射频识别技术与ERP系统的集成应用

1 前言

　　信息化、自动化、网络化、智能化、柔性化已成为现代制造企业的鲜明特征。目前国内许多企业都上了ERP系统，但是实际应用效果并不理想。其中最主要的原因是企业基础数据采集的困难，人工录入数据经常出错，导致生产经营活动的障碍。

　　目前，ERP系统的生产制造管理模块，生产计划和工艺只能下达到品种或者车间。生产的现场管理一直处于黑箱作业的状态，这已无法满足今天复杂多变的竞争需要。因此如何将此黑箱作业透明化，找出任何影响产品品质和成本的问题，提高计划的实时性和灵活性，同时又能改善生产线的运行效率已成为每个企业所关心的问题。

　　射频识别技术(RFID：Radio Frequency Identification)⋯ 可以帮助企业实现数据的自动实时采集，可以对车间的生产信息提供实时反馈，加强对加工数据的分析和监控，加强车间生产控制，全面反映生产过程状态信息，有效敏捷地指导生产。

　　2 RFID技术在现代制造业中的应用

　　2．1 RFID技术

　　RFID是一种非接触的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，可工作于各种恶劣环境，可识别高速运动物体，可同时识别多个标签，操作快捷方便。典型的RFID系统由电子标签(Tag)、读写器(Read／ te Device)组成。

　　RFID电子标签晗 是一种带有天线的集成电路Ic芯片，数据存储在Ic上，标签上的信息通过无线电频率与外部通信。RFID电子标签的尺寸、操作模式、精度都有很多种类，成本也差异很大，可根据不同企业的需求先用不同的种类。

　　RFID读写器 由一个或多个接受／发送信号的天线和对接收的信号进行解码的微处理器组成。经过处理的数据经由常规的缆线或局域无线网络WLEN与ERP系统主机相联。RFID读写器可以是移动的手持终端，也可以是安装在某个位置上的固定终端，如工厂的入口、到货库房的大门、货架或生产线上。

　　RFID系统工作原理如图所示：从图l中可看出阅读器通过天线发送出一定频率的射频信号；当标签进入磁场时产生感应电流从而获得能量，向阅读器发送出自身编码等信息；阅读器采集信息、解码之后，将信息／数据送至计算机主机进行处理。

　　2．2 RFID技术与传统条码技术

               图1 RFID系统工作原理

目前应用最广泛的是传统的条码技术。国内制造业中有80％的企业不同程度的应用条码技术进行信息传递。在实际应用中由于传统条码的容量有限，在进行信息传递时必须可视联系，在生产过程中需要手动修改和更新，大大降低信息传递的效率，降低了企业的生产效率。RFID技术可以实现在更小的空间存储更多的信息。 RFID电子标签就相当于一个便携的数据库或数据文件，真正实现了对物料的描述，可以随着人、包装物、工件、文件、卡片或标签旅行。此外它还具有寿命长、读取距离大、可引入加密机制、高可靠性、具有纠错功能、可表示图像数据和表示多种语言文字信息等特点。

　　RFID电子标签的信息通过无线电频率收发。RFID在对象和读写器之间不需要条码所必须的可视的联系。从而可以在元人照管的情况下完成识别和信息存储过程。RFID可以穿过包装物、运输容器和金属之外的多种材料读出。可以同时读出多个标签的信息。RFID技术的这种“非接触式”信息采集的方式和电子标签充当“移动的信息载体”的特点，大大提高了信息的传递速度，有效的提高了企业的生产效率、市场竞争能力和综合竞争力。

　　2．3 RFID技术在ERP系统中的应用

　　2．3．1 目前ERP系统存在的问题

　　目前，我国已经实施ERP的部分制造企业，其应用效果并不理想。其中最为重要的一个原因是企业在生产制造过程中对生产数据的实时采集非常困难。如果采用人工方式录入生产数据往往容易出错，同时也失去了生产数据的实时性。如果ERP系统运行在缺少准确性和实时性的数据基础上，那么用ERP系统来指导企业生产经营活动的真正作用就很难实现。

　　ERP或企业其它应用系统建成运行后，基础数据输入和信息采集就成为系统即重要又繁重的工作。传统信息系统的数据输入方式，一般包括识别、清理和输入3个人工环节。识别：对照预先打印的清单，从一大堆现实零件的标签、流水卡或合格证上逐项核对，然后是清点数量，记录结果；清理：将识别记录的数据，整理成信息系统要求的格式，也可以认为是数据转变为信息的过程；录人：按信息系统提供的界面录入到系统中，完成数据输入。这样的过程大量地出现在定单录入、采购入库、产品入库、配套出库、物料流转等过程。ERP系统本身无法自动识别这些作业信息，这样就形成了ERP系统物流和信息流之间的间隙。要彻底解决ERP系统中物流和信息流的集成问题，最好的方法是应用RFID技术等先进数字识别技术。

2．3．2 RFID技术与ERP 系统集成应用的总体架构

图2是RFID技术与ERP系统集成应用的系统架构图

根据ERP系统的特点，并结合先进的RFID技术，本文提出了RFID技术与ERP系统的集成应用解决方案。其中图2是RFID技术与ERP系统集成应用的系统架构图。图中显示了系统各层次的架构图，包括软件平台和应用模块体系，以及系统所依赖的硬件平台。软件平台是系统的基础核心构件，包括一系列实现各种核心逻辑的构件，并封装成不同的构件包：调度策略构件包、界面开发构件包、生产过程模型构件包、WIP构件包、SPC分析构件包、设备通信接口构件包、ERP接口构件包、RFID终端构件包。应用模块体系建立在软件平台和硬件平台的架构之上，实现系统的各项具体管理功能，具体包括：生产过程建模、生产计划及生产管理、现场数据采集、物料跟踪查询、在制品跟踪查询、产品生命周期档案、质量及绩效分析查询、网际网络应用。

　　2. 3. 3 RFID技术与ERP系统集成的硬件平台是系统集成应用的基础。这个硬件平台包括：RFID数据的集成终端、通信方式。

　　1)RFID数据集成终端RFID DCS终端机(阅读器)

　　将主要安装在生产线的生产工位上，用于为ERP系统提供有关物料、制品、设备状况、人员信息等方面的信息，同时也为具体操作者提供作业信息的双向沟通。RFID数据集成终端需要满足以下要求：自动采集的需要：能无接触、自动采集物料、在制品、工位、人员等信息；数据采集环境的多样化需要：要求采集设备、采集终端具有防潮、防油、防雷、放电磁干扰、防热等性能； 应用模块 现场资料查询的需要：可查询生产计划、生产工艺、产品批次一等信息； 图2 RFID技术与ERP系统集成应用的系统架构图信息输入的需要：设备状况信息、加工数量、加工情况、质量信息等。

　　2)通信方式

　　选择RS485串口通信电路和TCP／IP网络通信接口电路中的作为其中一种通信方式与PC机进行接口。终端采集到的信息经过通信接口进入Pc机后，Pc 机再存储信息，处理信息，并将结果保存到服务器。Pc机也可以将车间当天的生产计划以及车间的生产情况经通信接口传送到终端并在终端的液晶显示屏上加以显示，工人看到反馈信息后知道当天的生产任务以及目前的工作状况从而执行生产任务。在RFID DCS终端采集系统中，PC机与终端之间有一定的通讯协议，以保证终端数据的通讯成功。基于RS485通信的车间数据采集终端通信流程图如图3所示。

　　2．3．4 RFID技术与ERP系统集成应用架构及功能模块

　　采用基于RFID的数据采集终端设备作为车间内各生产单元功能站的主要构件，通过对各个生产单元的数据收集生产工艺流向(工位)和反馈，组成覆盖全厂或者整个流水线的、满足闭环生产管理需要的开放式网络。采用数据库服务器进行实时数据存取和比照，实现生产信息的监视、控制和生产过程的管理。支持双机架构，提供高效和高可用性服务，以大型数据库为设计基础，便于大量实时数据的存储、比对、运作，产生各类统计分析报表，及基于Web应用，提供标准网际网络的浏览查询和远程资料索取。

　　由图4可见，各功能站通过局域网对系统服务器进行交互操作，同时其他各查询终端也通过局域网查询服务器处理后提供的数据、报表和图形。在企业外部，通过 Intemet可以连接到服务器，在设定的权限内对系统进行信息发布或读取操作。公司内部管理和外部相关业务单位通过本系统联系形成了一个紧密的整体，做到实时信息共享，使业务流程变得有序而高效。

　　1)生产过程建模

　　生产过程建模主要用于对各种产品的生产相关数据设定，它通过模拟生产的实际情况，来描述产品的加工工艺、路线，定义产品的物料信息及缺陷信息，描述加工机器的生产能力与加工方式等重要信息，并进而提供了后续跟踪行为的基础架构和系统配置，建立生产业务模型，同时也定义了数据库存储细节。

　　2)生产计划及生产管理

图3 基于RS485通信的车间数据采集终端通信流程图

在本模块中，将作业计划与生产管理结合在一起，以体现计划与管理的一体效应和及时的比对，具体包括以下内容：日计划的自动生成采用独立的日计划生成服务程序，直接通过局域网与终端上位机通讯，可减少查询和传送终端数据时访问数据库的频率，大大减轻了数据库管理系统的负担。车间作业计划管理模块首先利用ERP接口构件，获得厂部或ERP等管理系统传下的生产计划的要求，然后调用调度策略构件，结合生产作业所需使用的资源，包括设备、人员、物料、历史记录等，在短时间之内对车间生产情况进行预测(如各工单每周生产现况之掌握)，编制车间作业计划，确保资源分配符合计划调度最佳化的目标。车间作业计划直接下达到各车间、仓库等生产单元，指导具体的生产作业，达到BTO生产标准。同时提供实时生产情况的查询连接，便于 及时调整计划。

           图4 RFID技术与ERP系统集成应用图

3)现场数据采集

　　现场数据采集模块依靠RFID DCS和其它设备通信接口构件和现场设备进行信息交互，并运行由接口开发构件组成的各个接口或键盘，给现场操作人员提供信息输入接口，帮助系统拥有第一手信息，将所需的与生产制造相关信息通通收集在内。

　　4)物料跟踪查询

　　所谓物料，包括零部件、外协件、替换件以及生产过程中产生的边、角、余料和废料等生产材料。物料的追踪查询主要实现对物料的个体／批次在生产在线推移、传递、消耗、转化等信 息的采集、记录、跟踪、整理、分析和共享等信息管理功能。

　　5)在制品跟踪查询

　　提供对生产在线正在制造产品状况的跟踪查询。通过该模块，管理人员可以迅速及时地了解生产线的生产情况，实时监控产品质量和生产效率。后台连接至相应的数据库，可以显示相关时段相应工单的基本信息、栈板信息、产品分布状况、流程及维修状况、详细部件信息等。有了WIP就可以随时随地了解产品在生产在线的位置和具体情况，防止故障堆积，帮助降低在制品数量。

　　6)产品生命周期档案

　　了解单件产品的整个生命周期在很多情况下非常有用，产品追踪是制造管理软件必备的功能之一。它除了满足品质保证、统计分析、存货管理等的要求之外，还可让使用者回溯至任何一个生产步骤、任何一笔加工资料，即使是特别处理的加工手续也不例外。

　　7)质量及绩效分析查询

　　QC：质量管理(Quality Contro1)：显示在线检验的检验率产品合格率；显示检验的产品总数，即显示产量、质量等信息；按机型等参数对检验结果查询不良现象。QA：质量保证 (Quality Assurance)：采用抽检的方法，对以批为单位的产品进行检验，若不良率高于标准，则QA有权整批退货，QA必须确定产品质量符合客户要求后才可运出。

　　QM：质量管理：提供全面的生产质量信息查询，分析及统计产品合格率、返修率和直通率等反映系统总体性能和效率的参数，实时反应车间质量状况。SPC：统计制程控制(Statistics Process Contro1)：质量统计控制(SPC)是质量管理的高级功能，它从生产过程中收集质量数据，应用统计分析技术，科学地区分出生产过程中产品质量的随机波动与异常波动，从而对生产过程的异常趋势提出预警，以便管理人员及时采取措施，消除异常，恢复过程的稳定，从而达到提高和控制质量的目的。IQT：原材料质量跟踪(Incoming Quality Tracking)：负责原材料的质量跟踪，并与供应链管理系统(SCM)连接，记录进料检验信息和供货商供货质量统计分析，为进料选择和控制做好基础数据工作。这样一旦某一批产品因为原料的缘故发生质量问题，可以迅速追溯或索赔。

　　8)网际网络应用

　　网际网络应用模块运用先进的网络可视化技术、WEB技术、．NET技术、中间件技术和可扩展的程序结构，提供一个安全的架构、普通的导航方法和友好的图形用户接口(GUI)来获取由系统转换生成的窗口、报告、文件、报警、历史和实时信息，为公司内部、客户和外部供应链提供简便的信息途径，同时采用标准的浏览器作为客户端接口，减少系统安装和维护的成本。

　　3 总结

　　本文分析了传统ERP系统在企业应用中存在的基础数据采集困难问题，结合了RFID先进自动识别技术，提出了RFID技术与ERP系统集成应用的巨大优势，同时给出了RFID技术与ERP系统集成应用的解决方案。