟的优势，使用该技术可大大减少人员管理和纸质管理的错误率，十分适合离散制造系统对数据和控制的实时性要求。
离散制造业生产线较复杂，生产结果与预期有误差而影响交货的情况时有发生，人为原因也会影响生产。将RFID标签贴在生产物料或产品上，可自动记录产品的数量、规格、质量、时间、负责人等生产信息，用以代替传统的手工记录；生产主管通过读写器可随时读取产品信息；其他相关人员能及时掌握生产状况并根据情况调整生产安排；物料和产品离开仓库前系统都将自动记录出入库信息，并能实时追踪物品所在地。RFID电子标签作为生产数据移动的载体，它在生产线上的流动，实现了生产过程中工人、工序、工件、工时的实时精确统计。从而达到实时控制生产过程、便于质量管理和追溯的目的。RFID技术的应用将有利于企业实现实时化、透明化、可视化的管理。
2 基于RFID生产过程控制系统设计
生产过程控制系统作为离散制造过程的核心，连接着底层车间制造与上层管理系统，整体系统结构图如图2所示。
图2 整体系统结构图
2．1 系统的整体架构
车间生产过程控制系统利用RFID技术采集车间生产过程信息，主要衔接上层决策系统ERP／MES与底层RFID设施层，对整个车间的生产进行管理和控制。分析图1，基于RFID离散制造车间生产过程控制系统从模块上划分可分为：数据采集和处理模块、生产计划模块、生产状态监控模块、闭环实时控制模块和信息管理模块。该系统功能模块如图3所示。其中，数据采集和处理模块、生产计划模块、生产状态监控模块、闭环实时调度模块实现了对生产过程数据的采集、生产计划引入、车间状态监控、生产闭环调度等功能，是整个系统功能实现的核心部分。而信息奁询管理模块提供必要的信息查询和统计分析功能。
图3 系统功能模块图
各模块具体功能介绍如下：
a．数据采集和处理模块。
数据采集和处理模块是系统的基础模块，主要负责采集物料加工数据、设备运行数据、产品质量检测数据以及故障数据等。采集完成后．将原始数据上传至数据库和过程控制系统进行处理。
b．生产计划模块。
生产计划模块是过程控制的前期准备，在参考了数据采集模块上传的关于物料、加工设备、车间作业情况数据以及企业资源计划的情况下，通过生产排程将生产任务生成生产作业计划，便于企业合理安排生产，使企业资源利用达到最大化，降低企业运营成本。
c．生产状态监控模块。
生产状态监控模块分为设备运行状态监控、故障信息监控和加工进度监控。通过此模块，可以实时地观察车间各种设备运行状态和加工进度。当出现机器损坏或物料大量堆积等故障信息时，可以及时采取应对措施，防止出现停产现象。
d．闭环实时调度模块。
闭环实时调度模块的作用是对监控模块返回的故障信息进行处理。当车间生产作业发生变化，例如设备运行故障、物料短缺、新订单插入、订单交货期提前等情况出现时，运用闭环实时调度模块可以实现故障排除处理和生产计划重排。e．信息查询管理模块。
信息查询管理模块主要管理物料及设备信息、故障信息和产品完成进度信息。通过此模块可以了解所有加工工件的加工详细信息，其中包括工件加工的开始时间、结束时间、加工机器、加工工序、操作员等信息。同时还提供了对故障详细信息的查询，包括故障机器、故障原因、故障时间等信息。
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本文标题：基于RFID离散制造业车间生产过程控制系统研究与开发（上）
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