轮胎企业RFID生产线管理（MES系统）设计应用方案

一、项目背景

在轮胎制造企业中，准确采集和存储轮胎生产信息对于控制生产过程、质量检验和质量跟踪至关重要。目前，企业MES系统依赖于手工记录和条码扫描来进行数据采集。然而，由于轮胎生产工序繁多且复杂，手工记录和传统条码扫描方式操作繁琐，容易出错，不利于企业精细化管理，当轮胎质量检测不合格时，很难快速追溯到故障原因，导致资源浪费。

二、RFID系统简介

基于轮胎企业RFID生产线管理（MES系统），主要由RFID标签、RFID读写器和应用系统三部分组成，RFID生产线管理系统利用射频信号以无线方式传输数据，通过RFID标签的唯一识别码，高效地识别、追踪和管理产品，并实现查询、结账、存货控制、统计等功能。

2.1 RFID标签

RFID电子标签的核心是带有存储芯片的标签，其中存储了待识别物体的身份代码和技术参数等信息，RFID电子标签可以安装在待识别物体的适当部位，相比于条形码，电子标签具有以下优势：

更大的信息存储空间，为未来的信息扩展提供可能性。

动态存储产品信息，可以自动提示工人物料的信息，提高生产效率。

经过二次封装，适应恶劣的工业环境，如震动、腐蚀和潮湿金属等。

在信息读写时，标签不一定要在天线的可视范围内，可以嵌入载体、工装和托盘中，使用非常方便。

2.2 RFID读写器

RFID读写器主要由超高频RFID读写主机、天线和连接线缆等组成，RFID天线安装在待识别物体通过的通道或必要的数据采集点上，超高频RFID读写器可以采集到待识别物体的身份代码信息，如产品型号、序号、生产时间以及其他需要记录的信息，在轮胎的生产过程中，RFID读写器的非接触识别和快速读写特点可以避免人工介入，减少错误，实现生产信息采集的自动化。

2.3 应用系统

应用系统是RFID生产管理框架中的重要组成部分，用于管理RFID超高频读写器、PC/PLC、服务器等的通信接口，它负责实现硬件设备的信息交互，并与企业内部的其他系统兼容。

通过引入RFID技术，轮胎企业可以实现以下管理：

自动化数据采集：RFID系统可以自动识别和采集轮胎生产信息，避免了手工记录和传统条码扫描方式的繁琐操作，提高了数据采集的准确性和效率。

故障追溯和质量管理：当轮胎质量检测不合格时，RFID系统可以快速追溯到故障原因，帮助企业及时采取措施，减少资源浪费。

精细化管理：RFID系统可以实现轮胎生产过程的实时监控和管理，帮助企业提高生产效率、降低成本，并优化供应链管理。

数据分析和决策支持：RFID系统可以收集大量的轮胎生产数据，通过数据分析和挖掘，为企业提供决策支持和业务优化的参考依据。

三、基于RFID技术的MES系统设计开发

3.1 原有轮胎企业MES系统

目前，轮胎企业应用较为成熟的MES系统主要包括“密炼车间管控网络系统”、“半成品和成型数字管控系统”以及“轮胎条码物流管理系统”，这些系统都是基于条形码技术实现数据采集的，覆盖了轮胎生产的各个环节，包括原材料仓库、炼胶车间、成型、硫化车间、质检工序、成品仓库管理以及轮胎销售和售后等业务环节。然而，由于条形码技术本身的缺陷，这些MES系统在实际轮胎生产过程中存在一些问题：

人工输入：在生产过程中，各个环节的信息都需要人工输入，容易出现错误，导致工作步骤无法正常衔接，影响生产效率。

数据不完整：当产品出现质量问题时，由于记录数据不完整，无法追溯到出现问题的工序和工位。

信息掌握不全：生产部门无法直接了解现场信息，导致轮胎半成品生产物料容易积压，影响企业生产和管理。

实时调整：管理人员无法直接了解生产线的生产状况，无法根据实际情况及时调整作业计划，解决生产中的问题。

3.2 RFID生产系统在轮胎工序生产线上的应用设计

轮胎生产线是一个封闭循环系统，RFID超高频读写器和超高频RFID工位机进行通信，每个工位PC都由后台集中控制管理，标签安装到轮胎生产物料的各种工装上，每个RFID工位读写器在工装安装到机位时进行读取，识别工装物料信息，并在RFID工位机上显示，操作人员可以清楚地识别。

以轮胎生产半成品—成型工序为例，介绍基于超高频RFID技术的生产线管理（MES系统）的现场应用设计。

目前，轮胎半成品一成型工序应用的工装分为工字轮、百叶车和推车三大类。以常用的三鼓成型机为例，一条轮胎成型过程中需要使用13种物料，在使用传统的条形码技术时，需要对每种物料的条形码进行扫描，操作繁琐且容易出错，而采用RFID技术后，操作人员只需将物料工装安装在相应工位上，系统会自动识别每种物料的信息，并将正确的物料信息记录到MES系统中，如果物料安装错误，系统会提示错误信息，避免了生产浪费。

RFID标签采用防金属技术，安装在工字轮辐上，读取天线安装在工位上方附近，对于百叶车等工装标签，可以安装在车下方，天线安装在地下，整个系统布置完成后，操作工在进行工装物料更换时，附近的天线会自动读取所更换的工装上的标签信息，并自动记录到MES系统中。

通过在轮胎生产的各个工序中安装RFID生产线管理系统，可以实现对轮胎生产各环节的生产质量追溯。

3.3 基于RFID技术的MES系统应用操作流程设计

1、RFID标签初始化

工人在交接班后，在工位机上输入即将生产的物料类型和所需原料。

工人领取原料后，通过带有RFID标签的工装在使用位置自动进行识别存储。

生产时，工人将带有RFID标签的工装安装到机位时，系统自动识别工装信息，并在超高频RFID工位机上显示，以便查看核实，完成电子标签初始化。

当工装物料生产完毕后，将生产信息写入，物料进行下一流转环节。

2、读写电子标签

待加工的工装物料安装在成型机工位时，MES系统通过RFID自动读取并显示当前物料的信息，避免上错物料，并将当前物料信息记录到成型工位机上，进行记录，完成追溯连接。

更换物料时，工人先在工位机上确认当前已使用的物料，然后进行下一物料的识别生产。

如果物料安装错误，系统会发出错误警报，工人可以清楚地知道哪种物料出现错误，并进行及时有效的更正。

3、提取电子标签信息

轮胎半成品物料统一放置在存放区，质检人员发现不合格时，从读写器中提取已写入信息，定位追溯到此物料生产工位，查找质量原因，及时进行更正。

通过对物料存放区中工装标签的识别统计，可以实时掌握当前物料信息，为后续安排计划和生产任务提供科学依据。

四、基于RFID技术的企业MES系统功能设计

4.1 系统特点

（1）企业MES系统的一个重要特点是将生产计划和工艺直接下达到工序和设备，与传统的ERP和MRPII系统相比，企业MES系统能够更加精细地指导设备加工，避免跨工序加工，从而减少工艺错误的发生。

（2）企业MES系统的数据采集具有实时性，能够及时进行计划考核，并实时监控生产进度，使企业能够及时调整生产计划，提高生产效率。

（3）企业MES系统能够实现各车间和职能科室之间的数据共享，使各部门能够了解相关工序的生产进度，便于生产协调。同时，通过企业MES系统，可以准确确认交货时间，实现批次管理。

（4）企业MES系统能够及时反馈工艺错误，并进行校正，及时修正工艺错误，缩短工艺纠正周期。

（5）企业MES系统能够减少手工操作和纸张传递，提高加工数据的有效性，便于质量追溯，提高生产质量。

（6）企业MES系统还可以通过智能看板完成质量信息采集和质量分析，帮助企业改进质量管理。

（7）企业MES系统还可以扩展物流管理功能，实现RFID批次号、条码和产品的管理。

4.2 系统包括如下功能设计

4.2.1 总体架构和系统模型的建设

企业MES系统的总体架构和系统模型需要进行深入分析，包括网络架构、工厂设备、通信路由、软硬件组合以及系统规模和性能等方面，通过确定监控系统软件与数据采集硬件设备之间的层次关系，划分各功能模块并确定模块之间的接口，完成总体架构的建设。在设计过程中，需要充分考虑系统的可集成性、可配置性、可适应性、可扩展性和可靠性。

4.2.2 软件平台的架构建设

企业MES系统的软件平台需要基于面向对象设计技术、分布式网络和先进的数据库及组态技术进行架构建设，该平台应适合即时、现场和远程监控，便于扩容和修改。同时，该平台应充分体现面向轮胎生产特点的系统应用集成，支持实时活动和综合管理知识的管控结合。

该软件平台的架构包括软件系统功能定位、平台选型和数据采集、数据存储、网络应用以及客户端查询浏览等组成，通过这样的架构，企业MES系统能够实现实时活动，基于现场管理规则和综合管理知识，进行管控和决策。

4.2.3 功能模块设计

（1）生产计划及生产管理：该模块负责生产计划的制定和管理，包括工艺指导、设备调度、生产进度监控等功能。通过该模块，可以实现生产计划的精细化管理和优化。

（2）现场数据采集：该模块负责实时采集现场数据，包括设备状态、生产数据、质量数据等。通过该模块，可以及时获取生产现场的信息，实现实时监控和数据分析。

（3）物料信息管理和跟踪查询：该模块负责物料的管理和跟踪查询，包括物料入库、出库、库存管理等功能，通过该模块，可以实现物料的追溯和管理。

（4）半成品信息管理和跟踪查询：该模块负责半成品的管理和跟踪查询，包括半成品的加工、入库、出库等功能。通过该模块，实现半成品的追溯和管理。

（5）产品生命周期档案：该模块负责产品生命周期的管理和档案记录，包括产品的设计、生产、销售等环节。通过该模块，实现产品的全生命周期管理和追溯。

（6）设备管理：该模块负责设备的管理和维护，包括设备的运行状态、维修记录、保养计划等功能，通过该模块，可以实现设备的有效管理和维护。

（7）产量监控分析：该模块负责对产量进行监控和分析，包括产量统计、异常报警、效率分析等功能，通过该模块，实现对产量的实时监控和分析。

（8）质量及绩效分析查询：该模块负责质量和绩效的分析和查询，包括质量指标分析、绩效评估、异常分析等功能，通过该模块，实现对质量和绩效的全面分析和评估。

4.3 工作流设计

企业MES系统的工作流设计是为了支持各种控制和沟通策略，并支持生产过程中的各种工作流程，通过工作流设计，实现制造生产和管理过程的自动驱动、记录、跟踪、分析和信息共享，同时，工作流设计还需要容易实现与其他应用系统的集成，形成一个信息流的顺畅通道。

通过工作流设计，企业MES系统可以实现生产过程中的各项工作流程的自动化管理，提高生产效率和质量。

五、RFID硬件设备选型

（1）工作的可靠性：选取具有较高可靠性的RFID硬件设备，能够稳定地工作并提供准确的数据。

（2）性价比：选择性价比较高的RFID硬件设备，能够在满足需求的同时，控制成本。

（3）识别距离：根据实际需求，选择具有适当识别距离的RFID硬件设备，能够满足企业的生产需求。

（4）工作频率：根据实际情况，选择合适的RFID工作频率，能够与其他设备和系统进行无缝集成。

（5）系统的可扩展性：选择具有良好可扩展性的RFID硬件设备，能够满足企业未来的发展需求。

（6）产品提供及维护的便携性：选择具有便携性的RFID硬件设备，能够方便地进行产品提供和维护。

（7）成功的应用案例：选择具有成功应用案例的RFID硬件设备，能够提供可靠的参考和支持。