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制造业供应链中基于RFID的物流管理研究随着制造业的发展，越来越多的企业开始注重物流管理，而RFID技术正是这方面的利器。
RFID是一种无线通讯技术，具有对物体进行跟踪、定位等功能，因此在制造业供应链中，基于RFID的物流管理已逐渐成为研究的热点。
一、RFID技术的基本原理RFID技术是指利用电磁波进行无线通信，并通过将电能转换为无线电波的方式实现对物体的跟踪、定位等功能。
其基本构成部分包括RFID标签、读写器和中间件。
RFID标签是一种存储信息的标签，它由天线和芯片组成，可将信息存储在芯片中，并在接收读写器信号的时候将其中的信息发送给读写器。
读写器是接收和发送RFID标签信号的设备，通过天线向RFID标签发送电磁波，当电磁波与RFID 标签的天线相遇时，RFID标签在其天线内部产生电能并激励芯片，在芯片中的信息被读取后，RFID标签会向读写器发送响应信息。
中间件则是连接RFID标签和应用层的协议，负责数据传输和转换。
二、基于RFID的物流管理在制造业中的应用基于RFID的物流管理在制造业中的主要应用包括：物料跟踪、库存管理、生产过程监控、质量检测等方面。
其优点主要包括以下几点：1. 精准追踪：利用RFID技术可以对物料进行实时跟踪，即使是大规模的物流运输也能够做到精准追踪，有效避免货物丢失或错误送达的情况，节约了时间和成本。
2. 自动化操作：RFID技术可以实现自动化操作，大大减少人工干预，提高了仓储、运输等环节的效率，且避免了人为疏忽等因素对运输过程的影响，有利于保障制造业生产的顺利进行。
3. 提高安全性：通过RFID标签对物料的实时跟踪，企业可以掌握物料在运输过程中的状态，及时掌握货物的到达情况，减少货物被盗或破坏的风险，提高了物流运输的安全性。
三、RFID技术的应用案例目前，基于RFID的物流管理已经在许多制造业企业中得到广泛的应用。
例如，在日本的家电制造商松下公司中，通过RFID技术对工厂中的物料进行跟踪，实现了物料自动运输，节约了大量的人力资源；在美国的零售业中，沃尔玛利用RFID技术对商品进行实时跟踪，提供快速、精准的商品查询服务。
基于射频识别的物联网技术在制造业企业的应用研究闫建军天津城建大学300384摘 要随着全球信息革命的深入，物联网技术正受到业界的广泛关注，而其中RFID 技术在各个行业的研究和应用得到了迅速发展。
如何提升企业管理水平降低物流成本已成为当前制造企业面临的一个现实问题，将RFID 技术应用于其中将带来巨大收益。
本文首先介绍了物联网技术的概念、发展状况，然后具体介绍了RFID 技术在库存管理及生产管理中的应用，最后对制造企业应用物联网技术提出了一些建议。
关键词：RFID 技术，物联网，制造业，库存管理，生产管理1．引言企业的信息化是实现自动化的关键手段，特别对于以制造业为主的中国来说尤为重要。
中国制造业市场竞争日益激烈，客户需求日趋个性化，国内市场国际化的趋势加剧，国际资本加速进入中国制造业，这些因素共同促使中国制造企业应更为关注信息化建设以提升企业的核心竞争力[1]。
随着多数企业和产品的生产模式从按库存生产向按订单装配或按订单设计模式的转变，对包括原材料、在制品、零件和最终产品等所有物料的跟踪和控制就显得越来越重要。
如今，条码已普用于制造业，然而对许多条码系统而言，往往需要在生产过程中手动修改和更新，费时费力。
RFID 技术相比条码具有准确、快速、可靠的优势，且能提供实时数据，这对大批量、高速的制造企业特别重要[2]。
因而，如何提升企业生产物流，加强内部物流管理，已成为企业管理的一个现实课题。
现代生产物流管理的基础和依据是大量的物流信息。
因此首先要解决的问题是来自生产过程和管理中的大量的数据如何自动录入的问题。
只有这些大量的底层数据录入到计算机，才能实现对生产过程、物流管理、生产计划、调度和质量等的监控和控制。
RFID技术的出现可以很好解决底层数据采集的“瓶颈”难题[3]。
它将大大提高物流活动各环节的自动化处理水平，提高物流效率，降低物流成本。
2．RFID 和物联网技术理论介绍2.1物联网技术介绍物联网[4]（The Internet of things）的定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。
基于RFID(电子标签、射频识别)的制造执行系统方案一、制造业面临的问题·车间实时生产信息没有统一的数据视图，系统难以集成·企业资源系统和车间生产之间存在断层·多而复杂的系统导致实时信息不一致，缺乏标准化·过程控制系统和制造执行系统之间存在断层·无法检测和防范车间生产过程中可能发生的问题针对这些问题，再来对制造业面临的问题进行瓶颈分析：精益生产涉及信息的采集、传输和处理，在现阶段，企业信息化在三个部分的发展情况并不一致，瓶颈问题较大程度上来源于信息采集。
精益生产对信息采集的要求：·实时性：及时采集、上传生产线信息·准确性：确保采集的信息准确性无误·信息采集范围：采集实施精益生产所需的各种信息二、RFID(电子标签、射频识别)在制造业的应用·开始逐步打通企业的物流链，实现生产制造和物流运输的全程跟踪；·逐步从技术验证的阶段过渡到实施企业级的RFID应用；·国际知名大企业如福特、丰田、宝马等纷纷在汽车生产线上使用RFID系统实现在制品跟踪和生产状态监控。
图1：RFID(电子标签、射频识别)应用于生产制造的网络结构图三、基于RFID(电子标签、射频识别)的制造执行系统利用上述RFID(电子标签、射频识别)的特点，将RFID技术引入MES，促进制造业生产过程管理与控制，适应现代生产过程管理方式变革。
RFID是改善离散制造企业生产现场作业管理的一个有效途径，基于RFID实现生产过程的管理与控制是当前技术发展的趋势。
通过RFID在制造过程中的引入从而可以达到以下目标：1．制造信息管理2．制造执行、质量控制和标准的符合性3．跟踪和追溯4．工厂资产管理5．仓储量的可视化如今，条形码已普遍使用于制造业，然而对许多条形码系统而言，往往需要在生产过程中手动修改和更新，费时费力。
RFID的一个直接作用是解放劳动力，消除这种人工操作，而且能准确、快速、可靠地提供实时数据，这对大批量、高速的制造企业特别重要。
基于RFID技术的生产制造自动化研究随着信息技术的飞速发展，生产制造行业也在不断地进行自动化改造。
RFID技术（Radio Frequency Identification）就是一种非接触式的自动识别技术，可以实现物品的自动识别、跟踪、管理等功能，广泛应用于物流、仓储、采购等领域。
本文将探讨基于RFID技术的生产制造自动化研究。
一、RFID技术的原理与系统架构RFID技术是通过无线电波实现的非接触式自动识别技术。
它由读写器和标签两个部分组成，读写器发射一个电磁波信号，当标签处于电磁波的作用下，标签内的天线会感应到电磁波并产生电能，标签内部的线圈接收到电能后会将其转化为电流，然后标签内部的芯片会将电流转化为一串编码，最后标签将这串编码通过射频信号返回给读写器，读写器接收到标签返回的信号后，就可以根据信号所携带的信息对标签进行识别。
RFID标签分为主动式标签和被动式标签两种。
主动式标签内置电池，它可以主动发射信号，适用于需要远距离读取标签信息的场合；而被动式标签则不需电池，它的电源来自于读写器所发射的电磁波，只要标签处于电磁波的范围之内，就可以被读取。
二、RFID技术在生产制造中的应用1、物料追踪管理在生产制造领域中，物料的管理非常重要，尤其是对于生产线上的物料，要做到精细化管理，可以通过RFID技术实现物料的追踪与管理。
在物料出厂时，在物料上粘贴上标签，标签中记录该物料的名称、规格、数量等信息。
在物料到达生产线时，RFID读写器可以读取标签中的信息，实现物料的快速入库，并且可以实时监控物料的流向、数量等信息。
2、生产线的自动化控制在生产制造过程中，生产线的自动化控制是实现高效生产的关键。
通过RFID 技术，可以实现生产线上元器件、半成品的快速识别与管理。
在生产线上的每个环节，都安装RFID读写器和标签，获知元器件、半成品的信息，反馈到生产线控制系统中，实现对生产线的自动化控制。
3、物料库存管理在制造业中，物料库存管理极其重要，过高或过低的库存都会带来经济上的浪费和风险。
RFID技术在离散制造企业的应用研究摘要:本文接合目前离散制造企业生产管理中存在的问题,论述通过RFID技术的运用,可实现对数据的实时监控,生产现场管理,产品质量跟踪,生产成本的控制等,实现制造企业中的个性化柔性生产,降低废品率,进一步提高企业的收益,并通过RFID技术的推广普及,推动整个离散制造企业的行业管理水平。
关键词:射频识别技术车间现场管理质量过程控制成本分析和控制射频识别即RFID(Radio Frequency Identification)技术,是当今非常流行的一种信息采集和自动识别技术,它是通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据。
此技术的运用无需在识别系统和特定目标之间建立机械或光学接触,因而实施非常方便。
电子标签本身非常薄而且柔软,所以电子标签适合与多种介质结合,做成各种形状的识别标示。
由于电子标签突破了识别标示必须做成PVC卡的应用束缚,成本较以往也大大地的降低了,因而应用空间非常广阔,例如:2010年上海世博会门票采用RFID技术;成都利用RFID24小时监控1340余枚放射源,以及公交地铁、图书馆、养猪场等场所都已有运用。
RFID技术运用离散制造业生产作业过程中,能够快速、准确地实现信息的收集,实现对数据的实时监控;生产现场管理;产品质量跟踪;生产成本的控制,实现制造企业中的个性化柔性生产,降低废品率,提高企业的收益和管理升级,因而非常值得运用和推广。
1 需求分析以笔者调研的一家小型离散制造企业为研究对象,公司占地面积10000m2,在职员工约60人。
公司主要生产专业液压工具,包括液压动力站、液压破碎锤、液压大力剪和各种属具焊接件,产品广泛应用在公路建设、市政建设、抢险救灾等领域。
主要加工工艺如图1。
目前该工厂实施的Navisio系统主要基于计划层面,管理层无法实时地获取车间实际生产中的各种真实数据,使得工厂在具体生产流程与控制环节上出现了管理空白。
RFID在该工厂的运用目标:结合现有Navision系统,通过整合RFID自动识别技术,为整个生产过程管理获取实时精确的数据,使企业向生产制造柔性化和管理精细化方向发展,来提高应对市场的实时性和灵活性,改善生产线的运行效率以及企业内部业务的协同能力,从而使制造企业获得质量、时间、成本竞争能力。
RFID 技术在离散MES 的设计
1 MES 系统与RFID 技术
1.1 离散制造业MES 系统
制造执行系统(manufacturing execuTION system,简称MES)是美国AMR 公司(Advanced Manufacturing Research,Inc.)在90 年代初提出的，旨在加强MRP 计划的执行功能，把MRP 计划同车间作业现场控制，通过执行系
统联系起来。
这里的现场控制包括PLC 程控器、数据采集器、条形码、各种
计量及检测仪器、机械手等。
MES 系统设置了必要的接口，与提供生产现场
控制设施的厂商建立合作关系。
MES 能通过信息传递对从订单下达到产品完
成的整个生产过程进行优化管理。
当工厂发生实时事件时，MES 能对此及时
做出反应、报告，并用当前的准确数据对它们进行指导和处理。
这种对状态
变化的迅速响应使MES 能够减少企业内部没有附加值的活动，有效地指导工
厂的生产运作过程，从而使其既能提高工厂及时交货能力，改善物料的流通
性能，又能提高生产回报率。
MES 还通过双向的直接通讯在企业内部和整个
产品供应链中提供有关产品行为的关键任务信息。
1.2 RFID 技术。
基于R F I D的离散制造业制造执行系统设计与实现LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】基于RFID的离散制造业制造执行系统设计与实现刘卫宁，赵敏重庆大学摘要：针对离散制造企业在生产形态和生产管理中存在的问题，引入RFID技术跟踪在制品、采集制造过程生产和质量数据，解决ERP计划层与现场过程控制层间信息和管理的断层问题，实现制造和质量的可视化和数字化管理。
研究提出系统的构成、体系结构，通过车间控制器和单元控制器的有机结合实现系统功能。
实际应用的情况证明本系统成功解决了计划层和生产控制层之间的信息断层问题，提高了生产效率、生产质量和管理水平，实现了制造过程可视化和产品质量可追溯化。
关键词：RFID；离散型制造业；制造执行系统；通信中间件Design and Implementation of Discrete Manufacturing Industry MES Based onRFID TechnologyAbstract: Analyzing the production organizational mode and problems in production management of discrete manufacturing industry, RFID technology was introduced to track WIP (work in process) and collect data of product quality, fill in the information and management gaps between ERP plan and field process control, and implement visualization manufacturing and digital management. Discussing system architecture and operational characteristics and the shop controller and cell controller were combined to cooperate for system functions. The factory application showed that the proposed RFID based MES was successful to fill in the information gap between plan layer and control layer, and the visualization of manufacture process and trace facility of product quality were realized.Key Words: RFID; Discrete Manufacturing Industry; MES; Communication Middleware0概述离散制造企业生产现场的在制品跟踪和生产状态监控一直是MES功能实现的瓶颈。
如何准确及时地将生产所需零部件运送到生产线如何跟踪生产物料实现对产品质量的控制和追溯这是离散制造业，尤其是采用流水线作业的组装厂的难题。
尽管条码技术的使用在一定程度上解决了上述问题，但由于条码易污损、读写距离短、不耐高温、数据存储量小且不可重写，尚不能很好地解决生产制造与装配过程中的跟踪和管理问题。
RFID （射频识别）技术的出现弥补了条码的这些不足，将成为支持生产制造与装配过程管理的新途径。
基于RFID实现生产过程的管理与控制能有效地跟踪、管理和控制生产所需的包括物料、设备、人员在内的所有工厂资源，与上层管理系统结合，可合理地调度、管理这些资源来提高制造竞争力，改善生产组织、缩短生产周期、减少在制品数量、减少生产提前期，提高产品的质量和降低人力资源消耗。
满足离散制造企业对生产管理和质量的需求。
为此，本文采用RFID技术作为离散制造业生产现场的在制品跟踪和生产状态监控的基础，解决了ERP计划层与现场过程控制层间信息和管理的断层问题，实现了制造和质量的可视化和数字化管理。
1系统的总体结构系统构成图1 基于RFID的MES系统构成基于RFID的MES系统构成如图1所示。
车间控制器位于企业上层管理系统和车间控制系统之间，实现现场控制系统与计划层ERP等系统的网络、数据及应用的集成。
底层工位控制器下连生产线上各种生产控制和检测设备，上接车间控制器，实现底层生产数据的采集及其与车间控制器的通信和应用集成。
一般置于生产线关键工位处。
工位典型配置关键工位设有工位控制器，工位控制器下连RFID读写器、条码扫描枪、电子看板等生产控制和检测设备，上接车间控制器，实现工位生产数据的采集及其与车间控制器的通信和应用集成。
图2 工位典型配置图系统体系结构系统采取分层结构，系统体系结构如图3所示。
图3 系统体系结构图系统集成接口实现MES系统与ERP系统的集成。
通信中间件采取C/S结构，其服务器端和客户端软件分别驻留在车间控制器和工位控制器上，用于车间层数据的采集、管理、控制和通信。
数据持久层用于生产数据的逻辑控制处理，按照MES系统需求将来自低层的各种生产数据处理、融合、存储，以支持MES功能层上的数据需求。
功能层实现MES系统中面向客户的生产监控、计划管理、质量跟踪管理等功能。
此部分采用B/S结构。
2系统功能及特点系统功能MES系统由以下六个部分组成：工位生产及物料计划管理：完成生产及物料计划下载（从ERP系统至MES服务器），并按工艺将生产及物料计划细分到工位，并将其下发到生产线相应工位控制器上。
工艺管理：完成生产线工艺流程及工序组织方案的维护和管理。
成品质量跟踪管理：完成成品全生命周期跟踪和用户返修品的质量追溯，并为质检部门提供成品质量综合分析功能。
生产监控：用于监控生产计划执行情况和生产线实时运行状况。
同时，管理人员还可以通过本系统向单个或多个工位发布生产指令。
配料管理：实现关重件的物料比对及信息记载。
生产控制设备管理：为系统管理员定制，实现生产现场系统拓扑管理、设备（控制设备及其外设）管理、软件（控制设备加载软件）管理、配置文件（控制设备关键参数配置文件）管理和故障管理（控制设备运行状况实时监控、远程重启、断点恢复）。
系统特点用户界面友好。
管理层用户端应用系统采用B/S结构，客户端操作直观简便、培训量小，软件升级方便。
开放性好。
系统采用分层结构，为各种ERP系统和下层数据采集系统的接入提供了良好的集成接口。
在数据采集层，工位控制器支持多种标准通信接口，可接入生产线上各种设备和仪器，适用于各种工业现场；系统集成接口标准化设计易实现MES系统与上层ERP系统的集成。
运行效率高。
车间层数据采集和通信中间件采用C/S结构，将系统功能分布在车间控制器和各工位控制器上完成，提高了系统处理的效率和可靠性。
可移植性强。
车间层数据采集和通信中间件的客户端软件基于通用的软件平台，服务器软件基于JAVA，易于系统移植和跨操作系统运行。
可扩展性好。
在系统体系结构、硬件和软件设计上具有良好的可扩展性。
在硬件设计上，工位控制器通过PC104标准扩展总线可实现多种标准功能模块的扩展；在软件设计上，应用系统与数据的分离，及模块化设计，使系统可根据用户需求扩充软件模块功能。
3系统应用效果在国家863计划支持下，本文完成的基于RFID的MES已应用于某通用汽油机生产企业的生产线上。
该生产线引入RFID技术实施MES后，采用电子标签跟踪在制品，并兼容基于条码的关键零部件比对。
图4为实施了MES的通用汽油机生产线现场。
图4 基于RFID的通用汽油机MES的生产线现场上线工位工人通过条码枪将流水号写入电子标签，使其与在制品绑定。
其后的各关键工位的单元控制器通过电子标签识别和跟踪在制品，电子看板实时显示在制品信息、操作指导、车间指令等。
支线上的工人可通过手持天线自动读出，通过指示灯查看比对结果。
在制品下线时由工人取下电子标签取消绑定。
基于RFID的MES在通用汽油机生产的应用中已产生明显效果。
管理层和技术人员通过网络浏览器监控现场生产情况和生产计划执行，提升了生产过程控制水平；通过电子看板向各工位下达管理指令，替代了原来纸质文件在各工位的传递，方便快捷；电子看板以“图片+文字”的形式及时指导生产线上工人的操作，生产质量得到更可靠的保证；关键及重要零部件上料时的比对，有效控制了装配差错的发生。
系统试运行的情况表明，该生产线生产流程已更加顺畅，在基本不增加人员和其他设备的基础上，生产效率提高约10%，且生产质量事故大大减少，从以前的每月14至15起减少到目前的2起左右。
表明该系统起到了提高产品质量和改善生产线整体效率的作用。
4展望系统实施形成的软硬件成果及实施经验，在汽车、摩托车、家电、机械制造等离散型制造业中具有推广应用价值。
系统的实施不仅很好地满足了企业生产和质量管理的需求，同时也为我国RFID技术的应用起到了积极的示范作用。
此外，将基于RFID的MES与供应链管理相结合，可使物流系统的信息流和实物流保持同步协调一致，反映从生产、分配、销售到用户一环扣一环的行为，从而实现产品的全生命周期管理。
图5 将基于RFID的MES与供应链管理相结合的数据流图参考文献：[1] JIANG Mingwei.Characteristics of Management Informationization and Trends of Development inChina Machinery Manufacturing Industry, 2004-10-08 .[蒋明炜. 我国机械制造业管理信息化特点及发展趋势[EB/OL]. 2004-10-8, 2004-10-08][2] CHEN Xiwen. I/O Interface Programming and Application, China Machine Press(Beijing) ,1997 [陈西文.I/O接口程序设计与应用[M]. 北京:机械工业出版社，1997.][3] HU Chun, LI Ping. Comparison of MES Between Productions of Continuous Industries and DiscreteIndustries [J]. Control and Instruments in Chemical Industry, 2003,30(5): 1~4. [胡春, 李平. 连续工业生产与离散工业生产MES的比较[J]. 化工自动化及仪表, 2003,30(5): 1~4.][4] LIU Ying, WANG Lihui, RFID&RTLS technology and Application[J], Applied Science and Technology,2004, 31(6): 51-53. [刘鹰, 王立辉. RFID及RTLS技术和应用[J]. 应用科技, 2004, 31(6): 51-53.][5] MESA International. MES Explained: A High Level Vision [Z]. White Paper 6, Pittsburgh:Manufacturing Execution Systems Assoc., 1997.。
