黎法明，李新星，李澤釗

（1.廣東交通職業(yè)技術學院，廣東 廣州 510800；2.中華人民共和國江門海事局，廣東 江門 529040）

港口信息執(zhí)行系統(tǒng)（PPMES，Port Management Execution System）源于制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES，Manufacturing Execution System），是美國MESA于上世紀90年代提出的面向車間的信息管理系統(tǒng)，是連接計劃層和現(xiàn)場控制層之間紐帶，通過提供從訂單到產(chǎn)品完成整個制造過程的信息，來優(yōu)化企業(yè)管理，協(xié)助企業(yè)建立一體化和實時化的管理信息體系。因此實時數(shù)據(jù)傳輸與共享，是MES保證企業(yè)執(zhí)行生產(chǎn)的關鍵技術，而無線射頻技術（RFID，Radio Frequency Identification Devices）是一種非接觸式的數(shù)據(jù)采集自動識別技術，目前應用于零售業(yè)產(chǎn)品標簽、交通中的車輛運行管理以及倉儲物流業(yè)等。隨著制造業(yè)信息化發(fā)展，RFID對制造業(yè)來說是極有潛力的技術，與現(xiàn)有MES集成，不僅為生產(chǎn)提供實時信息，而且也為產(chǎn)品全生命周期管理（PLM，Product Lifecycle Management）提供一個移動數(shù)據(jù)庫。

1 MES生產(chǎn)信息系統(tǒng)簡述

MES作為生產(chǎn)信息系統(tǒng)，也就是收集生產(chǎn)過程中大量的實時數(shù)據(jù)，并對實時事件分析及時處理，同時又與計劃層和生產(chǎn)控制層保持雙向通信，從上下兩層接收相應數(shù)據(jù)并反饋處理結果和生產(chǎn)指令。確切地說，MES是一系列功能的集成，連接著計劃與控制系統(tǒng)，設計理念與生產(chǎn)執(zhí)行，交易能力與生產(chǎn)機制，客戶與供需等。一方面關注生產(chǎn)過程中的即時生產(chǎn)與實時掌握在制品的產(chǎn)量與品質狀況，另一方面采集和分析數(shù)據(jù)實時掌握設備運行狀況和在線物料，記錄生產(chǎn)經(jīng)過的工序、設備、所用物料和經(jīng)手人員。主要功能包括資源分配及狀態(tài)管理、工序生產(chǎn)計劃與調度、文檔控制、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、人力資源管理、品質管理、過程管理、維護管理、產(chǎn)品跟蹤以及性能分析。

2 數(shù)據(jù)采集

MES中的數(shù)據(jù)采集功能，是負責采集生產(chǎn)現(xiàn)場中的各種必要的實時更新的數(shù)據(jù)信息，并為其他MES功能的數(shù)據(jù)管理提供數(shù)源。數(shù)據(jù)類型按管理方式分為：工序資源數(shù)據(jù)，人力資源數(shù)據(jù)，產(chǎn)品質量數(shù)據(jù)。如表1所列。

表1 MES數(shù)據(jù)采集類型

由表1中看出，大部分采集的數(shù)據(jù)都與工序資源相關，各種數(shù)據(jù)之間都或多或少有著關聯(lián)，例如設備運行狀態(tài)為運行、準備、停機還是空閑；運行過程中，程序啟動時間、程序停止時間、程序名稱等；準備狀態(tài)時，是調試、檢驗、還是準備工裝等；停機狀態(tài)時，應能夠報告停機原因是設備故障還是設備維護等。

按行業(yè)不同，數(shù)據(jù)采集方法不盡相同，港口物流行業(yè)生產(chǎn)自動化的程度還不是很高，主要用條形碼或者其他傳感器，甚至人工錄入，來對生產(chǎn)的數(shù)據(jù)進行采集；連續(xù)制造行業(yè)生產(chǎn)自動化的程度相對比較高，數(shù)據(jù)采集主要就是通過部署各種現(xiàn)場總線來進行采集。

3 RFID技術的融入

3.1 RFID系統(tǒng)

RFID系統(tǒng)由耦合元件及芯片組成具有唯一電子編碼的標簽、讀取/寫入標簽信息的移動/固定式閱讀器以及在標簽和閱讀器間傳遞射頻信號的天線，這3部分組成。電子標簽附著在待識別物體的表面，電子標簽中保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)，標簽進入磁場后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量，發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息（Passive Tag，被動標簽），或者主動發(fā)送某一頻率的信號（Active Tag，主動標簽），將記錄從價格到生產(chǎn)流程等在內大量信息的芯片貼在產(chǎn)品表面，通過讀取器來讀取和更新信息，并解碼后，送至計算機信息系統(tǒng)進行有關數(shù)據(jù)處理[2]。

RFID技術利用無線射頻方式，在閱讀器和射頻卡之間進行非接觸雙向數(shù)據(jù)傳輸，以達到目標識別和數(shù)據(jù)交換的目的。與傳統(tǒng)的條碼相比，RFID電子標簽具有非接觸、可讀寫、速度快、信息量大、不受環(huán)境影響和壽命長等優(yōu)點，能同時處理多張卡片，這些優(yōu)點使RFID技術更適合于作業(yè)環(huán)境不確定的港口碼頭。

3.2 RFID數(shù)據(jù)采集在MES中應用

港口信息管理系統(tǒng)，是依靠信息管理的一個精確的執(zhí)行過程，這必然要求對計劃和執(zhí)行進行精確的比對，數(shù)據(jù)都要準確記錄，這需要過程中更多的進行數(shù)據(jù)采集自動識別，保證計劃和執(zhí)行相符合，并針對不符合的及時采取措施調整。因此RFID技術作為一種數(shù)據(jù)采集與管理的手段，正從供應鏈進入制造過程的核心，通過在貨場庫房層逐步采用RFID技術，可以無縫且不間斷地集成從RFID捕獲的信息，并鏈接到現(xiàn)有的控制系統(tǒng)基礎結構，與配置RFID功能的供應鏈協(xié)調，向港口管理系統(tǒng)可以發(fā)送準確、可靠的實時信息流，從而創(chuàng)造附加值，提高生產(chǎn)率和大幅度地節(jié)省投資。

4 RFID與MES集成

4.1 RFID中間件

為了解決多種硬件系統(tǒng)平臺和各種系統(tǒng)軟件分布異構問題，而產(chǎn)生的中間件技術，它是位于不同操作系統(tǒng)平臺和具體應用之間的通用服務，這些服務具有標準的程序接口和協(xié)議。RFID中間件是一種面向消息的中間件，信息是以消息的形式在程序之間傳輸，其功能不僅是傳遞信息，還必須包括解譯數(shù)據(jù)、安全性、數(shù)據(jù)廣播、錯誤恢復、定位網(wǎng)絡資源、消息與要求的優(yōu)先次序以及延伸的除錯工具等服務。

4.2 RFID與MES集成方法

RFID中間件由數(shù)據(jù)采集和后臺數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡應用系統(tǒng)組成，歷經(jīng)三個階段（如圖1）。

RFID數(shù)據(jù)采集，完成RFID數(shù)據(jù)從RFID硬件設備的采集、過濾和合并；RFID數(shù)據(jù)管理，完成RFID數(shù)據(jù)的存儲、維護、訪問和聚合[3]。

最初的RFID中間件，是以應用程序編寫來整合、串接RFID讀寫器為目的，適用于采集點不多，同一規(guī)格讀寫器的情況，但效率較低，維護費用高；隨著企業(yè)應用系統(tǒng)的復雜度增高，數(shù)據(jù)庫軟件改變或讀寫器種類增加，企業(yè)無法負荷為每個應用軟件編寫適配器，同時存在著面向對象標準化等問題，因此產(chǎn)生RFID架構中間件；

第三個中間件階段，是各廠商針對不同行業(yè)領域提出具體解決方案，比如SUN公司的Sun Java系統(tǒng)RFID軟件包括針對倉儲管理、資產(chǎn)追蹤、藥品鑒定等具體行業(yè)應用的解決方案[4]。

對于目前RFID架構中間件集成方法，從應用層面上理解包括邊緣層、企業(yè)層、應用層；從物理結構來分為5層，分別是硬件層、采集數(shù)據(jù)層、工作流管理層、服務層、遺留系統(tǒng)層。

從功能層面上，核心模塊包括RFID邊緣服務器和RFID企業(yè)服務器[5]。邊緣服務器直接與各種終端設備相連，用于控制RFID讀寫設備按照預定的方式工作，保證不同的設備之間能很好地配合協(xié)調，還能按照一定的規(guī)則過濾數(shù)據(jù)，篩除大部分冗余數(shù)據(jù)，將真正有效的數(shù)據(jù)，傳送給后臺的信息系統(tǒng)；

企業(yè)服務器則集中管理所有的邊緣服務器，處理各種RFID事件和信息交換，實時工作流管理，與各種現(xiàn)有應用系統(tǒng)進行很好的集成，用戶可以圍繞這些數(shù)據(jù)進行業(yè)務流程的創(chuàng)新和新的應用。

4.3 RFID與MES集成數(shù)據(jù)流

RFID標簽內置編碼是數(shù)據(jù)的載體，EPCglobal對標簽類別按是否可讀寫[6]，可讀寫次數(shù)等特點分為0～5類，例如0級標簽編碼是由4段96位組成，分別代表信息的構成、制造商、產(chǎn)品類和產(chǎn)品名。這些存儲在RFID中的編碼，由讀寫器120次/s和400次/s次進行輪詢讀取數(shù)據(jù)，經(jīng)RS422/RS232接口連接到現(xiàn)場總線，標簽URI（統(tǒng)一資源標識）數(shù)據(jù)由ALE（應用層事件管理）去除冗余數(shù)據(jù)，被過濾的標簽數(shù)據(jù)經(jīng)ONS（對象名解析服務）把標簽數(shù)據(jù)中字節(jié)轉化為對象數(shù)據(jù)URL（統(tǒng)一資源定位）。

PML（物理實體語言）是一種用于描述物理對象，過程和環(huán)境的通用語言，其主要目的是提供通用的標準化詞匯表，來描繪和分配Auto-ID激活的實體的相關信息。EPCIS（電子標簽信息服務）是一種內部數(shù)據(jù)交換標準，定義了基于安全WEB服務的數(shù)據(jù)交換機制，所有電子標簽內部數(shù)據(jù)交換和事件信息（如圖1）。

圖1 RFID與MES集成數(shù)據(jù)流

5 結束語

（1）RFID可提供不斷更新的實時數(shù)據(jù)流，可用來保證正確使用勞動力、機器、工具和部件，從而實現(xiàn)無紙化生產(chǎn)和減少停機時間，以保證可靠性和高品質；搜集如產(chǎn)品標識符、物理屬性、訂單號等信息，自動建立支持品質保證體系所要求的品質跟蹤和工作歷史文檔、實現(xiàn)復雜的批次跟蹤。特別是在混合裝配線生產(chǎn)中，能準確無誤地將裝配零部件送達指定區(qū)域，從而減少了出錯率。

（2）港口信息管理系統(tǒng)能實現(xiàn)全程跟蹤。只要貨物進入生產(chǎn)線或到達完工區(qū)，將自動記錄工序、設備和操作者編號、轉運時間，避免了后期人工數(shù)據(jù)輸入、條碼掃描等操作產(chǎn)生的不精確數(shù)據(jù)或誤差。

（3）港口信息管理在計劃調度方面，可以結合產(chǎn)品工序規(guī)程單按現(xiàn)有設備利用率進行車間內實時計劃排程。諸如設備上的RFID提供運轉時間、可用性狀態(tài)、性能特征、并含有技術參數(shù)、使用刀具情況、已進行的生產(chǎn)活動。在設備管理方面，操作員可以通過讀取標簽上的信息，來檢查設備及其所在位置，對設備進行保養(yǎng)或維修，然后寫入最新的數(shù)據(jù)更新RFID標簽，有助于提高設備價值，優(yōu)化港口設備性能和最大化設備利用率。

[1]Wakami N，Nomura Hand Araki S.F.Fuzzy logic for home appliance [M].Fuzzy logic and Neural Network Handbook.McGraw-Hill Inc，New York：McGraw-Hill Education，1996.

[2]周長久.混合智能模糊控制及其在雙足機器人中的應用[D].大連：大連海事大學，1997.

[3]閻勤勞，邢作常，馮濤，薛少平.溫室移動機器人避障功能的研究[J].農(nóng)業(yè)機械學報，2006，37（5）：110-112.

[4]Sutton R and Marsden G D.Fuzzy autopilot optimized using a genetic algorithm[J].J.Navigation，1997，50（1）：120-131.

[5]陳偉炯.船舶安全與管理[M].大連：大連海事大學出版社，1998.

[6]望作信.船員安全心理學[M].武漢：湖北科學技術出版社，1988.

[7]關政軍.船舶交通事故分析 [J].大連海事大學學報，1997，（1）：125-129.