RFID技术在离散制造业物料配送中的应用研究

马金鑫，梁军义，王海涛

（南车青岛四方机车车辆股份有限公司 信息技术部，山东 青岛 266111）

0 引言

机车制造属于典型的离散型复杂制造，大型复杂产品离散型生产的主要特点可归纳为：生产过程离散、小批量生产、零部件复杂、装配自动化程度低、生产场所环境空间分布广、生产周期长等[1]。近年来电子标签技术（Radio Frequency Identification，RFID）在大型超市、物流企业中逐步得到应用，在制造业中，韩国现代汽车集团旗下的格鲁维斯物流公司采用无源超高频的RFID射频技术管理汽车配件的供给[2]，通过RFID标签可以对零部件物流供应链的各个环节和步骤进行追踪管理。在离散制造业物流中，由于要面对复杂的应用环境和技术条件，RFID技术的应用尚处于起步阶段。

物料配送过程中由于缺乏对配送任务的实时监控，导致物料配送不及时、配送出错，使生产过程出现等待甚至中断，从而影响生产进度，延误交货期，打乱车间作业计划的执行[3]。所以实现对物料配送过程的实时监控至关重要。

1 机车制造过程物流业务分析

物流库理货员每天在ERP系统中查询电子需求看板，获取自己负责的物料需求明细，整理每次配送需要出库物料，生成出库单并进行打印。然后按照出库单进行拣配备料，拣配完成的物料按项目、列辆以及工位分组放置于拣配区域，并安放手工制作的纸质出库标识，包括项目、列辆以及工位，以指导运输车辆配送，配送时间以车间班组的看板通知或电话通知为准，配送之前理货员通过口头或电话通知叉车司机将拣配完成物料放到待配送区。

运输配送工作由物流库运输班负责，运输司机发现待配送区有物料后，按照纸质出库标识，将物料配送到相应的工位，车间班组在纸质出库单上进行签收确认。运输车辆具体配送哪些工装与物料没有记录，运输车辆从仓库出发到分厂交付之间的信息为监控盲区，车间班组无法得知自己需求物料的实时状态，物料管理人员无法从系统得知配送业务运行情况，不便于对运输司机的量化考核。纸质看板不便于管理，容易丢失，而且由于是人工填写难免会出现错误，大量使用出库单及纸质看板，会造成资源的浪费和存放空间的浪费，且出现问题后不便于查找。

2 RFID选型

RFID属于自动识别技术范畴，其利用无线电载波技术实现数据通信，每个电子标签都有全球唯一的ID号码。读写器对电子标签可以执行识别、读取和写入操作。电子标签分为被动标签、主动标签和半主动标签。被动标签是由读写器产生的电磁场提供能量，只有在接受读写器指令的情况下才会发射信号，读写距离近。主动标签由电池供电，持续不断地发射信号，读写器发现信号后与标签建立联系。半主动标签由电池供电，平时处于休眠状态，只有处于唤醒器的作用范围后才开始工作，主动发射信号。主动和半主动标签读写距离远，但是存在电池寿命的问题。

RFID技术相对于条码技术具有以下优势：信息量大、读写距离远、无需精确扫描、可同时读取大批量标签、可以随时修改及写入数据。根据项目的实际需要，本系统选用超高频的半主动RFID标签。

3 基于RFID的物流配送系统设计

3.1 系统功能结构

图1为物料配送系统功能结构图。工装的编码、专用工装及其存放物料的固定对应关系由技术部门在PDM系统中维护。对于按照准时生产 （Just In Time，JIT）配送的供应商，配备条码扫描设备，通过GPRS将物料工装数据上传，通过GPS实时监控供应商物料的运输状态。物料配送系统从ERP和MES中同步出库单和看板数据，实现扫码配台、车辆调度、运输监控和工装管理等功能，最后通过电子签收系统进行签收。

3.2 基础数据准备

专用工装中物料和工装的对应关系是固定的，在PDM系统中维护好工装与物料的对应关系，通过ESB集成到物料配送系统中。扫描工装条码或RFID标签，即可获得其中的物料种类及数量。专用工装和通用工装上都粘贴有RFID电子标签和二维码，为便于区别，专用工装与通用工装的标签使用不同的颜色。在仓库的每个待发料区贴有条码标签，用于标识待发料区的位置。在仓库、车间的大门上，以及关键的道路节点上都装有RFID阅读器。在叉车和平板车等运输车辆上装有GPS模块。

图1 物料配送系统功能结构图

3.3 物料拣配

物料配送系统从ERP系统中同步出库单，出库单中包含物料的需求时间和配送地点。在仓管员的配送平板上显示自己负责的出库单的详细数据，系统通过匹配前期维护的工装和物料的对应关系，提示可用工装及其数量。仓管员根据配送单到仓库进行拣配，并扫描物料上的条码进行校验，对于专用工装只需要扫描工装的条码，对于通用工装需要扫描工装条码和物料条码，再将二者进行绑定。拣配完成后将物料存放在待发料区，扫描待发料区的条码标签，并点击平板中的配送完成。

3.4 车辆运输监控

车间班组物料需求人员将工序物料准确的要料时间输入平板中，系统根据要料时间、拣配数据、配送车辆进行调度运算，将配送时间、待配送区、工位等数据发送到叉车司机或运输司机平板上，为其分配运输任务。车辆通过仓库大门时，RFID阅读器读取车辆和工装RFID标签，将车辆和工装进行绑定。通过GPS读取运输车辆的实时位置，并在电子地图上进行显示，方便车间班组人员实时查询自己所需物料的状态和位置。

供应商运输空工装出厂时，由公司空工装管理人员在出厂单上填写工装数量。供应商运输车辆出厂门时，大门的RFID阅读器自动读取空工装数量，并显示在门卫的平板上，辅助其对空工装实际出厂数量进行监控，避免工装丢失给公司带来的损失。

3.5 电子签收

运输车辆将物料运送到车间后，车间大门上的RFID阅读器自动读取RFID标签信息，车间领料人员的平板上显示自己提交的物料需求以及物料的实时配送数据，确认无误后，在平板上的电子签收系统进行签收确认，电子签收界面显示的数据如表1所示。通过电子签收可以避免纸质签收带来的单据浪费，且便于事后查找。

表1 电子签收显示数据表

对于JIT送货的签收，车间签收人员的平板电脑中同步供应商协同平台的送货单数据，车间人员完成数目的校点后，在平板中进行签收确认。签收单据传递到物流库理货员处，作为ERP系统收货入库的依据。JIT物料的验收已经由质量管理部门提前在供应商处验收，此处不需要质量检验，缩短了入厂验收的时间。

3.6 报表分析

系统自动统计运输工装的工作状态、数量、使用频次，为技术部门进行工装种类和数量的优化提供基础数据的参考。

GPS系统实时记录运输车辆的运行轨迹，可以实时监控运输司机的工作状态，通过对运输司机每次运送开始和结束时间的记录，方便对运输司机的工作量进行考核。运输司机工作量统计图如图2所示。车辆管理人员可以根据对历史数据的分析，优化运输车辆的数量和运输任务的分配。

图2 工作量统计图

4 结束语

本文在分析了离散制造业配送业务现状的基础上，将RFID技术应用于配送系统的实时监控，通过对机车制造业物料配送管理系统的设计实施，使物料配送过程透明化，提高了物料配送的准确率和及时率，实现了定量地对运输司机进行考核，以提高他们工作的积极性和主动性。方便相关管理者统计运输工装和车辆的使用情况，为后续优化提供基础数据支撑。

[1]刘卫宁，黄文雷，孙棣华，等.基于射频识别的离散制造业制造执行系统设计与实现[J].计算机集成制造系统，2007，13（10）：1886-1890.

[2]RFID中国网.韩国现代汽车供应链将应用RFID技术[EB/OL].（2008-04-27）[2015-03-01].http：//www.rfidchina.org/rendinfos-28953-234.html.

[3]刘书岩，梅中义.航空复合材料车间物料配送系统的研究[J].现代制造工程，2009（5）：29-32.