中国是制造业大国，具有一定规模的制造企业数量达数百万家。随着市场竞争的日益激烈，迫切需要制造企业，采用新的管理手段，提高企业的市场竞争力，降低生产制造成本。

车间生产线，作为制造企业的物化中心，它不仅是制造计划的具体执行者，也是制造信息的反馈者，更是大量制造实时信息的集散地，因此车间生产线的资源管理、物流控制和信息集成是企业生产系统中的重要一环，车间生产线的管理与控制系统的敏捷性，在一定程度上决定着整个企业的敏捷性。

RFID射频识别技术，是一种非接触式的自动识别和数据捕获技术，可以提供无人看管的自动监视与报告作业。RFID技术的出现和应用发展, 以及物联网的组建则可实现与现代工厂内现有网络系统的信息整合, 同时可优化内部物流供应和流通流程, 提高工厂内的生产效率和产品质量, 进而提高整个企业的核心竞争力。

物联网(The Internet of things)的概念是在1999年提出的，它的定义是把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。 物联网指的是将各种信息传感设备，如射频识别RFID装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。物联网其中非常重要的技术是RFID电子标签技术。

针对现代制造业，开发一个良好的基于RFID、基于intranet的生产线物联系统，不仅可以帮助工厂建立数字化生产线，而且还是一次生产方式的全新变革，也是一场生产技术的深刻革命，它推动着管理体制、组织体系、标准规范、设计方法、思维方式及工作方式的根本改变。如果企业内部生产线物联系统建成后，可以进一步对企业内部整个物流系统进行改造，建立企业内部的物联网系统。在企业内部物联网系统建立后，可以再延伸到整个供应链，从“the intranet of things”(基于局域网的物联网)到“ the Internet of things(基于互联网的物联网)，从而建立从客户、供应商、外协单位、合作单位到整个供应、生产、销售、服务系统的物联网系统，具有非常现实和重要的意义。

1、RFID的工作原理

当装有电子标签的物体接近微波天线时，读写器受控发出微波查询信号。安装在物体表面的电子标签收到经微波天线发出的查询信号后，根据查询信号中的命令要求，将标签中的数据信息反射回微波天线。微波天线接收到电子标签反射回的微波合成信号后，经读写器内部微处理器处理即可将电子标签中的识别代码等信息分离出来。这些识别信息作为物体的特征数据被传送到控制计算机作进一步处理，从而完成与物体有关的信息查询、统计、管理等应用。

RFID典型的工作频率有低频( 125KHz～134KHz) 、高频(13.56MHz，读取距离一般小于1米) 和超高频( 860MHz ～960MHz，读取距离大于1米，一般为4-6米，最大可达10米以上) ， 不同频段的RFID产品会有不同的特性。其中超高频频段有良好的读取距离，很高的数据传输速率，通信质量较好，可以在很短的时间内读取大量的电子标签，因此比较适合供应链上及生产线自动化的管理和应用。如图1-RFID数据采集系统示图。

图1-RFID数据采集系统示图。

2、RFID帮助生产线实现数字化和智能化

数字化生产是一次生产方式的全新变革，也是一场生产技术的深刻革命，它推动着管理体制、组织体系、标准规范、设计方法、思维方式及工作方式的根本改变。数字化生产线可以通过在在制品上粘贴条码或标签，在每一个工位通过采集装置记录重要零组件的信息和每个工序作业工人的ID号、完工时间、检验信息等，来实现对从原材料到最终产品的全面跟踪。数字化生产线上应用RFID技术，不但可实现生产现场的管理和监控，并可与MES、ERP集成。只要零件进入生产线或到达完工区，将自动记录工序、设备和工人的ID号、加工时间，避免了人工录入数据的滞后性、条码扫描操作带来的不精确数据，彻底解决了ERP系统MES实施的信息获取瓶颈问题。

数字化生产线实际上是融合了来自ERP系统的生产订单和PDM、CAPP系统的数据优势，通过车间生产的过程进行统一的协调，从而贯通了企业从设计到生产和产品下线的全过程，并带动企业库存、销售、财务预结算等全方位的信息化过程。RFID在流水线上的应用如图2所示。

图2-RFID在生产流水线上的应用

3、基于RFID的生产线物联网数据流程

在生产线上用RFID标签取代条形码，实现实时自动采集在制品的装配数据，监控在制品的生产状态、物料状态;防差错装配;提高生产效率，优化产品生产流程，实现对MES系统、ERP系统的数据采集功能。

在企业自己的网络平台上实施数据采集、过程控制等行为，实施过程中采用企业内部网络架构。系统由RFID标签、读写器、网络和MES软件平台组成，数据流程设计方案如图3所示。其中的几个关键步骤如下: RFID读写器扫描到产品接收事件，然后将读取到的产品编码传递到制造领域，即相应的RFID事件管理器。RFID事件管理器存储了订购要求、产品描述、制造信息、质保要求等相关信息，根据这些信息RFID事件管理器完成相应产品(贴有RFID标签的在制品)的工艺路线，然后交由后台系统处理过程验证装箱单和更新产品码的注册记录。

4、总体设计体系架构

(1) 生产线上的布局结构

在生产线上每个产品及零部件都贴上一个RFID标签，标签中包含此产品的序列号、类型及每道工序的信息。生产线上不同工序处都安装有RFID读写器，当产品经过这些工序时，阅读器会读取相应的标签信息，并根据现场的情况对标签写入工序完成状况及相应的岗位人员等信息。阅读器通过CAN总线与PC机或工作站相连，连接到PLC和现场总线网络。各PC机通过局域网与数据库服务器连接，企业应用软件能实时监控整个生产过程，并且可以记下各个员工的工作情况。产品装配完毕下线后，还可以通过标签读取各个产品的工序状况信息，以达到辅助质量管理的目的。RFID部署在生产线上的结构如图4所示。

(2) 生产线物联网系统架构

系统构架如图5所示，基于RFID技术的生产线物联系统构架，主要包含五个工作模块(数据采集，生产计划，生产管理，生产监控，生产品质) ，这五个模块和ERP、自动控制层进行数据交换，实现产品品质数据追溯。数据采集模块主要基于RFID技术，接受MES的指令，从而对标签进行读写操作，自动通过RS232接口实现数据采集。这五个子模块的功能描述如下：

1) 数据采集模块。该功能主要通过RFID射频识别技术并附以条形码技术，来获取并更新与生产管理功能相关的各种数据和参数，包括产品跟踪、维护产品历史记录以及其它参数。

2) 生产计划模块。主要通过MES和ERP接口导入BOM(Bill of Material)和加工任务号等生产信息进行生产计划管理查询，并对作业时间、不良代码、无/再作业等进行管理。其中BOM管理、作业时间管理、生产情报管理及基准信息管理为这个模块的四个主要子模块。

3) 生产管理模块。通过RFID技术对产品在组装工位、质检工位、修理工位和标签工位获取相关数据及通过数据库、网络及条形码技术对数据进行处理。该模块主要包括组装数据管理、质检数据管理、标签映射管理、修理数据管理、生产情报管理这五个子模块。

4) 生产监控模块。访问数据库，刷新并统计实时的生产信息数据，从而提供了生产监控画面给管理者实时监管。其中主要有品质现况、生产现况、流水线现况及修理现况四个监控画面。

5) 生产品质模块。该模块对每个工作订单设定需要检测的项目，在检测前确定每个任务号检测计划，检查部门对每个检测计划分批分别检查，管理者也可以通过系统对品质检查实绩进行确认。

图5—RFIDS的软件系统架构

5、试验案例

无锡贝孚德通讯器材股份有限公司，是一家归国人员投资的高科技公司，企业主要业务是通讯电子器材的开发、零部件制造、装配。针对贝孚德公司的实际需求，基于RFID和intranet的生产线物联网系统，各模块的数据流程如图6所示。

为了使流水线的工作更有效率及数据采集更准确，结合实际流水线的工作流程，设计合理的基于RFID的生产流程非常重要。系统有关的步骤如图7所示，从而实现了流水线的数字化智能化的生产管理。

第一步：当贴有电子标签的待装配物料进入第一工位的读写区域时，读写器访问数据库，获取标签此处任务的ID号(任务号+序列号)，并自动核对物料是否正确，并将相关信息写入标签。如果物料不正确，系统会自动发送提醒报警消息给管理者，同时工位控制器报警。

图7-RFIDS工作流程图

第二步:当产品进入装配工位时，自动读取标签的ID到系统，自动进行匹配，并读取该工位其它所需的物流信息，表明这个配件已装入这个ID的产品，便于追踪管理。

第三步: 当标签进入检验工位时，在获取标签ID后进行相关品质检查，没有不良则确认并将检查记录输入数据库，如果发生不良则进入修理工位。

第四步: 修理工位自动获取这个不良产品的信息，并进行问题确认，将处理结果输入系统，并将已经修理完毕的产品继续进入检验工位。

第五步: 再检验工位在获取标签ID后，进行相关品质的最终检查，没有不良则将检查记录输入数据库，如果发生不良则进入修理工位。

第六步: 修理后的产品再进入下一个工位，该工位自动获取标签信息，并将相关信息写入标签，访问数据库核对是否正确，又进入下一个工位。

6、结束语

物联网是对现有信息产业成果的继承和发展，被称为继计算机、互联网之后世界信息产业的第三次浪潮。物联网正在成为全球发达国家竞相布局的战略制高点。“感知中国”已经不仅仅是一个口号，而是一个国家战略。在生产线上引入物联网概念及RFID等传感技术，对推动物联网的应用和发展，对提升我国制造业的国际市场竞争力，具有非常重要的意义。首先基于intranet(企业内部局域网)，采用RFID等自动识别和存储技术，实现企业内部的物流和生产过程智能化，数字化，是非常现实和切实可行的。