基于电子标签和物联网实现工业企业物联网系统的设计

作者：胡清，詹宜巨

1 概述

随着全球一体化、丁业企业自动化和信息化进程的不断深入发展，客户对企业生产的产品质量要求也越来越高，对企业生产的产品生产周期要求也是越来越短。现有的条形码技术和其它方法，由于本身的特性和应用的局限性已不能满足现代工业企业的需要。无线射频识别技术（RFID）的出现及应用发展，物联网的组建则可以实现与现代工业企业内部现有网络系统进行信息整合，同时可以优化内部物流供应和优化流通过程流程。提高工业企业内部的生产效率和产品质鼍，进而提高整个企业的核心竞争力。一个良好的基于RFID应用架构的物联网系统可以较好的帮助工业企业达到这些目标，实现高效高质量的产品生产、产品出货。设计和开发基于RFID技术的现代工业企业物联网系统技术，以便企业可以及时、准确地获取宝贵的生产数据，并对数据进行及时的分析处理，减少生产浪费，缩短产品周期，在进一步提高产品质量和效率的同时，提高企业的综合竞争力已经势在必行。

电子标签和物联网出现使得工业企业物联网系统得以实现。电子标签是用来识别物品的一种新技术，它是根据无线射频识别原理（RFID）而牛产，它与读写器通过无线射频信号交换信息，是未来识别技术的首选产品。物联网就是在计算机互联网基础上，利用电子标签为每一物品确定唯一识别EPC码，从而构成一个实现全球物品信息实时共享实物瓦联网，简称“物联网”。物联网的提出给J：业企业产品生产时获取产品原始信息并自动生成清单提供了一种有效手段，而电子标签可以方便地实现自动化的产品识别和产品信息采集，这两者的有机结合使企业从产品生产、运输过程、销售过程等各个环节可以构造一个实现伞球物品信息实时共享实物瓦联网成为可能，从而将大大降低人工干预的程度，提高工业企业的自动化和智能化水平。

本文以电子标签和物联网为基础，提出了基于RFID技术的工业企业物联网系统的基本结构，对其结构和功能进行了分析，并根据物联网利用电子标签实现了一个典型的工业企业物联网系统，大大提高工业企业运作的快速性和准确性，不但提高了丁作效率，而且还减少人为的差错。

2 物联网系统组成

互联网技术可以把世界上不同角落、不同国家的人们通过计算机紧密地联系在一起，而采用无线射频识别技术（RFID）的Internet网络也可以把世界上所有不同国家、地区的物品联系在一起。而且彼此之间可以互相“交流”数据信息，从而组成一个全球性实物相互联系的物联网。

2．1 物联网的组成

物联网是以电子标签和EPC码为基础，建立在计算机互联网基础上的实物互联网络，其宗旨是实现全球物品信息的实时共享和互通。基于RFID技术现代工业企业生产物联网的系统结构如图1所示，它由信息采集系统、工业企业物联网应用系统、现场物联网管理中心、国家物联网管理中心、国际物联网管理中心等部分组成。

图1 物联网的系统结构

（1）信息采集系统。这部分包括物品、物品电子标签、读写器等部分组成，主要完成物品的识别和物品EPC码的采集和处理。存储有EPC码的电子标签在经过读写器的感应区域时，1物品EPC码会自动被读写器捕获，从而实现自动化EPC信息采集，采集的数据将交由上位机信息采集软件进行进一步的处理，如数据校对、数据过滤、数据完整性检查等，这些经过整理的数据可以为上层应用管理系统使用。

（2）RFID企业生产系统。负责前端的标签识别、读写和信息管理工作，将读取的信息通过计算机或直接通过网络传送给本地物联网信息服务系统。

（3）现场物联网管理中心，负责管理本地物联网。这一级是最基本的物联网信息服务管理中心，为本地用户单位提供管理、规划及解析服务。

（4）国家物联网管理中心，负责制定和发布国家总体标准，负责与国际物联网互联，并且对现场物联网管理中心进行管理。

（5）国际物联网管理中心，负责制定和发布国际总体标准， 负责与各个国家的物联网互联，并且对各个国家物联网管理中心进行协调、指导、管理等工作。

物联网通过Internet信息世界的互联实现物理世界任何产品的互联，实现在任何地方、任何时间可识别任何产品．使产品成为附有动态信息的“智能产品”，并使产品信息流和物流完全同步，从而为产品信息共享提供了一个高效、快捷的网络平台。

2．2 物联网的中间件系统及其用途

中间件是处在阅读器和计算机Internet之问的一种中间件系统。该中间件可为企业应用提供一系列计算和数据处理功能。其主要任务是对阅读器读取的标签数据经行捕获、过滤、汇集、计算，数据校对、解调、数据传送、数据存储和任务管理，减少从阅读器传往工厂应用的数据量。同时，中间件还可提供与其他RFID支撑软件系统进行互操作等功能。此外，中间件还定义了阅读器和应用两个接口。中间件如图2所示。

图2 中间件示意图

中间件简单可以说是由平台与通信组成。这也就限定了只有它用于发布式系统中时才能叫中间件，同时也把它与支撑软件和实用软件区分开来。中间件应该具备二个关键特征：首先要为上层的应用层服务，这是一个基本条件；此外，又必须连接到操作系统的层面，并且保持运行工作状态。中间件研究的领域和范围很广，涉及多个行业，也涉及多个不同的研究方向，比如：应用服务器、应用集成架构与技术、门户技术、工作流技术、企业级应用基础软件平台体系架构、移动中间件技术和物联网中间件技术等领域。

一般物联网中问件具有的模块有：读写器接口、事件管理器、应用程序接口、目标信息服务和对象名解析服务等，如图3所示。各个模块描述如下：

图3 物联网中间件功能模块结构

（1）读写器接口

物联网中间件必须优先为各种形式的读写器提供集成功能。协议处理器确保使中间件能够通过各种网络通信方案连接到RFID读写器，作为RFID标准化制定主体的EPC-global组织负责制定并推广描述RFID读写器与其应用程序间通过普通接口来相互作用的规范。

（2）事件管理器

事件管理器用来对自于读写器接口的RFID事件数据进行过滤、聚合和排序操作，并且再通告数据与外部系统相关联的内容。

（3）应用程序接口

应用程序接口使得应用程序系统能够控制读写器。服务器接收器接收应用程序系统指令，它提供一些通信功能。

（4）目标信息服务

目标信息服务由2部分组成：一个是日标存储库，用于存储与标签物体有关的信息并使之能用于以后查询；另一个是拥有为提供由目标存储库管理的信息接口的服务引擎。

（5）对象名解析服务

对象名解析服务是一种目录服务，它能使每个带标签产品分配的唯一编码与一个或者多个拥有关于产品更多信息的目标信息服务的网络定位地址相匹配。

3 企业内物联网的基本结构

图4系统中包含电子标签、阅读器、中间件系统和计算机Internet系统。其中标签贴于每件产品上，所使用的阅读器为手持式、固定式。可方便应用于企业生产过程。中间件系统含有EPC信息，后端应用数据库软件系统还包含ERP系统等．这些都与计算机Internet相连，故可及时有效地跟踪、查询、修改或增减数据在实物瓦联网中，当产品在某个企业生产完成并贴上存储有EPC标识的RFID标签后，在产品的整个生命周期中，该EPC代码将成为该产品的唯一标识，以此EPC编码为索引能实时的在RFID系统网络中查询和更新产品相关信息。在车间内各个流通环节对产品进行定位和定时追踪。车间内每一道工序都设有一个阅读器，并配备相应的中间系统和计算机Internet系统。这样，在半成品的装配、加工、转运以及成品装配和再加工、转运和包装过程中。当产品流通到某个生产环节的阅读器前时，阅读器在有效的读取范围内就会监测到标签的存在，因为阅读器可以不断的读取一连串的产品EPC电子码。某一个局部物联网环节的具体工作流程如下：RFID阅读器从含有一个EPC的标签上读取产品电子码，RFID阅读器将读取的产品电子码送纠中间件系统中进行处理，中间件系统以该EPC数据为信息源，在本地服务器获取包含该产品信息的EPC信息服务器的网络地址，同时触发后端应用系统以作更深层的处理或算，由本地EPC信息服务器对本次阅读器的记录进行读取并修改相应的数据，将EPC数据经过中间件系统处理后，传送到Internet。

图4 企业内物联网系统的基本结构

4 物联网系统信息发布技术

物联网信息服务系统为外部世界与物联网二者之间提供了一个可扩展的数据服务标准接口，RFID的有关数据信息可以在企业内部之间共享。物联网信息服务系统能融合从仓库管理系统和企业资源规划（ERP）平台传来信息，广泛应用于存货跟踪管理、自动处理事务管理、供应链管理、机器控制等方面工作。物联网信息服务系统主要作用在于EPC产品信息的发布、处理和存储。RFID产品信息发布过程时，首先在产品上面贴上标签，写上标签代码，由生产过程中设置的读写器读取数据信息，传送给物联网信息服务系统服务器进行产品信息的处理、存储和发布。物联网信息服务系统服务器结构如图5所示。

图5 物联网信息服务系统服务器结构图

5 结束语

本文主要结合RFID技术，应用现在计算机网络系统来对新兴的物联网系统进行了研究。在企业生产最关键的问题是产品的识别和产品信息的获取，本文将电子标签与物联网相结合，利用电子标签作为产品识别的手段，利用物联网来获取产品的详细信息并自动生成产品信息，从而提出了基于RFID的企业生产物联网系统，对其结构和功能进行了详细分析。当然，电子标签的成本问题、电子标签与物联网应用相关标准和规范的制定、物联网的信息安全等都是影响该系统应用普及的关键因素，因此，有必要对这些基础性问题作进一步深入的研究。

创新点：提出了一种基于RFID技术的工业企业物联网系统设计方案。

项目经济效益：项目完成后，对于企业的帮助是显而易见的，可以取得比较明显的效果：（1）提高产品质量和生产效率，产品返品率下降40％，生产周期缩短37％。（2）降低不用库存，以前平均每月新增不用库存为200多万元，而现在基本维持在100万元以内，在保证快速的设计变更的前提下，保证有缺陷原材料订单尽早取消，不用库存则能得到非常好的控制。（3）促进节能降耗．电能平均降低5％，生产效率的提高，直接提高了单位时间中的产量，生产周期缩短，工厂各个部门能耗都得到降低。