基于RFID技术的车间物料管理方法的研究

蒋 磊，郭 宇

(南京航空航天大学机电学院，江苏南京 210016)

基于RFID技术的车间物料管理方法的研究

蒋 磊，郭 宇

(南京航空航天大学机电学院，江苏南京 210016)

为解决传统离散制造车间物料管理的弊端，将RFID技术应用于传统离散制造业，合理配置物料，利用RFID技术的优点实时获取物料信息。结合物料管理方案建立了系统框架，阐述了系统运行模式，分析了物料信息变化过程并建立了数据模型。通过对物料管理系统的开发和应用，实现了物料管理效率的提高。

RFID;车间;物料管理;信息采集;实时监控

传统离散制造业车间，生产现场状况复杂，物料放置混乱，管理不规范，常常出现物料丢失、缺损、供应滞后等问题，对物料信息记录和传递的手段大多依靠手工记录、纸质传递，从而导致效率低下、容易出错等后果。如何解决这些问题，中外学者也进行了一些相关研究［1－8］。在国外，C.Saygin［2］提出利用RFID对库存进行管理，利用RFID技术的优点对物品进行跟踪。GeorgeQ.Huang［3］等用RFID技术实现生产车间物料追踪，在一定程度上实现了物料传递过程的透明化。在国内，西安交通大学的张映锋［4］等提出利用RFID技术对制造资源进行配置，以实现对制造过程实时信息进行获取与追踪的方法。上述研究在一定程度上解决了制造车间数据采集的问题，但是对物料的管理并没有做太细致的说明，尤其是对物料动态变化的信息管理问题，以上研究并未提出一个明确的管理方法。本文在C.Saygin，GeorgeQ.Huang及张映锋等人的研究基础上，利用RFID技术对物料静态属性信息以及动态制造信息进行全面有效的管理，实现车间物料信息的实时反馈。

1 系统的体系结构

1.1 系统体系结构

为了解决上述问题，结合离散制造车间物料管理需求，建立基于RFID技术的离散制造车间物料管理系统，如图1所示。

1.2 系统功能模块

物料管理系统主要是针对从物料进入原料库开始到最终加工成为成品并存放入成品库的全过程的管理，整个过程不仅要获取物料的属性、加工工艺等固有信息，还要知道与之相关联的制造信息，如工人工号、机床编号、刀具编号等，并对这些信息实施有效管理。

系统包括物料信息采集、物料信息存储、信息实时监控、信息统计分析等功能模块。系统能够驱动RFID读写器自动获取物料属性信息及制造信息。系统可以统计一段时间内的物料信息并加以分析，找出管理问题。除此之外，系统的监控功能可以跟踪物料流转的全过程，实时展现原材料、工件等在车间的位置分布情况。

1.3 系统运行模式

结合系统各个功能模块，为保证系统运行的高效稳定，实现车间物料管理的透明化和自动化，系统运行模式如图2所示。

当原材料进入车间时，物料管理员对物料进行标识并记录物料的编号、名称、材料、规格等信息。除此之外，物料管理员还要为物料配置相应的电子标签，确保物料的唯一性。完成电子标签配置后，物料管理员会通过RFID读写器在电子标签中写入物料编号，实现标签与物料一一关联。然后物料管理员将关联后的物料放入车间物料存放区。标识完成后，物料管理员会通知工人根据物料单领取相应物料。在物料运送的过程中，车间关键位置所安置的RFID读写器能够监控物料的出入库及当前的位置信息，并自动获取物料的属性和正在进行的制造数据，这些数据会自动传入物料管理系统，物料管理系统对数据进行处理后，通过网络将信息派发给车间工人，这些信息使工人能够实时掌握当前物料状态。

图1 系统体系结构

图2 系统运行模式

2 物料信息分析及建模

物料管理一直是离散制造车间的一个重要并且困难的问题，原因在于物料是制造车间的加工对象，从它进入车间到最终加工完毕，是处在一个不断变化的过程中。随着加工进程的进行，物料的形状、质量、外观都不是一成不变的。换句话说，离散制造车间的物料是动态的物料，对这种动态的物料是很难用固定的信息去描述的，对动态物料进行建模，有助于我们更直观地了解物料的动态特性，更好地对其进行管理。

2.1 物料信息变化流程

物料的信息描述可分为两种:(1)对属性信息的描述，包括物料编号、物料名称、供应代号、资料号、工艺卡号等。(2)对制造信息的描述，包括工序名称、加工数量、加工尺寸、报废数量以及与物料相关联的机床编号、工人工号、刀具编号等。这些信息会随着制造过程的进行而改变。物料信息模型如图3所示。

图3 物料信息模型

2.2 车间物料流转过程建模

物料从最初的原材料到最终的成品，是按照既定工艺，经过多道工序实现的，所以说物料的流转过程是物料、制造要素和加工工艺的交互。

可以用2个矩阵表达物料在车间的流转过程:

式中:Mmaterial矩阵的每一行代表不同制造阶段物料(或者叫中间品)的属性信息;ID表示物料的编号;Name表示物料的名称;MN表示物料的材料牌号;IN表示物料的资料号;TN表示物料的工艺卡号。Mtechnic描述与物料相关联的制造工艺，每一行元素是对工艺参数、加工条件等信息的表示;n表示加工工艺参数的个数，这些参数包括对设备类型的要求(车床、铣床或其他)，对刀具的要求，对加工条件的要求(主轴转速、进给速度)等等;m表示整个加工过程需要的工序数。Mtechnic中的元素aij=(Conformance)(i=1，2，…，m;j=1，2，…，n)，Conformance表示工艺参数是否符合要求。

当aij(Conformance)=0时，可能因为加工质量问题导致物料报废。

2.3 物料流转实时监控

要实现物料流转的全过程监控，需要在物料流转途径中恰当的位置安置RFID读写器。物料在车间的派送路径并不唯一，但是可以确定物料的最终目的地(工位或仓储)，在目的地(工位或仓储)安装RFID读写器，就可以获取物料是否到位的状态信息。

为了实现物料监控的精细化，本文提出利用双RFID读写器系统对工位物料的状态进行监控。分别在工位的待加工区和已加工区安装RFID读写器。当物料进入待加工区，说明物料到位，等待加工;当物料离开待加工区时，说明物料已装夹，开始加工;当物料进入已加工区域时，说明加工完毕。图4给出了物料流转的实时监控模式图。

3 系统开发

3.1 开发环境

物料管理系统基于B/S(Browser/Server)体系架构，利用 Microsoft.NET平台开发。开发环境:Microsoft Visual Studio 2005。开发工具:VB.NET、ASP.NET、Oracle 9i数据库。

3.2 运行环境

a.服务器运行环境:Windows 2003 Server、IIS 6.0。

b.客户端运行环境:要求安装.NET Framework 2.0及以上和IE 6.0及以上的计算机。

3.3 系统功能实现

a.系统管理。

针对不同角色的用户，配置不同的权限，用户凭借有效的用户名和密码登录系统。用户登录界面如图5所示。系统管理可对系统密码、用户权限进行配置，保证系统的正常运行。系统管理界面如图6所示。

b.物料信息管理。

物料管理系统用以对物料的信息进行管理，可以查看物料的相关属性和具体工序的加工参数，如工序名称、加工时间、设备类型等等，达到物料信息的可追溯性。物料信息管理如图7所示。

c.数据统计分析。

数据统计分析可以对一段时间机床的利用效率和加工合格率进行分析，通过数据曲线可以反眏这段时间内物料的加工质量和生产效率。数据曲线如图8所示。

图4 物料流转实时监控模式图

图5 用户登录界面

图6 系统管理界面

图7 物料信息管理

图8 数据曲线

4 结束语

本文将RFID技术应用于传统离散制造业，对车间制造要素进行配置，通过车间物料管理系统实现了物料管理的实时化和透明化。基于RFID技术的物料管理方法能够解决传统离散制造车间物料管理混乱、效率低下、容易丢失等问题，对传统离散制造车间管理效率的提高有很大帮助。相对于张映锋等人的研究，本文从物料在车间的流转过程入手，分析了物料的信息类型及变化过程，通过采集物料信息来实现对物料的实时监控。但是由于离散制造车间制造工艺比较复杂，如何将RFID电子标签与物料进行合理地绑定是亟待解决的难题，后续研究可从这些方面展开。

［1］胡友明，杜润生，杨叔子.制造系统数据采集技术研究［J］.制造业自动化，2002，24(3):23 －27.

［2］Saygin C.Adaptive inventory management using RFID data［J］.Int J Ady Manuf Technol，2007，3(32):1045 －1051.

［3］Huang G Q，Zhang Y F，Jiang P Y.RFID－based wireless manufacturing for real－time management of job shop WIP inventories［J］.The International Journal of Advanced Anufacturing Technology，2007，36(7)，:752 －764.

［4］张映锋，江平宇.e——制造系统制造资源动态配置过程研究［J］.计算机集成制造系统，2006，12(1):78 －83.

［5］张俊.基于RFID和电子看板的装配生产监控系统的研究［D］.杭州:浙江大学，2007.

［6］裴世超.基于RFID的装配车间动态物料配送模式研究［D］.重庆:重庆大学，2010.

［7］胡国胜，张国红.RFID技术存在的问题与对策分析［J］.物流科技，2007(3):23－29.

［8］李江全，张丽，岑红蕾.Visual Basic串口通信与测控应用技术实战详解［M］.北京:人民邮电出版社，2007.

A Study of Material Management Method for Workshop Based on RFID Technology

JIANG Lei，GUO Yu
(Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Jiangsu Nanjing，210016，China)

In order to solve the problems of material management of traditional discrete manufacturing workshop，RFID technology is applied to traditional discrete manufacturing industry，the material is allocated reasonably，the material information is collected by the using of RFID.The system framework is built combining with the material management plan，the system operation mode is expounded，the material information model is built.According to the developing and using of the material management system，managerial effectiveness is raised.

RFID;Workshop;Material Management;Information Acquisition;Real Time Monitoring

TP391

A

2095－509X(2013)05－0023－05

10.3969/j.issn.2095 －509X.2013.05.006

2013－01－06

“十二五”国防基础科研重点项目;南京航空航天大学研究生创新基地(实验室)开放基金资助项目(kfjj120119)，中央高校基本科研业务费专项资金资助项目

蒋磊(1985—)，男，新疆伊犁人，南京航空航天大学硕士研究生，主要研究方向为数字化设计制造。