CN103473669B - 基于rfid的混合装配生产线物料供应系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于RFID的混合生产线物料供应系统，该系统通过对生产线边的待装配在制品配备RFID标签，通过RFID读写设备实时读取生产线的装配信息，并通过中间件将信息传递到数据存储和应用模块，数据存储和应用模块监控RFID读写设备并根据实时的装配信息生成配送方案。利用该物料供应系统，本发明还提供了一个物料供应方法，通过确定物料的配送提前期、RFID读写设备的采集周期和中间件的数据取用中期，数据存储和应用模块生成生产线边待装配物料的需求量，并根据运输车辆生成配送方案。本发明实现了车间装配进度信息以及装配线状态信息的自动采集，提高了生产线边物料配送需求的响应能力、敏捷程度和配送效率。

Description

基于RFID的混合装配生产线物料供应系统和方法

技术领域

本发明涉及混合装配生产线物料的供应方法，尤其涉及一种基于RFID的混合装配生产线物料供应系统和方法。

背景技术

混合装配生产线是指在一条装配生产线上，同时生产出同一产品族多种不同型号的产品，产品的型号根据客户的个性化需求进行确定。混合装配生产线常指混合车型总装线，不同车型共线装配。然而随着装配生产规模的不断扩大，装配线旁的物料库存空间位置日益紧缺，不能存放太多的物料，只能根据装配线物料需求，进行小批量、多频次的经常性物料补充，才能保证混合装配生产线的快速高效运行。因而及时准确地供应物料到所需工位线边，是生产企业重点关心的问题。

目前，先进的制造企业大多采用以Kanban技术为基础的物料拉动系统，主要包括物料Andon按灯系统、人工巡线扫描空箱条形码、PPS（ProductionPullingSystem）生产拉动系统等不同的物流解决方案。

物料Andon按灯系统是在生产线装配工位旁安装物料呼叫请求按钮，设置线边物料安全库存区间，当物料数降低到安全库存后，装配操作工人按下物料呼叫按钮，车间物料存储区的电子屏上会显示出物料呼叫请求，送料工人通过车载终端获取待上线物料信息，将拣好的物料运输至相应工位。

人工巡线扫描空箱条形码是由车间物流人员定期去车间装配线巡视，采用手持条码枪读取线边的空料箱上的条形码，从而获取线边所需物料信息，拉动车间物料存储区的送料工人供应物料。

PPS生产拉动系统是通过在混装上线处的M01点设置条码扫描工位，获取混合装配生产线的装配队列信息，通过生产拉动系统自动运算产生均衡准确的物料拉动信息。具体的PPS物料拉动逻辑如图1所示，其中，M01点表示在混合转配线初始工位前设置的一个虚拟扫描工位，该位置处读取车身上的条形码标签，X₀表示零件装箱数，ST为产品的零件用量，延时Ti表示第i个工位到M01点的前置时间，X是计数器的初始值。

然而，目前采用的这些物料拉动解决方案仍然存在较多问题，不能很好地满足混合装配生产线快速高效、生产状态频繁变化等对物料供应及时准确的需求节奏，常会出现线边缺料或物料堆积的情况。如：物料Andon按灯系统、人工巡线扫描空箱条形码等物料拉动方式，过分依赖人工作业，成本较高，自动化程度较低，采集效率低下，敏捷程度不够，同时由于操作工人的主观因素容易引起少拉动、多拉动、误拉动、拉动不均衡等一系列问题，影响了物料供应的效率与准确性；而且实际装配过程中存在着工人自身原因、以及其他各种突发情况（如机器故障、零件质量问题等），导致装配生产不可避免存在着一定的波动性，各工段之间存在着柔性缓冲区，这样就会导致通过PPS物料拉动逻辑产生的物料拉动信息不可避免地存在误差。

因而混合装配生产线物料供应过程需要一种能自动获取生产现场的装配进度和物料消耗情况的信息采集手段，能满足线边物料实时需求的线边物料供应方式，从而增强混流装配线与车间内库的透明程度，改善线边物料供应的柔性与准确性，更好地满足混流装配快速高效、生产状态频繁变化的物料供应需求，实现基于RFID（RadioFrequencyIdentification）的混合装配生产线物料的精准化供应。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于RFID的混合装配生产线物料供应的方法和系统。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于RFID的混合装配生产线物料供应的系统和方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于RFID的混合装配生产线物料供应系统，其特征在于，对所述生产线上待装配在制品配备RFID标签，所述供应系统包括RFID读写设备、中间件以及数据存储和应用模块；

所述RFID读写设备安装于所述生产线上，用于采集待装配在制品的RFID标签信息；

所述中间件与所述RFID读写设备通过RS485或RS232接口连接，用于所述RFID读写设备和所述数据存储和应用模块之间的数据传输，以及所述RFID标签数据的读写；

所述数据存储和应用模块通过TCP/IP协议与所述中间件通信，用于监控所述RFID读写设备和所述中间件、获取所述中间件读取的所述RFID标签数据和进行数据存储、以及制定物料配送方案。

进一步地，所述RFID读写设备安装于所述生产线的每一个装配工位的入口处。

进一步地，所述RFID标签配备在待装配在制品的顶部或者前侧。

进一步地，所述RFID标签信息包括待装配在制品的型号信息。

本发明还提供了一种使用如前所述的基于RFID的混合装配生产线物料供应系统的物料供应方法，其特征在于，确定生产线边的待装配物料的配送提前期、所述RFID读写设备的采集周期以及所述中间件对所述RFID读写设备采集的数据的取用周期；

完成一次物料供应包括如下步骤：

步骤（103），按照所述取用周期，所述数据存储和应用模块监控所述中间件取用所述RFID读写设备采集到的各个装配工位处的状态信息，并更新待装配物料的所述生产线边物料库存余量信息；

步骤（104），所述数据存储和应用模块计算生产所述生产线边待装配物料的需求量；

步骤（105），所述数据存储和应用模块根据所述拣料单和运输车辆生成所述生产线边待装配物料的配送方案；

步骤（106），按所述配送方案进行配送，并在配送的装配工位处利用RFID读写设备更新配送后的物料的生产线边库存信息；

步骤（107），结束；

所述物料供应方法是按照所述一次物料供应的步骤不断循环的过程。

进一步地，所述配送提前期包括配料的时间、运输物料的时间和安全时间。

进一步地，所述RFID读写设备的所述采集周期为1/2个生产节拍。

进一步地，所述生产线边物料分为通用物料和JIT物料。

进一步地，所述通用物料采用整箱配送的运作，所述JIT物料采用定量准时配送的原则。

进一步地，所述配送方案包括所述生产线边物料的配送箱数、所述运输工具内物料箱的摆放方式和数量。

在本发明的一种基于RFID的混合装配生产线物料精准化供应方法的一个较佳实施例中，是将RFID技术应用于混合装配生产线生产过程的信息采集与进度监控中。通过将产品型号相关信息存储在RFID标签中，并悬挂或附着于待装配产品上；在每个装配工位入口处设置RFID读写设备，跟踪混装生产线上移过的每一个待装配产品，监控整条混装线的运行状态；将实时反馈的装配进度信息、装配线状态与工艺物料清单BOM（BillOfMaterial）、生产节拍信息集成起来，计算线边物料消耗情况，更新线边库存余量，生成线边物料需求；车间物料存储区结合主动服务理念，以工位为中心，及时、准确、主动地做好线边物料的精准供应，从而保障车间装配生产平稳有序进行。

RFID技术以及物料精准化供应方法的应用，使整个装配现场物料消耗和库存情况更加透明，使装配进度信息采集自动化，并能自动生成物料需求，指导车间物料存储区进行精准化的物料供应服务，从而取代传统人工巡线等方式，同时降低工人操作负担，尽可能地降低人力成本和人为误差。

本发明的物料供应系统和方法通过在待装配产品上附着存在产品型号信息的RFID标签，利用在混合装配生产线的各个装配工位入口处设置RFID读写设备对经过装配工位处的待装配产品进行数据读取，以实时获得相关产品型号及装配信息，并将其存储至数据库服务器中，从而实现车间装配进度信息以及装配线状态信息的自动采集，以解决目前车间信息采集依赖人工操作、不及时不准确等问题。

通过本发明的基于RFID的混合装配生产线物料精准化供应系统及其相应的物料精准化供应方法，将实施反馈装配进度信息、装配生产线状态信息、工艺物料清单BOM、和生产节拍等信息集成，准确预测生产线边物料需求，指导车间物料存储区进行精准的物料供应服务，更好地应对装配线生产状态频繁变化、生产计划零食变更等突发状况，提高生产线边物料配送需求的响应能力、敏捷程度和配送效率。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是PPS生产拉动系统的物料拉动逻辑图；

图2是本发明的基于RFID的混合装配生产线物料供应系统的物理模型；

图3是本发明的基于RFID混合装配生产线物料供应系统的总体架构；

图4是本发明的基于RFID的混合装配生产线物料供应方法的流程图；

图5是本发明的基于RFID混合装配生产线物料供应方法的线边物料配送提前期的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本发明的基于RFID的混合装配生产线物料供应系统是利用在待装配在制品上配备相对应的RFID标签，其中RFID标签安装于待装配在制品的顶部或者前侧；通过RFID读写设备、中间件以及数据存储和应用模块对生产线边物料进行处理，具体如图2所示。装配生产线上的各个装配工位处均安装有RFID读写设备，RFID读写设备通过配备在待装配在制品上的RFID标签，利用无线通信协议读取各个待装配在制品的相关信息，其相关信息包括待装配在制品的型号、所需物料的库存数量、生产线边物料的剩余数量。数据存储和应用模块利用TCP/IP协议通过中间件处理RFID数据处理，其核心功能为RFID数据的采集、RFID数据处理、线边物料需求的生产和线边物料配送任务的管理，此外还能够进行基础的数据管理、运行参数的设置和生产线边物料库存的查询等等，如图3所示。数据存储和应用模块对生产线各个工位处的RFID读写设备进行多点监控，接受RFID读写设备采集到的信息，并对海量数据信息进行过滤、分类等，转换成业务信息供其他应用系统使用。中间件与RFID读写设备之间采用RS485或RS232接口。

本发明的供应系统，实时接收生产现场生产进程信息、装配队列信息以及装配线状态信息，并与工艺BOM、生产节拍等信息进行集成，系统自动计算出装配线各工位当前需消耗的物料种类和数量，实时更新线边物料库存余量。并且系统可根据当前装配进度与装配线状态信息，准确预测装配线下一时刻的装配状态和进程，再根据线边库存余量和工艺BOM，以工位为中心，准确生成线边物料需求和物料供应计划。从而车间物料存储区可实时、准确地掌握装配线的生产状态和线边物料需求，提供精准化的物料供应服务。

进一步地，本发明的基于RFID的混合装配生产线物料供应方法是利用本发明的基于RFID混合装配生产线物料供应系统，通过RFID读写设备通过采样周期对相应的装配工位对待装配在制品进行信息采集，通过中间件由数据存储和应用模块对RFID进行监控待装配在制品上配备相对应的RFID标签，其中，RFID标签中存储着对应待装配在制品的型号相关信息；在每个装配工位处设置有RFID读写设备。本发明的物料供应方法是一个循环的过程，如图4所示，其完成一次物料的供应包括如下步骤：

步骤101，确定生产线边的待装配物料的配送提前期：配送提前期是从车间存储库接收到配送请求信息到物料运送到需求工位的时间。

物料的配送是指车间物料存储区在接收到生产线边物料配送请求信息后，由物流人员开始分拣、装卸，并在规定时间内见物料运输到需求工位的过程。待装配物料的配送提前期包括三部分：配料时间、上线时间和安全时间，如图5所示，LT=T_配料+T_上线+T_安全，其中

T_配料指配料时间，主要包括车间物料存储区接收到物料配送请求后的配料单信息转换打印时间t₁、物料拣选包装时间t₂和装车时间t₃，即T_配料=t₁+t₂+t₃；

T_上线指上线时间，包括车间物流人员将物料配送到相应的生产线边的运输时间t₄和卸货所需时间t₅，即T_上线=t₄+t₅；

T_安全是安全时间，指为应对生产波段或配送过程可能出现的延时误差以及物料质量问题等规划出来的预留时间。

步骤102，确定RFID读写设备的采集周期以及中间件对RFID读写设备采集的数据的取用周期：

为保证及时采集到装配线生产进度信息和动态情况，满足线边物料需求生成数据计算要求，RFID读写设备的数据采集周期一般选在一个生产节拍以内。

在本发明的一个较佳实施例中，设定RFID采集周期为1/2个生产节拍。

为降低数据处理难度、减少重复数据所带来的影响以及避免重复判断是否产生生产线边物料需求，本发明设置的用于计算生产线边物料需求生成的RFID数据的取用周期为T_a≈LT（LT为线边物料配送提前期）。假定车间装配线以一定的速度连续移动，生产节拍为t，则在一个线边物料配送提前期LT内，装配线移过的工位数：

其中表示向上取整，即不小于它的最小整数。

因此，中间件对生产线边物料配送RFID数据取用周期为

其中，步骤101和步骤102中的参数：配送提前期、采集周期和取用周期在第一次物料供应时做了确定，以后的供应循环过程中，将不再重复进行。

步骤103，存储和应用模块根据数据取用周期通过中间件读取到各个装配工位处的状态信息，依据这些信息更新待装配物料的生产线边物料库存余量信息：

提取各个装配工位处的待装配物料的信息：按照RFID数据采集周期，采集各个工位处所需的待装配物料的装配状态信息，装配状态信息包括待装配的物料的类型和数量；

中间件按照数据取用周期读取各个装配工位处RFID读写设备的采集数据；

更新待装配物料的生产线边物料库存余量信息：根据中间件读取的数据，提取的各个装配工位的状态信息，结合工艺物料清单BOM，获得对应装配工位处的新的所需的待装配物料的种类和数量，并自动扣除相应的待装配物料的生产线边的消耗数量，对生产线边的库存余量进行更新。

步骤104，数据存储和应用模块计算生成生产线边待装配物料的需求量：

待装配物料分为两种类型：通用物料和JIT物料。通用物料是指通用性较强的物料，即适用于不同类型和型号产品的待装配物料。如螺钉、螺母等。相对应地，JIT（JustInTime）物料是指一些通用性较差的物料，即只是针对某一种类型或型号的产品才使用的待装配物料。

a）对于通用物料

由于通用物料用于不同类型和型号的产品，需求量相应地就比较大，因此采用一次性进行大量配送，存放于生产线边，以满足较长时间周期内的物料需求，并且也节省了配送成本。

计算通用物料的配送数量和时间相关的参数如下：

i是指第i个装配工位；

j是指待装配的物料代号；

m是指数据取用周期编号；

k是指在制品的ID；

P_ijk是在制品k在第i个装配工位处消耗j物料的数量；

SS_j是指j物料的生产线边安全库存量；

X_j是j物料的单位包装数量；

L_ij是第i个装配工位处的j物料的生产线边的库存数量；

是指第m个数据采样周期初，第i个装配工位的一个配送提前期内所有n个工位的在制品在第i个装配工位处j物料的需求累加数，其中TS为这个n个工位的在制品的集合；

是指第m个数据取用周期，第i个装配工位的j物料的理论需求数量；

是第m个数据取用周期，车间物料存储区实际要向第i个装配工位配送的j物料的数量；

是第m个数据取用周期期间，车间物料存储区向第i个装配工位配送的j物料在途数量，理论上在新的数据取用周期开始时，上一个数据取用周期需要配送的物料应该已经成功上线，即此时在途数量为0；

是第m个数据取用周期期间，车间物料存储区已经配送到第i个装配工位的线边j物料的数量。

因而可得：

对于装配生产线的初始工位，往前倒推n个虚拟工位，即需在初始工位前设置n个虚拟工位，并对第i个装配工位的j物料需求数为：

那么， $N_{\mathrm{ij}}^{(m-1)}={\mathrm{IN}}_{\mathrm{ij}}^{(m-1)}+{\mathrm{SN}}_{\mathrm{ij}}^{(m-1)};$

因此，当时，车间物料存储区需向第i个装配工位配送j物料理论需求量为

$O_{\mathrm{ij}}^{\left(m\right)}=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{P}_{\mathrm{ijk}}.$

但是在实际配送中，考虑到通用物料的单位包装数量限制，为了降低物料分拣成本，提高实际应用操作的便利性，采取整箱配送的原则。因此，若第i个装配工位j物料配送需求数量不是单位包装数量X_j的整数倍的话，则需要按照满足第i个装配工位处j物料需求的单位包装数量最小整数倍进行配送，即实际配送数量其中表示向上取整，即不小于它的最小整数。

b）对于JIT物料

相对于通用物料，JIT物料采取定量准时配送的原则，每次配送一个提前期内的物料，不需考虑安全库存。那么对于第m个数据取用周期，第i个装配工位前第二个配送提前期内所有n个工位的在制品在第i个装配工位处所需的j物料数量那么实际配送数量

步骤105，根据生产线边待装配物料的实际需求数量，生成配送方案：

配送方法具体包括：

a）数据存储和应用模块根据生产线边待装配物料的实际需求数量计算出配送物料箱数：

本发明的物料箱采用同一的标准，因此，不同的物料对应同一标准的物料箱的单位包装数量是不同的。对于j物料，物料箱的单位包装数量X_j。

当j物料为通用物料时，第m个数据取用周期后，第i个装配工位处的j物料所需要的物料箱的数量为当j物料为JIT物料时，第i个装配工位处的j物料所需要的物料箱的数量为其中为向上取整。因此，在第m个数据取用周期后，车间物料存储区需要向第i工位处配送的生产线边物料箱总数为：

b）根据实际需求的物料的重量、物料箱的重量和容积以及运输车辆的容积和最高载重决定配送方案：

在本发明的较佳实施例中，运输物料箱所用的车辆是完全相同的,。在本发明的较佳实施例中，运输车辆的最大容积为l₁*w₁*h₁，最大载重为Q₁；并且选用的同一物料箱的容积为l₂*w₂*h₂，物料箱的重量为β；j物料的单位重量σ_j，因此，根据拣料单车间物料存储区向第i个装配工位实际配送的j物料的装载重量（含物料箱）为

因而在第m个数据取用周期后，车间物料存储区根据生产线边物料的需求，拣好物料后，将相邻工位所需的物料并批装载到运输车辆上进行配送，并且要满足每辆车辆所装载的所有物料箱总体积不超过其容积约束、重量不超过其载重量约束，以此计算出运输车辆可装载最多数量料箱的装车方案，并做好合理的线边物料配送安排。

首先，在对运输车辆装载物料箱时，根据物料的工位代号的大小进行排序，尽可能的将相邻工位的所需排在一起。当前一辆运输车辆放满最大数量的料箱后（总体积不超过其容积约束、重量不超过其载重量约束），再继续装载下一辆运输小车，直到所有待配送物料箱都装载完毕。

其次，根据运输车辆的容积和物料箱的容积确定物料箱的摆放方式和物料箱的理论最大装载数量：运输车辆装载的物料箱数的理论最大值为

如果α的结果为

那么运输小车内，物料箱的摆放方式为物料箱长度方向平行于运输车辆长度方向；如果α的结果为那么运输车辆内物料箱的摆放方式为物料箱长度方向平行于运输车辆的宽度方向。

最后，根据运输车辆的最高载重Q₁的限制，确定每辆运输车辆所装载的物料箱的实际数量：具体的物料箱摆放数量由运输车辆的最大载重Q₁和物料箱的重量决定，如果α个物料箱的重量小于运输车辆的最大载重Q₁，那么α就是此次运输车辆实际装载的最大物料箱数；如果α个物料箱的重量大于运输小车的最大载重Q₁，则减少该运输车辆装载的物料箱数，直至装载的物料箱的总重量不超过运输小车的最大载重Q₁，减少的物料箱装载入下一辆运输车辆。

步骤106，按配送方案进行配送，并在配送的装配工位处利用RFID读写设备更新待装配物料的库存信息：

按照配送方案进行配送，当装载物料箱的运输车辆到达相应工位时，配送人员将装有相应物料的物料箱从运输车辆中拉出，并装载到线边物料的料架上，同时将料架中已用完的空料箱取出，挂靠在运输车辆上并运回车间物料存储区。同时，利用RFID读写设备更新配送后的物料的生产线边库存信息。

步骤107，结束。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于RFID的混合装配生产线物料供应方法，其特征在于，确定生产线边的待装配物料的配送提前期、所述RFID读写设备的采集周期以及中间件对所述RFID读写设备采集的数据的取用周期；

所述物料供应方法完成一次物料供应包括如下步骤：

步骤(103)，按照所述取用周期，所述数据存储和应用模块监控所述中间件取用所述RFID读写设备采集到的各个装配工位处的状态信息，并更新待装配物料的所述生产线边物料库存余量信息；

步骤(104)，所述数据存储和应用模块计算生成所述生产线边待装配物料的需求量；

步骤(105)，所述数据存储和应用模块根据拣料单和运输车辆生成所述生产线边待装配物料的配送方案；

步骤(106)，按所述配送方案进行配送，并在配送的装配工位处利用RFID读写设备更新配送后的物料的生产线边库存信息；

步骤(107)，结束；

所述物料供应方法是按照所述一次物料供应的步骤不断循环的过程。

2.如权利要求1所述的一种基于RFID的混合装配生产线物料供应方法，其中，所述配送提前期包括配料的时间、运输物料的时间和安全时间。

3.如权利要求1所述的一种基于RFID的混合装配生产线物料供应方法，其中，所述RFID读写设备的所述采集周期为1/2个生产节拍。

4.如权利要求1所述的一种基于RFID的混合装配生产线物料供应方法，其中，所述生产线边物料分为通用物料和JIT物料。

5.如权利要求4所述的一种基于RFID的混合装配生产线物料供应方法，其中，所述通用物料采用整箱配送的运作，所述JIT物料采用定量准时配送的原则。

6.如权利要求1所述的一种基于RFID的混合装配生产线物料供应方法，其中，所述配送方案包括所述生产线边物料的配送箱数、所述运输工具内物料箱的摆放方式和数量。