自动化生产线专业系统设计分解.doc

自动化生产线管理系统

V1.0

设计说明书

目录

1引言 3
1.1开发背景 3
1.2条码技术和RFID技术对比 4
2系统整体设计说明 5
2.1系统介绍 5
2.2 系统总体框架设计 6
2.2.1系统总体架构 6
2.2.2网络拓扑结构 9
2.3 系统运行步骤设计 9
2.4 系统设计方案 11
Ø 统一规范编码体系 11
Ø 基础信息平台 12
Ø 生产线RFID设备配置方案 12
Ø 生产线自动识别实现方案 13
2.5 系统设备介绍 15
2.5.1 RFID电子标签 15
2.5.2 RFID固定读写器 15
2.5.3 RFID手持机 17
3系统功效介绍 19
3.1 生产过程控制 19
3.2 工厂计划及作业管理 20
3.3 质量管理/SPC分析 21
3.4 报表中心 23
4参考资料 24

1引言
1.1开发背景
伴随经济全球化发展趋势，传统密集型加工制造业，如服装、电子等行业，单品制造费用越来越高，加工利润越来越低，为提升企业整体利润率，优化企业管理步骤，经过信息化改造来提升生产效率成为有效手段之一。
在传统制造企业生产步骤中，大部份生产模式以单件流生产模式为主，这种生产线模式最大缺点是通常在一些瓶颈工序会积压大量半制成品，假如工序繁复且生产步骤多，这种现象将愈加严重。
现在在传统加工企业管理中一般存在着以下问题： 
1） 整体生产效率低下，现场管理无从下手；
2） 生产过程数据量大，生产线积压严重，不能形成自动化流转和自动化采集数据；
3） 需要手工录入大量数据，正确率和工作效率较低，可靠性不能确保；
4） 可控性差，对加工进度掌握不正确，生产现场状态监控能力不足；
5） 质量损耗严重，返修率过高，无法进行质量追溯；
6） 订单生产进度和车间在制品、完工数据等不清楚，无法正确计算成本；
7） 经营数据分析和统计无法做到正确立即，难以挖掘出有价值信息以指导未来生产计划。
这些问题减弱了管理人员对生产周期估计、控制及应变能力，已越来越难以应付定单规格多，且交货期短市场要求。
自动化生产线管理系统V1.0（简称生产线管理系统），使用RFID电子标签作为信息载体，以局域网、互联网为信息渠道，建立一套完整信息化管理系统，能够对整个生产线管理每个步骤进行全程统计，实现在制品自动识别和实时管理，从而实现对企业生产线上物流和信息流实时跟踪，提升企业生产管理工作效率和服务水平。
1.2条码技术和RFID技术对比
中国生产制造企业在建立和不停完善质量体系过程中，迫切要求产品生产线有一套清楚、完整、便于存取和检索质量统计。
现在基于条码生产管理系统，使多种质量分析和控制得以方便地实现。传统条码系统有其优点，也有显著缺点，如易污染、折损、需要停止等候逐一扫描等，批量识读效率不高，无法满足快速正确需求。
和传统条形码识别技术相比，RFID技术有本质上优势：
Ø 快速、远距离扫描
条形码一次只能有一个条形码受到扫描； RFID读写器可远距离同时识别读取多个 RFID标签。
Ø 可反复使用
条形码印刷上去以后就无法更改，RFID标签则能够反复地新增、修改、删除RFID标签内储存数据，方便信息更新。
Ø 穿透性和无屏障阅读
在被覆盖情况下， RFID能够穿透纸张、木材和塑料等非金属或非透明材质，并能够进行穿透性通信。而条形码扫描机必需在近距离而且没有物体阻挡情况下，才能够识读条形码。
Ø 抗污染能力和耐久性
传统条形码载体是纸张，所以轻易受到污染，但RFID对水、油和化学药品等物质含有很强抵御性。同时因为条形码是附于塑料袋或外包装纸箱上，所以尤其轻易受到折损；RFID标签是将数据存在芯片中，所以能够免受污损。
Ø 体积小型化、形状多样化
RFID在读取上并不受尺寸大小和形状限制，不需为了读取正确度而配合纸张固定尺寸和印刷品质。同时RFID标签更可往小型化和多样形态发展。
Ø 数据记忆容量大
一维条形码容量是 50Bytes，二维条形码最大容量可储存 2至 3000字符， RFID最大容量则有数兆Bytes。
Ø 安全性
因为 RFID承载是电子式信息，其数据内容可经由密码保护，使其内容不易被伪造及变造。
所以，RFID 技术不只是条码技术简单替换，它在制造业中应用将改变加工制造企业生产经营方法，为众多企业提升了生产过程管理水平，提升了生产效率，使得以前难以定量考评管理数据得以方便快捷取得，从而优化了生产过程管理。

2系统整体设计说明
2.1系统介绍
现在制造企业在面临着很多问题，怎样处理车间生产线数据实时反馈，确保数据真实性和处理问题立即性；怎样确保流水线通畅，怎样处理在制品堆积和怎样立即发觉瓶颈工序；怎样保障出口成衣能够按时交货等原因一直困扰着企业管理者。
为了提升生产过程透明化和企业综合信息化建设，达成提升效率和降低成本目标，企业迫切需要一套符合生产线管理控制管理系统，处理生产现场状态监控能力不足、工位之间协调能力差、现场操作和配料缺乏有效指导、质量数据录入滞后等问题。
基于RFID技术自动化生产线管理系统成为处理上述问题有效方案之一，经过采取RFID技术，本系统能够自动采集生产数据和设备状态数据，为生产管理者提供生产线全部工序步骤“实时数据”，而且能够结合各工序设备工艺特点和相关工艺、质量指标参数，进行各生产关键步骤工艺参数和设备运行参数等生产信息在线监测和分析，帮助企业实现生产过程中半成品工序、成品工序计量、仓储出入库管理自动化和信息化集成，从而做到对生产操作进行自动实时跟踪，可有效地对各生产岗位进行监督、对产品质量稳定性和工艺参数实施率进行监督。
同时经过和企业已经有ERP系统结合，立即查询每一个订单生产情况，使企业管理者及采购，物流等部门能够实时监控任何一个订单生产情况，为生产排期、物料采购、海关报关及物流运输等步骤提供调度依据。
本系统采取电子工票替换传统纸质工票，为生产流水线上每一个单品工件使用一张RFID标签，在每个工位上安装一台RFID数据采集终端。当工人每完成一次作业时，系统经过RFID采集设备自动将工件信息直接发送到电脑系统，系统自动完成计件工资计算和多种生产统计工作，为企业提供一套完整处理方案。

本系统能够高效正确地处理了生产车间在制品水平监控等问题，而且立即将生产进度、职员表现、车位状态、在制品数量等各方面综合信息进行数据共享，帮助管理者从系统平台获取实时生产数据，分析生产瓶颈并提升生产效率，在收发等各个步骤和每道工序跟踪产品生产完整过程，预防错误发生。同时电子标签为管理人员、企业高层和车间一线工人建立了一个连接渠道，将每一件产品生产过程数据实时、正确地反馈到每一层级管理人员，大大提升了生产效率，节省人力、纸张、沟通时间，提升企业生产效率和管理决议能力。
2.2 系统总体框架设计
2.2.1系统总体架构
本系统是将生产过程采取RFID刷卡方法完成工序流转和数据采集，处理生产过程控制问题，同时基于以往实施ERP和MES系统成功经验，完成从采购、库存、销售到财务核实整套信息系统计划，实现销售、采购、库存、生产、财务、质量、成本、设备、工艺、人员管理有机整合，实现企业全方面信息化和无纸化。
系统总体结构和组成以下图所表示：

系统总体结构和组成
生产过程化管理是精细化管理基础要求，RFID生产线管理系统从生产最小单位和粒度统计生产过程信息，经过对生产过程参与者及产品进行精细化管理，完成生产过程数字化，从而在生产过程数字化基础之上进行数据分析、挖掘，取得产能分析，产能趋势，风险估计，生产质量及效率评定等。
经过过程化管理能够把车间生产过程根据职员、工序、时间、设备等维度信息统一管理起来，在此基础上得到很正确生产计划，排班计划，进度跟踪，风险估计等，同时经过具体生产过程化数据，进行产品质量追溯，在制品工艺过程分析，制订合理工时/工价。
系统总体架构图以下所表示：

系统设计采取以下三层架构：

图4 系统架构图
第一层是设备层，关键包含：RFID读写器、RFID手持机、RFID标签、RFID打印机、RFID读卡器等设备。
第二层是管理软件层，关键完成数据采集、数据处理、数据统计、数据查询等功效。领导查询系统关键实现多种报表汇总查询功效。
第三层是数据库管理层，关键完成数据存放、数据控制等功效。
2.2.2网络拓扑结构
系统网络拓扑结构以下所表示：

系统网络设计能够做到：
1）分层设计，确保系统可靠，数据安全；
2）选择最适宜网络结构，确保性价比最高；
3）分布式计算，降低对办公网络及计算机系统负载压力；
4）标准设计，方便网络监控和错误定位。
2.3 系统运行步骤设计
生产线步骤示意图以下所表示：

设计步骤以下：
1) 配料部门根据生产计划单领料；
2) 把相同部位根据尺码、布层、颜色等规则组合起来，并把依据单录入
并打印出扎单捆绑在每一组配套上，扎单上统计有该产品属性，和工序号、扎单号和件数等信息；和统计各工位工作量信息。
3) 车间到部门领取捆成品，根据生产步骤把相同扎单号配套组合在一起，
并徒手递送到对应工位上；完成后，工人完全依靠扎单上信息来进行生产操作，以确保全部是遵照计划好工序、由相同属性成品组成。
4) 工位上工人领到产品后进行要求工序操作，操作完成后在扎单存根
上签上工号，同时剪下扎单上以作为核实计件工资凭证；
5) 配扎工把前道工序完成半成品搜集起来，再次和相同扎号其它部位
衣片配套捆绑，手工传送到下一道工序；
6) 反复操作4、5步骤，直至全部工序完成，成品包装并入库。
2.4 系统设计方案
本系统是为规范产品识别追踪而构建信息监管平台。系统基于统一物料编码规范，使用优异RFID识别技术和计算机数据库管理查询相结合，自动识别产品信息，实现物料在各个步骤步骤中“一物一码”，真正做到全程实时跟踪和监控，并为管理层提供实时正确报表分析，管理层能够实时了解一线生产动态，发觉生产瓶颈，优化工序从而缩短生产周期。
Ø 统一规范编码体系
因为在各个不一样生产步骤、不一样物料之间需要进行信息转换和衔接，为了能够进行全程监管生产线过程，必需建立统一规范物料编码体系，在任何一个步骤全部能够正确地追踪到物料位置和状态。
制订统计规范编码体系，能够对生产线进行可靠管理；同时，也便于对于物料实时跟踪管理。统一编码体系遵照三大规范：
1） 惟一性
RFID生产线管理系统能够针对每个物料全部实现识别和跟踪，属于单品级管理，所以必需确保不一样步骤所采取编码是惟一。本系统采取多级赋码管理机制，不仅能够在不一样步骤之间能够进行编码转换，而且能够确保在整个生产线中唯一特征。
2） 保密性
编码内容不包含具体产品信息，其原因为：首先能够提升识别时读取效率和正确性，其次管理和统计内容是企业和政府相关部门关键信息。
3） 可靠性
编码生成和读取相对简单实用，既考虑长度、读取率，还要考虑可纠错性、避免误读、读错。
Ø 基础信息平台
基础信息平台是整个系统基础平台，经过系统平台能够将生产车间产生多种数据进行集中存放、数据分析处理，是其它子系统基础平台。
基础信息平台担负着整套系统静态基础数据、动态统计存放和处理，统计报表、实时数据调整和查校等功效。中心建立依靠于其它子系统成功建设，平台工作要在一个相对较长时间内进行逐步架构和完善。
Ø 生产线RFID设备配置方案
在生产车间流水线上安装RFID设备，RFID设备包含RFID读写器、RFID标签。RFID读写器和计算机系统经过以太网连接。在生产线半成品上安装RFID标签，当生产线工人完成半成品加工后，经过RFID读写器读取生产线上半成品信息，并将信息传输到系统数据库。
生产线RFID设备安装示意图以下所表示：
系统根据生产线工位配置RFID设备，每一个生产工位安装一套RFID读写设备，生产工位设置以下：
1）依据在制品组装要求，生成生产工位；
2）将RFID 标签中在制品代码和生产工位绑定，然后将标签和在制品绑定；
3）当在制品进行多径选择时，读写器读取标签中在制品代码，并依据生产线上工位信息，确定下一个工位。
Ø 生产线自动识别实现方案
生产过程控制要求是依据在制品信息，动态地确定在制品组装路线和组装方法，使企业管理层能够实时地发觉在制品生产和生产线运转状态。系统关键由流水线、RFID 数据采集系统、在制品和工位多个部分组成。
当在制品在流水线上移动时，实时检测到在制品状态信息，抵达工位后由工人取下进行零配件组装，完成后再放回流水线，直到完成全部工序。而且能够依据控制系统设定组装路线和组装方法，生成路径选择指令和组装提醒。
生产工位自动识别实现示意图以下所表示：

图9 生产工位自动识别实现示意图
生产线自动识别实现方案为：
1）每种工序物料在发放时，配上一张智能卡； 
2）每个工人全部配有一张工卡；
3）在每个工位上安装一台RFID读写器； 
4）工人在加工时先读一下自己工卡，每完成一道工序后将物料上智能卡在RFID读写器上读取一次，系统实时和管理后台交换数据，完成一个工单后换下一个工单物料卡。
RFID 数据采集系统关键包含一个带有双天线RFID 读写器，每个在制品全部和一个RFID标签进行绑定。
技术实施方案以下图所表示：

当绑定有RFID 标签在制品以前后次序经过天线１和天线２时，将触发２ 次RFID 标签读写事件，以读写器代号和工位代号作为关键字RFID标签读写事件，经过对事件产生相关数据统计和处理，来判定在制品完成情况及各个工位运转情况。
使用RFID自动识别技术实现生产线管理功效为：
1）系统自动统计每个工人在哪些时段在做哪些工单，耗时多久
2）生产线上每一个工序使用工位读写器自动完成后道工序数量获取； 
3）职员能够经过自助刷卡终端来查询自己全天生产统计； 
4）系统实时统计并计算出每个组、每个工位、每个工序生产进度情况，给管理者工人调配提供最好正确生产数据，提供工作效率，降低人力资源浪费。 
2.5 系统设备介绍
2.5.1 RFID电子标签
RFID电子标签采取高性能智能型芯片，采取半导体编码器进行编码，内置激光工艺刻录64位二进制，全球唯一编码硅晶片，含有超强抗冲击，防静电，防腐蚀，防水，防尘，耐磨擦等性能。

RFID电子标签
性能参数表以下：
序号
项目
技术参数
1
协议标准
符合ISO18000-6B/ EPC C1 G2标准
2
工作频率
902~928MHz
3
工作模式
R/W(可读写)
4
存放容量
64位ID号，216字节用户存放空间
5
读写距离
≥5米
6
安装方法
金属表面
7
工作温度
-20℃～70℃
8
产品规格
130mm×60mm×25mm
9
产品特点
吸附力强，安装方便，使用寿命长

2.5.2 RFID固定读写器
RFID读写器和天线相结合，经过向车辆标签发送并接收电磁波信号自动读取天线视场内车辆标签上数据，并进行车辆标签正当性判定。含有Wiegand26或Wiegand34、RS485、RS232等丰富数据输出接口。

RFID固定式读写器
RFID读写器遵照ISO 18000-6B协议，是双端口、高性能、高可靠UHF读写器，能满足多个应用需求。该读写器有四个关键特点，一是含有选择读取单一车辆标签中部分或全部数据信息能力；二是在无需开包和排序情况下，含有选择读取多个车辆标签中部分或全部数据信息能力；三是依据用户定义准则，含有选出或滤除特定车辆标签能力；四是可适应高速移动物体。
RFID读写器特征：
l 能够读/写符合ISO 18000-6B标准车辆标签
l 完善串行、网络和韦根接口
l 含有选择读取单一车辆标签中部分或全部数据信息能力
l 含有选择读取多个车辆标签中部分或全部数据信息能力
l 依据用户定义准则，含有选出或滤除特定车辆标签能力
l 支持固件更新
RFID读写器技术参数：
序列
项目
技术参数
1
尺寸
316 x 230 x 70mm
2
工作温度
-10℃～+60℃
3
存放温度
-5℃～+40℃
4
湿度范围
-20%～+95%
5
工作频段
902～928 MHz
6
空气接口
ISO 18000-6B
7
数字接口
4TTL输入, 4TTL输出
8
数据速率
32 Kbps
9
最大读标签距离
5m（和天线配置相关）
10
最大写标签距离
为相同条件下读标签距离70%
11
天线接口
2个N接头
12
通讯接口
RS 232 & 10/100M Ethernet
13
电 源
100V～240 V AC

2.5.3 RFID手持机
在特定生产线上，假如工位不固定，能够使用RFID手持机进行在制品信息读取，能够在1.5米内识别在制品信息。

RFID固定式读写器

特征
l 企业必需耐用性：可承受多种环境下日常使用；
l 多个可选读取方法：可选支持一维、二维条码扫描，可选RFID低频、高频等多个频段协议读取方法；
l 多个通讯模块传输方法可选：GPRS/Zigbee/WiFi/433M/蓝牙模块；
l 触屏和可选键盘功效：许可采取多个方法输入数据，充足发挥应用程序功效，满足用户偏好；
l 时尚设计：易于手持，可最大程度减轻用户使用疲惫感；
l 坚固耐用结构 符合IP64密封标准外壳：坚固耐用结构，可使用户在极端环境下正常使用，保护您投资，显著降低停机时间和降低维修成本；
l 支持标准卡和扩展卡：支持SD卡可扩展功效。
物理参数
序列
项目
技术参数
1
尺寸
240mm×90mm×40mm
2
重量
0.52kg～0.95kg（和配置相关）
3
外壳材料
PC+ABS
4
LCD
3.5寸TFT QVGA，触摸屏
5
工作温度
-10℃～+50℃
6
储存温度
-20℃～+70℃
7
工作湿度
20%～90%（无凝露）
8
工作频段
902MHz～928MHz / 920MHz～925MHz
9
符合协议
ISO 18000-6B/6C
10
读取距离
1.5m（和标签配置相关）
11
写入距离
1m（和标签配置相关）
12
操作系统
Windows CE 5.0
13
通讯接口
USB Host，USB slave
14
无线通讯接口
Wi-Fi、GPRS、蓝牙，可选
15
存放卡
最大支持2G Micro SD 卡
16
连续工作时间
经典工作场所18小时
17
待机时间
约20天
18
电源
Input：100V～240V AC Output：5V/3A DC

3系统功效介绍
3.1 生产过程控制

功效说明以下：
l 派工单批次实施情况：掌握批次生产计划实施进程，和各批次在生产线上分布情况；
l 生产线状态：生产线不一样区域在制品信息；
l 在制品状态：各个在制品在生产线上状态；
l 生产节拍：掌握各关重工位和整个生产线生产节拍。
3.2 工厂计划及作业管理

本模块分三大功效，说明以下
派工计划直接下达成生产现场
l 每日将本系统派工计划自动下载到信息系统；
l 将派工计划及成车状态配置信息下发到现场工位；
l 替换原有纸质派工单。
l 生产通知通告下达，而且可依据车间生产状态，下达车间指令。
工位生产协调
l 生产计划进度在车间实时共享，工人协调配料、装配：生产线起点上线工位计划实施进度在全企业共享，有效协调部装、配料等工位配料及生产；
l 派工计划次序调整后，在全企业内立即通知：上线工位调整派工计划实施次序，并立即地、自动地通知生产线各管控工位，替换以前班组长通知。
配料及装配管理
l 电子看板可视化指导：各个工位设置电子看板，关键显示目前成车车型状态、工艺及多种操作提醒，以辅助工人立即知晓生产状态改变及指导工人作业，避免失误。
l 发动机配料计数：为发动机配料工位工人提供发动机下放计数功效，替换原有依靠工人记忆计数，降低人工计数差错、提升工人效率。
3.3 质量管理/SPC分析

负责车间生产过程质量检验，包含质量控制、质量检验（自动、手动）、质量SPC分析和监控、质量报警及异常处理、质量追溯。功效以下：
l 支持产品、工序检验检验模型灵活配置。
l 完整质量检验全过程信息，帮助企业提升质量控制力度和水平。
l 严格控制质量检验步骤，不合格产品严禁向下流转。
l 质量数据信息化和动态可跟踪性，易于进行质量分析和明确质量责任，促进产品合格率提升。能够为用户服务部门提供查询追溯汇报服务。
l SPC子系统对制造过程中各关键零部件、工序质量检验数据进行动态管理, 可提供多个质量变异分析控制图（如 PPM 图、X-R 图、排列图等），对生产加以监视，观察产品质量波动情况，立即分析质量缺点,提出整改方法,并统计车间质量档案,评定车间班组质量等级。
3.4 报表中心

利用强大报表中心开发模块创建生产管理各个步骤业务统计、分析报表。报表中心数据报表/图表制作和查询分析综合开发工具，对用户完全开放，能够最大程度满足企业个性化查询、统计需求。功效以下：
l 报表中心支持对多个数据库进行无限数量报表定制和查询功效。
l 完全自定义报表，包含：自定义数据源、自定义统计方法、自定义查询界面、自定义显示字段、自定义列表模板、自定义报表模板。
l 随时实现多维分析。
l 提供强大SQL编辑器。
l 报表按格式化打印输出，既可用于业务单据打印，也可用于纯统计分析。
l 强大图表设计工具，提供丰富图表格式，便于直观查询。
l 采取严格权限控制，全部自定义报表均须经授权后才能使用，确保系统安全性、灵活性。
l 报表模板存放在数据库中，实现全局共享。
l 报表模板可在数据库和当地文件间进行灵活导入导出；