基于RFID的生产数据采集系统构筑“实时”田歌

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一、企业简介

    天津田歌纺织有限公司是国内色织行业的领军企业之一，生产能力、销售额全行业排名均位列前茅。田歌公司先后荣获天津市先进企业、天津市十强私营企业、天津市出口十佳企业以及国家工商总局颁发的全国重合同守信用企业等光荣称号。

    田歌公司2000年从原富强集团色织厂改制成立。多年来，公司投入了大量的资金，先后进行了多次技术改造，购进了津田驹、毕佳诺无梭织机，以及贝宁格、门富士的整理生产流水线，形成了技术先进、规模排全行业前列的高档色织布生产能力和高档衬衫生产能力。田歌公司现有固定资产近7亿元，现有员工2000余人。公司年产高档色织面料3000万米，产值5.7亿元。

从2003年至今，田歌公司连年被评为天津市制造业信息化示范企业，并先后荣获天津市“十五制造业信息化先进企业”和“十一五制造业信息化综合集成示范企业”荣誉称号。2008年起，田歌公司承担了天津市“新20项重大自主创新项目”中制造业信息化子项目的实施任务以及科技部国家科技支撑计划“网络化产品创新与协同制造技术研究与应用示范”子项目的实施任务。

图1 天津田歌纺织公司

二、信息化应用总体现状

    田歌公司作为天津市树立的制造业信息化综合集成示范企业，通过8年来持续不断的自主开发工作，目前已经形成了涵盖营销、采购、仓储、生产计划、生产过程控制、质量管理的全方位纺织管理信息化体系。

    田歌公司的信息化系统开发以自身的IT力量为主，吸收了大量纺织行业管理的先进经验，并引入了工业工程、Total Cycle Time、8D等先进的管理思想，形成了具有公司自己特色和自主知识产权的管理信息化系统。

公司整体系统规划如下：

图2 田歌整体系统规划

    通过信息化系统的不断建设和完善，田歌公司已经实现了订单接单、物料采购、原料仓储、生产能力分析、生产计划安排、染纱、织造、整理、制衣等各个车间内部生产过程控制、半成品、成品品质检验、包装仓储、出货管理等供应链全流程的信息化系统覆盖，田歌生产过程的主要业务环节全部实现信息化。生产管理人员可以通过系统对生产过程进行细致的监控管理。

    田歌公司在生产系统的构架中突出了预警的思想。凡是对各工序生产可能产生影响的事件，系统中都要进行记录，并及时反馈给相关人员。通过预警系统的实施，田歌公司的生产实现了“预防为主”。

    在数据采集方面，普遍实现了工人自助终端方式进行产质量数据采集。成衣车间在行业内率先引入利用Zigbee无线传输技术的电子工票终端系统。这些系统的应用，大幅提高了数据的准确性和实时性。

图3 织造车间现场数据采集终端

图4 制衣车间现场数据采集终端

    田歌公司在信息化实施工作中引入了Thomas Group的Total Cycle Time 管理理念，并据此实施了全员绩效考核管理。系统通过生产管理系统提取各个岗位需要的OTD、FPY等重要考核数据，提供给人力资源部门。所有人员的考核数据都由系统数据给出，实现了数字化全员绩效考核。

    通过生产管理系统的实施，田歌公司的生产制造已经从“电子表单化管理”走向了“协同制造”的高度。

三、参评信息化项目详细情况介绍

    1. 项目背景介绍

    田歌公司作为国际知名的高档色织面料生产企业，非常看重产品的质量控制、生产过程组织工作。作为实现生产过程实时控制的基础，如何实现生产过程数据的实时采集就显得非常重要。

传统服装企业实现生产过程数据的采集通常通过使用事先打印的纸质工票，随着在产品捆扎在现场流转。每个工人将自己完成的工作以工票的方式进行记录，每天工作完成后再由专人进行数据的录入。

图5 传统的纸质工票采集模式

    纸质工票在投产时发放，每天生产的数据要第二天通过专人录入系统。这种模式必然导致数据采集时效性较差，管理困难。

    1）数据隔日录入，时效性很差，无法对现场做实时的数字化管理；

    2）无法根据效率的高低及时预估产能瓶颈的移动，及时调派人手。加班成为调节产能的唯一方法；

    3）手工收集数据准确性较差，且占用额外的人力；

    4）由于考核方法的不同，工人可能通过转移工票的方法获取违规的收益；

    5）工人不能及时自助查询工厂记录的自己每天的合计生产记录数据是否存在错误。

    对于生产管理者，他们对于在制品在线上的分布无法实时准确查询，也有很大的管理问题存在。

    1）不能及时知道现在有多少工位在开工还是等待；

    2）不能及时知道正在进行中的实际生产情况；

    3）不能及时知道每个工人正在做什么；

    4）不能及时知道质检不合格的某件产品是哪个工人做的；

    5）无法知道每个工人的每个工票实际用了多少时间；

    6）无法知道同一个工序，是哪几个工人做得最快；

    7）工厂目前生产工艺的改进主要依赖于IE(Industry Engineering)部门的指导，IE部门的依据主要来源于经验和多种方式的试验测试，数据来源有限，缺乏大规模的验证。个别工人的某种高效操作方式很难被发现和得到推广。

    2. 项目目目标与原则

    本项目的设计目标是：利用基于RFID技术的无线数据采集终端设备，实现生产过程数据的自助采集，实现数据采集自动化、数据分析实时化、现场管理系统化。

    数据采集自动化。本系统的设计基本目标是通过基于RFID技术的无线数据采集终端实现生产过程数据的自助化采集，替代传统的手工工票产质量记录模式，实现产质量数据采集的自动化。本系统设计过程中，利用了武汉尚吉公司提供的基于ZigBee协议实现无线互联的RFID数据采集终端设备，实时交互式的实现了现场生产数据的自动化采集工作。

    数据分析实时化。在采集了生产过程中产生的海量数据之后，如何使这些数据产生最大化的效益是我们研究的一个重点方向。本系统采集到的产质量数据是实时化的，如果能用合理的手段对数据进行实时化的分析，其对生产制造管理的指导性作用会发挥到极致。我们在系统中设计了实时WIP、生产现场状态分析、现场质量数据分析等多个实时化数据分析的界面功能，为管理层实现生产管理系统化提供了有力的支撑。

    现场管理系统化。本系统设计的最终目的是为车间管理者提供现场管理系统化的服务。我们与车间管理者等重要项目干系人进行了充分的沟通，开发过程中还阶段性的驻现场进行交互式开发。通过这些方法，我们尽可能的将生产现场管理中所需要的主要管理工作和员工绩效考核工作都纳入到系统设计中，设计了众多的界面帮助车间管理者实现现场管理工作的系统化。

    在系统的开发实施过程中，项目团队首先明确了以下几条基本原则，指导系统的整个开发和实施应用工作。

    第一个原则是Understand 原则。Understand原则要求在系统的设计与实施过程中让项目团队成员、车间中层主管、基层班组长、操作工人等项目干系人都充分的理解系统变革给他们带来的变化，让他们理解系统每项功能的意义。我们通过充分的理念导入让干系人明白自己的角色定位，并主动的配合系统实施工作。

    第二个原则是Simplify原则。Simplify指的是在系统的设计过程中对用户操作、对业务流程进行简化，抛弃一切不产生效用的多余动作，以“简化”实现系统的易用性。

    第三个原则是Automatic原则。我们开发实施的是信息化自动化系统，但是要掌握自动化的深度。对于能够用系统功能进行自动处理的部分，一定要把系统的功用发挥到极致，尽量的自动处理流程性、机械性、定时性的事务。对于人为操作系统能够自动推算出是否合理的，由系统自动加以校验、提示。进行对于不适合自动化的部分，也要尽量使系统替代人为的归纳、计算等日常性的操作。通过自动化的实施，使系统的运作尽量的摆脱人为干扰和人为错误的影响。

3. 项目实施与应用情况详细介绍

    项目数据采集模块部分原理介绍

本系统开发过程中应用的主要硬件方面内容是基于802.15.4/ZigBee协议的无线RFID数据采集终端设备的研发。

图6 电子工票系统基本原理示意图

    我们可以看到数据采集模块的基本工作原理是工人通过在终端设备上刷RFID卡片实现基本数据录入功能，终端将数据通过Zigbee无线网络传输到中间件服务器，中间件服务器通过调用指定的存储过程实现数据的存储与更新，并将服务器的反馈传递回终端的显示屏上。

    通过这样的应用，数据可以实时的进入数据库中，为后续的统计分析应用提供支持。

    项目主要功能介绍

本系统包括了数据采集、数据分析、品质管理等多个重要模块。

图7 系统流程图

    1、数据采集模块

数据采集模块是整个系统的基础模块，通过基于RFID技术的无线数据采集终端，实现了将生产过程数据的自动化采集。

图8 数据采集模块示意图

在生产现场的每个工位，我们安装了一台RFID数据采集终端设备。

图9 工位上安装的终端

    在成衣裁片剪裁完成后，工人将裁片进行收集捆扎。每一扎裁片即是成衣生产管理的最小工单单位。

工人在捆扎好的每一扎裁片上，将附上一张RFID卡片作为其生产过程中的唯一标示。这张卡片将随着该扎裁片进行生产全程使用，直到裁片生产结束才会被回收重新利用。需要投入到不同生产线的裁片用不同的颜色标示。

图10 裁片上捆扎的RFID卡

每道工序的工人在裁片实物流转到岗位、准备开始生产时，在终端设备上刷卡确认，系统记录工单在相应工序开始投产。当工人生产完成后，同样在终端设备上二次刷卡，系统自动记录工单在相应工序生产结束。生产时间、生产效率等数据可以实时统计出来。

图11 无线数据采集终端

    本系统在数据采集模块的设计中，充分的利用了终端设备有显示屏允许进行信息交互的特点，设计了很多提示性、辅助性的功能。工人可以在终端上看到裁片的合同、花型、数量等基本信息，还可以看到IE工程师确定的工序标准工时指标。

图12 终端显示界面

    我们在系统设计中融入了“预警”的思想，包括工艺指导信息的预警、生产过程的实时预警和工人质量水平波动的预警。

    工艺主管的技术指令如何及时、准确、无遗漏的传递到生产线工人，这个问题在每个制造业企业都是难题。我们在系统中设计了工艺信息录入和预警传递的功能。工艺主管针对产品花型在各个工序的生产特点确定每个工序需要注意的预警信息，并将其录入到系统中。在工人刷卡的同时，系统将自动查询相应的预警信息并显示在终端上，从而实现技术指令及时准确无遗漏的进行传递。

    成衣生产过程中各个工序之间质量的好坏可能会彼此影响。在QC人员发现前道工序加工存在问题的同时，系统自动根据疵点的性质，生成对后续工序的预警信息。这样，后道工序工人可以实时从系统中得到警告。

    工人质量水平并不是一直不变的，系统中设计了在工人刷卡的时候及时反馈当班产质量数据的功能。工人一旦发现自己的质量数据有所波动，就会引起注意。同时，班组长在系统管理查询界面中也会及时看到下辖员工的质量波动情况，从而可以采取及时措施纠正。

图13 工人产质量实时分析表

    2、数据查询分析模块

    采集到的实时化数据要经过系统的转换才能对管理者的工作提供支持。

    本系统中设计了WIP分析、现场状态分析、实时产质量统计等多个用于数据查询分析的功能，帮助管理者进行工作。

图14 订单现场分布图

    跟单员可以在系统中实时获取订单的生产进度状态，不再需要到车间翻找自己的订单。

图15 裁片生产记录查询

每一扎裁片的生产记录都可以从系统中查找出来，实现了质量追溯。

图16 班组产质量查询 

    班组长可以方便的从系统中查到自己团队员工的工作效率和质量情况，有的放矢的进行管理。

图17 现场状态图

    系统中设计了“现场状态图”的功能，以看板的方式实时显示当前工作岗位上公认生产的状况。生产产质量数据异常的工人被用明显的颜色标注出来，现场生产主管只需要按看板进行管理就可以消除低效率、排除异常。

  3、品质管理模块

系统中包括实时质量数据录入终端系统，质量检查人员在检测裁片的过程中随时将发现的疵点录入系统。一方面系统对每个工人、班组的产质量数据进行统计。另一方面系统将根据预设的规则，对后续受到影响的工序自动进行预警提示。

图18 质量数据实时录入终端

    系统对质量数据可以进行多方面的汇总分析。

    项目实施应用中IT与IE融合工作介绍

    田歌公司进行工业工程理念的推行已经有较长的时间。在信息化系统开发的过程中，尤其是在生产作业过程管理系统的开发过程中融入工业工程的先进理念，使企业管理理念得到创新，使田歌的信息化系统建设始终保持思想的先进性。在长期信息化系统实施和工业工程推行的过程中，我们逐渐形成了有自己特色的IT+IE工作模式。

    （1）IE工作的开展基于IT技术。在工业工程工作的开展过程中，无论是流程优化，还是效率提高，都离不开IT数据的支持。很多IE项目，最先的数据来源与最终的考核体系，都是以IT系统为支持。事实上，田歌公司IE工作的推行，始终以信息化系统提供的数据为基础支持，循信息化的流程而进。

    （2）IE工作的结果固化依赖于IT系统。田歌公司目前IE的工作围绕着流程的优化进行，IE工作的结果就是流程发生变更。传统管理中流程变更后往往会在实际运行过程中变形、甚至回复原样，这就直接会导致工业工程的推广流于形式。而借助于IT系统，可以很容易的将经过IE分析，并经过验证行而有效的流程固化在系统之中，充分的保证IE工作做到实处。

    （3）IT系统的设计过程要吸收IE的管理思想。企业信息化系统的实施，反过来需要IE人员前期的流程梳理和流程优化，以IE人员独特的视角，找出最经济的方法来优化流程，提高效率。在IT系统实施过程中，也需要IE人员对系统流程进行反复的验证确认，并使用工业工程的方法跟进系统的应用。

    在本项目的开发实施过程中，充分的体现了IT+IE的工作优势。小到具体操作的动作，大到统计分析功能的设计，IE和IT人员进行了密切的合作。

四、效益分析

    本项目在天津田歌纺织有限公司实施2年以来，为田歌公司创造了很大的效益，通过生产数据采集系统项目的实施，田歌公司制衣厂的生产管理水平得到了极大的提升。

    通过实施本系统可以带来的管理效益包括：

    1）管理规范化

    通过系统的实施，使管理过程实现了规范化，提升了基层管理的响应速度。同时，产质量数据如果有任何异常波动，系统将及时提示管理者注意，管理者的主要精力可以放在这些极少部分的异常情况处理上，提升了管理活动的有效性。

    2）运作自动化

    系统自动采集生产过程数据资料，基本不用人工录入，系统自动核算薪资，核心数据系统自动提取自动推送到管理看板平台，系统整体运作自动化程度很高。

    3) 考核数字化

    对于劳动密集型企业最敏感的工资核算部分实现全系统化核算，工资收入全部数字化统计数字化核算，避免了日常绩效考核中的灰色行为产生。

    通过本系统的实施，田歌公司制衣车间的生产效率有了飞跃式的提高，生产人工成本下降、生产损耗减少、生产周期大幅缩短，客户满意度大幅提升。

    系统实施前后，制衣车间在机台不变、产量增加10%的同时，工人数量减少10%，工资成本下降6%。与此同时，质量的提高帮助企业在生产过程中损耗的裁片、辅料减少11%。

    通过系统的实时调度，使企业的快速生产成为可能。2010年11月，为了给田歌自有品牌manfriday淘宝网上热销的某款衬衫及时补货，通过全程系统管理，实现了从面料生产到成衣出货5天的超快速度。

    除此之外，本系统的应用可以为企业带来工业工程应用水平的飞跃。

    1) 动作分析精准化

    系统帮助IE工程师找出相同工序中动作最快的人，很容易使他们哪怕小小的动作改进都能被发现和推广。这一过程是不断循环永不终止的。日复一日可以为企业带来质的飞跃。

    2) 工时单价制定准确化

    IE所制定的工序单价很多都没有实现经过大量的验证，导致有的工序相对简单又值钱，有的麻烦又不值钱。现场分工时会造成人为的分配不公平。应用本系统可以精确的知道IE估算的每道工序工时单价是否合理，如何去修正，做到公平。

    3) 实现均衡生产

    应用本系统可以帮助IE人员更好的掌握各个工序的实时生产进度，可以更加实时、灵活、准确的进行产能调度。

五、总结

服装纺织业的竞争已经深入到各个层面，在开拓品牌的同时，我们还要通过一切创新的技术和方式提高生产效率降低成本。尚吉电子协助我们建立了RFID生产管理系统，在纺织制衣行业较早的应用了基于RFID和ZigBee无线传输技术，实现了传统行业生产管理的数字化和自动化。我们相信，通过信息化系统的成功实施，田歌公司的管理水平必将升上一个新的高度。

基于RFID的生产数据采集系统构筑“实时”田歌