射頻識(shí)別技術(shù)在離散生產(chǎn)車(chē)間中的應(yīng)用綜述* ＊

白 翱 林 葉 陳 楊

(中國(guó)工程物理研究院機(jī)械制造工藝研究所，四川 綿陽(yáng)621900)

射頻識(shí)別技術(shù)(radio frequency identification， RFID)是上世紀(jì)90年代以來(lái)逐漸興起的一種自動(dòng)化識(shí)別和數(shù)據(jù)采集技術(shù)，也是當(dāng)前流行的物聯(lián)網(wǎng)(internet of things，IOTs)技術(shù)中的感知層關(guān)鍵技術(shù)。正如用友軟件公司總裁王文京所言:RFID 的核心價(jià)值在于通過(guò)事件驅(qū)動(dòng)的IT 架構(gòu)，解決企業(yè)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)獲取、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)協(xié)同、自動(dòng)化的業(yè)務(wù)流程以及實(shí)時(shí)的商務(wù)智能、業(yè)務(wù)決策與信息展示等一系列關(guān)鍵性問(wèn)題［1］。

一個(gè)完整的RFID 系統(tǒng)一般主要由標(biāo)簽、讀寫(xiě)器、中間件、應(yīng)用程序等4 個(gè)部分構(gòu)成。傳統(tǒng)的企業(yè)管理信息系統(tǒng)如企業(yè)資源計(jì)劃(enterprise resource planning，ERP)系統(tǒng)、供應(yīng)鏈管理(supply chain management，SCM)系統(tǒng)等獲取數(shù)據(jù)的方式主要是手工輸入或條形碼掃描，前者費(fèi)時(shí)費(fèi)力、易出錯(cuò)、錄入速度慢，后者需目視讀取、讀取距離有限、易被污損、不支持批量讀取。而RFID 技術(shù)則較好地克服了前述兩種方式的不足，具有遠(yuǎn)距離讀取、無(wú)方向性、穿透性好、使用壽命長(zhǎng)、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、存儲(chǔ)容量大、可寫(xiě)入等典型特征［2］，因而受到不少企業(yè)的青睞。特別是本世紀(jì)初以來(lái)，隨著一些世界500 強(qiáng)企業(yè)(如沃爾瑪公司)和政府機(jī)構(gòu)(如美國(guó)國(guó)防部)的強(qiáng)力推動(dòng)及其對(duì)供應(yīng)商的強(qiáng)制要求，RFID 在供應(yīng)鏈和物流(supply chain and logistics，SCL)領(lǐng)域中得到了日益廣泛、深入的應(yīng)用和推廣。

當(dāng)前，隨著RFID 技術(shù)的日益成熟、標(biāo)簽成本的不斷降低，以及制造企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程精益化管控的需求，RFID 在離散生產(chǎn)車(chē)間中也逐漸得到了深入而廣泛的應(yīng)用。通過(guò)在離散生產(chǎn)車(chē)間中部署RFID 系統(tǒng)，并與制造執(zhí)行系統(tǒng)(manufacturing execution system，MES)、生產(chǎn)管理系統(tǒng)(production management system，PMS)、倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)(warehouse management system，WMS)等相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行集成，可更好地實(shí)現(xiàn)車(chē)間制造過(guò)程的實(shí)時(shí)化、可視化、智能化管理，零延遲地為上層管理者提供底層車(chē)間生產(chǎn)執(zhí)行過(guò)程相關(guān)的信息，輔助管理者更好進(jìn)行定量化的、科學(xué)的分析、判斷和決策(避免過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)型決策)，從而增強(qiáng)車(chē)間的業(yè)務(wù)過(guò)程動(dòng)態(tài)優(yōu)化能力、產(chǎn)品質(zhì)量控制能力、成本精細(xì)化管理能力，減少訂單執(zhí)行過(guò)程中的偏差，最終提升制造企業(yè)面向復(fù)雜、多變、以客戶為中心的全球化市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。

本文將首先論述離散生產(chǎn)車(chē)間的管控難點(diǎn)及其對(duì)RFID 的需求，論述RFID 的導(dǎo)入和部署給離散生產(chǎn)車(chē)間帶來(lái)的益處，以及由此催生的一系列先進(jìn)制造模式;接下來(lái)，總結(jié)和歸納RFID 在離散生產(chǎn)車(chē)間中的應(yīng)用模式及其案例，進(jìn)一步從不同的角度凸顯車(chē)間引入RFID 的必要性;最后，提出了離散生產(chǎn)車(chē)間應(yīng)用RFID的主要障礙，以及為此需要解決的若干關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)問(wèn)題，供讀者參考和討論。

1 離散生產(chǎn)車(chē)間對(duì)RFID 的需求

離散制造過(guò)程一般是指將原材料、毛坯等通過(guò)一般工藝(如切削等)或者特種工藝(如熱處理等)加工成為合格的零部件，最后再將零部件裝配成為最終成品并完成質(zhì)量檢驗(yàn)的過(guò)程。離散制造過(guò)程具有如下的一些典型特征:(a)訂單和預(yù)測(cè)驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)計(jì)劃并存，因此下達(dá)準(zhǔn)確的生產(chǎn)計(jì)劃往往較為困難，計(jì)劃變更較為頻繁;(b)產(chǎn)品構(gòu)成一般比較復(fù)雜，產(chǎn)品下屬的零部件眾多，產(chǎn)品及零部件的工序數(shù)目較多，對(duì)于部分產(chǎn)品，存在著“邊研制邊生產(chǎn)”的情況，同時(shí)，多任務(wù)的并發(fā)執(zhí)行導(dǎo)致對(duì)關(guān)鍵制造資源爭(zhēng)奪的現(xiàn)象較為突出;(c)生產(chǎn)過(guò)程中的不確定性因素多、突發(fā)情況較多(如緊急插單、物料短缺、設(shè)備宕機(jī)、人員離崗、工裝損壞、質(zhì)量波動(dòng)等)，對(duì)生產(chǎn)任務(wù)的正常執(zhí)行影響較大。

上述離散制造過(guò)程的固有特性決定了離散制造的具體執(zhí)行場(chǎng)所——離散生產(chǎn)車(chē)間中的生產(chǎn)組織、管理及其控制天生就具有較大的不確定性、復(fù)雜性和困難性，需要進(jìn)行合理的生產(chǎn)計(jì)劃及排程、全方位地監(jiān)控計(jì)劃執(zhí)行過(guò)程、及時(shí)反饋各類(lèi)生產(chǎn)異常情況以便進(jìn)行重調(diào)度，所有這些關(guān)鍵環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)，無(wú)不需要車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集和反饋。因此，有效地獲取車(chē)間制造執(zhí)行過(guò)程的狀態(tài)信息是實(shí)現(xiàn)離散制造過(guò)程控制和管理的關(guān)鍵所在之一。

而通過(guò)實(shí)時(shí)獲取車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)信息，可以實(shí)現(xiàn)［7］:(a)及時(shí)反饋車(chē)間已下達(dá)作業(yè)任務(wù)的執(zhí)行情況，車(chē)間管理人員可據(jù)此進(jìn)行管理、控制和優(yōu)化;(b)通過(guò)及時(shí)、準(zhǔn)確的制造現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)支持，一些調(diào)度規(guī)則或智能調(diào)度算法能夠獲得更好的應(yīng)用效果;(c)能夠第一時(shí)間掌握車(chē)間一線的生產(chǎn)異常情況或事件，從而采取積極、有效的干預(yù)措施;(d)能夠應(yīng)對(duì)頻繁的生產(chǎn)計(jì)劃變更或緊急插單，實(shí)現(xiàn)更合理的生產(chǎn)調(diào)整和重調(diào)度;(e)由過(guò)去經(jīng)驗(yàn)型的、定性/半定量化、滯后的生產(chǎn)管理向定量化、及時(shí)的科學(xué)管理和控制轉(zhuǎn)變。

作為一種獲得廣泛應(yīng)用的自動(dòng)化識(shí)別技術(shù)，RFID技術(shù)可以和設(shè)備聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、條形碼技術(shù)、觸摸屏技術(shù)等一起，采集不同類(lèi)型的車(chē)間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，被后臺(tái)應(yīng)用系統(tǒng)加以處理后形成車(chē)間實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，解決傳統(tǒng)離散生產(chǎn)車(chē)間中存在的“過(guò)程不可見(jiàn)”、“黑箱作業(yè)”等突出問(wèn)題，從而協(xié)助管理人員克服離散生產(chǎn)車(chē)間管理的難點(diǎn)，更好地實(shí)現(xiàn)車(chē)間制造過(guò)程的動(dòng)態(tài)控制和主動(dòng)優(yōu)化。由于RFID 自身的一些典型特征，如遠(yuǎn)距離讀取、無(wú)方向性、穿透性好、使用壽命長(zhǎng)、環(huán)境適應(yīng)性好、存儲(chǔ)容量大、可寫(xiě)入等優(yōu)勢(shì)，使得RFID 技術(shù)相比其他數(shù)據(jù)采集技術(shù)所采集的數(shù)據(jù)類(lèi)型更為豐富、采集數(shù)據(jù)的效率更高、數(shù)據(jù)的時(shí)效性更好、采集方式更為靈活，將成為下一代數(shù)字化制造車(chē)間中的重要數(shù)據(jù)采集手段。

鑒于RFID 的引入給車(chē)間制造過(guò)程管理帶來(lái)的積極促進(jìn)作用，目前國(guó)內(nèi)外已有一些學(xué)者提出并發(fā)展了若干基于RFID 的先進(jìn)制造范式或技術(shù)，比較典型的有:

(1)無(wú)線制造

香港大學(xué)黃國(guó)全教授等提出了無(wú)線制造(wireless manufacturing，WM)的理念［3］，采用RFID 技術(shù)采集和同步車(chē)間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，以便為生產(chǎn)過(guò)程的控制提供定量的決策依據(jù)，并根據(jù)不同的生產(chǎn)特點(diǎn)或生產(chǎn)模式，開(kāi)發(fā)了不同的原型系統(tǒng)加以驗(yàn)證。

(2)基于普適計(jì)算技術(shù)的設(shè)計(jì)和制造

Suh 等提出了基于普適計(jì)算技術(shù)的設(shè)計(jì)和制造(design and manufacture via ubiquitous computing technology，UbiDM)模式［4］，RFID 是其中數(shù)據(jù)采集層中的重要使能技術(shù)，可實(shí)時(shí)獲取BOL(beginning-of-life)階段(含設(shè)計(jì)、生產(chǎn))、MOL(middle-of-life)階段(含使用、維護(hù))和EOL(end-of-life)階段(含回收、處理)的信息。

(3)基于智能物件的制造企業(yè)信息系統(tǒng)

臧傳真等提出了基于智能物件(smart-item)的制造企業(yè)信息系統(tǒng)的概念［5］，通過(guò)在普通物體上粘貼RFID 標(biāo)簽或附著讀寫(xiě)器，使之成為智能物件，從而自動(dòng)、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、詳細(xì)地獲取企業(yè)物理環(huán)境的信息，不僅能為企業(yè)已有的信息系統(tǒng)提供新的數(shù)據(jù)源，而且能夠協(xié)助企業(yè)改進(jìn)其業(yè)務(wù)流程。

(4)基于射頻識(shí)別的制造執(zhí)行系統(tǒng)

劉衛(wèi)寧等設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了基于射頻識(shí)別的制造執(zhí)行系統(tǒng)(manufacturing execution system，MES)［6］，將射頻識(shí)別技術(shù)引入制造企業(yè)內(nèi)部，以解決企業(yè)計(jì)劃層與現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程控制層間信息和管理斷層的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了制造和質(zhì)量的可視化和數(shù)字化管理。

(5)基于泛在計(jì)算的智能制造

白翱提出了基于泛在計(jì)算的智能制造(簡(jiǎn)稱U -制造)的概念［7］，采用RFID 技術(shù)采集車(chē)間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，加以分析、處理后可獲得物流實(shí)時(shí)信息和質(zhì)量實(shí)時(shí)信息，并提出了相應(yīng)的信息服務(wù)機(jī)制。

上述學(xué)術(shù)思想或理念的提出，一定程度上反映了學(xué)術(shù)界對(duì)RFID 在離散生產(chǎn)車(chē)間應(yīng)用前景的期待和看好。

2 離散生產(chǎn)車(chē)間中RFID 的應(yīng)用模式

按照離散生產(chǎn)車(chē)間中制造執(zhí)行過(guò)程及其關(guān)聯(lián)制造資源監(jiān)控、管理、控制和優(yōu)化的需求，RFID 在離散車(chē)間中有多種應(yīng)用模式?？偨Y(jié)目前已有的相關(guān)文獻(xiàn)及報(bào)道，我們將RFID 在離散生產(chǎn)車(chē)間的應(yīng)用模式劃分為物料跟蹤、質(zhì)量控制與質(zhì)量追溯、設(shè)備資產(chǎn)管理、在制品管理、生產(chǎn)過(guò)程控制與調(diào)度等，下面分別介紹每種應(yīng)用模式及其應(yīng)用案例。

2.1 物料跟蹤

RFID 在車(chē)間物料跟蹤方面得到了最為廣泛的應(yīng)用。由于RFID 標(biāo)簽可以標(biāo)識(shí)單品、且無(wú)需目視讀取，因此可以實(shí)現(xiàn)更細(xì)粒度、更實(shí)時(shí)的物料跟蹤，而不是傳統(tǒng)的基于條碼人工掃描的批次跟蹤和填寫(xiě)紙質(zhì)卡片的滯后跟蹤。例如:Brusey 等提出采用RFID 技術(shù)實(shí)現(xiàn)高度定制化生產(chǎn)過(guò)程中的零部件自動(dòng)跟蹤，并通過(guò)應(yīng)用案例加以驗(yàn)證［8］;福特公司在其墨西哥的工廠里建立了EMS(escort memory system)系統(tǒng)，采用RFID 標(biāo)簽可寫(xiě)入的特性，記錄和更新產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)，克服了傳統(tǒng)人工填寫(xiě)表格易出錯(cuò)的問(wèn)題，大大提高了產(chǎn)品跟蹤的有效性［9］;IBM 公司在其半導(dǎo)體工廠中利用無(wú)源RFID 標(biāo)簽來(lái)標(biāo)識(shí)和跟蹤晶片，可以實(shí)時(shí)定位晶片當(dāng)前所在的工序、獲取相關(guān)信息，并顯著減少了相關(guān)管理人員的數(shù)量［10］;Zhang 等建立了基于RFID 的物料跟蹤系統(tǒng)的功能模型和體系結(jié)構(gòu)，利用RFID 讀寫(xiě)器與后端數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的通信同步信息流和物流，并開(kāi)發(fā)了圖形化的跟蹤界面供用戶使用［11］;白翱等利用RFID 標(biāo)簽標(biāo)識(shí)單個(gè)物料，通過(guò)構(gòu)建物流狀態(tài)矩陣記錄不同時(shí)刻的物流事件，結(jié)合幾類(lèi)矩陣秩判定準(zhǔn)則，實(shí)現(xiàn)單批次作業(yè)任務(wù)中各個(gè)物料狀態(tài)的細(xì)粒度監(jiān)控和跟蹤［12］。

2.2 質(zhì)量控制與質(zhì)量追溯

最終產(chǎn)品的質(zhì)量很大程度上取決于車(chē)間過(guò)程質(zhì)量。利用RFID 標(biāo)簽可唯一標(biāo)識(shí)車(chē)間中的各類(lèi)質(zhì)量要素(人、機(jī)、料等)、并且可以向標(biāo)簽寫(xiě)入數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，可以更好地實(shí)現(xiàn)車(chē)間的質(zhì)量控制與質(zhì)量追溯。在質(zhì)量控制方面的相關(guān)研究有:Jr 等構(gòu)建了符合ISO9000 標(biāo)準(zhǔn)的基于RFID 技術(shù)的車(chē)間質(zhì)量保證框架，該框架將車(chē)間質(zhì)量控制與改進(jìn)劃分為數(shù)據(jù)獲取、分析、執(zhí)行、審核等階段，以協(xié)助工人監(jiān)控生產(chǎn)過(guò)程中復(fù)雜多變的質(zhì)量波動(dòng)情況，據(jù)此給出了實(shí)際應(yīng)用案例［13］;Lo 等將RFID 技術(shù)引入到印刷電路板的生產(chǎn)線上，通過(guò)RFID實(shí)時(shí)采集并傳遞質(zhì)量信息，進(jìn)而控制和保證表面封裝過(guò)程中印刷電路板的質(zhì)量［14］。在質(zhì)量追溯方面的相關(guān)研究有:愈家文等研究了基于RFID 的汽車(chē)全面質(zhì)量跟蹤管理系統(tǒng)，能夠追蹤到整車(chē)的零部件生產(chǎn)加工信息和質(zhì)量檢驗(yàn)信息［15］;曾祥興等分析了RFID 在制造業(yè)質(zhì)量追溯中的應(yīng)用，建立了質(zhì)量追溯系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，比較了4 種不同的采集生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量數(shù)據(jù)的RFID 設(shè)備搭配方式［16］。

2.3 設(shè)備資產(chǎn)管理

利用RFID 技術(shù)可遠(yuǎn)距離讀、可寫(xiě)入、單品標(biāo)識(shí)等特性，可實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)間設(shè)備資產(chǎn)的精細(xì)化管理，提升設(shè)備資產(chǎn)的可用性，避免因設(shè)備資產(chǎn)不可用、準(zhǔn)備不到位而影響生產(chǎn)的正常執(zhí)行。例如:Karen 提出通過(guò)在設(shè)備上貼裝RFID 標(biāo)簽以提高設(shè)備的可見(jiàn)性，工人只需要掃描標(biāo)簽，便可獲得設(shè)備屬性和歷史維修記錄［17］;Li等開(kāi)發(fā)了一個(gè)基于RFID 的設(shè)備管理信息系統(tǒng)，使得設(shè)備管理過(guò)程更加快捷、方便，智能化程度更高［18］;Motorola 公司推出了RFID 資產(chǎn)管理解決方案，可以對(duì)工廠內(nèi)車(chē)間和庫(kù)房的重要資產(chǎn)進(jìn)行自動(dòng)的跟蹤和防失竊保護(hù)［19］;通用動(dòng)力陸地系統(tǒng)公司在其坦克制造車(chē)間中導(dǎo)入RFID 系統(tǒng)，以便對(duì)一些昂貴的工具進(jìn)行管理，防止這些工具失竊，并在需要的時(shí)候就能立即找到這些工具［20］;Abhishek 等開(kāi)發(fā)了一個(gè)自動(dòng)化的資產(chǎn)定位感知系統(tǒng)，通過(guò)引入一個(gè)攜帶了RFID 讀寫(xiě)器的爬行機(jī)器人，可定期掃描車(chē)間某區(qū)域內(nèi)的資產(chǎn)［21］。

2.4 在制品管理

在制品一般是指產(chǎn)品加工路線上起點(diǎn)和終點(diǎn)之間的庫(kù)存。鑒于RFID 無(wú)須目視讀取且支持批量讀取的特性，可為車(chē)間在制品管理帶來(lái)極大的便利。例如:通用汽車(chē)公司早在上世紀(jì)80 年代末，就采用無(wú)源、可寫(xiě)入的RFID 系統(tǒng)來(lái)管理其位于布法羅工廠發(fā)動(dòng)機(jī)裝配車(chē)間內(nèi)的在制品［22］;Tu 等針對(duì)大批量定制生產(chǎn)環(huán)境中因產(chǎn)品高度個(gè)性化、結(jié)構(gòu)復(fù)雜而帶來(lái)的不能實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確獲取在制品庫(kù)存信息的難題，利用超高頻RFID 技術(shù)管理車(chē)間在制品，并應(yīng)用于某自行車(chē)工廠的實(shí)際生產(chǎn)中［23］;Huang 等提出了基于RFID 的無(wú)線制造系統(tǒng)解決方案，用于對(duì)按功能布局加工車(chē)間中在制品的實(shí)時(shí)管理［24］;梁昌勇等提出了基于RFID 和條形碼技術(shù)結(jié)合的汽車(chē)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)二級(jí)倉(cāng)庫(kù)管理方案，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)零部件的快速領(lǐng)料、補(bǔ)料和盤(pán)點(diǎn)［25］。

2.5 生產(chǎn)過(guò)程控制與調(diào)度

利用RFID 可批量讀取、單品識(shí)別的優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)時(shí)獲取生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的任務(wù)執(zhí)行狀態(tài)，從而更好地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的反饋控制及其調(diào)度。例如:Wang 等提出了基于RFID 和多代理技術(shù)的敏捷制造計(jì)劃與控制系統(tǒng)，可對(duì)動(dòng)態(tài)變化的制造活動(dòng)進(jìn)行管理，并實(shí)時(shí)響應(yīng)各類(lèi)異常情況［26］;Higuera 等提出采用RFID 技術(shù)為車(chē)間多代理控制系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)信息［27］;Pavel 等提出綜合采用RFID 技術(shù)、可編程邏輯控制器和多代理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)間制造過(guò)程的控制［28］;Chen 采用RFID 和本體技術(shù)，建立了可實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程協(xié)同的車(chē)間多代理控制系統(tǒng)［29］;Kim 等綜合利用RFID 技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，建立了車(chē)間生產(chǎn)控制系統(tǒng)，并應(yīng)用在液晶顯示器生產(chǎn)線上［30］;David 等［31］、Tu 等［23］和Chen 等［32］則分別研究了RFID 技術(shù)在大批量定制生產(chǎn)過(guò)程控制中的具體應(yīng)用;Huang 等提出了基于RFID 技術(shù)的自適應(yīng)裝配計(jì)劃與控制系統(tǒng)，通過(guò)將RFID 附著在工作站、關(guān)鍵工具、重要部件和容器上，使之變成智能物體(smart object)，實(shí)現(xiàn)裝配過(guò)程的智能化控制［33］。

上述應(yīng)用模式分別利用了RFID 技術(shù)不同的特性和優(yōu)勢(shì)，總結(jié)如表1 所示。

表1 RFID 應(yīng)用模式與RFID 特性對(duì)應(yīng)表

3 離散生產(chǎn)車(chē)間中RFID 應(yīng)用的挑戰(zhàn)

由前述內(nèi)容可知，目前離散生產(chǎn)車(chē)間中已有較多的零星或單點(diǎn)應(yīng)用案例，但另一方面，當(dāng)前RFID 的大規(guī)模應(yīng)用尚存在著若干障礙，不同領(lǐng)域中RFID 應(yīng)用存在的普遍性難題主要有:①較多的項(xiàng)目投資預(yù)算;②應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一;③較大的用戶培訓(xùn)成本;④企業(yè)不斷變化和調(diào)整的業(yè)務(wù)流程;⑤技術(shù)應(yīng)用的不完全成熟性;⑥存在著隱私泄露等信息安全隱患［34-35］。對(duì)于離散生產(chǎn)車(chē)間中RFID 的應(yīng)用，上述難題也普遍存在。此外，筆者認(rèn)為缺乏RFID 應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、方法和工具也是當(dāng)前離散生產(chǎn)車(chē)間中RFID 應(yīng)用的主要障礙之一。由于缺乏經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐檢驗(yàn)的實(shí)施指導(dǎo)和實(shí)施參考，使得目前RFID 的應(yīng)用較多地依賴于RFID 應(yīng)用專家、項(xiàng)目經(jīng)理等關(guān)鍵人物的知識(shí)、技能和經(jīng)驗(yàn)，使得RFID 的應(yīng)用更像是一門(mén)藝術(shù)而不是一門(mén)科學(xué)［36］，存在著“理論研究滯后于應(yīng)用實(shí)踐”的現(xiàn)象，這將導(dǎo)致RFID 在離散生產(chǎn)車(chē)間中應(yīng)用的高風(fēng)險(xiǎn)性和高失敗率。因此，為提高RFID 在離散生產(chǎn)車(chē)間中的實(shí)施成功率，我們認(rèn)為有幾個(gè)關(guān)鍵科學(xué)和技術(shù)問(wèn)題需要予以重點(diǎn)關(guān)注，并從理論層面加以深入的研究，這些關(guān)鍵問(wèn)題主要有:

(1)RFID 應(yīng)用的可行性分析

針對(duì)某一離散生產(chǎn)車(chē)間的具體情況，評(píng)估其應(yīng)用RFID 的能力，并根據(jù)不同的能力采取不同的RFID 導(dǎo)入策略，以減少失敗風(fēng)險(xiǎn)。如白翱等構(gòu)建了面向中小離散制造企業(yè)的RFID 導(dǎo)入多層次決策模型，將企業(yè)導(dǎo)入RFID 的能力成熟度級(jí)別劃分為初始級(jí)、觀望級(jí)、實(shí)驗(yàn)級(jí)、實(shí)施級(jí)和集成級(jí)，以便為離散車(chē)間導(dǎo)入RFID提供定量的決策支持［37］;Vojdani 等建立了基于過(guò)程和知識(shí)的模型，用于識(shí)別和評(píng)估企業(yè)應(yīng)用RFID 的潛力［38］。

(2)RFID 應(yīng)用的投資回報(bào)分析

RFID 的投資回報(bào)率(return on investment，ROI)用以度量企業(yè)實(shí)施RFID 系統(tǒng)時(shí)投入的資金所帶來(lái)的收益程度，是制造企業(yè)應(yīng)用RFID 時(shí)管理決策層最為關(guān)心的焦點(diǎn)問(wèn)題之一。因此，結(jié)合離散生產(chǎn)車(chē)間的管控需求和應(yīng)用場(chǎng)景，評(píng)估RFID 的投資回報(bào)率顯得尤為重要。相對(duì)于RFID 的項(xiàng)目投資成本(包括標(biāo)簽、讀寫(xiě)器、中間件、系統(tǒng)集成、運(yùn)行與維護(hù)等成本)，RFID 系統(tǒng)的收益構(gòu)成則比較復(fù)雜［39］。Brian 討論了RFID 應(yīng)用于惠普公司制造和供應(yīng)鏈過(guò)程中建立ROI 模型的必要性，但并未進(jìn)一步討論如何計(jì)算ROI［40］。

(3)RFID 應(yīng)用的系統(tǒng)選型

由于離散車(chē)間中涉及的對(duì)象較多、應(yīng)用環(huán)境也較為復(fù)雜的，因此選擇合適的RFID 系統(tǒng)對(duì)成功實(shí)施RFID 項(xiàng)目具有重要的作用。在選擇RFID 系統(tǒng)的時(shí)候，除了考慮標(biāo)簽成本、系統(tǒng)集成方便性等通用因素外，還需要重點(diǎn)考慮具體標(biāo)識(shí)對(duì)象的材料、形狀、體積、大小等個(gè)性化因素。如Ufuk 等提出了采用模糊層次分析法(fuzzy AHP)來(lái)解決多指標(biāo)約束條件下的RFID系統(tǒng)選型問(wèn)題，并應(yīng)用于玻璃制造行業(yè)中［41］;Amar 等給出了RFID 系統(tǒng)的八步選型框架，以便構(gòu)建某航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修車(chē)間中的實(shí)時(shí)跟蹤和控制系統(tǒng)［42］。

(4)RFID 應(yīng)用的管控點(diǎn)識(shí)別模型

建立管控點(diǎn)識(shí)別模型的目的是進(jìn)一步設(shè)計(jì)車(chē)間RFID 系統(tǒng)的具體應(yīng)用方案(即確定標(biāo)簽標(biāo)識(shí)的對(duì)象、采用讀寫(xiě)器采集數(shù)據(jù)的工位)。通常，制造過(guò)程中產(chǎn)生的海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與企業(yè)已有的ERP 或MES 系統(tǒng)相對(duì)有限的數(shù)據(jù)處理能力之間存在著一定的不匹配性，另外部分制造節(jié)點(diǎn)的信息對(duì)整個(gè)上層管理決策的貢獻(xiàn)較少，因此并沒(méi)有必要用標(biāo)簽標(biāo)識(shí)每一個(gè)對(duì)象、在每一個(gè)節(jié)點(diǎn)上設(shè)置RFID 讀寫(xiě)器。在識(shí)別RFID 管控點(diǎn)時(shí)，應(yīng)首先從管理層面確定關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程或關(guān)鍵業(yè)務(wù)對(duì)象(如關(guān)鍵工序、關(guān)鍵工位、重要零部件等)，其次從技術(shù)層面綜合考慮管控點(diǎn)密度、監(jiān)控時(shí)效性和采集成本三者的平衡關(guān)系。如張俊等以教學(xué)機(jī)器人的裝配過(guò)程為例，利用Petri 網(wǎng)識(shí)別RFID 的讀寫(xiě)點(diǎn)，并建立了裝配生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集模型［43］。

(5)RFID 的數(shù)據(jù)分析與事件處理

RFID 系統(tǒng)采集了海量的車(chē)間制造過(guò)程數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)語(yǔ)義層次低，包含的信息有限，在進(jìn)入企業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)之前必須經(jīng)過(guò)預(yù)分析和預(yù)處理?，F(xiàn)階段常用復(fù)雜事件處理(complex event process，CEP)［44］技術(shù)來(lái)展現(xiàn)RFID 數(shù)據(jù)流背后隱藏的信息。如Ku 等研究了一種面向RFID 應(yīng)用的分布式復(fù)雜事件處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的集中式處理系統(tǒng)相比，具有更好的魯棒性和可擴(kuò)展性［45］。目前的研究主要是采用中間件實(shí)現(xiàn)對(duì)RFID 原始數(shù)據(jù)的過(guò)濾、消除重復(fù)數(shù)據(jù)、糾錯(cuò)等操作［46］，在面向業(yè)務(wù)應(yīng)用層面的數(shù)據(jù)處理方面，還需要進(jìn)一步研究，以獲取更多業(yè)務(wù)相關(guān)的語(yǔ)義信息。

(6)RFID 系統(tǒng)的應(yīng)用可靠性分析

離散生產(chǎn)車(chē)間是一個(gè)復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境，不可避免地存在RFID 標(biāo)簽錯(cuò)讀、漏讀或多讀的現(xiàn)象，需要對(duì)RFID 系統(tǒng)的應(yīng)用可靠性進(jìn)行研究。如Paul 等總結(jié)了RFID 應(yīng)用于供應(yīng)鏈管理時(shí)影響其可靠性和性能的主要因素，包括標(biāo)簽位置、標(biāo)簽識(shí)別的靈敏度、讀寫(xiě)器的讀寫(xiě)范圍、金屬和水的干擾等［47］?，F(xiàn)有的研究主要局限于標(biāo)簽、讀寫(xiě)器等硬件層面的可靠性上，應(yīng)進(jìn)一步綜合考慮車(chē)間業(yè)務(wù)過(guò)程、應(yīng)用系統(tǒng)、用戶操作等多種因素，據(jù)此建立可靠性分析和評(píng)估模型。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)人類(lèi)社會(huì)將由互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代逐漸過(guò)渡到物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，RFID 作為物聯(lián)網(wǎng)的重要傳感設(shè)備，能實(shí)時(shí)感知到物理環(huán)境中的狀態(tài)變化，將在企業(yè)供應(yīng)鏈和產(chǎn)品全生命周期的諸多環(huán)節(jié)中得到廣泛和深入的應(yīng)用。

(2)RFID 技術(shù)的應(yīng)用成本將不斷降低，在制造過(guò)程可視化、精益化和智能化管控的驅(qū)動(dòng)下，越來(lái)越多的離散制造企業(yè)將在其工廠、車(chē)間、生產(chǎn)線中應(yīng)用RFID技術(shù)。

(3)根據(jù)應(yīng)用目的和標(biāo)識(shí)對(duì)象，RFID 在離散生產(chǎn)車(chē)間中的應(yīng)用場(chǎng)景可劃分為物料跟蹤、質(zhì)量控制與質(zhì)量追溯、設(shè)備資產(chǎn)管理、在制品管理、生產(chǎn)過(guò)程控制與調(diào)度等。

(4)RFID 應(yīng)用的需求雖然很強(qiáng)烈，也出現(xiàn)了一些零星應(yīng)用案例，但RFID 在離散車(chē)間應(yīng)用的理論層面研究相對(duì)較少，需要從RFID 應(yīng)用的可行性分析、投資回報(bào)分析、系統(tǒng)選型等多個(gè)方面開(kāi)展進(jìn)一步的研究，以提高RFID 應(yīng)用的成功率。

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