基于RFID技术的MES产品追踪系统设计

1 引言

针对现在工业生产中对于产品追踪存在信息出错，信息滞后等问题，尝试利用新的物联网技术来解决这些问题，RFID 电子标签技术是物联网技术的核心，将RFID 应用在供应链端，厂商在产品外贴上卷标，卷标发射的讯号可自动、及时地被接收器识别读取，可以实现商品从原料、产品、成品、运输、仓储、上架、销售，甚至退货处理等所有环节进行实时的追踪、记录，因此自动化程度提高，降低了人为的错误率，提升供应链管理的效率。

采用RFID 技术、采用SOA软件架构、移动终端、3G无线网络技术为硬件平台;MES (Manufacturing Execution System)为软件平台，实现通过移动终端上的RFID 阅读器自动无线扫描产品上电子标签，并将扫描的信息数据通过3G模块发送到后台MES 中，从而实现产品的追踪和管理。

2 RFID技术

RFID (Radio Frequency Identification)无线频射识别，一种非接触式的自动识别技术，由频射信号自动识别目标对象并获取相关数据信息。RFlD系统一般有标签、阅读器、应用接口(中间软件)、网络、管理系统构成。标签就是产品包装上的条形码，能够记载其基本的信息，读写器在移动终端上识别标签的光电阅读器，同时具有向RFID 标签写入的功能，应用接口就是在移动终端上通过Android技术开发的软件能完成RFID 标签数据信息的收集，通过无线3G网络实现数据的实时传送，到MES 管理系统中。

RFID 系统组成如图1所示，工作原理是阅读器发射特定频率的无线电波传给应答器，应答器电路将内部的数据传送出去，阅读器在依次接受数据并解读数据，最后送给应用程序作出响应。

　　图1 RFID 系统的基本组成

在工业生产中，RFID 技术是以RFID 模块形式应用在供应链上，RFID 模板具体是采用RFID 技术，实现产品在生产过程中的实时监控，系统以Web服务中闻件为后台系统支撑平台，在产品上贴附RFID 标签，在生产车间安装具有RFID 读写识别系统的移动终端，通过3G无线网络传输前端移动终端系统与后端系统的信息，实现数据的交互更新，而且系统实时定位产品的位置以及完成工序情况，方便进行生产调度。

这种新引入的RFID 技术较传统的二维条码相比更具优势，RFlD叮以存储的信息量更大，保密性更强，可耐用和可读写，RFID 标签上的数据可以反复修改，能够在生产车间内部循环使用，可以降低成本。RFlD技术可以在二维条码技术无法适应的环境下使用，如高粉尘的污染或是野外环境。

3 管理系统MES

制造执行系统MES ，在制造业中至关重要，它连接着下层的过程控制系统和上层的企业资源计划，并执行制造计划。很多大型制造企业都部署了过程控制系统和企业资源计划系统，企业在设备自动化转运过程中，需要对产品的工艺流程和参数进行实时追踪，这涉及到生产信息的采集和传递，如何把车间的生产数据实时的传递到企业资源计划系统，控制产品生产和设备运转问题是尤为重要的。MES 系统作为连接上下层的桥梁。对于产品的全程追踪、信息的采集和传递发挥了巨大的作用。

MES 在企业中不仅仅是一个信息系统，它汇聚了整个产品从下单生产到成品出入仓库销售退货全过程的软、硬件组件，准确利用各种数据来引导车间的各项活动，MES 系统与外界系统进行大量的数据交互。MES 系统可以进行工序详细调度、资源分配和状态管理、生产单元的分配、文档的控制、产品追踪和产品清单管理、质量管理、过程管理、维护管理、人力资源管理、性能分析和数据采集。

MES 系统中过程管理是生产中的核心，在生产中，过程管理可以对产品的生产流程进行管理、产品信息的追踪、产品历史的查阅、产品性能的分析和监控。过程管理由以下几部分组成如图2所示。这个过程管理中过程监视是基础，也是尤为重要的，为制造过程提供了数据采集，反应了整个生产过程中现场的各种数据。因此对数据的准确性要求是非常高的。而且生产中的各种数据是非常繁多的，如果依靠人工很难迅速准确地把握，只有在产品上贴有RFID 标签，然后通过阅读器识别RFID 标签并解码得到信息才能提高数据采集的效率，让管理人员能够迅速的掌握到现场的各种数据，对于生产中出现的各种状况，可以及时地解决。

　　图2 过程管理的组成

过程监视中的数据采集，主要针对工厂、车间、生产线三个层次进行实时的查询，若对单个产品生产状况的查询，可以通过对生产的进度、产品的制造参数以及产品工序的设定值进行比较分析，也可以对质量事故进行追踪，通过对海量数据的分析和处理。从而快速地发现问题。对症下药。过程监视的功能图如图3所示。

　　图3 过程监视基本功能

在过程监视中最重要的是产品的管理，而产品的管理巾最为关注的是产品的追踪，即对产品，设备、人员、材料的信息进行实时的跟踪，对生产过程中的故障或异常，根据扫描产品上RFID 标签来确认发生状况的位置，然后采取有效的措施，降低生产故障或异常带来的巨大损失。对于产品的准确追踪是近年来最为困扰MES 系统的问题，由于现场环境的复杂，人为因素的难以控制。使得问题始终得不到解决。但是随着物联网技术的发展，无线3G网络的日趋成熟，可以通过利用移动终端上的RFID 阅读器对RFID 标签进行扫描解码，经过无线3G网络的传输，将产品的信息及时的反馈到后台进行处理。从而实现对产品的追踪。

4 移动终端对RFID的识别和3G网络的传输

移动终端是可以移动使用的计算机设备，比较广泛的指手机、平板电脑、POS机等，它具有多种应用功能，是一种智能型的设备。随着无线3G网络和Android技术的发展，可以应用的方向越来越宽泛，也带来了移动信息时代。同时随着集成电路技术的更新。移动终端的处理能力十分强大，逐渐发展成可以处理各种综合信息。它可以GPS定位、信息处理、模式识别等。

识别RFID 标签是通过RFID阅读器来进行识别的，同时需要安装3G模块才能完成对信息的识别和传输，现在可以尝试采用将RFID 阅读器和3G模块集成到一个开发板，即移动终端设备上，这样方便简捷。同时可以在移动终端上利用Android技术开发软件。实现对RFID 标签进行读写的功能。

移动终端识别RFID 标签主要是基于J2ME平台开发的移动终端应用程序，用户可以使用移动终端上的RFID 阅读器识读RFID 标签，然后通过在移动终端上开发的识别系统对标签进行处理并对RFID 解码，使其能够准确的恢复编码前的信息，最后通过无线3G网络将信息传回后台的服务器进行处理，这个移动终端的识别系统提供了更为方便的数据交互通道。J2ME开发平台，是由多种配置、简表和可选包构成。可以满足市场上不同种类嵌入式设备的需求。它最大的优点在于可移植性，一次开发多次使用。

5 系统总体对产品的追踪

在工业生产中，对产品贴上RFID 标签后，通过移动终端对RFID 的识别和3G网络的传输，到最后的MES 管理系统中，对于产品的精确追踪一直是一个有待解决的问题。

产品是指原材料从下单开始的第一道工序起，到最后形成成品前这个生产过程中所有未完成产品或零部件，它以各种形态大量的存现在各个生产环节中，它直接影响生产的进度，资金的周转，甚至各种矛盾都在它的流转中暴露。它不仅面广、生产环节多、交接十分频繁，总处于流动状态，因此对于产品的管理非常困难，最主要的是与产品相关的生产数据多，数据采集、数据检索、数据维护的工作量非常大。为了解决这个问题，可以在每个产品上贴上RFlD标签，利用移动终端能精准扫描RFID 标签、无线3G网络传输快的特点对数据进行采集。例如在生产车间，工人利用移动终端上RFID 阅读器识别RFID 标签，再通过移动终端上开发的系统对图像进行处理、解码，很快就显示出编码前的信息，最后通过无线3G网络迅速传输到后台，后台的监听程序接收到这些信息后，对信息进行处理，然后再返回到移动终端，表示工人的请求已经处理。特别是这种无线3G网络的传输模式比普通的有线网络快很多，并且将复杂的逻辑处理交给了后台的监听程序，分工明确，各司其责，对于制造业的车间生产极具有应用前景。这个处理方式的总体架构图如图4所示。

　　图4 移动终端对产品追踪的总体架构

其程序实现步骤如下：采用Eclipse集成开发工具，一共开发五个模块，由主模块引导其他五个模块如图5所示。调用关系图：

　　图5 系统软件流程图

3G网络传输的数据到MES 后，最后将数据更新的结果显示到后台总计算机上。

6 结语

根据制造业企业的现状，对MES 使用物联网技术来追踪产品，有效防止了生产过程中的弊端，极大地优化了生产控制系统的数据采集情况，提高了生产监控的信息量，减少了差错，使得企业设备的利用率明显提高，同时也减少了人为失误带来的不必要的损失。随着物联网技术的继续更新，对于产品的追踪将更加精确和完善。本文正是基于物联网技术对制造业产品追踪的问题提出了新的解决方案。