基于RFID的物料與在制品追蹤智能終端的應(yīng)用設(shè)計

姜貞勇

摘要：一般的生產(chǎn)企業(yè)所關(guān)心的主要問題是：是什么人在什么設(shè)備上生產(chǎn)什么產(chǎn)品，生產(chǎn)的數(shù)量、質(zhì)量如何？這些信息是否實時的體現(xiàn)到了企業(yè)管理者面前？大多數(shù)企業(yè)都能夠通過紙質(zhì)手段利用人工抄錄方式將這些信息收集起來，但這些信息存在不及時（滯后）、容易出錯或造假等問題。本文旨在設(shè)計一種基于RFID技術(shù)、433MHz無線通信技術(shù)的智能終端，進行企業(yè)車間生產(chǎn)實時信息的采集，盡快提升企業(yè)制造業(yè)信息化水平，使企業(yè)信息盡快達到“實時化、智能化、無紙化、可視化”。

關(guān)鍵詞：RFID;智能終端;MES;實時信息

中圖分類號：TN98 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）07-0174-04

0 引言

我國制造業(yè)在信息化建設(shè)方面的起步比較晚，許多企業(yè)過于注重上層管理級和設(shè)備級的建設(shè)，而相對忽略了車間生產(chǎn)制造層面的信息化。制造執(zhí)行系統(tǒng)MES（Manufacturing Execution System）從產(chǎn)品生產(chǎn)過程的全生命周期出發(fā)，專注于企業(yè)車間級的生產(chǎn)信息管理，能夠從生產(chǎn)現(xiàn)場的執(zhí)行層對企業(yè)進行更直接有效的生產(chǎn)資源配置優(yōu)化，為企業(yè)迅速地提升產(chǎn)品的質(zhì)量，降低各種資源的損耗，全面地提升企業(yè)的綜合競爭能力。

在“中國制造2025”、“以信息化帶動工業(yè)化，以工業(yè)化促進信息化”、科技與經(jīng)濟結(jié)合的相關(guān)國家政策指引下，設(shè)計新一代的基于RFID的實時數(shù)據(jù)采集智能終端[1]，通過RFID電子標簽與人、設(shè)備、在制品（生產(chǎn)產(chǎn)品）進行信息的綁定，實現(xiàn)生產(chǎn)物料及在制品的實時追蹤管理[2]，是本文為企業(yè)提供“產(chǎn)品設(shè)計理念創(chuàng)新，制造模式層次創(chuàng)新，經(jīng)營管理方式創(chuàng)新”的目的，達到“什么人在什么地方（產(chǎn)品線）用什么設(shè)備（或什么工藝）生產(chǎn)了什么產(chǎn)品、多少產(chǎn)品，產(chǎn)品的質(zhì)量如何”等等完全透明的企業(yè)質(zhì)量安全的大數(shù)據(jù)平臺支撐體系。

1 需求分析

一個ERP系統(tǒng)，如圖1所示，其生產(chǎn)車間、現(xiàn)場的數(shù)據(jù)是通過紙張錄入，人工傳遞的方式加載到系統(tǒng)中的，它不能實時體現(xiàn)產(chǎn)品的如下實時生產(chǎn)信息。

如果在ERP系統(tǒng)與車間現(xiàn)場之間增加一個實時數(shù)據(jù)采集的橋梁;或者對沒有實施ERP的企業(yè)，通過一個系統(tǒng)直接將車間實時信息管理起來，這就是MES的功能了。根據(jù)ERP特點和存在的問題，我們所設(shè)計的MES在物理上將系統(tǒng)劃分為三個部分：基于RFID的硬件平臺（智能數(shù)據(jù)采集終端）、生產(chǎn)車間信息采集的軟件平臺，整個企業(yè)信息管理的軟件平臺，其物理設(shè)計架構(gòu)如圖2所示。

2 產(chǎn)品硬件設(shè)計

本文所設(shè)計的智能數(shù)據(jù)終端以Samsung S3C44B0嵌入式微處理器ARM為核心[3]，通過各種不同功能模塊的搭配，實現(xiàn)各種不同的功能。該終端的硬件接口框圖如圖3所示。

2.1 RFID模塊設(shè)計[5]

RFID射頻識別（即Radio Frequency Identification）技術(shù)是從90年代興起的一項自動識別技術(shù)。它利用無線射頻方式進行非接觸雙向通信，以達到識別目的并交換數(shù)據(jù)。與磁卡、IC卡等接觸式識別技術(shù)不同，RFID系統(tǒng)的電子標簽和讀寫器之間無須物理接觸就可完成識別，因此它可實現(xiàn)多目標識別和運動目標識別，可在更廣泛的場合中應(yīng)用。

本智能終端的RFID閱讀模塊采用125K的低頻頻率，該模塊與智能終端的接口采用RS232，因此該模塊自帶一個CPU。由于它的功能簡單，只負責(zé)RFID的ID的讀取，因此其CPU選用ATMEL公司的AT89C2051。射頻讀寫芯片采用U2270B，滿足ISO 1800-2低頻標簽國際標準，它將電源供電、數(shù)字調(diào)制、載波振蕩器以及線圈驅(qū)動集成在一個芯片上，設(shè)計開發(fā)十分便捷。

2.2 通信模塊設(shè)計

本智能數(shù)據(jù)采集終端的無線傳輸模塊采用CC1020微功率433M頻率無線接口芯片進行設(shè)計，通過合適的功率和天線設(shè)計，可以保證在空曠的環(huán)境下無線傳輸距離500米，可滿足一般生產(chǎn)廠房的傳輸距離的要求，在一些生產(chǎn)廠房不適宜用有線方式與上位機進行通信的場合，就采用433M無線通信的方式進行信息的傳輸。

2.3 液晶顯示模塊

液晶顯示模塊應(yīng)用的是320×240點陣，與ARM的接口完全使用IO接口。本設(shè)計在ARM的數(shù)據(jù)存儲模塊中固化標準漢字庫，保證液晶顯示模塊的漢字顯示。

2.4 鍵盤接口

本設(shè)計的鍵盤為8×4陣列，可以對生產(chǎn)實時信息進行及時的輸入，也可以進行輸入法的轉(zhuǎn)換，滿足不同信息輸入的需求。

3 終端的軟件實現(xiàn)流程

本智能終端開機顯示對應(yīng)企業(yè)的LOGO，然后顯示對應(yīng)企業(yè)MES系統(tǒng)的名稱。該部分為針對企業(yè)的定制軟件，可以針對不同的企業(yè)進行修改。

終端在對企業(yè)LOGO和MES系統(tǒng)名稱顯示大約2秒后，就會自動顯示終端的通信地址，終端目前在什么車間的什么設(shè)備上工作，目前該終端在什么班組，班組有哪些成員（工人）等等信息。然后界面靜止在當(dāng)前信息狀態(tài)N秒，如果不對終端進行操作，則界面會熄滅以節(jié)電保持休眠。時間N參數(shù)可以通過終端鍵盤設(shè)置，只要按任意鍵或刷RFID卡終端就會正?；謴?fù)顯示。

應(yīng)用程序的實現(xiàn)流程如圖4所示。

為了防止非崗位人員操作終端，只有刷卡（員工卡）進行身份認證后，才能對終端進行操作，否則終端不會響應(yīng)。員工進行刷卡確認時，終端系統(tǒng)同時實現(xiàn)對員工的考勤進行記錄。

由于終端在開機狀態(tài)下，會通過上位機進行實時時鐘的更新，所以員工的考勤記錄是真實的。

智能終端上能夠識別的RFID卡除了員工身份卡外，另一種則是產(chǎn)品身份卡。該卡在產(chǎn)品生產(chǎn)的第一個工位（或者工序）開始生成，并隨著工序的流動與產(chǎn)品共生存，直到該產(chǎn)品生產(chǎn)完畢，產(chǎn)品身份卡就會重新作為另一個產(chǎn)品的身份繼續(xù)重復(fù)利用。為了確保產(chǎn)品的質(zhì)量可追溯，RFID卡的卡號后面會跟著附加產(chǎn)品生產(chǎn)起始時間的年月日信息，作為產(chǎn)品的正式身份信息，從而保證產(chǎn)品身份信息的唯一性[4]。

操作工人通過刷卡喚醒智能終端后，如果終端確認刷卡刷的是產(chǎn)品卡，終端就會顯示該產(chǎn)品目前應(yīng)該生產(chǎn)的產(chǎn)品工藝信息，工人對工藝信息進行核對，核對正確才能生產(chǎn)產(chǎn)品，信息不對，則可以通過終端鍵盤反饋該產(chǎn)品信息，提醒專門的操作工人來該工位將產(chǎn)品取走并歸位到正確的生產(chǎn)工序上。

操作工人核對完該產(chǎn)品應(yīng)該在該工位（設(shè)備）用什么工藝生產(chǎn)多少件產(chǎn)品后，開始生產(chǎn)產(chǎn)品，生產(chǎn)完畢才能將生產(chǎn)信息錄入到終端里。終端程序設(shè)置有輸入導(dǎo)引，工人按照導(dǎo)引輸入相關(guān)生產(chǎn)信息如：總共花了多少時間生產(chǎn)了多少件產(chǎn)品，好件多少，壞件多少，壞件的缺陷信息是什么等等。信息錄入完成，終端還要求刷員工卡以確認是誰在什么時間生產(chǎn)了該批次產(chǎn)品。由于是刷卡操作，終端會自動記錄生產(chǎn)過程時間，這就避免了操作工人偽造生產(chǎn)時間信息，為計時或計件來計薪提供了依據(jù)。

終端在休眠狀態(tài)下，其實還在與上位機在不停的進行信息溝通，比如上位機是否要終端把生產(chǎn)信息傳送給上位機，上位機是否要求終端進行終端程序的遠程更新升級（比如前述企業(yè)LOGO、企業(yè)MES系統(tǒng)信息）等等。

4 結(jié)語

本設(shè)計配合MES軟件系統(tǒng)，可直接將企業(yè)的生產(chǎn)計劃、工藝下達到車間的相關(guān)工序或設(shè)備， 直接指導(dǎo)設(shè)備加工、減少工藝錯誤，防止跨工序加工，減少手工輸入、紙張傳遞過程，及時修正工藝錯誤、縮短工藝糾正周期，完成質(zhì)量信息采集與分析。

展望未來，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，5G無線通信技術(shù)已經(jīng)迎來大規(guī)模的應(yīng)用，因此，基于5G技術(shù)的新一代智能終端在生產(chǎn)企業(yè)的大數(shù)據(jù)信息采集方面必將發(fā)揮重要的作用。

參考文獻

[1] 劉澤禧，戴青云，周科，等.基于MES的嵌入式智能數(shù)據(jù)交互終端的設(shè)計[J].儀器儀表用戶，2008（02）：64-65.

[2] 戴青云，羅天友.基于RFID的在制品追蹤與管理系統(tǒng)[J].電腦與電信，2006（07）：10-15.

[3] 陳海賓，歐習(xí)洋，汪龍峰，等.基于MSP430F6736的全SOC單相智能電能表設(shè)計[J].電測與儀表，2015（04）：8-12.

[4] 張秋月，徐人恒，曲井致，等.基于RFID技術(shù)的電能表數(shù)據(jù)采集方法[J].電測與儀表，2014（18）：10-12.

[5] 游戰(zhàn)清，李蘇劍.無線射頻識別技術(shù)（RFID）理論與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.