1. مقدمه

     با توجه به افزایش جهانی شدن، ما با افزایش در کارخانه های تولیدی کوچک تر که گستره وسیع تری از محصول ها را تولید می کنند روبرو هستیم. علاوه بر این، با توجه به وجود اینترنت، تجارت الکترونیک و تقاضای روزافزون برای سفارشی سازی محصول, منجر به افزایش تکنیک های تولید ترکیبی شده است [1، 2]. محصول های امروزی با سطح بالایی از انتقادات از سوی مشتریان مواجه هستند و با رقابت بین شرکت های قوی, امکانات تولید باید اطمینان حاصل نمایند که محصولات با استانداردهای بالایی و در عین حال با سرعت بهینه تولید می شوند [3]. این کار با کاهش زمان استراحت دستگاه، بهبود زمان های تحویل، بهینه سازی نرخ های تولید و مدیریت برنامه های زمان بندی برای هر دوی کارگران و ابزارهایی که آنها استفاده می کنند، انجام می شود. [4، 5]. این کارکردها, مبنای یک سیستم اجرای ساخت و تولید (MES) را تشکیل می دهند که توسط انجمن راه حل های سازمانی ساخت و تولید (MESA) با لحاظ نمودن یازده کارکرد کلیدی [6]. تعریف شده است.

     اینترنت اشیا (IoT) اصطلاحی است که برای توصیف اتصال متقابل بین دستگاه ها و لوازم خانگی مختلف از طریق اینترنت [7] استفاده می شود. این مفهوم برای طیف وسیعی از کاربردها در زندگی اعم از کاربردهای تجاری و مصرف کننده مانند خانه های هوشمند، پلت فرم های تفریحی به هم متصل شده و وسایل نقلیه هوشمند که می توانند سود را بهبود بخشند، اعمال می شود. [8-12].  IoT به طور سودمند در بسیاری از بخش ها توسط فراهم نمودن یک بینش به عملیات های یک شرکت از طریق بهره برداری از حسگرها، سخت افزار، نرم افزار و حتی شبکه ابر به کار می رود. بنابراین داده های جمع آوری شده با شبکه IoT می توانند برای بهینه سازی عملکرد یک شرکت استفاده شوند و در نهایت منجر به افزایش سودها می شوند. شبکه IoT نیز کاربرد دارایی های شرکت در شبکه را میسر می کند و بینشی را نسبت به یک دارایی شخصی که از نزدیک قابل نظارت می باشد, فراهم می کند. این می تواند به مقادیر زیادی از داده های تولید شده از یک دستگاه تک منجر شود، اگر آنها در زمان واقعی پردازش نشوند, این داده ها بی فایده خواهد بود، بنابراین استفاده از محاسبات ابری برای پردازش داده ها، به جای یک سرور محلی و یا یک کامپیوتر شخصی استفاده می شود. محاسبات ابر، برقراری ارتباط سریع در یک شبکه را امکان پذیر می سازد، بنابراین تصمیم گیری در زمان واقعی امکان پذیر می شود [13، 14].

      به علت توسعه سریع فن آوری ها نسبت به نمونه های موجود، علاوه بر ایجاد یک سیستم مناسب برای شرکت ها با اندازه کوچک و متوسط  (SMEs)، MES باید بهبودهای چشمگیری داشته باشد. سه عامل نقش چشمگیری در بهبود یک MES ایفا می کنند از جمله شفافیت، پاسخگویی و صرفه جویی در هزینه [15]. برای افزایش شفافیت, باید بهبود ادغام کسب و کار در سیستم وجود داشته باشد. این باید منجر به بهبود ارتباط بین ادارات مالی و ادارات تولید شود. پاسخگویی سیستم اغلب نشان دهنده نرخ جریان داده ها است. افزایش زمان های پاسخ به شما در تشخیص سریع تر مشکلات و رویدادهای غیر منتظره و همچنین موقعیت یابی و حل و فصل قبل از گسترش آن کمک می کند. در نهایت،MES  باید بهینه سازی را به عنوان یک ابزار اساسی برای هر کارکرد MES ارائه دهد. این بهینه سازی موجب صرفه جویی در منابع و زمان، و در نهایت کاهش هزینه ها می شود [16، 17]. این مقاله, یک MES هوشمند مبتنی بر RFID را ارائه می کند که دارای پنج کارکرد کلیدی است:

• جمع آوری / کسب داده ها - این کارکرد اصلی, روشی را توصیف می کند که داده ها از طبقه کارخانه به طور خودکار از تجهیزات / کارگران به شیوه ای زمان واقعی به دست می آیند.

• مدیریت فرایند - با تصحیح و بهبود فرایندهای انجام شده به صورت خودکار یا با توصیه به استفاده از اطلاعاتی که از تجهیزات هوشمند به دست می آید، بر تولید نظارت می کند.

• تخصیص و وضعیت منابع - یک وسیله حیاتی برای نظارت بر منابع مورد استفاده توسط شرکت. منابع عبارتند از: کارگران ماهر، مصالح، ماشین آلات و ابزارهای تولید. همچنین وضعیت منابع فوق را نیز نشان می دهد.

• برنامه زمانبندی عملیات ها و جزئیات – یک ابزار مورد استفاده برای سازمان دهی و برنامه ریزی عملیات ها بر اساس اهمیت آن، تکیه آن به تجهیزات تولید و نظمی که پیگیری آن الزامی است.

• تجزیه و تحلیل عملکرد - این یک ابزار کلیدی در سیستم های ساخت و تولید است که برای مقایسه نتایج با خروجی های گذشته شرکت ها و اهداف کسب و کار آینده، کمک به تصمیم گیری، بهبود بهره وری و پیشرفت مثبت استفاده می شود.

     بقیه این مقاله به شرح زیر سازمان دهی شده است: بخش 2 اجزای مختلف یک سیستم اجرای ساخت و تولید هوشمند را معرفی می کند و اهمیت آنها را در طبقه کارگاه توضیح می دهد. بخش 3 خدمات مهم پیشنهاد شده به واسطه کاربرد را توصیف می کند. در نهایت، بخش 4, یک مطالعه موردی را ارائه می دهد که ادغام سیستم را با یک محیط کارگاه ساختگی را توضیح می دهد.

2. MES هوشمند

2.1 ماشین های هوشمند

     معماری MES هوشمند در شکل 1 نشان داده شده است. لایه فیزیکی شامل چندین زیر لایه می شود که متشکل از اجزای مختلف رده بندی شده می باشد. در ابتدا، برچسب های RFID با فرکانس بالا در قطعات و دستگاه های مختلف مستقر می شود. ثانيا، اجزاي حیاتی، ابزارهاي برش، كنترل كننده هاي دستگاه و دستگاه هاي جمع آوري داده ها در اين لايه گنجانده می شوند. آنها می توانند سنسورهای مختلفی را حمل کنند به طوری که وضعیت آنها می تواند در زمان واقعی ردیابی و پیگیری شود. دستگاه ها و روبات های معمولی می توانند از ابزارهای مختلف (مانند ابزارهای برش) برای فرآیندهای مختلف استفاده کنند. بنابراین، آنها توسط دستگاه های RFID شناسایی می شوند. به عنوان مثال، برچسب های RFID بر روی هر یک از دستگاه های منفرد متصل می شوند به طوری که بتوانند به طور منحصر به فرد شناسایی شوند [8-10].

     خدمات گزارش آمارهای الکترونیکی, نظارت بر پیشرفت از طریق تلفن هوشمند شخص را میسر می سازد. رابط های سفارشی می توانند بر اساس برنامه های کاربردی و شرایط مختلف مانند ارزیابی های زمان بندی و برنامه ریزی تولید فصل پیک طراحی شوند. زیرلایه سوم شامل تمام مواد و منابع پایه مورد استفاده برای خلق محصول نهایی می باشد. با این وجود, این مواد باید یک اندازه تنظیم شده و تعداد محدودی داشته باشند تا یک برچسب RFID مرتبط با آن داشته باشند. مواد به طور معمول به یک کارگاه با یک اندازه تنظیم شده به طور حجمی تحویل داده می شوند. سپس مواد فله را می توان به صورت دسته ای و همراه با برچسب ها و آماده استفاده گروه بندی کرد. مواد اولیه اغلب در اشکال و اندازه های نامنظم یا بزرگ با مقدار ناشناخته باقی می مانند. این کار ممکن است نیاز به یک پردازش مواد خام توسط یک کارگر به صورت یک اندازه تنظیم شده و دسته بندی آنها را در کمیت های قابل مدیریت قبل از پیوند  آنها به برچسب RFID داشته باشد. برای مثال، یک کارگر می تواند قطعات یکنواخت از پارچه فیبر کربن را برش دهد و قطعات را به صورت دسته هایی با یک کمیت معین سازماندهی کند، قبل از اینکه هر دسته را به برچسب RFID پیوند دهد. سپس هر دسته می تواند برای ایجاد تعداد محدودی از تخته های کامپوزیت، بدون هیچ گونه باقیمانده ای استفاده شود. برچسب های RFID نقش حیاتی در تبدیل مواد و منابع به اشیاء هوشمند ایفا می کنند تا بتوان آنها را در یک MES مورد استفاده قرار داد. بنابراين، روه های تصميم گيري و جريان هاي عملياتي آنها مي توانند توسط راه حل مبتنی بر IoT دوباره مهندسی مجدد و منطقی سازی شوند.

 2.2طبقه کارگاه ساخت و تولید

     این چارچوب کلی از عناصر ملموس و غیرملموس تشکیل شده است. طبقه کارگاه ساخت و تولید, یکی از عناصر ملموس مورد نیاز کاربران نهایی، به ویژه کارگران طبقه فروشگاه و مدیران آنها را نشان می دهد. این عناصر شامل یک گوشی هوشمند که مجهز به یک خواننده / نویسنده RFID شده است و بر روی یک سیستم عامل Android در حال اجرا است و یک اتصال بی سیم اینترنت که تلفن ها را به ابر متصل می کند، می باشد. همچنین شامل یک پایگاه داده پشتیبان می باشد که می تواند اطلاعات را ثبت نماید. اگر خرابی در اتصال شبکه به ابر وجود داشته باشد، پایگاه داده پشتیبان می تواند فهرست کارها را برای چندین روز ذخیره کند. طبقه کارگاه ساخت و تولید به عنوان بخش مرکزی اتصال، ارتباط کاربران نهایی و اتصال لایه های فیزیکی به MES مبتنی بر ابر عمل می کند.