1、1基于 RFID 的制造执行系统物流信息平台优化模型研究摘要物流信息系统是增强企业核心竞争优势的一个非常重要的环节。本文在分析制造执行系统物流数据采集的需求与选择的基础上，开发基于 RFID 的制造执行系统数据采集的一体化信息管理关键技术，重点探讨了基于 RFID 的制造执行系统数据采集的一体化信息平台优化模型。结果表明，信息管理的关键技术和信息平台的优化模型能够较好地解决企业的工业化与信息化融合，为进一步解决现代物流系统问题提供了有益的方法和方向。 关键词RFID；制造执行系统；物流信息平台；关键技术；优化模型 中图分类号F127文献标识码A文章编号1008-0821（2013）08-001
2、7-07 现代物流系统横跨了生产、流通和消费三大领域，呈现出时间和空间跨度都很大的特点，从而导致了对信息的依赖性。正确的物流决策需要资金、履约期和物流流量等方面的数据，也需要了解系统运行的状态。在物流运作中，物流的效率取决于物流信息沟通的效率1。只有通过物流信息系统，才可以同时完成对物流的确认、跟踪和控制，它不仅使企业自身的决策快、反应灵、对市场的应变能力强，而且会增加与客户的联系沟通，能最大可能地满足客户的需要，为客户创造更多的价值，因2而易锁定原有的客户，吸引潜在的客户，从而大大增强企业的竞争优势2。如何对企业制造执行系统运行所需要的数据进行组织、传输和处理，开发基于 RFID 的制造执行
3、系统数据采集的一体化信息管理关键技术，构建科学决策的信息平台优化模型就是本文将探讨的重点。 1 制造执行系统物流数据采集的需求与选择 1.1 制造执行系统物流数据采集的需求分析 物流数据的采集就是按给定的数据加工要求，在物流过程中收集数据的过程。采集的数据包含了数据的物理内容、数据的形式及数据采集的时间和地点。物流数据一般采用编码，通过物质型的数据载体将编码附着在货物上，根据数据读出的物理原理，数据载体可以是机械式的、磁力式的、光学式的和电子式的。根据自动化程度的不同，物流数据采集的方式可分为人工采集方式、半自动采集方式和自动采集方式。 1.1.1 不同数据采集的方式比较 1.1.2 数据采集
4、方法的需求分析 物流数据的采集有多种方法和多种设备，为了完成相应的物流任务，首先应对数据采集的需求进行分析，选出合适的数据采集方式，然后再选择合适的识读设备。 （1）照度。人工识别和采用光学识别设备进行识别时，数据载体和货物的可辨性取决于编码处的照度。根据人的视觉要求，该照度不能小于 200 勒克斯（lx） ，设计的推荐值可取为 500lx。如果环境照度很大，强烈的环境光也会干扰识别编码的光信号，所以在数据采集点还应设置明亮的识别光源，或选择其他方法降低对环境的要求。 3（2）温度。过高或过低的温度都可使编码写入装置、读出装置和数据载体的损坏。 （3）人机环境。采用人工采集和半自动采集方式时，
5、环境噪声不能大于 85dB；数据采集的工作强度也不能太高，否则会使操作人员的注意力过度集中，很快疲劳从而发生错误。 （4）识别距离和差错率。每种识别技术都有不同的应用范围，在选择识别方法时，特别要注意识别距离，在选择设备时要注意许用的差错率。 （5）识别响应时间。识别响应时间的大小会影响到物流系统的通过率和所需要的人力资源。自动采集方式和半自动的采集方式的识读响应时间一般都不会超过 10s，明显高于人工识别方式，但投资较大。 （6）数据的类型。不同的采集方式针对不同的数据类型。语言型和文字型的数据一般只能通过人工方式采集；如果信息的篇幅越大，则通过人工识别的时间越长，产生错误的可能性也越大。
6、1.1.3 数据采集设备的需求分析 数据采集设备的需求分析包含：自动识别，采集设备能独立地识读和解码不同的条码；对操作人员的保护，采集设备发出激光的强度应不会对人体器官造成伤害；应用范围，许用识读距离的误差；方向性；分辨率；识读宽度。 1.2 制造执行系统物流数据采集的选择分析 数据采集系统选择可按图 1 所示的步骤进行。出发点是由物流过程组织所确定数据采集任务，如采集数据的种类、数量和采集点。第一步4将自动采集方式作为首选方式，其确定原则可见前述的自动采集方式的实现条件，然后考虑不同系统的费用，提出可能的数据采集的实现方式。第二步就给出的采集方式，分析数据采集的需求，进一步缩小选择范围。在此
7、基础上进行粗略的经济分析，比较投资的费用和运营费用，选出合适的采集方法。 注：虚线表示一种可能的选择图 1 数据采集系统的选择 投资的费用主要包括如下几个方面：数据采集设备的采购费用和安装费用；数据载体的采购费用和安装费用；数据传输设备的采购费用和安装费用；数据采集设备的培训费用；由于新系统使用，造成困难所产生的前期费用。该项费用与现有的组织结构和引进的数据采集方法密切相关。 企业的运营费用主要包括：数据采集所需要的人力费用；数据载体的耗材费用；数据采集系统的维护费用；由于货物错读、错入库和错存所造成的费用。 然后通过市场调查，了解所需要的数据采集设备的技术水平和价格，再通过比较设备的采购价格
8、和人力需求，选择合适的数据采集设备。 2 基于 RFID 的制造执行系统数据采集的一体化信息管理关键技术关键的技术能够推动制造执行系统数据采集的一体化信息管理并保证其运作。这些技术包括数据扫描、数据储存和数据采集，加深了对客户要求的理解。由于允许预测数据在供应链中逆向传递，越来越多的用户在交易前先使各个供应链伙伴的贸易数据同步3。企业制造执行系统为了实现高效率的一体化信息管理原动力，还需要以下一些能力：有效的信息5共享；自动化的订单生成；条形码和其他扫描技术的应用。此外，在供应链的不同阶段共享和交流数据取决于“什么能够提供最大化的整体利益” 。这些数据包括：需求/消费/销售信息；现金流；成品库
9、存/在制品库存；交货和产出状况。 2.1 基于 RFID 的制造执行系统数据采集的无线视频识别装置无线射频识别（radio frequency identification，RFID）是一种跟踪技术，并且在全球范围内广泛应用。无线射频识别装置通常被称为标签，它可以被贴到商品上并且告诉阅读器它所粘贴商品的性质和地点4。图 2 显示了阅读器将这些信息（什么商品、在什么地方）传递给管理系统的过程。该系统能够生成一幅产品所处位置的详尽信息图。图 2 基于 RFID 的制造执行系统数据采集的无线射频识别系统 主动标签有动力源，而被动标签没有。主动标签使用电池，生命周期有限且成本较高。天线（antenna
10、）是一种使用无线电波对标签读取或写入数据的装置。阅读器（reader）管理着天线与管理系统之间的界面。RFID 技术相对于条形码技术而言有一个巨大的优势，即标签不必位于阅读器的直接可视范围内。无线电波可以穿透很多种材料，因此阅读器可以在远处就识别到标签。管理系统从标签处收集数据并进行分类，以达到管理信息和行动的目的。 标签上携带的关键信息是电子产品代码（electronic product code，EPC，由自动识别中心开发的一套标准） 。每个标签都有一个特殊的“号码牌” 。这个特殊的号码可以与产品信息相联系，对应着产品是何时何地生产的、它的组件来源以及货架寿命等细节信息5。有些标签会6在号
11、码牌上存放这些附加信息，然而大多数标签只存放电子产品代码（EPC） ，附加信息则通过远程传输存储到与管理系统相连的数据库中。 阅读器表明是什么产品以及它在供应链中的位置。管理系统根据这些信息显示出存货地点现在还有多少产品。这些被转换成动态数据后，表示消费率、某一给定时间点的库存数据以及接下来需要做什么，这些数据将有助于供应链计划与控制的改变。 2.1.1 基于 UHF RFID 物流标签的通用芯片 基于 UHF RFID 物流标签的通用芯片涉及一种超高频率（UHF）射频识别（RFID）物流标签的通用芯片，特别涉及一种工作于 860MHz-960MHz范围内的超高频率（UHF）射频识别（RFID
12、）系统。所述物流标签的通用芯片包括物流标签衬底、附属到所述物流标签衬底上并且具有多个用来连接通用芯片内形成的电路与外部电路的焊块的通用芯片，以及至少一个在纵向伸展并且响应从外界传来的超高频率电磁场的 UHF RFID 物流标签的圆极化天线，基于 UHF RFID 物流标签的通用芯片符合 EPC C1G2（ISO 18000-6C）标准。 2.1.2 基于 UHF RFID 物流标签的圆极化天线 基于 UHF RFID 物流标签的圆极化天线涉及一种超高频率（UHF）射频识别（RFID）物流标签的圆极化天线，特别涉及一种工作于 900MHz-930MHz 范围内的超高频率（UHF）射频识别（RFI
13、D）系统。所述物流标签的圆极化天线包括具有调谐与支撑作用的介质基板，以及设在所述介质基板上表面的圆极化天线图案。基于 UHF RFID 物流标签的圆极化天线至少一端与外部电路焊块的通用芯片连接并且圆极化天线的一部分固定到7所述物流标签衬底上。因为所述 UHF RFID 物流标签使用多根短的 UHF RFID 圆极化天线来代替线极化天线，对于线极化的标签，在圆极化天线的辐射范围内，标签可以正对天线的平面上任意转动也不会影响阅读。对于圆极化天线，线极化的标签由于极化匹配会损失一般的接收功率，因而会使阅读距离降低。所以由于小的体积可以按照需要尽可能多地集成标签，并且可以快速且容易地实施将天线结合到芯
14、片上的过程。 UHF RFID 物流标签是由 ABS 外壳材料的圆极化天线构成，天线的方向图由天线的结构决定，一旦天线结构取定，方向图也就确定。天线的增益跟半波功率波束宽度是互相制约，增益越大，波束宽度就越小，反之亦然。基于 UHF RFID 物流标签的圆极化天线在工作频段内具有良好的驻波比，表明天线具有良好的工作性能。 2.2 基于 RFID 的制造执行系统数据采集的物流标签的应用（1）在整个配送渠道中跟踪产品（“资产跟踪” ） ，从而以供应链中库存单位（SKU）的形式提供不间断的有关数量和位置的信息； （2）跟踪产品从商店后台操作直到货架的全过程； （3）智能货架，商店中被盗商品会自动显示
15、并鸣响报警信号； （4）无须收银员就能登记销售情况。未来状态是消费者将他们的手推车推过阅读器，就能自动读取手推车内每件产品的电子产品代码（EPC） ，然后将信用卡支付的账单给顾客列出，而不需要零售人员参与。基于 RFID 的制造执行系统数据采集中：基于 UHF RFID 物流标签的通用芯片、基于 UHF RFID 物流标签的圆极化天线的开发应用，有着以下8的创新优势：采用的是感应式数据采集，操作简单，便捷。UHF RFID 物流标签无需布线，安装简易，编码设置以及巡检点的增减也都简单方便。UHF RFID 物流标签具有惟一的 ID 码，经久耐用，信息不可窜改或复制。UHF RFID 物流标签进
16、行智能跟踪管理，以做到及时防控，追根溯源，药品损失降低到最低点。信息化管理，透明化，及时化，各层管理者都可通过网络简单管理，快捷地查询到各种生产信息。制造商获得的收益包括：了解何时产品在商店内却没有摆放到货架上（这是一种制造商无法控制的丧失销售机会的原因之一） ，商品被盗的几率下降。零售商获得的收益包括：能够跟踪产品在渠道中的流动并与交货时间表相对照，能够实现结账作业自动化，能够获得更多有关购买模式的客户信息6。从技术方面来说，可以跟踪产品到达客户甚至进入其家里的所有路径。 “瓶颈”是系统在高峰时刻，其负荷能力达到 95%以上的节点、连接元素和运输元素，或其排队长度严重地影响了前置节点、绩效的节点、连接元素和运输元素。 “瓶颈”的出现限制了系统的绩效和通过能力。 “瓶颈”的消除有如下几种可能：
