基于RFID的离散制造业MES方案及应用研究

论文摘要

在离散制造业,以企业资源计划(ERP)为代表的管理信息系统在生产经营活动中发挥着十分重要的作用。但由于其对生产过程监控和管理的能力不足,尚不能完全满足企业精细化生产管理的需要,于是制造执行系统(MES)应运而生。MES用于弥补企业计划层和车间控制系统之间的断层,实现它们之间的数据传输和共享,增强企业对车间的生产管理和控制的能力。随着市场的快速变化和现代制造业发展,离散制造在多品种小批量生产、生产流程多变、快速响应市场以及高水平生产质量管理等方面的需求日益突出,传统数据采集手段已越来越不能满足MES在质量管理、车间作业调度和过程控制等方面的要求。近年来,射频标识(RFID)技术发展迅速,其在自动对象标识、数据存储等方面的突出性能,为实现生产过程中物流与信息流同步,满足离散制造MES在生产现场数据采集方面的要求,提供了有力的技术支撑。因此,研究基于RFID的制造执行系统对推动离散制造业MES技术的深化与发展具有重要的实际意义。本文主要针对离散制造行业的特点及存在的问题,研究基于RFID的离散制造业MES方案及应用。在深入分析MES、RFID及其在离散制造业应用现状的基础上,提出了一种基于RFID的离散制造业MES应用方案,重点研究和实现了基于RFID的MES部分功能、基于RFID的数据采集与处理以及MES与ERP集成三个方面的内容。在深入分析现有MES的功能模型和集成标准的基础上,研究MES与RFID技术结合的模式,给出了基于RFID的MES功能架构,研究并设计了基于RFID的质量管理、基于RFID的车间作业调度和基于RFID的过程控制三个功能模块。在基于RFID的数据采集与处理方面,针对现有数据采集手段和RFID应用中存在的问题,提出了基于数据存储的RFID数据采集系统构建方法,将RFID技术与条码技术相结合,并通过RFID标签循环使用的模式降低应用成本。深入分析讨论了现有RFID中间件的研究和应用现状,提出了基于消息机制的RFID中间件系统构建方法,并对消息机制进行了实现。针对ERP与MES在数据集成方面的需求,在分析现有异构数据源数据集成模式的基础上,设计了基于XML的数据集成模式,并实现了XML文档和关系数据库之间的转换以及基于C/S的数据通信方式。最后,介绍了本文应用方案在重庆某发动机生产企业的实施情况,并与采用条码技术的生产管理方式进行了效果对比。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 我国离散制造业信息化现状
• 1.1.2 对象标识与企业信息化
• 1.1.3 RFID对象标识技术
• 1.2 课题的提出及研究意义
• 1.3 本文的主要工作
• 1.3.1 本文的研究目的
• 1.3.2 研究的内容和论文结构
• 1.4 小结
• 2 基于RFID的离散制造业MES应用方案
• 2.1 研究现状
• 2.1.1 离散制造MES
• 2.1.2 RFID应用技术研究现状
• 2.1.3 RFID技术在离散制造业的应用
• 2.1.4 研究现状分析
• 2.2 基于RFID的MES应用方案提出
• 2.3 方案框架
• 2.4 方案实现关键技术
• 2.4.1 基于RFID的MES功能
• 2.4.2 基于RFID的数据采集与处理
• 2.4.3 MES与ERP系统的集成
• 2.5 小结
• 3 基于RFID的MES功能设计
• 3.1 现有MES模型
• 3.1.1 MESA功能模型
• 3.1.2 ISA-SP95标准
• 3.1.3 存在的问题
• 3.2 基于RFID的MES功能设计
• 3.2.1 RFID技术与MES的结合点
• 3.2.2 基于RFID的MES功能架构
• 3.2.3 质量管理功能
• 3.2.4 车间作业调度功能
• 3.2.5 过程控制功能
• 3.3 与现有MES模型的比较
• 3.4 小结
• 4 基于RFID的数据采集与处理
• 4.1 现有数据采集手段
• 4.1.1 人工数据记录方式
• 4.1.2 条形码技术
• 4.1.3 存在的问题
• 4.2 基于RFID的数据采集与处理
• 4.2.1 RFID应用存在的问题
• 4.2.2 解决思路及关键技术
• 4.3 数据采集系统架构
• 4.3.1 基于编码解析的系统架构存在的问题
• 4.3.2 基于数据存储的系统架构
• 4.3.3 性能对比
• 4.4 RFID中间件架构
• 4.4.1 中间件概述
• 4.4.2 中间件架构研究现状
• 4.4.3 基于消息系统的软件架构
• 4.4.4 消息机制的实现
• 4.5 小结
• 5 MES与ERP系统的集成
• 5.1 问题分析
• 5.1.1 ERP系统
• 5.1.2 系统集成的必要性
• 5.1.3 系统集成的内容
• 5.2 现有数据集成模式
• 5.2.1 通用API模式科
• 5.2.2 中间系统模式
• 5.3 基于XML的数据集成模式及实现
• 5.3.1 XML技术与RFID数据
• 5.3.2 基于XML的数据集成模式
• 5.3.3 XML文档和关系数据库转换
• 5.3.4 基于C/S的数据交换
• 5.4 小结
• 6 应用实施案例
• 6.1 应用背景
• 6.2 应用系统功能实现
• 6.3 效果对比
• 6.4 小结
• 7 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读硕士学位期间取得的科研成果目录