基于采纳过程视角的离散制造企业无线射频识别运行模式

李文川，景 熠，王 旭

（1.南昌航空大学 经济管理学院，江西 南昌 330063；2.重庆大学 机械工程学院，重庆 400030；3.重庆大学 科技处，重庆 400030）

0 引言

制造业是我国工业的主体，在国民经济和社会发展中具有重要作用，推进企业信息化是提升制造业核心竞争力、促进产业结构调整和转型升级的重要途径。经过20多年的发展，我国制造业信息化已取得较大成绩，但仍面临不少挑战：一方面，信息孤岛、制造资源精细化管理等传统难题还未有效解决；另一方面，全球制造环境的变化使信息化向更高层次和多样化方向发展［1］。制造业企业需要不断进行技术创新，借助高速发展的信息技术来突破现有的瓶颈和满足未来发展的需要。作为物联网的关键技术之一，无线射频识别（Radio Frequency IDentification，RFID）技术为上述目标的实现提供了使能技术。RFID在制造业生产过程控制、供应链可视化管理、产品全生命周期监控等环节的应用，有利于突破传统的制造系统信息采集瓶颈，提高企业生产效率、管理效率和产品性能［2］。“十一五”期间，在国家863计划、电子发展基金、地方科技项目的推动下，我国多个地区在机械加工、电子元器件制造、汽车、摩托车、航空器材等离散制造企业都进行了RFID应用示范，并取得了一定成效。

随着RFID技术在离散制造业的广泛应用，需要对其运行模式进行研究，为企业成功实施RFID系统提供参考和指导。Battini等［3］针对RFID系统实施过程中缺乏项目管理方法以及对RFID进行有效应用等问题，提出了RFID项目实施的方法论框架；Yue等［4］引入实施步骤、数据管理、关键成功因素等要素，提出面向制药行业的RFID应用实施框架；Luo等［5］构建了信息技术采纳过程中各种模型及其相互关系的集成分析框架，并以RFID技术采纳为例进行了验证；Pedroso等［6］从企业规模、RFID应用领域、RFID采用动机、预期收益、实施障碍和组织保障等方面建立了RFID采纳框架，并在巴西的114个企业进行了实证研究；Reyes等［7］为帮助企业管理人员判定RFID是否满足组织需求以及制定RFID最佳实施方案，提出了RFID应用实施的八个步骤；丁斌等［8］研究了离散制造企业的RFID应用策略，提出离散制造企业RFID应用的四个层次；倪霖等［9］在分析RFID应用需求的基础上，研究了RFID在汽车制造生产线的垂直分布式应用模式。

上述研究成果虽然为企业RFID系统的实施提供了一定理论支撑，但仍未全面揭示和描述RFID系统的运行规律和表现形式。鉴于企业RFID技术采纳过程是一个分阶段的动态决策过程，且不同的RFID采纳条件和能力决定了企业RFID应用水平、运作方式的差异性，本文在现有研究成果和前期研究工作的基础上，以采纳过程为研究视角，对离散制造企业RFID系统运行模式进行较为系统的探讨，并结合重庆某整车制造企业进行了应用研究。

1 离散制造企业无线射频识别采纳过程分析

1.1 无线射频识别采纳过程模型

根据信息技术采纳理论，企业的RFID技术采纳过程可分为三个阶段：

（1）采纳前阶段 企业根据内外部环境以及自身的信息化战略，对RFID采纳影响因素进行深入分析，判断是否具备采纳RFID的条件和能力。

（2）采纳决策阶段 企业就是否采纳RFID技术以及RFID拟应用水平做出决策。

（3）采纳后阶段 企业通过RFID系统的实施和运行，对企业内外部的各种资源进行计划、组织、指挥、协调和控制。在与企业信息化战略目标逐步融合的过程中，RFID系统不断成熟和成长，从而提升组织绩效和企业竞争力。

以上三个阶段相互联系、相互作用，构成一个动态的具有因果关系的RFID价值创造过程。前一阶段活动是后一阶段活动的前提和基础，后一阶段活动是前一阶段活动的必然和结果。企业RFID采纳过程可由图1简单表示。

1.2 无线射频识别采纳影响因素

企业的RFID技术采纳过程不仅是一个技术过程，更是一个社会过程，会受一系列影响因素的制约，具体可分为技术、组织、环境和成本四方面［10］。其中，RFID的技术特性如相对优势、易用性、技术成熟度等是企业采纳RFID的前提；组织因素如企业类型、企业规模、企业IT能力、生产管理模式和员工素质等决定了企业采纳RFID的内部能力；环境因素如行业趋势、竞争压力、政策支持等为企业采纳RFID提供了外部支持条件；而投资成本则是现阶段制约企业RFID技术采纳和扩散的关键因素之一。

与物流、供应链等领域的RFID采纳相比，离散制造企业的RFID采纳需重点考虑以下因素：①企业大多具备使用条形码的经验，更加关注RFID与条形码等传统采集技术相比的优势（如操作便利性、能否切实提升效率和降低劳动强度等）；②RFID的采纳必须与企业生产流程和管理模式紧密结合，并会导致现有原材料、半成品、产品和生产过程质量管理等管理模式的变革；③企业内部各级管理信息系统众多，信息孤岛现象普遍存在，RFID与现有条形码、传感器、生产控制系统、制造执行系统（Manufacturing Executive System，MES）、企业资源规划（Enterprice Resource Planning，ERP）等管理信息系统的集成难易度；④RFID抗干扰能力、识别距离、识别速率、识别准确率和安装便利性等产品性能指标影响着RFID系统的稳定性，并进一步影响生产系统的稳定性；⑤离散制造企业的生产现场环境较为复杂，RFID标签大多需要定制且使用寿命偏短，RFID项目的一次性投入成本和后续成本比物流、供应链等领域的投资成本高。

在国家863计划的支持下，笔者所在课题组通过对现有研究成果的总结以及对国内多家离散制造企业RFID应用情况的调研和问卷调查，总结了离散制造企业RFID采纳的影响因素，如图2所示。

1.3 无线射频识别应用水平

RFID采纳影响因素不但决定了企业是否具备采纳RFID技术的条件和能力，还决定了企业的RFID应用水平。采纳条件和能力越强，RFID的应用水平越高。RFID在离散制造企业可用于运作层，以提升自动化水平和生产效率，实现工具型应用；也可以应用于战术层和战略层，通过对采集来的企业不同物理现实的多源信息进行深度开发和利用，实现知识型应用。作为一种使能技术，RFID必须与企业的现有管理信息系统有效集成，构建基于RFID的企业管理信息系统（简称RFID系统），才能实现管理和决策目标，发挥最大效用。根据RFID在离散制造企业中的应用目的、应用范围和应用层次，RFID系统应用水平可分为单元级应用、战术级应用、战略级应用和制造网络级应用四个层次，如图3所示（关于RFID技术应用水平的提升路径，图中仅示意了一般规律）。

（1）单元级应用 RFID应用于单个业务单元（如仓储、物料配送等环节）或单个车间，实现简单的业务管理或现场控制功能。单元级应用的主要特点：①面向企业的运作层，以提升自动化水平和生产效率为主要目标；②RFID系统多以独立系统的形式存在或与其他数据采集设备、现场控制系统等进行适当集成；③是RFID系统的最初阶段和最简单的表现形式。

（2）战术级应用 RFID、条形码、传感检测仪器、数据采集终端等感知设备采集到的生产现场多源异构数据，经过滤和整合后与企业的MES集成。全面、及时、可靠的生产车间现场数据弥补了传统的MES底层信息的不足，有利于实现生产过程的主动感知和实时监控，以及制造执行过程的动态优化，推动柔性生产和精细化管理，促进生产车间的智能制造。RFID引入到企业组织结构和业务流程中，也有利于对车间现有制造业务流程进行部分优化和改善。

（3）战略级应用 RFID与企业的所有管理信息系统如ERP、计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）、计算机辅助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）、计算机辅助工艺规划（Computer Aided Process Planning，CAPP）等进行有效集成，通过对企业内部大量数据和信息的筛选及管理，促进跨车间跨部门的制造知识共享、应用和更新，实现企业整体业务流程优化。由于RFID的应用被提升到了企业的战略层面，有利于推动企业经营方式、组织模式、业务流程的进一步优化和根本性变革，RFID也从企业战略目标实现的一种工具变成了提升企业竞争优势的重要因素之一。

（4）制造网络级应用 利用RFID及其他互联感知技术，实现制造网络中上下游企业之间、制造企业与外协制造商之间物流、生产、销售、制造资源等信息的可视化、透明化、协同化，快速响应市场和客户需求，构建实时企业。从应用层次讲，制造网络级应用仍属于战略层面的应用，但其应用范围已超越企业自身的范畴，扩展到了制造网络之中。RFID的制造网络级应用在一定程度上体现了制造物联网的特征。RFID应用水平各层次的特点如表1所示。

表1 RFID应用水平各层次的特点

企业的RFID应用水平可采用层次分析—模糊综合评价的方法进行确定，大致步骤如下［11］：

步骤1 构建合理的RFID应用水平评价指标体系（图2所示的技术、组织、环境、成本等四个因素为1级指标，2级指标可采用模糊德尔菲法进行筛选和确定）。

步骤2 组建专家组，并对同级指标打分赋值，形成无量纲化判断矩阵。

步骤3 计算指标权重。

步骤4 进行一致性检验并确定权重。

步骤5 确定应用水平指标集。

步骤6 建立模糊关系矩阵。

步骤7 模糊综合评判。

步骤8 归一化处理。

步骤9 结果分析。

借鉴信息技术能力成熟度模型的思想，离散制造企业RFID应用水平的判定规则如下：

（1）不具备采纳RFID的条件和能力L0（0＜G≤0.20）。

（2）RFID在企业可实现单元级应用L1（0.20＜G≤0.40）。

（3）RFID在企业可实现战术级应用L2（0.40＜G≤0.60）。

（4）RFID在企业可实现战略级应用L3（0.60＜G≤0.80）。

（5）RFID可实现跨企业的制造网络级应用L4（0.80＜G≤1.0）。

其中：L1，L2，L3和L4分别代表离散制造企业RFID应用水平的四个层次；G代表RFID应用水平的评价值。

若评价结果显示RFID的应用水平处于L0级，则表明企业暂不具备采纳RFID的条件和能力，需要进行相关能力的培养；当RFID应用水平评价值大于0.2时，表明企业具备采纳RFID技术的条件与能力，可按照相应水平进行系统的建设。

2 离散制造企业无线射频识别系统的运行模式

由第1章的分析可知：尽管内外部环境和条件决定了企业的RFID应用水平，且不同水平下的RFID系统运行具有不同的特点和规律，但各应用水平下的RFID系统运行会表现出一些共同特征，即企业的RFID应用是在相关信息化系统及技术的支撑下，紧密围绕着企业各类生产制造活动，通过对制造资源的智能感知和管控，实现制造系统的优化运行。

为此，本文提出一种离散制造企业的RFID系统运行模式框架，如图4所示。该运行模式的基本思想是综合利用RFID及其他互联感知技术，通过实时、准确、全面地采集企业不同物理现实中的多源信息并进行深度开发和利用，对企业内、外部的制造资源进行有效协同管理，从知识层面支持企业组织生产和流程运作，实现企业制造系统的各级优化运行目标。

图4所示的离散制造企业RFID系统运行模式由系统运行目标（operational objectives）、制造业务流程（manufacturing process）、信息化支撑系统及技术（informatization supporting system ＆ technology）、智能制造资源（intelligent manufacturing resource）、制造知识库及工具（manufacturing knowledgebase ＆tools）五个要素构成，不同的RFID应用水平有着不同的要素集合。其中，系统目标、业务流程、信息化支撑系统及技术为RFID系统运行的三个基本要素，智能制造资源、制造知识库及工具则在RFID战略级应用、制造网络级应用中发挥着重要作用。

（1）制造系统优化运行目标 不同RFID应用水平对应不同的优化运行目标。单元级应用以提升运作层的自动化水平和生产效率为主；战术级应用中，随着RFID应用范围的扩大和应用层次的提升，制造业务流程会进行相应的调整和优化，以实现精细化管理；战略级应用是在战术级应用的基础上，通过对企业内部动态实时信息的大规模集成和共享，促进企业内部整体业务的优化；制造网络级应用则是以制造网络中制造资源的协同管理为核心，通过构建实时企业，实现企业经济效益和社会效益的协调最大化。

（2）制造业务流程 制造业务流程包含了RFID系统运行过程的完整活动链，具体包括产品从市场调研、需求分析、方案设计与研发、生产准备、生产、销售、报废回收、再制造的整个过程。其中，RFID单元级应用主要面向单个业务流程；战术级应用主要面向产品的生产过程；战略级应用实现了RFID在企业内部的大规模大范围集成，可包含产品研发、生产准备、生产、销售等业务过程；制造网络级应用，面向产品全生命周期管理涉及的制造业务流程最为广泛。制造业务流程需要与制造知识有效集成，通过对企业内外部智能制造资源进行有效控制，才能有效实现RFID系统的各级优化运行目标。

（3）信息化支撑系统及技术 信息化支撑系统包括 过 程控 制系 统 （Process Control System ，PCS）、MES、ERP、产品数据管理（Product Data Management，PDM）、CAD、CAM、CAPP、客户关系管理（Customer Relationship Management，CRM）、供应链管理（Supply Chain Management，SCM）等管理信息系统，RFID技术必须与这些系统有效集成并实现信息的共享。信息支撑技术则包括制造资源互联感知技术、制造资源建模及封装技术、多源信息主动感知与整合技术、标准化、分布式对象互操作等基本支持技术，以及制造过程动态优化技术、质量管理技术、产品数据与知识管理技术和智能决策技术等基本应用技术，信息支撑技术为企业管理决策提供了使能技术。这些信息化支撑系统和技术为企业制造系统的优化运行提供了有力支撑。

（4）智能制造资源 制造资源包括企业生产活动中所涉及的物质、人力、资金、技术等所有要素。其中，物质资源包括原材料、能源、设备（数控加工设备、普通加工设备、数据采集设备、过程监控设备及相应的软件系统）等资源。由于RFID及其他互联感知技术的引入，使得传统制造资源具备了感知制造环境变化的智能化特征，因此可称其为智能制造资源。

不同RFID应用水平所涉及和所能管控的智能制造资源会有差异，如单元级、战术级和战略级应用主要面向企业内部资源，制造网络级应用需要对企业内外部资源同时进行管控。特别是在网络制造环境下，核心制造企业与外协制造商、供应链上下游企业间构成了复杂的制造网络，核心制造商自身只能提供部分制造资源，需要对制造过程所需的各种内外部资源进行综合协调控制，才能实现智能制造资源的快速共享和高效利用，提升反应速度。

（5）制造知识库及管理工具 RFID及其他互联感知技术突破了企业不同物理现实的信息采集瓶颈，这些信息极大地丰富了制造过程的制造知识，有利于推动制造过程管理和知识管理的有效整合，并进一步促进制造知识的共享、应用和更新。制造知识库包含了材料、工艺、设备、生产管理、产品等与制造过程相关的企业内外部的各类显性和隐性知识。RFID应用水平越高，知识共享和交换的程度就越深，制造知识库中的知识种类和数量也越丰富。知识管理工具主要用于实现制造知识的获取与发现、制造知识的分类与存储、制造知识表达、制造知识应用、制造知识与制造业务流程的集成等功能［12］。

3 应用实例

基于上述研究内容，结合国家863计划RFID专项“RFID技术在整车及零部件生产质量监控和流程管理中的应用”，笔者将本文所提出的RFID运行模式在某汽车公司进行了应用示范。该企业从2001年开始实施ERP系统，对企业内部物流、信息流和资金流进行管理，提高了企业的综合效益，之后又实施了条码质量追踪系统，跟踪和追溯整车生产线的生产状态信息和产品质量信息。然而，条码系统已无法满足企业的精细化管理需求，拟采用RFID对整车生产现场数据进行实时、全面的采集，实现整车生产过程的精益化和可视化管理，促进企业效益的持续提升。

项目组以前人的研究成果为基础，结合RFID在汽车生产线的应用难点，从技术、组织、环境、成本四个方面提出了汽车生产线RFID采纳初始影响因素集，然后利用模糊德尔菲法对RFID采纳初始影响因素集进行了筛选和修订，得到18个影响因素，再利用模糊层次分析法构造了各阶层的模糊互补判断矩阵，并确立了各指标的相对权重，最后邀请相关专家，利用模糊综合评价法对企业的RFID应用水平进行了测评，得到综合模糊评判向量为B＝W·R＝［0.017，0.121，0.279，0.339，0.184］。

采用加权平均法处理评判指标，对企业采纳RFID的五个等级依次赋值0.1，0.3，0.5，0.7，0.9，得到向量F＝［0.1，0.3，0.5，0.7，0.9］T。最终评价结果为

评价结果表明，企业的RFID应用水平处于L3级，即能实现战略级应用。

根据上述评价结果和企业实际情况，最终决定实现战术级应用。拟在焊接车间、涂装车间的关键工位和总装上线工位利用RFID全面取代条形码，并将RFID与可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）、喷涂机器人、MES等进行集成，在总装车间和其他整车制造环节仍然采用原有的条码系统。

RFID系统的运行目标为精细化管理，实现现场设备控制、车间动态追踪、车体队列编组和调度、质量监控、辅助决策等具体功能。RFID系统的运作流程和运行模式的系统实现如图5和图6所示。

4 结束语

本文在分析RFID采纳过程各阶段动态因果关系的基础上，总结了离散制造企业RFID技术采纳的影响因素，提出了RFID应用水平的四个层次并对其特点进行了对比分析。通过提取RFID应用水平各层次的共同特征，构建了离散制造企业RFID的系统运行模式框架，该模式通过实时、准确、全面地采集企业不同物理现实中的多源信息并进行深度开发和利用，实现企业内外部智能制造资源的协同管理，从而在知识层面支持企业组织生产和流程运作。以某汽车公司为例，进行了RFID系统运行模式的应用和实施，取得了较好的效果，优化了整车制造业务运作流程，极大地提升了企业的技术水平和生产管理水平。

本文仅从采纳过程的视角对离散制造企业RFID运行模式整体框架进行了研究，下一步将就RFID系统运行过程中的关键技术，如智能制造资源封装与服务、制造过程管理与知识管理融合、实时信息下的智能制造系统优化技术等进行深入探索和研究。

［1］ LI Bohu，ZHANG Lin，WANG Shilong，et al.Cloudmanufacturing：a new service－oriented networked manufacturing model［J］.Computer Integrated Manufacturing Systems，2010，16（1）：1－7，16（in Chinese）.［李伯虎，张 霖，王时龙，等.云制造—面向服务的网络化制造新模式［J］.计算机集成制造系统，2010，16（1）：1－7，16.］

［2］ WANG Xu，LI Wenchuan.New concept for manufacturing industry—closed－loop product lifecycle management［J］.China Mechanical Engineering，2010，21（14）：1687－1693（in Chinese）.［王 旭，李文川.制造业的新理念——闭环产品生命周期管理［J］.中国机械工程，2010，21（14）：1687－1693.］

［3］ BATTINI D，FACCIO M，PERSONA A，et al.A new methodological framework to implement an RFID project and its application ［J］.International Journal of RF Technologies：Research and Applications，2009，1（1）：77－94.

［4］ YUE Dianmin，WU Xiaodan，BAI Junbo.RFID application framework for pharmaceutical supply chain［C］／／Proceedings of 2008IEEE International Conference on Service Operations and Logistics，and Informatics.Washington，D.C.，USA：IEEE，2008：1125－1130.

［5］ LUO Zongwei，WANG 段 ，TAN T N，et al.Apply model integration in RFID technology adoption analysis［C］／／Proceedings of the IEEE International Conference on Automation and Logistics.Washington，D.C.，USA：IEEE，2007：2931－2935.

［6］ PEDROSO 段 ，ZWICKER R，DE SOVZA，et al.RFID adoption：framework and survey in large Brazilian companies［J］.Industrial Managementand Data Systems，2009，109（7）：877－897.

［7］ REYES 段 ，JASKA P.Is RFID right for yourorganization or application？［J］.Management Research News，2007，30（8）：570－580.

［8］ DING Bin，LUO Fenglin，SUN Xiaolin，et al.Research on application strategy of RFID in discrete manufacturers［J］.Chinese Journal of Management Science，2008，16（2）：76－82（in Chinese）.［丁 斌，罗烽林，孙晓林，等.离散型制造企业RFID应用策略研究［J］.中国管理科学，2008，16（2）：76－82.］［9］ NI Lin，ZHONG Hui，DUAN Chao.Research on RFID application mode in automotive manufacturing production line［J］.Computer Engineering，2012，38（4）：224－226（in Chinese）.［倪霖，钟 辉，段 超.汽车制造生产线上RFID应用模式研究［J］.计算机工程，2012，38（4）：224－226.］

［10］ ROH 段 ，KUNNATHUS A，TARAFDER M.Classification of RFID adoption：an expected benefits approach［J］.Information ＆ Management，2009，46（6）：357－363.

［11］ LI Wenchuan.Study on process model of RFID adoption and its application issues for automotive manufacturing enterprises［D］.Chongqing：Chongqing University，2011（in Chinese）.［李文川.汽车制造企业RFID采纳过程模型及应用问题研究［D］.重庆：重庆大学，2011.］

［12］ LEI Qi，PAN Liwei，SONG Yuchuan.Knowledge management operration mode and supporting technology for manufacturing process of workshop［J］.Journal of Chongqing University，2011，34（3）：38－43，49（in Chinese）.［雷 琦，潘立伟，宋豫川.面向车间制造过程的知识管理运行模式及支撑技术［J］.重庆大学学报，2011，34（3）：38－43，49.］