专利名称：基于rfid与条码融合的精细化生产系统和生产方法
技术领域：
本发明涉及制造业信息化技术领域，特别涉及制造型企业的精细化生产系统和生产方法。
背景技术：
制造企业生产现场的在制品跟踪和生产状态监控是生产活动得以持续进行的重要环节。随着现代制造业的发展，产品生产周期缩短、多样性增加、市场需求变化难以预测等特点凸显，粗犷型的生产方式已经不能满足当今制造业的需求，因此，精细化的生产方式受到人们越来越多的关注和重视。精细化的生产方式要求企业能准确、实时地获取生产现场的各种所需的信息，并将这些关键信息以最有效的方式传送到相应的部门。因此，如何将企业的信息流和物料流有机地融合到一起，就成为了实现企业实时业务管理与生产过程优化的迫切
需求o
在离散制造业，以企业资源计划(ERP)为代表的管理信息系统在生产经营活动中发挥着十分重要的作用。但由于其对生产过程监控和管理的能力不足，尚不能完全满足企业精细化生产管理的需要，于是制造执行系统(MES)应运而生。MES用于弥补企业计划层和车间控制系统之间的断层，实现它们之间的数据传输和共享，增强企业对车间的生产管理和控制的能力。
但随着制造业的发展，离散制造在多品种小批量生产、生产流程多变、快速响应市场以及高水平生产质量管理等方面的需求日益突出，传统数据采集手段已越来越不能满足MES在质量管理、车间作业调度和过程控制等方面的要求。
条码技术于上世纪七、八十年代开始应用于工业领域，并得到广泛的应用。引入条码之后，工厂可通过条码枪等装置采集贴附于在制品和零部件上的条码信息，为企业信息流提供了较详细的数据来源，从而在一定程度上实现了制造业的精细化生产。然而，由于条码自身以及其信息采集方式中的缺陷，例如易污损、不耐高温、数据量小且不可重写及只能实现可视范围内的短距离读取等，影响了信息的准确率,限制了条码的应用范围，增加了工人的负担，导致难以实现自动识别和采集生产现场信息。
RFID (Radio Frequency Identification)技术虽然在二战时期就已经出现，但真正到了上世纪九十年代才开始渐渐应用于社会的各个领域。作为一种远程非接触式、大信息存储量、环境要求相对较低且能同时识别多个标签的自动识别技术，RFID技术弥补了条码的许多不足之处，为制造企业信息流和物料流的有机融合提供了强有力的技术支持，为实现产品的精细化生产提供了新途径，在工业界得到了越来越多的认同和青睐。
然而，RFID技术在工业中的应用还处于起步阶段，现阶段阻碍RFID技术大规模应用于工业环境的最大障碍就是标签成本较高。成本的约束使得RFID技术只能用于小批量或者是附加值较高的产品，限制了 RFID技术在工业界的广泛使用。
发明内容
有鉴于此，为了解决上述问题，本发明提供一种基于RFID与条码融合的精细化生产系统，可对在制品绑定RFID电子标签，对零部件可任意选择绑定RFID电子标签或条码，能有效控制生产成本，同时利于对在制品和零部件信息进行实时有效地采集，实现物料流和信息流的准确同步，为企业实现精细化生产提供了可能。
本发明的目的是这样实现的基于RFID与条码融合的精细化生产系统，包括沿生产线设置的多个组装工位，所述基于RFID与条码融合的精细化生产系统还包括数据处理模块，所述组装工位上设置有RFID读写器和/或条码扫描装置，以及工位控制器，所述RFID读写器和条码扫描装置用于读:f又在制品和/或零部件的RFID电子标签和零部件的条码信息并输入到工位控制器，所述工位控制器将RFID电子标签信息和/或条码信息上传到数据处理才莫块，数据处理模块根据RFID电子标签信息和/或条码信息在数据库中查询相应在制品信息和零部件信息并进行匹配，若匹配成功，则将零部件信息与在制品信息进行绑定并储存，匹配结果返回工位控制器，并通过RFID读写器写入RFID电子标签。。
进一步，所述基于RFID与条码融合的精细化生产系统还包括维修工位，所述维修工位上设置有RFID读写器和/或条码扫描装置，以及工位控制器，所述维修工位的RFID读写器读取需维修的在制品的RFID电子标签及维修工人的电子工牌并上传到数据处理模块，数据处理模块将维修工人信息与在制品信息进行绑定，所述维修工位的RFID读写器或条码扫描装置扫描更换后的零部件的RFID电子标签和/或零部件的条码信息并输入到工位控制器，所述工位控制器将RFID电子标签信息和/或条码信息上传到数据处理模块，数据处理模块根据RFID电子标签信息和/或条码信息在数据库中查询相应在制品信息和零部件信息并进行匹配，若匹配成功，则将更换后的零部件信息与在制品信息进行重新绑定，替换更换前的零部件信息，并通过RFID读写器写入RFID电子标签；
进一步，所述组装工位还设置有显示装置，所述数据处理模块将在制品信息和零部件信息匹配成功后，还查询该零部件的安装指导信息并将安装指导信息返回工位控制器，工位控制器将安装指导信息输入到显示装置进行显示；
进一步，所述基于RFID与条码融合的精细化生产系统还包括合格证打印工位，所述合格证打印工位包括RFID读写器、工位控制器和打印装置，所述合格证打印工位的RFID读写器用于读取在制品的RFID电子标签中的信息并根据读取的信息打印条码。
进一步，所述合格证打印工位将读取的在制品的RFID电子标签中的信息传送到工位控制器，所述合档_证打印工位的工位控制器将在制品的RFID电子标签信息上传到数据处理模块，数据处理模块根据在制 的RFID电子标签信息查询在制品合格证信息并返回到合格证打印工位的工位控制器，工位控制器再将在制品合格证信息输入打印机进行打印。
本发明还提供一种基于RFID与条码融合的精细化生产方法，包括如下步
骤
1 )对进入生产线的在制品绑定RFID电子标签；对零部件绑定条码或RFID电子标签；
2)当贴有条码或绑定有RFID电子标签的零部件上线时，采集零部件信息与在制品信息进行匹配，匹配成功后将零部件信息与在制品信息进行绑定，并将零部件信息写入RFID电子标签；
进一步，步骤l)中还包括为维修工人配备并绑定RFID电子工牌的步骤；步骤2)之后还包括如下步骤
3 )更换在制品的零部件时，釆集更换的零部件信息与在制品信息进行匹酉己，匹配成功后将更换的零部件信息与在制品信息进行重新绑定，替换更换前的零部件信息，并采集维修工人的RFID电子工牌信息，将维修工人信息与在制品信息进行绑定，将替换的零部件信息写入RFID电子标签；
进一步，步骤2)或3)之后还包括如下步骤
4 )根据在制品的RFID电子标签信息打印条码；
进一步，关键零部件的条码需要一直贴附于零部件上，在步骤2)中在这些关键零部件上线的组装工位将条码信息写入到RFID电子标签中后，在组装过程、步骤3)的维修过程以及步骤4)的打印过程中，可直接读取RFID电子标签中的信息或通过条码枪采集关键零部件条码信息。
本发明的基于RFID与条码融合的精细化生产系统和生产方法，使企业可对在制品绑定RFID电子标签，并对零部件可任意选#^邦定RFID电子标签或条码，能有效控制生产成本，利于RFID技术的推广应用，同时利于对在制品和零部件信息进行实时有效地采集，实现物料流和信息流的准确同步，为企业实现精细化生产提供了可能，对企业管理层实时有效地获取现场数据、提升企业生产效率、提高产品生产质量、降低企业成本等方面都具有极大的价值和现实意义。
本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本
发明作进一步的详细描述
图1示出了基于RFID与条码融合的精细化生产系统的离散制造企业的整
体构架结构示意图2示出了基于RFID与条码融合的精细化生产系统结构示意图；图3示出了基于RFID与条码融合的精细化生产方法的流程示意图。
具体实施例方式
以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。参见图1,使用本实施例基于RFID与条码融合的精细化生产系统的离散制造企业的整体构架包括对象标识层、数据处理层、业务规则层和企业信息管理应用层，具体如下
对象标识层基于RFID与条码的对象标识层对生产数据进行采集，通过对数据预处理和分析，实现对绑定有RFID电子标签的在制品和贴有条码或绑定有RFID电子标签的零部件进行识别、跟踪和控制。生产数据主要包括在制品、零部件、设备、人员等的状态、参数、数量等信息。基于RFID与条码技术的对象标识层负责对这些信息录入和采集，为后面的应用提供数据基础。方法采用条码技术与RFID技术相融合的数据采集手段，重点发挥RFID技术在数 据采集、自动对象标识以及数据存储方面的优势以及条码在适用范围和成本方 面的优势。由于RFID技术的使用，基于RFID与条码技术的对象标识层将具备 对象跟踪与识别、生产数据及零部件信息的实时采集等功能。该层能为企业在 质量管理、生产监控、生产调度、过程控制等方面提供强大的数据支撑。
数据处理层数据处理层主要负责对对象层所采集的数据进行存储、绑定、 比对、过滤等处理。数据处理层从企业信息管理层的数据库中下载相关产品的 各种业务规则存放在本地数据库中，以备后续使用。由于制造企业生产状况相 对复杂，生产制造资源较多，因此，对象标识层所测采集的数据种类繁多。而 且，由于在制品的数据是由RFID实时上传的，上传的在制品信息难免出现重 复，必须对RFID重复读写数据进行过滤。对象标识层将同一产品的各种数据 传输上来，由数据处理层根据这些数据查询各种相关资料，并对信息进行查询、 分析、比对、绑定以及回发，指导工位控制器进行相应的操作。数据处理层的 设计可以满足这些数据的处理要求，为数据的进一步应用奠定了基础。
业务规则层经过处理后的数据更有效率，更简洁，但是企业管理应用层 不能直接应用这些数据。企业管理者不关心这些数据的原始状态，他们关心的 是数据形成一定的规则或图表后所表现出来的生产关系，如企业生产状态、车 间运行状态、生产线在制品实时生产情况等。因此，这些数据按照业务MJ'j层 的规则形成企业管理应用层所需要的信息、图表后进行展示。
企业信息管理应用层企业信息管理应用层如ERP等系统是企业信息化管 理的重要组成部分。它是从管理者的角度出发，以便于操作和理解的方式，提 供生产计划管理、生产过程可视化监控、生产效益分析等工具。ERP系统与 MES的集成能够帮助ERP系统实时、准确地获取生产中的数据，使得ERP系 统的分析处理更加准确、有效。ERP系统也可以利用MES及时、准确地4巴生 产计划和要求发送到生产现场，指导生产。
参见图2，本实施例的基于RFID与条码融合的精细化生产系统，包括沿生产线设置的多个组装工位、 一个或多个维修工位、 一个或多个合格证打印工位、 一个或多个数据处理模块，所述数据处理模块可以是车间服务器等处理装置， 每个工位设置有工位控制器，所述工位控制器通过网络与车间服务器连接，车 间服务器还通过网络与企业管理应用服务器连接。
所述组装工位上还设置有RFID读写器和/或条码扫描装置，以及显示装置， 具体地可以设置一个RFID读写器和一个条码扫描装置，所述RFID读写器用 于读取在制品和零部件的RFID电子标签，所述条码扫描装置用于读取贴有条 码的零部件的条码信息；可设置两个RFID读写器，两个RFID读写器分别用来 读取在制品或零部件的RFID电子标签；也可以只设置一个RFID读写器，同时 读:f又在制品和零部件的RFID电子标签。RFID读写器和/或条码扫描装置将读:f又 的信息输入到工位控制器，所述工位控制器将RFID电子标签信息和条码信息 上传到数据处理模块，数据处理模块根据RFID电子标签信息和条码信息在数 据库中查询相应在制品信息和零部件信息并进行匹配，若匹配成功，则将零部 件信息与在制品信息进行绑定并储存，并将零部件信息通过RFID读写器写入 RFID电子标签，匹配结果返回工位控制器并在显示装置显示，以提示装配工人 更换错误的零部件，所述数据处理模块将在制品信息和零部件信息匹配成功后， 还查询该零部件的安装指导信息并将安装指导信息返回工位控制器，工位控制 器将安装指导信息输入到显示装置进行显示，指导装配工人进行装配，所述显 示装置可采用现有的LED电子看板，显示工艺指导、派工单等信息，指导工人 进行操作；
所述维修工位上还设置有RFID读写器和/或条码扫描装置，所述维修工位 的RFID读写器读取需维修的在制品的RFID电子标签及维修工人的电子工牌并 上传到数据处理模块，数据处理模块将维修工人信息与在制品信息进行绑定， 所述维》务工位的RFID读写器或条码扫描装置扫描更换后的零部件的RFID电子 标签和零部件的条码信息并输入到工位控制器，所述工位控制器将RFID电子 标签信息和条码信息上传到数据处理模块，数据处理模块根据RFID电子标签信息和条码信息在凄t据库中查询相应在制品信息和零部件信息并进行匹配，若 匹配成功，则将更换后的零部件信息与在制品信息进行重新绑定，将更换零部
件信息通过RFID读写器写入RFID电子标签，替换更换前的零部件信息。
所述合格证打印工位还包括RFID读写器和打印装置，所述合格证打印工 位的RFID读写器用于读取在制品的RFID电子标签信息并到工位控制器，所述 合格证打印工位的工位控制器将在制品的RFID电子标签信息上传到数据处理 模块，数据处理模块根据在制品的RFID电子标签信息查询在制品合格证信息 并返回到合格证打印工位的工位控制器，工位控制器再将在制品合格证信息输 入打印机进行打印，并根据RFID电子标签中的信息打印产品的条码。
参见图3，本实施例的基于RFID与条码融合的精细化生产方法，同时实现 RFID与条码的串行融合和并行融合，包括如下步骤
1 )对进入生产线的在制品绑定RFID电子标签，在RFID电子标签中写入 批次号、流水号、产品编号、产品型号等信息；对零部件绑定条码或RFID电 子标签；为维修工人配备并绑定RFID电子工牌；在整个生产过程中，RFID电 子标签作为在制品的唯一标识，标识在制品的整个生产过程信息。生产控制系 统可以根据RFID电子标签中的信息进行生产过程监控与管理。
2)当贴有条码或绑定有RFID电子标签的零部件上线时，采集零部件信息 与在制品信息进行匹配，匹配成功后将零部件信息与在制品信息进行绑定，以 确保零部件的准确性。具体包括如下步骤
21) 在组装工位，RFID读写器读取在制品上的RFID电子标签，将其中的 在制品信息提出，保存于工位控制器；
22) 使用条码扫描装置扫描零部件上贴附的条码或用RFID读写器读iK^ 配件上绑定RFID电子标签，提取零部件信息传给工位控制器；
23) 工位控制器将在制品信息和零部件信息上传到车间服务器，在数据库 中查询由业务规范层生成的BOM表中的物料编码，确定该零部件与在制品是 否匹配；若匹配成功，则将该零部件信息与在制品信息进行绑定，将零部件信息写入RFID电子标签，并根据产品编号在显示装置上发布该零配件安装的各 种所需要的数据(如零部件信息、工艺指导、状态描述、加工设备等)来指导 工人进行装配；若失败，则回发匹配错误信息，由工位控制器将此信息发布在 显示装置上，提示工人更换零部件重新扫描。
在制品和零部件的绑定信息也为后续维修以及打印合格证等功能提供了数 据支撑，信息比对功能则确保零部件安装的准确性，提高产品的一次下线合格 率。
3 )更换在制品的零部件时，采集更换的零部件信息与在制品信息进行匹配， 匹配成功后将更换的零部件信息与在制品信息进行重新绑定，将更换后的零部 件信息写入RFID电子标签，替换更换前的零部件信息，并采集维修工人的RFID 电子工牌信息，将维修工人信息与在制品信息进行绑定；能够实现对产品信息 更完备的跟踪，对返厂维修或因为质量问题退货的产品，只需要扫描合格证上 的产品信息，就可以从系统中调出所有与该产品相关的零部件信息、更换零部 件情况、装配时间以及维修人员等信息；并可以实现对零部件供应商的零部件 产品质量更完善的管理和质量追溯。
4)在制品装配完成后，纟艮据在制品的RFID电子标签信息查询合格证信息 并打印，并根据RFID电子标签信息打印条码，将条码贴于最终产品上，RFID 电子标签回收利用。
上述方法中，对进入流水线的在制品绑定RFID电子标签，在零部件上线 时，采集零部件信息写入到在制品标签中，在制造过程中，以电子标签作为信 息载体，自动采集生产过程中的信息，记载生产状态；在制品完成的时候，通 过读写器采集电子标签信息传输给条码打印机，制作条码纸贴附于产品上作为
出厂信息载体，而RFID电子标签则回收再利用。RFID电子标签和条码交替使 用，即实现RFID电子标签和条码的串行融合，充分发挥RFID和条码各自的优 点，实时自动采集生产数据和产品信息、在充分利用现有条件的基础上减低企 业运作成本。上述方法中，对于某些关键零部件，如摩托车制造中的发动机和车架等， 其条码需要一直贴附于零部件上，并绑定于出厂信息中，有些部件条码甚至还 要跟着整机产品一起出厂。在这些关键零部件上线的组装工位将条码信息写入
到RFID电子标签中后，在组装过程、维修或打印时，可直接读取RFID电子标 签中的信息也可以通过条码枪采集零部件条码信息，这样便实现了 RFID电子 标签和条码的并行融合，在生产过程中可使用RFID电子标签或条码的形式采 集信息，保持了数据的完整性。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领 域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的范围。这 样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围 之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.基于RFID与条码融合的精细化生产系统，包括沿生产线设置的多个组装工位，其特征在于所述基于RFID与条码融合的精细化生产系统还包括数据处理模块，所述组装工位上设置有RFID读写器和/或条码扫描装置，以及工位控制器和显示装置，所述RFID读写器和条码扫描装置用于读取在制品和/或零部件的RFID电子标签和零部件的条码信息并输入到工位控制器，所述工位控制器将RFID电子标签信息和/或条码信息上传到数据处理模块，数据处理模块根据RFID电子标签信息和/或条码信息在数据库中查询相应在制品信息和零部件信息并进行匹配，若匹配成功，则将零部件信息与在制品信息进行绑定并储存，匹配结果返回工位控制器，并将零部件信息通过RFID读写器写入RFID电子标签。
2. 如权利要求1所述的基于RFID与条码融合的精细化生产系统，其特征 在于所述基于RFID与条码融合的精细化生产系统还包括维修工位，所述维 修工位上设置有RFID读写器和/或条码扫描装置，以及工位控制器，所述维修 工位的RFID读写器读取需维修的在制品的RFID电子标签及维修工人的电子工 牌并上传到数据处理模块，数据处理模块将维修工人信息与在制品信息进行绑 定，所述维修工位的RFID读写器或条码扫描装置扫描更换后的零部件的RFID 电子标签和/或条码信息并输入到工位控制器，所述工位控制器将RFID电子标 签信息和条码信息上传到数据处理模块，数据处理模块根据RFID电子标签信 息和条码信息在数据库中查询相应在制品信息和零部件信息并进4亍匹配，若匹 配成功，则将更换后的零部件信息与在制品信息进行重新绑定，替换更换前的 零部件信息，并将更换的零部件信息通过RFID读写器写入RFID电子标签。
3. 如权利要求1所述的基于RFID与条码融合的精细化生产系统，其特征 在于所述组装工位还设置有显示装置，所述数据处理模块将在制品信息和零 部件信息匹配成功后，还查询该零部件的安装指导信息并将安装指导信息返回工位控制器，工位控制器将安装指导信息输入到显示装置进行显示。
4. 如权利要求1至3中任一项所述的基于RFID与条码融合的精细化生产系统，其特征在于所述基于RFID与条码融合的精细化生产系统还包括合格证打印工位，所述合格证打印工位包括RFID读写器、工位控制器和打印装置，所述合格证打印工位的RFID读写器用于读取在制品的RFID电子标签中的信息并根据读取的信息打印条码。
5. 如权利要求4所述的基于RFID与条码融合的精细化生产系统，其特征在于所述合格证打印工位将读取的在制品的RFID电子标签中的信息传送到工位控制器，所述合格证打印工位的工位控制器将在制品的RFID电子标签信息上传到数据处理模块，数据处理模块根据在制品的RFID电子标签信息查询在制品合格证信息并返回到合格证打印工位的工位控制器，工位控制器再将在制品合格证信息输入打印机进行打印。
6. 基于RFID与条码融合的精细化生产方法，其特征在于包括如下步骤1 )对进入生产线的在制品绑定RFID电子标签；对零部件绑定条码或RFID电子标签；2) 当贴有条码或绑定有RFID电子标签的零部件上线时，采集零部件信息与在制品信息进行匹配，匹配成功后将零部件信息与在制品信息进行绑定并将零部件信息写入RFID电子标签；3) 在产品下线时，采集在制品上绑定的RFID电子标签信息，制作条码与产品进行绑定。
7. 如权利要求6所述的基于RFID与条码融合的精细化生产方法，其特征在于步骤1)中还包括为维修工人配备并绑定RFID电子工牌的步骤；步骤2 )之后还包括如下步骤3)更换在制品的零部件时，采集更换的零部件信息与在制品信息进行匹商己，匹配成功后将更换的零部件信息与在制品信息进行重新绑定，替换更换前的零部件信息，并采集维修工人的RFID电子工牌信息，将维修工人信息与在制品信息进行绑定，将替换的零部件信息写入RFID电子标签。
8. 如权利要求6或7所述的基于RFID与条码融合的精细化生产方法，其特征在于步骤2 )或3 )之后还包括如下步骤4)在制品装配完成并才企验合格后，根据在制品的RFID电子标签信息打印条码。
9. 如权利要求8所述的基于RFID与条码融合的精细化生产方法，其特征在于关键零部件的条码需要一直贴附于零部件上，在步骤2)中在这些关键零部件上线的组装工位将条码信息写入到RFID电子标签中后，在组装过程、步骤3)的维修过程以及步骤4)的打印过程中，可直接读取RFID电子标签中的信息或通过条码枪采集关键零部件条码信息。
全文摘要
本发明提供一种基于RFID与条码融合的精细化生产系统和生产方法，可对在制品绑定RFID电子标签，对零部件可任意选择绑定RFID电子标签或条码，能有效控制生产成本，同时利于对在制品和零部件信息进行实时有效地采集，实现物料流和信息流的准确同步，为企业实现精细化生产提供了可能；本发明的生产方法包括如下步骤1)对进入生产线的在制品绑定RFID电子标签；对零部件绑定条码或RFID电子标签；2)当贴有条码或绑定有RFID电子标签的零部件上线时，采集零部件信息与在制品信息进行匹配，匹配成功后将零部件信息与在制品信息进行绑定；3)在产品最终下线时，采集在制品上绑定的RFID电子标签信息，打印产品合格证和条码。
文档编号G06K17/00GK101655918SQ20091010479
公开日2010年2月24日 申请日期2009年9月4日 优先权日2009年9月4日
发明者刘卫宁, 孙棣华, 伟 宋, 宋潇潇, 郑林江 申请人:重庆大学