rfid系统的基本模型,基于RFID技术的MES系统设计方案

1导言

在轮胎制造企业中，轮胎生产信息的正确采集和存储将在轮胎生产过程控制、质量检测和质量跟踪中发挥重要作用。目前，企业的MES系统依靠人工记录和条形码扫描来采集数据。由于轮胎生产工序多而复杂，半成品材料有十几种。依靠人工记录和传统的人工条码扫描，操作复杂，容易出错，不利于企业的精细化管理。当轮胎质量检测不合格时，条码很难快速追溯到故障原因，造成资源浪费。

从这种情况来看，在轮胎企业的MES系统中，有必要寻求一种新的识别技术来提高信息采集的自动化水平。随着科技的发展，RFID作为一种非接触式自动识别技术，实现了信息的快速流通。故障跟踪识别功能能够满足轮胎生产线的实际需求。因此，RFID技术在轮胎企业MES系统中具有良好的应用前景。

RFID系统简介

RFID系统主要由RFID标签、读写器和应用系统组成。RFID系统利用射频信号无线传输数据，根据RFID标签所具有的唯一识别码，对产品进行高效的识别、跟踪和管理，实现查询、结账、库存控制和统计等功能。

2.1 RFID标签(Tag)

电子标签的核心主要由一个带存储器的芯片组成，芯片中存储着包括被识别物体的身份代码和技术参数在内的信息。电子标签可以安装在要识别的物体的适当部分。与条形码相比，电子标签的主要优势在于：

更多的信息存储空间，为未来的信息扩展提供可能。产品信息的动态存储。在整个轮胎生产过程中，这些信息可以自动提醒工人物料信息，提高了生产效率。二次封装后，电子标签能适应振动、腐蚀、金属潮湿等恶劣的工业环境。读写信息时，标签不一定要在天线的可视范围内，可以嵌入载体、工装、托盘中，使用起来非常方便。

2.2读者/作者

它主要包括读写主机、天线和连接线等。天线安装在待识别物体经过的通道上或必要的数据采集点上。阅读器采集的信息包括待识别物体的识别码信息，如产品型号、序列号、生产时间等需要记录的信息。在轮胎生产过程中，主要应用阅读器的非接触识别和快速读写的特点，避免人工干预，减少误差，实现生产信息采集的自动化。

2.3应用系统(应用系统)

应用系统是RFID系统框架的重要组成部分。它是一个用于管理阅读器、PC/PLC、服务器等的通信接口。负责硬件设备的信息交换和与IVIES系统的兼容性。

3.原轮胎企业MES系统

目前轮胎企业使用比较成熟的MES系统有“内部混炼车间管控网络系统”、“半成品及成型数字化管控系统”、“轮胎条码物流管理系统”。这些iVIES系统都是基于条形码技术实现数据采集，已经覆盖了轮胎生产的所有业务环节，如原料仓库、炼胶车间、成型硫化车间、各种质检工序、成品仓库管理、轮胎销售、三包售后等等。由于条码技术本身的缺陷，MEs系统在实际轮胎生产过程中经常出现以下问题：

(1)在生产过程中，信息的各个环节都是手工输入，容易出现错误，使得工作步骤无法正常衔接，影响生产效率。

(2)当产品出现质量问题时，由于记录不完整，无法追溯到出现质量问题的工序和工位。

(3)生产部门不完全了解现场信息，容易造成轮胎半成品的生产

应用RFID技术后，可以解决上述问题：可以动态存储每个工序的内容；监控和管理生产线，使需求计划更加及时和准确；减少时间和资源的浪费；可以跟踪定位轮胎各工序的加工信息，提高生产质量和效率。

图1目前轮胎企业MES系统示意图。

3.2 RFID系统在轮胎生产线上的应用设计

轮胎生产线是一个封闭循环系统，阅读器与工作站通信，每个工作站PC由后台集中控制和管理。轮胎生产材料的各种工装上都安装有标签，各工位的阅读器在工装安装到飞机座椅上时读取工装，识别工装材料信息，并清晰地显示在工作站机器上，使操作者能够清楚地识别。

以轮胎半成品生产过程为例，详细介绍了基于RFID技术的MES系统的现场应用设计。

图2基于RFID技术的MES系统框架

目前轮胎半成品一次成型过程中使用的工装分为工字轮、百叶和台车。以常用的三鼓成型机为例，一个轮胎的成型过程需要13种材料。使用现有的条形码，需要扫描每种材料的条形码，比较繁琐，容易出错。应用RFID技术后，操作人员在相应工位安装物料工装后，无需额外操作，即可自动识别每种物料的信息。并将正确的物料信息录入MES系统。如果物料安装不正确，系统会提示错误信息，避免生产浪费。RFID标签安装在具有防金属技术的工字梁上，读取天线安装在工作站的上部附近。对于卷帘车等工装标签，标签可以安装在车下，天线安装在地下。整个系统布置好后，当操作员更换工装材料时，安装在附近的天线会自动读取更换后的工装上的标签信息，并记录到MES系统中。

在轮胎生产的每个工序安装RFID系统后，轮胎生产的每个环节的生产质量都可以追溯。

图3基于RFID技术的各工序物料质量追溯流程图。

3.3基于RFID技术的MES系统应用操作流程设计

3 . 3 . 1 RFID系统的操作流程

RFID标签初始化

——工人在换班后在工作站上输入要生产的物料类型和所需的原材料。

——工人收到原材料后，通过贴标签的工装自动识别并存放在使用位置。

在——的生产过程中，当工人将带有标签的工装安装到飞机座椅上时，系统会自动识别工装信息并将其存储在

显示在——工作站上，进行检查验证，完成电子标签的初始化。

——当工装材料完成后，写生产信息，材料将被转移到下一个环节。

读写电子标签。

——当要加工的工装材料安装在成型机工位上时，MES系统通过RFID自动读取并显示当前材料的信息，避免装错材料，并将当前材料的信息记录在成型机工位上，完成溯源连接。

——换料时，工人先在工位上确认当前使用的材料，再确定下一个生产的材料。

——如果材料错误，系统会给出错误报警，让工人清楚的知道是哪种材料错误，及时有效的进行修正。

(3)提取电子标签信息。

——轮胎半成品材料统一放入储存区。质检员发现不合格，就从阅读器上提取文字信息，定位追溯到这个素材的生产站，找出质量原因，及时改正。

通过对物料存储区工装标签的识别和统计，可以实时掌握当前的物料信息，为后续安排计划和生产任务提供科学依据。

4基于RFID技术的企业MES系统功能设计

4.1系统功能

各车间职能部门可以共享生产数据，了解相关工序的生产进度，便于生产协调。准确确认交货时间，实现批量管理。

流程反馈修正：及时修正流程错误，缩短流程修正周期。

处理数据的有效性：减少人工操作和纸张转移：便于质量追溯。

智能看板：完整的质量信息收集和质量分析。

扩展物流管理：RFID批号、条形码和产品。

4.2系统包括以下功能设计。

4.2.1总体架构和系统模型的构建

通过对网络架构、工厂设备、通信路由、软硬件组合、系统规模和性能的深入分析，建立了监控系统软件和数据采集硬件设备的层次关系，确定了功能模块的划分和模块间的接口，完成了总体架构。充分考虑系统的集成性、可配置性、适应性、可扩展性和可靠性。

4.2.2软件平台架构建设

基于面向对象的设计技术、分布式网络、各种先进的数据库和组态技术，适合即时、现场和远程监控的系统软件基础平台，易于扩展和修改，充分体现面向轮胎生产特点的系统应用集成，支持实时活动，实现基于现场管理规则和综合管理知识的管控结合。

主要包括软件系统功能定位、平台选择和数据采集、数据存储、网络应用、客户端查询和浏览的建设。

4.2.3功能模块设计

功能模块的具体软件开发包括：生产计划和生产管理；现场资料收集； 物料信息管理和跟踪查询；半成品信息管理及跟踪查询；产品生命周期文件；设备管理：输出监控与分析：质量与性能分析与查询。

4.4工作流程设计

设计工作流模型和网络数据流规划，支持各种控制和通信策略，支持生产过程中的各种工作流，实现自动驾驶、记录、跟踪、分析、信息共享等。在制造生产和管理过程中，轻松实现与ERP、PDM等的无缝集成。形成畅通的信息流动渠道。

5 RFID硬件设备选择

RFID硬件设备主要是电子标签和读写器。两者的选择从以下几个方面考虑：工作可靠性、高性价比、识别距离、工作频率、系统可扩展性、产品提供和维护的可移植性、是否有成功的应用案例。

基于以上考虑，选择UHF频段阅读器，工作频段为902'-928 MHz，符合EPCGen2标准，读写距离为0 ~ 15 m，电子标签为EPC Gen2标准的防金属UHF标签。

6结束语

随着轮胎企业信息化的发展，MES系统的作用不仅在于企业内部，还在于基于产品生命周期管理的信息交换和共享。RFID技术与MES的集成应用改善了业务流程，大大降低了制造过程中的成本和误差，提高了生产率，具有更加突出的经济效益。目前，RFID标签的数据内容编码尚未形成统一的全球标准，已经出台了区域性标准。这样，RFID不仅可以实现制造执行系统中的信息交换，还可以实现与企业其他应用系统的集成，从而使产品信息识别和实时信息共享成为可能。来源；中国工业控制网