基于RFID的拉式生產(chǎn)是怎么回事

1、引 言

目前國(guó)內(nèi)許多制造企業(yè)都上了ERP系統(tǒng)，并希望實(shí)現(xiàn)從推式生產(chǎn)到拉式生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換，但實(shí)際應(yīng)用效果并不理想。其中最主要的原因是企業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集困難，人工錄入數(shù)據(jù)經(jīng)常出錯(cuò)，導(dǎo)致生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的障礙。RFID（Radio Frequency Idenfification，射頻識(shí)別）技術(shù)可以幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)實(shí)時(shí)采集，可以對(duì)生產(chǎn)信息提供實(shí)時(shí)反饋，加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)加工數(shù)據(jù)的分析和監(jiān)控，加強(qiáng)車(chē)間生產(chǎn)控制，全面反映生產(chǎn)過(guò)程狀態(tài)信息，有效敏捷地進(jìn)行生產(chǎn)。

2、RFID相關(guān)技術(shù)

RFID讀寫(xiě)器可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)的方式，對(duì)存儲(chǔ)于RFID標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集，以獲取被標(biāo)識(shí)對(duì)象相關(guān)信息。隨著技術(shù)的發(fā)展，RFID逐漸　開(kāi)始被應(yīng)用到離散制造行業(yè)中。RFID在離散制造業(yè)中的應(yīng)用將改變離散制造企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)方式。

2.1 RFID數(shù)據(jù)采集單元

一個(gè)RFID數(shù)據(jù)采集單元由RFID讀寫(xiě)器侗定或移動(dòng)）、天線(xiàn)（內(nèi)置或外置）、RFID標(biāo)簽三部份組成。RFID標(biāo)簽具有體積小、容量大、壽命長(zhǎng)、可重復(fù)使用等特點(diǎn)，可支持快速讀寫(xiě)、非可視識(shí)別、移動(dòng)識(shí)別、多目標(biāo)識(shí)別及路徑跟蹤等。

2.2 RFID集成框架

RFID集成框架包括三個(gè)部分：RFID識(shí)別單元、RFID邊緣服務(wù)器和集成服務(wù)器。如圖1所示。

圖1 RFID集成框架

（1）RFID識(shí)別設(shè)備。它包含了RFID數(shù)據(jù)采集單元的設(shè)備，這些設(shè)備可能與PDA、掃描儀和打印機(jī)等設(shè)備集成在一起。

（2）RFID邊緣服務(wù)器。它和RFID識(shí)別設(shè)備相連，對(duì)傳人的RFID事件進(jìn)行聚合、監(jiān)視、解釋、篩選和存儲(chǔ)。如果事件達(dá)到系統(tǒng)管理員指定為臨界點(diǎn)的閾值點(diǎn)，預(yù)期的收件人將收到實(shí)時(shí)警報(bào)。

（3）集成服務(wù)器。它接受邊緣服務(wù)器傳來(lái)的信息。并對(duì)信息進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯加工，以便與管理信息系統(tǒng)進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯集成。此類(lèi)系統(tǒng)包括供應(yīng)鏈管理（SCM）、客戶(hù)關(guān)系管理（CRM）和企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）等。

對(duì)于RFID采集的數(shù)據(jù)量不是太大或者業(yè)務(wù)邏輯不太復(fù)雜的應(yīng)用，RFID邊緣服務(wù)器和集成服務(wù)器具有良好的可伸縮性。

3、拉式生產(chǎn)

拉式生產(chǎn)是JIT（Just In-TIme，準(zhǔn)時(shí)制）生產(chǎn)方式，JIT是在日本豐田汽車(chē)公司生產(chǎn)方式基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種管理模式，主要用于重復(fù)式生產(chǎn)。JIT的哲理為：“僅僅在需要的時(shí)刻，按照需要的數(shù)量，生產(chǎn)真正需要的合格產(chǎn)品”，從而控制庫(kù)存，甚至追求企業(yè)內(nèi)部達(dá)到“零庫(kù)存”的理想境界，其核心思想是消除無(wú)效作業(yè)和浪費(fèi)。看板作業(yè)和反沖是拉式生產(chǎn)的兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3.1 看板作業(yè)

看板作業(yè)如圖2所示。

圖2 看板作業(yè)示意圖

拉式作業(yè)根據(jù)MPS（main ProducTIon Planning，主生產(chǎn)計(jì)劃）和客戶(hù)需求制定日產(chǎn)計(jì)劃。從最后總裝開(kāi)始，生產(chǎn)線(xiàn)上的每一個(gè)部門(mén)都只生產(chǎn)下一個(gè)部門(mén)所急需的產(chǎn)品與半成品，每一個(gè)生產(chǎn)活動(dòng)都受到下一個(gè)生產(chǎn)活動(dòng)的拉動(dòng)。傳遞信息的“看板”可以利用軟件系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)?？窗遄鳂I(yè)可以大大減少在制品庫(kù)存以及等待排隊(duì)時(shí)間，消除不必要的存貨，從而縮短制造周期，降低企業(yè)的成本。

3.2 反沖

短周期和小批量是提高響應(yīng)市場(chǎng)變動(dòng)靈活性的有效方式，但小批量可能會(huì)增加事務(wù)處理的工作量。反沖是一種事后扣減登陸的方法，可以減少物料發(fā)放和接受事務(wù)。它根據(jù)實(shí)際消耗量（完成和報(bào)廢的零部件和成品），及單層物料結(jié)構(gòu)沖銷(xiāo)庫(kù)存記錄中相關(guān)物料的庫(kù)存量，更新庫(kù)存現(xiàn)有量，同時(shí)計(jì)算成本。根據(jù)監(jiān)控要求可以在用戶(hù)定義的任意兩點(diǎn)問(wèn)設(shè)置反沖點(diǎn)進(jìn)行反沖。采用反沖的條件是準(zhǔn)確無(wú)誤的單層物料單和替代記錄以及反饋和執(zhí)行信息（完成數(shù)量和廢品數(shù)量）。

3.3 當(dāng)前實(shí)現(xiàn)拉式生產(chǎn)面臨的主要問(wèn)題

（1）難以突破重復(fù)生產(chǎn)的限制，支持小批量、多品種生產(chǎn)。

（2）缺少準(zhǔn)確確定加工提前期的方法和數(shù)據(jù)，難以協(xié)調(diào)生產(chǎn)工序問(wèn)進(jìn)度。

（3）質(zhì)量問(wèn)題無(wú)法跟蹤，高不良率導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)反沖。

（4）各個(gè)工作中心將交接的單據(jù)和手續(xù)非常復(fù)雜，影響生產(chǎn)效率。

（5）瓶頸工序難以確認(rèn)，問(wèn)題難以解決。

4、基于RFID的拉式生產(chǎn)系統(tǒng)

4.1 基于RFID的拉式生產(chǎn)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

圖3 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

基于RFID的拉式生產(chǎn)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖3所示，該系統(tǒng)在各工作中心配置13.56MHz的RFID讀寫(xiě)器及存儲(chǔ)容量為2KB的標(biāo)簽，以構(gòu)成RFID數(shù)據(jù)采集單元。數(shù)據(jù)采集單元和控制器通過(guò)RS485-RS232經(jīng)多串口卡擴(kuò)充并連接?？刂破髋c看板系統(tǒng)之間通過(guò)千兆以太網(wǎng)連接，進(jìn)行基于TCP/IP協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸?？窗逑到y(tǒng)通過(guò)和ERP系統(tǒng)集成獲取和BOM、工作中心等相關(guān)信息，并將RFID數(shù)據(jù)采集單元采集到的信息匯總處理。看板系統(tǒng)一方面將相關(guān)信息反饋給ERP系統(tǒng)進(jìn)行物料的反沖，并為提前期、工作能力等方面信息的修正提供參考，另一方面通過(guò)液晶顯示屏指示工作中心進(jìn)行拉式作業(yè)。

4.2 與BOM集成

圖4 RFID系統(tǒng)與BOM集成

如圖4所示，BOM（Bill Of Material）按照其在生產(chǎn)線(xiàn)上的生產(chǎn)順序展開(kāi)，工作中心同貨位對(duì)應(yīng)，便于發(fā)料和統(tǒng)計(jì)物料消耗?？窗逑到y(tǒng)與BOM集成以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同物料需求的控制，通過(guò)安裝在工作中心的RFID數(shù)據(jù)采集單元實(shí)現(xiàn)工作中心間的拉式關(guān)系。工作中心和其原材料供應(yīng)子庫(kù)一一對(duì)應(yīng)。將存放在WIP貨位的材料與工作中心一一對(duì)應(yīng)起來(lái)。并設(shè)計(jì)工作中心WIP的定置區(qū)域，定置區(qū)域要求確定品種、數(shù)量及指定的管理人員。設(shè)計(jì)要使之能通過(guò)物料轉(zhuǎn)移（即出庫(kù)入庫(kù)操作）和完工反沖等特定的操作，使之當(dāng)WIP貨位材料發(fā)生進(jìn)，出變化時(shí)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中貨位自動(dòng)地進(jìn)行增減計(jì)算。通過(guò)以上集成，可以實(shí)現(xiàn)以下四方面的功能：

（1）快速組織新產(chǎn)品生產(chǎn)。根據(jù)不同的加工物料和加工工藝快速組織新的生產(chǎn)。這種方法在一定程度上緩解了拉式生產(chǎn)僅適用于重復(fù)生產(chǎn)的限制，使拉式生產(chǎn)線(xiàn)可以適應(yīng)小批量、相近品種的變化。

（2）物料反沖。通過(guò)工作中心的產(chǎn)品和貨位的貨物信息實(shí)現(xiàn)物料管理的反沖。反沖的使用使得產(chǎn)品成本的核算精確，并且減少了物料發(fā)放和接受事務(wù)，提高了生產(chǎn)效率。在完成反沖工序后，工序拉式物料即被發(fā)放至重復(fù)性計(jì)劃。這些物料是從分配給該物料的供應(yīng)子庫(kù)存中拉出的。

（3）生產(chǎn)線(xiàn)管理的可視化。生產(chǎn)線(xiàn)可視化的目標(biāo)是使企業(yè)管理層能夠?qū)崟r(shí)地發(fā)現(xiàn)在制品生產(chǎn)和生產(chǎn)線(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。通過(guò)安裝在工作中心的RFID信息采集器，可以實(shí)時(shí)采集到各個(gè)工作中心的生產(chǎn)情況。并反饋到看板系統(tǒng)，管理人員可通過(guò)看板管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。

（4）工作中心生產(chǎn)節(jié)拍協(xié)調(diào)。通過(guò)不同工作中心間配合數(shù)據(jù)，協(xié)調(diào)各個(gè)工作中心的工作節(jié)奏。生產(chǎn)線(xiàn)上的生產(chǎn)節(jié)拍受瓶頸工序的制約，物料的流速超過(guò)瓶頸工序后，在瓶頸工序的前端就會(huì)出現(xiàn)多余的庫(kù)存。拉式生產(chǎn)要求如果生產(chǎn)線(xiàn)上出現(xiàn)故障，則全線(xiàn)停車(chē)，以防止生產(chǎn)過(guò)量庫(kù)存，同時(shí)徹底清查故障，并排除故障根源。根據(jù)實(shí)際情況，我們建議為保證瓶頸工序能力的充分發(fā)揮，在瓶頸工序前可以設(shè)置緩沖量，以保證在上游工序出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，有足夠儲(chǔ)備使瓶頸工序不致停工。同時(shí)應(yīng)想方設(shè)法壓縮瓶頸工序的加工提前期?？梢允褂闷髽I(yè)生產(chǎn)診斷器在工作中心內(nèi)部進(jìn)行診斷。

4.3 企業(yè)生產(chǎn)診斷器

為縮短交貨期，必須縮短加工提前期，瓶頸工序的提前期是必須重點(diǎn)壓縮的部分。瓶頸工序提前期中哪些部分是可以壓縮的，哪些是難以壓縮的，要進(jìn)一步劃分加工提前期，再深入分析。加工提前期可以分解為五種作業(yè)時(shí)間，即：排隊(duì)、準(zhǔn)備、加工（質(zhì)檢）、等待和傳送時(shí)間。其中只有加工為增值作業(yè)，如果要想縮短加工提前期，應(yīng)當(dāng)分析壓縮其他四種作業(yè)時(shí)間。可在工作中心內(nèi)部設(shè)置的基于RFID的企業(yè)診斷器（如圖5），進(jìn)行五種時(shí)間的分析，將RFID數(shù)據(jù)采集單元集成到工作中心，在質(zhì)檢環(huán)節(jié)通過(guò)手持RFID設(shè)備寫(xiě)入相關(guān)信息。通過(guò)企業(yè)生產(chǎn)診斷器可以有效減少拉式生產(chǎn)中的非增值作業(yè)時(shí)間。同時(shí)通過(guò)質(zhì)檢環(huán)節(jié)的RFID信息記錄，能有效降低拉式生產(chǎn)中的不良率。

圖5 基于RFID的企業(yè)生產(chǎn)診斷器

5、結(jié)束語(yǔ)

拉式生產(chǎn)離不開(kāi)先進(jìn)高效的信息采集手段，基于RFID的拉式生產(chǎn)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的信息，并通過(guò)和ERP系統(tǒng)中BOM集成拓展了拉式生產(chǎn)的應(yīng)用范圍。隨著RFID技術(shù)的不斷成熟以及RFID應(yīng)用成本的下降，本方案將有很好的應(yīng)用前景。

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