制造執行系統(MES)是美國MESA20世紀90年代提出的面向車間的信息管理系統，是連接計劃層和現場控制層之間的紐帶，通過提供從訂單到產品完成整個制造過程的信息來優化企業管理，協助企業建立一體化和實時化的管理信息體系。因此實時數據傳輸與共享是MES保證企業執行生產的關鍵技術，而無線射頻技術(RFID)是一種非接觸式的數據采集自動識別技術，目前應用于零售業產品標簽，交通中車輛運行管理，以及倉儲物流業等。隨著制造業信息化發展，RFID對制造業來說是極有潛力的技術，與現有MES集成不僅為生產提供實時信息，而且也為產品全生命周期管理(PLM)提供一個移動數據庫。

1 制造執行系統

1.1 MES含義

國際制造執行系統協會(MESA，Manufacturing Execution System Association)對MES的定義是，MES提供的信息優化從訂單投入到產品完成的整個生產過程。MES運用及時、準確的信息，指導、啟動、響應并記錄工廠運行，對條件的變化做出快速的響應，減少非增值活動，提高工廠運作過程的效率。MES不但可以改善設備投資回報率，而且有助于及時交貨、加快庫存周轉、提高收益和現金流的績效。MES在企業和供應鏈間以雙向交互的形式提供生產活動的必備信息。

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

1.2 數據采集

MES中的數據采集功能，是負責采集生產現場中的各種必要的實時更新的數據信息，并為其他MES功能的數據管理提供數源。數據類型按管理方式分為：工藝資源數據、人力資源數據、產品質量數據，如表1所示。
表1 MES數據采集類型

由表1可看出，大部分采集的數據都與工藝資源相關，各種數據之間都或多或少有著關聯，例如機床運行狀態為運行、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、當前刀具號、主軸轉速等；準備狀態時，是調試、檢驗、還是準備工裝等；停機狀態時，應能夠報告停機原因是設備故障還是設備維護等。

按行業不同，數據采集方法不盡相同，離散制造行業生產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的數據進行采集。連續制造行業，生產自動化的程度相對比較高，數據采集主要就是通過部署各種現場總線來進行采集。

2 RFID技術

2.1 RFID系統

RFID(射頻識別)系統由耦合元件及芯片組成具有惟一電子編碼的標簽，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據。標簽進入磁場后，接收解讀器發出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息(Passivetag，被動標簽)，或者主動發送某一頻率的信號(activetag，主動標簽)，將記錄從價格到生產流程等在內大量信息的芯片貼在產品表面，通過讀取器來讀取、更新信息，并解碼后，送至計算機信息系統進行有關數據處理。

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據傳輸，以達到目標識別和數據交換的目的。與傳統的條碼相比，RFID電子標簽具有非接觸、可重復讀寫、速度快、信息量大、不受環境影響、壽命長等優點，能同時處理多張卡片，這些優點使RFID技術更適合于作業環境不確定的制造業。

2.2 RFID數據采集在MES中應用

現代化制造業MES是依靠信息管理的一個精確的執行過程，這必然要求對計劃和執行進行精確的比對，數據都要準確記錄，這需要過程中更多地進行數據采集自動識別，保證計劃和執行相符合，并對不符合的及時采取措施調整。因此RFID技術作為一種數據采集與管理的手段，正從供應鏈進入制造過程的核心，通過在工廠車間層逐步采用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有的控制系統基礎結構(如Profibus)，與配置RFID功能的供應鏈協調，向已有的制造執行系統可以發送準確、可靠的實時信息流，從而創造附加值，提高生產率和大幅度地節省投資。

① 在質量管理方面，RFID可提供不斷更新的實時數據流，可用來保證正確使用勞動力、機器、工具和部件，從而實現無紙化生產和減少停機時間，以保證可靠性和高質量；搜集如產品標識符、物理屬性、訂貨號等信息，自動建立支持質量保證體系所要求的質量跟蹤和工作歷史文檔，實現復雜的批次跟蹤。特別是在混合裝配線生產中，能準確無誤地將裝配零部件送達指定區域，從而減少了出錯率。

② 在產品追蹤方面，能實現從原材料到最終產品的全面跟蹤。只要零件進入生產線或到達完工區，將自動記錄工序、設備和操作者編號、加工時間，避免了后期人工數據輸入、條碼掃描等操作產生的不精確數據或誤差。

③ 在計劃調度方面，諸如機床等加工設備上的RFID提供運轉時間、可用性狀態、性能特征，并含有技術參數、使用刀具情況、已進行的生產活動，這樣就可以結合產品工藝規程單按現有設備利用率進行車間內實時計劃排程。

④ 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，對設備進行保養或維修，然后寫入最新的數據更新RFID標簽，有助于提高設備價值，優化設備性能和最大化設備利用率。

3 RFID與MES集成技術

3.1 RFID中間件

為了解決多種硬件系統平臺和各種系統軟件分布異構問題而產生的中間件技術，它是位于不同操作系統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，還必須包括解譯數據、安全性、數據廣播、錯誤恢復、定位網絡資源、消息與要求的優先次序以及延伸的除錯工具等服務。