基于射频识别的生产监测系统的制作方法

专利名称：基于射频识别的生产监测系统的制作方法
基于射频识别的生产监测系统
技术领域：
本发明涉及产品生产和制造过程的实时监测系统，特别是涉及一种基 于射频识别的生产监测系统。
背景纟支术
现有的纸基的生产监测方法中，进度和生产日期可以写在纸上，纸则 贴于在制品、运货车或运送物品的容器上。对于跟踪生产过程或用于数据 分析的准确的数据则尚无系统的研究。另外，也没有对操作控制，例如保 证正确的顺序、适合的人员、无故障工序等的研究。因数据是手写的，在 此过程中可能出错。
欧洲专利申请W0 00/45324公开了利用读写射频识别标签进行生产和 运行的管理的方法，这是一种将读写射频识别标签附于在制物品上而进行 生产和运行管理的方法。涉及每个生产过程的信息可以读写。因此，数据 可写入标签，并提供下一过程的信息。
美国专利申请US 2003/0023337 Al披露了一种制造方法，其系统自动 跟踪涉及连续生产的制造过程的一致性。随着一个制造过禾呈的成功的完成， 有关的一致性数据被写入标签。只有当前面的过程是成功的，第二个制造 过程才会开始，而前面过程的数据可通过读取标签内的一致性数据而获取。
上述技术与本发明有关，但它们并没有以图像显示来跟踪和监测生产 数据，也没有重视操作人员，例如，没有检查生产过程是否由正确指定的 人员来操作。而且，我们提出了一个用于获取生产数据的生产跟踪站的独 特的设计。

发明内容
本发明旨在克服现有技术中的问题，而提供一种可对生产过程自动进 行实时跟踪，对生产和跟踪的数据进行图像显示，以有效地进行人力和资 源管理，改进和优化生产工艺，确保生产流程的顺利、可靠进行的基于射 频识别的生产监测系统。
为实现上述目的，本发明提供一种基于射频识别的生产监测系统，该
系统包括
多个射频识别标签，它们附在所制造的产品、产品包装物、设备或操 作人员上，或附于物品生产点的生产跟踪站，射频识别标签的数据可在一 个生产跟踪站读写；
多个生产跟踪站，用于从标签读取数据或将数据写入标签； 一个数据收集及过滤单元，其分别与多个生产跟踪站及数据库相连； 一个数据控制单元，其分别与数据收集及过滤单元、数据分析模块及数 据库相连；
一个数据分析模块，其分别与数据控制单元、主机系统及数据库相连； 一个主机系统，其分别与数据分析模块及数据库相连。 本发明的基于射频识别的生产监测系统(RFID-Based Production Monitoring System) RPSM是一个将基于射频识别的标签直接贴于所制造的 产品或产品包装箱上，或附于物体生产点的生产跟踪站，以了解在制产品 存量的系统。这是一个实时监控或过程控制的工具。具有在制生产平台的 射频识别技术的生产监测系统(RPSM)可提供生产过程的图像显示，因而 可了解诸如实际周期，实际循环时间，运行时间等的数据以及存量及其它 的生产统计。射频识别标签附于过程进行中的物体，包括爿f旦不限于在制品、 半成品、运货车、机械和其它设备。另一方面，像操作员一类的操作人员 携带有强制性的射频识别标签(射频识别卡)，使得操作人员标签与生产过程相联系，以确保该过程是由具有权限的职员所操作。职员的工作表现中， 有多少贡献于产生可以被知道，因而可优化雇员配制并提高产品质量。在 生产过程中，标签的数据可通过一个生产跟踪站进行读写。所获得的数据 可通过一综合监测系统进行进一步分析，找出不同生产点的瓶颈，以提高 效率。整个生产过程中的跟踪数据、分析结果以及生产数据均可以图像上 真实地表现出来。生产跟踪站将会指出是否过程中和某些环节出了问题，
如程序丟失或指令4晉误。生产监测系统(RPSM)可帮助制造商更快速、更 有效地从射频识别中提取宝贵的数据。射频识别信息可用于获得合理的劳 力、机械、工具的部件，以便可将它们用于制造过程中的每个步骤，以消 除文书工作和减少4f工期。
生产监测系统(RPMS)可用于不同种类的制造厂，例如纺织印染及车 辆制造等。使用生产监测系统，可从附设于每个生产点的在制物体，载有 在制物品和机械的运货车上的标签和操作人员的职员标签收集或写入准 确、实时的数据。最初的数据包括但不限于印染过程的排期和程序，产品 信息，如名称、类型和尺寸，指定的机械和人员的身份以及生产数据，如 材料、来源以及生产所用的专用设备，这些数据可预先加载入标签。如果 服务器与网络连接，则可选择通过一个产品跟踪器从该服务器检索生产数 据。另一方面，在每个生产点的操作人员，例如接线员携带有强制性的射 频识别标签，该标签上具有与生产日期相关的职员信息。在每个点的生产 过程开始前，职员标签身份通过生产跟踪站与附于在制品、运货车或机械 上的标签相联系。如果程序、机械或职员身份与所指定的不符，则将发出 警告信号。如果无错误，则工作开始，且竣工日期和时间、机器身份等可 写入标签，如果将生产跟踪器连接到网络，则这些数据可在服务器内更新。 因此可确保生产程序正确并由适合的人员搡作。可对制造过程的进展以及 在整个生产链条上的实时数据进行跟踪和图像显示，使得管理人员知道进 度是否有延误。他们可确定是否要改变进度或加班。通过计算机、工作站、个人数字助理或任何其它相连的图像输出设备就可提供图像显示。使用者 可预定一个生产日期的阙值。如果出现超过预定阙值的严重的问题或错误， 系统将通过信号或图像指示进行警告。使用者可通过操作键盘、鼠标、触 摸屏、声音识别或其它适合的输入装置和用户界面与系统相配合。
射频识别标签内加载有包括生产数据、产品数据和人员及设备数据在内 的原始数据。
生产数据包括生产进度、工艺、材料、来源以及生产所用的专用设备； 产品数据包括产品名称、类型和尺寸；人员及设备数据包括人员及指定的 机械的身份。
可选择通过一个生产跟踪站从与网络连接的主机系统服务器检索和更 新射频识别标签内的数据。
生产跟踪站集成有询问器、与询问器相连的可延伸天线及指示器，询问 器通过可延伸的天线与标签相连，生产跟踪站获得的数据通过数据收集及 过滤单元和数据控制单元被送往数据分析模块，如果过程中出现没有遵循 预定的程序，则数据控制单元则发出警告信号，生产跟踪站的的指示器将 以LED发光或蜂鸣器鸣叫向操作人员发出信号。
数据收集及过滤单元、数据控制单元及数据分析模块均为软件模块。
数据收集及过滤单元用于过滤和收集由数据控制单元所界定的数据； 数据控制单元提供所收集的数据与业务流程间的绘图，并控制数据收集及 过滤单元的数据过滤标准；数据分析模块含有多个数据分析单元，各数据 分析单元包括数据监测和报警单元、跟踪和追踪单元、资源管理单元、人 员管理单元及工艺和进度控制单元。
本发明的跟踪系统易于调整，以适合不同的产业。综合的监测软件提 供一个通过如可扩展标记语言信息与主机相连的界面。在生产中，可方便 且容易地对工序进行增加或减少，因此，它是一个灵活的多功能系统。例 如，印染工业中，某些过程是可选择的，比如，在印染前的漂白。为通过
7附加这种程序来修正生产工序，主机系统将与该系统的数据控制单元连接 来更新数据获取和过滤的规则和标准。因此，整个监测过程可以被定制。
该系统可通过射频识别标签和生产跟踪站对生产过程的进展以及在整 个生产链条上的实时数据进行跟踪和基于计算机的图像显示。
这种基于计算机的生产过程的图像显示使得管理人员可监测工艺状 态、库存消耗状态、实际生产性能，包括周期、批量等的准确测量。系统 以不同的画面，包括年度、月、周的汇总或工序以及生产中的每一批次的 详细分析来显示数据。它是一个对使用者友好的，精准的数据反映，以便 使管理人员能监测整个生产过程，并做出决定和计划。它便于管理人员在
数据超过用户预定值时发出警告，如在"n"分钟不能读标签。
本发明支持系统运行的在线和离线模式。由于射频识别标签允许写入 数据，所要求的数据包括但不限于印染过程的进度和程序；产品信息，如 名称、类型、尺寸；指定的机械和人员的身份；生产数据，如材料、来源 及生产所用的专用设备，这些数据可预先载入标签。另外，实际运行数据， 如工作开始时间、工作结束时间、机器身份等进都可以在各生产检验点写 入标签。因此，在没有网络工具的站点，该系统仍可运行。另一方面，如 果具有网络，则系统可在线运行，使得数据可加载到服务器，或从服务器 检索数据。
本发明的贡献在于，它有效解决了如下问题
1、 材料或产品的误放
材料或产品可通过基于射频识别的监测系统进行跟踪。如果系统找到 了与标签有关的该材料并不与指定给生产点的材料相一致，则指示器将发 出警告信号。
2、 不正确的生产工艺顺序
在每个生产点，只有当前面的工艺或步骤成功的完成了，或处于预定 的正确的顺序，该顺序可通过从标签读取一致的数据而知晓，则制造过程才会开始。如果出现制造过程的顺序不正确，则向搡作人员发出警告或警 报。
3、 遗漏的生产工艺
与不正确的顺序相似，如果任何工艺被遗漏了，则向操作人员发出警 告或警报。
4、 库存量的增加
由于不正确的顺序或遗漏的工艺所产生的错误可能要求额外的材料， 而形成多余的材料。因而导致库存水平增加。如果系统可以实时监测库存 消耗和状态，则管理者就能立刻减少起緩冲作用的库存水平。
5、 系统的和准确的数据的缺乏
目前，许多生产厂仍采用纸件和手写形式记录生产过程中的数据。这 种系统收集生产数据是不系统的，也是不可靠的。采用生产监测系统可以 实时、准确地获取和分析数据。
6、 可获得生产中的有限的数据
由于纸件形式的限制而不能记录完整的与生产相关的数据。然而，射 频识别标签具有存储器，因而可记录有价值的数据。
7、 各种限制被克服
数据完整性和流程的可靠性。除了获取实时数据外，射频识别标签内 的双向数据的更新对于相互验证是重要的。这将确保数据的完整性，并便 于数据的离线验证。借助于工业控制和自动化技术，某些关^^建的工艺流程 可实现自动化，以减少人工错误并实现较高的工艺可靠性。
8、 有害环境
某些生产厂的环境是有害的，如印染间具有很高的温度、湿度并充满 了不同的化工材料。要保持射频识别标签和阅读器象在正常条件下一样有 效和可靠面临着挑战。
本发明具有如下显著特点
9采用该生产监测系统(RPMS)可很容易地得到准确、实时的数据，管 理人员可更好的了解生产过程和材料和物料流程是如何进行的。记系统能 够
一、 对生产过程自动进行实时跟踪
实时跟踪生产活动，包括任务开始和完成时间，由谁完成的和由哪台 机器做的都可以在各生产点上获得，因而可监测生产进度并对潜在的问题 事先提出警告。监测库存消耗及状态并收集实际生产情况，包括要求、周 期、批量及库存水平可减少库存和人力的浪费，同时可确保生产流程的顺 利、可靠地进行。如果生产过程中出现任何问题，可做出适当的决定并采 取迅速的行动。
数据在系统中被自动捕获和进一步分析。该系统可自动验证投入生产
行动。这有助于实现生产监测的自动化。因此可获得对实际执行情况的衡 量。
二、 用户友好及对生产和跟踪数据的完全的图像显示
该系统为管理者提供了生产和跟踪数据的 一种用户友好的和完全的图 像显示。根据需要，他们可以确定生产过程的年、月和周的数据报告。他 们也可以监测对每批生产的统计。基于从系统获得的充分的数据，管理者 可以对进度、库存操作等做出迅速准确的决定。可^L性有助于加快采用所 倾向的生产管理。
三、 人力和资源管理
在每个生产点，在日常运行中，由操作人员携带的射频识别标签与附 于生产部件、机器、仪器或设备上的标签相关联。因此，操作人员的工艺 知识被跟踪，他们的操作以及他或她的表现可自动和实时地跟踪，且雇员 的配制可以被优化。此外，通过跟踪生产链条的瓶颈，计算进度之外的工 作分配等都可用来评价职员的表现。可重复使用的资产，如搬运箱、容器、托盘、平头钉可在生产中用于 搬运原材料、在制品和已完成的产品。在可重复使用资产上的射频识别标 签可使一个公司随时跟踪这些资产。可收集包括谁占用这些资产，内容是 什么，所进行的维修是否已完成等信息。
五、 工艺改进
每个生产点的准确的和充分的数据，每个程序的期限以及返工的努力 数据均可及时得到。管理者可以鉴别和列出生产过程改进的优先顺序。通 过寻求利用每个生产点的确切的数据对工艺和流程顺序的改进可缩短生产 周期。


图l是本发明的系统结构框图。
图2是本发明的生产跟踪站结构示意图，其中，图2A为天线未伸缩状 态示意图，图2B为天线伸缩状态示意图。
图3是本发明的系统在纺织和服装制造业中的印染过程的一个实施例 示意图。
图4是本发明的每个生产站点的运行和数据流示意图。 图5是本发明的一个以在线跟踪模式的生产跟踪的图像显示的实例示 意图。
图6是本发明的一个在定期报告模式的生产跟踪的图像显示的实例示 意图。
具体实施方式
参阅图1，本发明的基于射频识别的生产监测系统包括多个射频识别标 签l、多个生产跟踪站2、综合监测软件模块3、数据库4及主机系统5，
ii其中
多个射频识别标签1附在在制物品上，标签1的数据可在一个生产跟 踪站读写。
多个生产跟踪站2，其结构如2所示。如图2A,生产跟踪站2包括询 问器21、天线22、发光二极管(LED) 23及蜂鸣器24,所述询问器21用 于从标签读写数据。天线22与询问器21连接，用于接收或发出电波。如 图2B所示，天线22可以延伸，形成与标签相联系的探头。发光二极管(LED ) 2 3与询问器21连接，当生产过程中出现任何错误或需采取的进一步行动时， 它作为指示器向操作人员发出灯光报警信号。蜂鸣器24与询问器21连接， 当生产过程中出现问题时，它作为指示器向操作人中发出声音报警信号。 多个生产跟踪站2用于从标签读取数据或将数据写入标签。生产跟踪站通 过数据收集及过滤单元与跟踪系统相连。如果生产过程中发生错误，则生 产跟踪站的指示器将警告操作人员不要开始操作。
综合监测软件模块3含有3部分，其中，数据收集及过滤单元3a是一 个数据池。它可过滤和收集由数据控制单元所界定的数据。数据控制单元 3b提供了所收集的数据与业务流之间的绘图，并控制3a的数据过滤标准。 通过该单元可进行某些低水平的数据分析，例如检查工艺顺序是否正确。 如果不正确，则它将向生产跟踪站和数据分析模块发送信息。数据分析模 块3c含有多个数据分析单元，包括数据监测和报警单元、跟踪和追踪单元、 资源管理单元、人员管理单元及工艺和进度控制单元。这些单元通过已收 集的数据进行不同种类的高水平的数据分析，包括对生产过程、资源等的 分析。
图3示出了该系统在纺织和服装制造业中的印染过程的一个实施例。 该系统包括
纱线或织物运输站点A:射频识别标签的标签1A1 1AN贴在织物 101 ~ n01上并与之相连，织物与标签之间建立起了关系，并记载在系统中。进度、指定的人员、机器身份、生产所用的材料和设备清单以及产品
数据，如颜色、尺寸、批量等都被预先载入标签1A1 1AN。在与标签结合 后，物品101到n01变成了 102到n02，并^皮运送到下一站点。
织物印染站点B:操作人员(可以是一个以上)的射频识别标签，即人 员标签1B与标签1B1到1Bri相连。生产跟踪站2B从标签1B1到1Bn读取 由数据收集及过滤单元所收集的数据。收集和过滤后的数据由数据控制单 元和数据分析模块作进一步分析。如果工艺出现任何错误，如顺序错误或 程序错误，则生产跟踪站2B将通过LED或蜂鸣器向操作人员发出报警信号。 如果在该站点的印染是成功的，则实际的运行数据被写入标签1B1到lBn, 且在该工艺后，物品102到n02变成了 103到n03,并净皮运送到下一站点。
纺线和烘干站点C:操作人员(可以是一个以上)的射频识别标签，即 人员标签1C与标签1C1到1Cn相连。生产跟踪站2C从标签1C1到1Cn读 取由数据收集及过滤单元所收集的数据。收集和过滤后的数据由数据控制 单元和数据分析模块作进一步分析。如果工艺出现任何错误，如顺序错误 或程序错误，则生产跟踪站2C将通过LED或蜂鸣器向操作人员发出报警信 号。如果在该站点的烘干是成功的，则实际的运行数据被写入标签1C1到 1Cn，且在该工艺后，物品103到n03变成了 104到n04,并^皮运送到下一 站点。
凝燹站点D:操作人员(可以是一个以上)的射频识别标签，即人员标 签1D与标签1D1到1Dn相连。生产跟踪站2D从标签1D1到1Dn读取由数 据收集及过滤单元所收集的数据。收集和过滤后的lt据由数据控制单元和 数据分析模块作进一步分析。如果工艺出现任何错误，如顺序错误或程序 错误，则生产跟踪站2D将通过LED或蜂鸣器向操作人员发出报警信号。如 果在该站点的凝烫是成功的，则实际的运行数据被写入标签1D1到IDn,且 在该工艺后，物品104到n04变成了 105到n05，并纟皮运送到下一站点。
织物处理站点E:才喿作人员(可以是一个以上)的射频识别标签，即人
13员标签IE与标签1E1到1En相连。生产跟踪站2E从标签1E1到1En读取 由数据收集及过滤单元所收集的数据。收集和过滤后的数据由数据控制单 元和数据分析模块作进一步分析。如果工艺出现任何错误，如顺序错误或 程序错误，则生产跟踪站2E将通过LED或蜂鸣器向操作人员发出报警信号。 如果在该站点的处理工艺是成功的，则实际的运行数据被写入标签1E1到 1En，且在该工艺后，物品105到n05变成了 106到n06，并^皮运送到下一 站点。
质量保证部F:操作人员(可以是一个以上)的射频识别标签，即人员 标签1F与标签1F1到1Fn相连。生产跟踪站2F从标签1F1到1Fn读取由 数据收集及过滤单元所收集的数据。收集和过滤后的数据由数据控制单元 和数据分析模块作进一步分析。如果该工艺出现任何错误，则生产跟踪站 2F将通过LED或蜂鸣器向操作人员发出报警信号。如果任何物品，比如n06 能通过质量评价，则将其送往仓库。否则，质量评价人员将记录该缺陷， 且该工艺须在系统中返工。物品要送到相应的生产站点进行修理。
图4示出了每个生产站点的运行和数据流。如图4，人员标签1与物品 上的标签1A到ln相连(Ll )。由标签向生产跟踪站的数据传输(L2 )包括 人员身份、物品身份和其它相关的程序m的信息。由生产跟踪站向数据收 集及过滤单元3A的数据传输(L3 )包括人员身份、物品身份以及在程序m 中的其它相关的数据收集站信息。报警及其它的生产数据可以被传输(L4 )。 其它的生产数据可以被传输(L5 )。
图5示出了一个以在线跟踪模式的生产跟踪的图像显示的实例。
如图5,图像显示出现在一个输出装置或用户界面上，输出装置或用户 界面上具有至少一个应用程序窗口，该应用程序窗口可包括
显示命令的菜单栏6，其可用于控制图像显示。
窗口组件7,如下拉菜单，用于选择在指定作业期内的特殊的批量生产。 窗口组件8，如列表框和组合框用于显示限定特殊的批量生产的工艺列表，工艺可以选择、编辑、删除和增加。
上、下按钮9，用于在从列表中选择了工艺之后，调整生产过程的顺序。 多个4姿確丑10,用于增加、编辑、和删除列表中的工艺。 进度跟踪图表11,用于显示在每个工艺中的进度之外的工作量的计算。 问题及错误图表12,用于显示每个工艺中的多种问题或错误，例如错
误的工作顺序、不正确的名目等。
库存图表13,用于显示材料或在制物品的库存。
图6示出了一个在定期报告模式的生产跟踪的图像显示的实例。
如图6，图像显示出现在一个输出装置或用户界面上，输出装置或用户
界面上具有至少一个应用程序窗口，该应用程序窗口可包括 显示命令的菜单栏14,可用于控制图像显示。
期间选择面板15,它含有下拉菜单等窗口组件，以允许客户指定报告 期间，如年、月、周或天。
细目面板16,该面板显示特定的工艺或全部工艺的汇总图表。 进度跟踪图表17,其用于显示在每个工艺中的进度之外的工作量的计算。
库存图表18,其用于显示材料或在制物品的库存。 问题面板19，其用图表显示特殊种类的问题或显示在面板上的各种问 题的汇总。
问题及错误图表20,其用图表显示问题的总数或特殊问题，如工作顺 序错误，特殊时段的不正确的名目等问题的数量。
1权利要求
1、一种基于射频识别的生产监测系统，该系统包括多个射频识别标签，它们附在所制造的产品、产品包装物、设备或操作人员上，或附于物品生产点的生产跟踪站，射频识别标签的数据可在一个生产跟踪站读写；多个生产跟踪站，用于从标签读取数据或将数据写入标签；一个数据收集及过滤单元，其分别与多个生产跟踪站及数据库相连；一个数据控制单元，其分别与数据收集及过滤单元、数据分析模块及数据库相连；一个数据分析模块，其分别与数据控制单元、主机系统及数据库相连；一个主机系统，其分别与数据分析模块及数据库相连。
2、 如权利要求1所述的基于射频识别的生产监测系统，其特征在于， 所述射频识别标签内加载有包括生产数据、产品数据和人员及设备数据在 内的原始数据。
3、 如权利要求2所述的基于射频识别的生产监测系统，其特征在于， 所述生产数据包括生产进度、工艺、材料、来源以及生产所用的专用设备； 产品数据包括产品名称、类型和尺寸；人员及设备数据包括人员及指定的 机械的身份。
4、 如权利要求2所述的基于射频识别的生产监测系统，其特征在于， 可选择通过一个生产跟踪站从与网络连接的主机系统服务器检索和更新射 频识别标签内的数据。
5、 如权利要求l所述的基于射频识别的生产监测系统，其特征在于， 所述生产跟踪站集成有询问器、与询问器相连的可延伸天线及指示器，询 问器通过可延伸的天线与标签相连，生产跟踪站获得的数据通过数据收集 及过滤单元和数据控制单元被送往数据分析模块，如果过程中出现没有遵循预定的程序，则数据控制单元则发出警告信号，生产跟踪站的的指示器将以LED发光或蜂鸣器鸣叫向操作人员发出信号。
6、 如权利要求1所述的基于射频识别的生产监测系统，其特征在于， 所述的数据收集及过滤单元、数据控制单元及数据分析模块均为软件模块。
7、 如权利要求6所述的基于射频识别的生产监测系统，其特征在于， 所述数据收集及过滤单元用于过滤和收集由数据控制单元所界定的数据； 数据控制单元提供所收集的数据与业务流程间的绘图，并控制数据收集及 过滤单元的数据过滤标准；数据分析模块含有多个数据分析单元，各数据 分析单元包括数据监测和报警单元、跟踪和追踪单元、资源管理单元、人 员管理单元及工艺和进度控制单元。
8、 如权利要求1至7中任一条所述的基于射频识别的生产监测系统， 其特征在于，该系统可通过射频识别标签和生产跟踪站对生产过程的进展 以及在整个生产链条上的实时数据进行跟踪和基于计算机的图像显示。
全文摘要
一种基于射频识别的生产监测系统，该系统包括多个射频识别标签，它们附在所制造的产品、产品包装物、设备或操作人员上，或附于物品生产点的生产跟踪站，射频识别标签的数据可在一个生产跟踪站读写；多个生产跟踪站，用于从标签读取数据或将数据写入标签；一个数据收集及过滤单元，其分别与多个生产跟踪站及数据库相连；一个数据控制单元，其分别与数据收集及过滤单元、数据分析模块及数据库相连；一个数据分析模块，其分别与数据控制单元、主机系统及数据库相连；一个主机系统，其分别与数据分析模块及数据库相连。本发明可对生产过程自动进行实时跟踪，对生产和跟踪的数据进行图像显示，以有效地进行人力和资源管理，改进和优化生产工艺，确保生产流程的顺利、可靠进行。
文档编号G06Q10/00GK101639912SQ200910163789
公开日2010年2月3日 申请日期2009年8月11日 优先权日2008年8月11日
发明者倪伟定, 李芝雯, 杜坚民, 杨国荣, 蒙嘉亮, 陈丽娟 申请人:香港纺织及成衣研发中心