1 引言
在我国已实现数字化管理的企业中，超过50%通过使用条码作为产品的唯一标记，通过条码识别方式追踪该产品的生命周期。但条码识别方式因其本身存在缺陷[1]，常常为企业管理人员带来一系列问题难以解决：
（1）条码无法实现实时监控，生产进度将难以掌握，平衡生产线、实时解决生产瓶颈无法实现。
（2）使用条码作为工人计件工资的证据，每个工序需额外消耗动作时间，企业合计每天损失大量工时。
（3）条码一般是纸制品，通过条码打印机打印出来。一旦印刷不清晰、有折叠痕迹、甚至出现破损等问题时，条码枪便很难识别。统计人员经常会为遇到不能识别的条码头痛。
（4）企业上一套系统为的是规范管理、降低成本，使用了条码，反而因条码本身缺陷问题增加了企业的负担。
2 MES系统设计
2.1 MES系统设计目标
（1）基于RFID技术，让MES实现生产流水线的每个工序的生产状况以及在生产过程中的数据操作的准确化和系统化，建立产品生产控制跟踪，实现从原材料到半成品到产品的可监控可追溯，提升现场管理水平，提高成品一次下线合格率和生产效率，促进生产组织管理精细化，提高产品制造质量，降低制造资源消耗[2]。
（2）针对企业现场实际考虑，设计引入ZigBee(IEEE 802.15.4)工业级无线通讯技术作为实时数据传输的基础。无线通讯结合RFID，提供高速获取原始刷卡数据，简易的数据接入办法，可帮助企业实时获得生产线信息以及工人效能，让客户随时随地了解订单生产进度、员工表现、工位状态、在制品数量等各方面的综合信息，快速找到并解决生产减速环节、平衡各个生产线。
（3）实时数据采集还应该具有品质改善、及时预警、效率分析、生产透明、精确追溯、实时防错等功能。
2.2 系统总体业务流程
图1所示为基于RFID的MES系统总体业务流程图。
（1）计划层（ERP）主要包括产品需求提出、生产计划生成、生产计划下达、生产计划协调，主要完成的是工厂管理层一级的计划性管理。
（2）通过TCP/IP通信连接技术，经过企业连接器，将生产信息传输至MES层，再经过生产调整、订单下达、订单协调，经过工厂网络传输至车间执行层。
（3）车间执行层通过对订单的执行、生产控制、生产监控，生成生产数据，通过TCP/IP网络再将数据传输至MES层。
（4）MES层通过对生产数据的采集，同时具有设备管理、过程质量控制、监控信息发布、生产管理、生产报表生成等一系列管理功能。
（5）MES层最后将整理的信息上传至计划层，通过ERP系统进行生产实绩，并进行存储。
图1 MES系统业务流程图
2.3 RFID及其硬件部署
图2所示为MES系统的结构图。在生产线的每一个工位上安装部署一台无线的实时数据采集终端。在每一个生产组的中部位置安装一台控制器，通过无线方式接收所管辖组的工位机数据。RFID实时数据采集终端与控制器之间系统采用无线通讯方式，控制器与计算机之间通过RS232连接。
图2 MES系统结构图
在生产线的半成品上安装RFID标签，为物料、员工都使用RFID卡绑定。当生产线工人完成半成品加工后，通过RFID读写器读取生产线上的半成品信息，实现生产过程的各个流程环节中一物一码、一人一码管理[3]。每个员工上线、离线，每个生产工序完成都使用感应读卡方式，数据通过无线方式实时回传给管理系统，做到全程的实时跟踪与监控，并为管理层提供实时精确的报表分析，管理层可以实时了解一线生产动态，发现生产瓶颈，优化工序从而缩短生产周期。
2.4 RFID硬件选型
MES适合配搭无线、实时、高速、易开发的固定式无线数据采集终端作为生产线上实时获取数据的利器。固定式无线数据采集终端特别适合用于制造业流水线、生产现场及企业仓库的管理，也可应用于其他如销售管理系统、产品防伪防串货、RFID识别、业内各种实时数据库系统等所有需要实时获取数据的场合。
RFID识别具有以下的技术优点：
（1）采用ZigBee网络的基础是IEEE 802.15.4，技术成熟、成本低廉；
（2）使用国际ISM开放频段，不需要申请无线频道；
（3）通讯速度快，无线工位机实际信号在空气中传输速度实际为115.2Kbps，足够满足实时生产线对速度要求；
（4）采用ZigBee无线网络通讯的最大可划分为250个设备组，每组允许最多设备数量70台，共可容纳17500台设备；
（5）二次开发极其简单便捷、可根据行业应用定制设备外观，适用所有需实时获取数据场合。
生产车间因在密度较高，需要铺设密集联网线路，通常是每车间铺设几百条电缆，一个工厂要铺设几百到几千个信息点。而且通常生产车间建设初期信息化建设考虑不足，未能预留网络管线，只能考虑打墙、挖地、明管安装等方式重新敷设管线，线路铺设成本高、施工周期长，而且线路太多，影响车间美观。后期因线路故障而导致的维护工作量大、查找故障点效率低。RFID生产管理系统建设正因受通讯方式的限制，给设备的安装普及带来了极大的限制[4]。
ZigBee网络是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术（相对于Wi-Fi而言，但比RS485网络通讯速率快10倍），是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术方案。它依据IEEE 802.15.4标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。因此，引入ZigBee无线通讯技术到RFID生产管理系统上，其应用前景相当广阔。
3 结束语
RFID可提供不断更新的实时数据流。与制造执行系统互补，RFID提供的信息可用来保证正确使用劳动力、机器、工具和部件，从而实现无纸化生产和减少停机时间。更进一步地，当材料、零部件和装配件通过生产线时，可以实时进行控制、修改甚至重组生产过程，以保证可靠性和高质量。
有了实时数据流作为基础，MES可对这些大量的数据进行挖掘，找出关键数据，对生产进度、生产过程进行实时的有效的监管，即时找出生产瓶颈、解决生产问题，部署更高层次的质量控制和各种在线测量，提高产品质量，增强生产力。
RFID可提供不断更新的实时数据流。与制造执行系统互补，RFID提供的信息可用来保证正确使用劳动力、机器、工具和部件，从而实现无纸化生产和减少停机时间。更进一步地，当材料、零部件和装配件通过生产线时，可以实时进行控制、修改甚至重组生产过程，以保证可靠性和高质量。
基于RFID技术的MES系统可提供为优化从订单投入到产品完成的生产活动所需的信息。RFID运用实时、准确的信息，指导、启动、响应并记录生产过程，从而让管理人员能够对生产线条件的变化做出迅速的响应、减少非增值活动、提高工厂运作过程的效率。RFID的应用，让MES可以改善设备投资回报率，有助于及时交货、加快库存周转、提高收益和现金流的绩效。RFID在企业和供应链间，以双向交互的形式提供生产活动的基础信息。