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    物联网在铸造企业生产仓储物流等环节的设计应用

      信息来源:   发布时间:2021-08-03  点击数:

    物联网(Internet of Things,Io T)是互联网的延伸和拓展,指在既有约定协议的引导下,通过信息采集以及传感设备来将一些硬件设备跟互联网连接在一起,从而实时采集物品设备的状态、信息和数据,实现对设备跟踪定位和调控管理的一种网络架构体系。物联网实现了设备设施、人力资源、物料资源、宽带的整合统一,并以此为基础,拓展至个人学习生活、企业生产运行、经济管理、社会管理、国防建设等各个方面。

    近年来,铸造业发展迅速,同时也带来了员工多、难管理、数据庞大但利用率低、管理压力大、工作环境复杂难以实时监控等问题。针对这些问题,大部分铸造企业构建了智能物联网平台,依靠纯RFID数据采集系统来采集数据。但其在采集数据时存在一定的滞后性,让铸造企业无法第一时间发现企业生产、物流、仓储等环节存在的问题,从而影响企业的生产效率和生产质量。

    为了解决铸造企业生产、物流、仓储等环节存在的问题,本文以物联网技术应用的生产仓储物流综合管理平台总体架构为基础,通过对RFID、条码等技术的有机结合,解决了纯RFID数据采集系统成本较高、采集数据不及时的缺陷,实现对企业人力资源和物料资源的智能化识别、定位、跟踪、监控,实现了数据采集实时化,环境监控全面化,人员设备管理智能化,进而大大提升了企业生产物料仓储管理的效率和质量。

    一、铸造企业生产仓储物流管控面临的困境

    目前,大型铸造企业生产制作的模具,其材质、精度、寿命以及交货期在很大程度上影响着铸件的质量,但是大型铸造企业又存在着模具生产规格品种多、加工数量大的特点,这无疑加大了模具生产和仓储管理的难度,也使得大型铸造企业在推进生产管控智能化过程中,通常会出现以下四种困境。

    1. 人员管理困境

    铸造企业是传统的制造业,其部门繁多,存在部门缺乏联动和协作的问题。此外,企业对人员的定位也不够明确,导致内部很多员工经常重复一些交叉工作。因此,大型铸造企业往往面临着内部人员众多,信息管理混乱,管理层、技术层员工、普通员工定位不清的问题,致使人员管理面临困境。

    2. 设备管控困境

    铸造企业为了生产需要,置办了大量的设备。例如企业必须购买一些熔炼设备、制壳设备、质检设备、打磨设备等,为了使设备设施正常运行,及时处理这些设备出现的故障,需要实时动态地监控、采集这些设备的状态、属性跟参数,这给工作人员带来了较大的工作量,致使企业面临设备管控困境。

    3. 模具物料管理困境

    铸造企业通常会堆积很多模具、器材跟物料,而不论是材料的采购环节还是仓管存储环节,都不可避免地会涉及数据存储、数据整理汇总,但是传统人工化的信息管理不仅效率低下,而且操作的错误性较高,严重影响了模具物料数据统计,从而造成铸造模具物料管理困境。

    4. 环境监控困境

    铸造企业的人员、物资都具有较大的流动性。模具生产人员需要在嘈杂、脏乱、光线较暗、温度较高的环境中进行作业,为确保生产的安全性,环境实时监控是必不可少的。而环境情况变幻莫测,人工监控较为困难,很难实现实时监控。

    二、物联网平台总体架构设计

    为了帮助铸造企业走出人员设备、模具物流、环境监控等方面的管控困境,就需要在考虑经济性、全面性、实时性、高效性等原则的前提下,构建物联网平台,来提高铸造企业在生产、物流、仓储管理等环节的数据采集效率、物品跟踪精度、监控覆盖广度等,最大程度地保障铸造企业的产品质量。

    1. 平台总体架构

    目前,大多数铸造企业都是借助办公自动化系统OA、制造实行系统MES、立体仓储系统WMS、产品生命周期系统PLM等信息系统,将信息技术应用融合至产品研发、设计、生产、营销等环节。但上述信息系统仍存有一些瓶颈问题。其中最典型的问题当属“信息孤岛”问题,即存在信息不共享互换以及信息与业务流程和应用相互脱节的问题。为了解决信息孤岛问题,本文提出构建铸造企业物联网综合管理平台总体架构。图1为基于物联网的铝型材生产仓储物流综合管理平台。

    平台通过物联网技术、大数据技术与云计算技术,能够实时、动态、全程地对企业模具、物料的采购、运输环节进行管理,加强了企业各部门的联动和协作,实现了企业部门之间的信息共享跟资源互补,解决了长期以来大型铸造企业在模具、物料管理过程中,数据零散混乱、难以集中处理的问题。

    2. 平台具体架构

    生产仓储物流综合管理平台选用多层架构模式,增加了平台的适应性、可维护性、可扩充性,平台整体架构主要有:在线服务层、支撑服务层、(云平台)基础设施层、平台安全体系、平台监控体系。

    (1)在线服务层。在线服务层以Browser模式主要负责提供工作界面给各种用户,其一般具有以下几个子系统:即模具物料全生命周期管理子系统、铝型材生产过程管控子系统、平台管理子系统和其他系统。

    (2)支撑服务层。支撑服务层在系统总体平台架构中,起着连接各子系统的桥梁作用,为其他系统的应用提供了基础支撑,其具有的功能包括系统登录服务、信息认证服务、权限受理服务、数据传输服务、信息推送服务、检索查阅服务、表单打印服务等。

    (3)云平台基础设施。基础设施层以云计算技术为依托,其组成架构包括服务器集群、数据仓库、云存储、监控系统、物联感知网络等。通过物联网传感器的数据采集功能为企业生产流程的优化、管理决策的制定提供客观数据支撑。

    (4)安全体系结构。平台安全体系是为了保护物联网平台的安全而设立的,它的存在能够有效防止黑客、病毒入侵系统,还能够对传输信息进行加密,防止非法人员登入物联网系统。平台安全体系结构由硬件防火墙、杀毒App、数据加密、秘钥盘、安全口令等构成。

    (5)平台监控体系。监控体系具有监控平台运行状态的功能,能够第一时间发现物联网平台出现的故障,从而帮助工作人员迅速解决平台的安全风险隐患,确保平台能够维持正常稳定的工作状态。

    三、平台中RFID与条码融合的数据采集技术应用

    1. 纯RFID数据采集系统的不足

    目前,大部分铸造企业的监控系统是以纯RFID数据采集系统为基础架构的,而该系统并不能完全满足企业的需求,其原因如下。

    (1)生产监控、质量监测环节数据传输明显不具备实时性。

    (2)只有RFID标签得到大面积应用的基础上,纯RFID数据采集系统才能发挥应有的效用,但是目前RFID标签成本长期居高不下,致使大部分铸造企业缺乏应用RFID数据采集系统的基础条件。

    图1 基于物联网的铝型材生产仓储物流综合管理平台

    图1 基于物联网的铝型材生产仓储物流综合管理平台   下载原图


    (3)纯RFID标签数据存储只用以存放被跟踪对象编码,但是在具体的生产环节中,往往需要将更多的动态数据存放至RFID标签中。

    2. RFID与条码融合的数据采集系统架构设计

    在不影响RFID读写效率和数据存储功能的前提下,降低RFID标签的成本费用,本研究实现了RFID跟条形码技术的融合,构建出了图2所示的数据采集系统架构。

    工作原理:根据铸造企业的实际生产要求和管理要求,整理出系统跟踪监控的模具、物料、产品对象,在此技术上将跟踪对象的性质、生产工序等信息转换成控制逻辑数据,存放于RFID标签内,再通过条形码标签来一一对应具体对象。如果对象在生产加工过程中出现了位置变动,RFID标签内数据也会随着对象的物流、信息流实现变动。根据RFID标签内的数据,可以实现对对象流动路径、操作方法的实时管控。在整个周期内,对象状态数据的载体唯一确定为标签,直到完成对象跟踪,才能取下相应的RFID标签,以便后续循环使用。

    3. 基于RFID与条码融合的数据采集技术优点

    较之传统的信息采集技术,本项目具有以下优点。

    (1)通过采集企业内部生产、存储信息的方式来提高管理效率和管理质量,实现了对产品生产过程的全程监控,实现了企业内部的信息共享、数据交换,大大提升了企业内部数据信息的利用率和决策价值。

    (2)通过实现RFID技术和条码技术的有机结合,从根本上解决了长期以来困扰铸造企业的RFID标签高成本问题。

    (3)通过RFID标签内的控制逻辑数据来实行逻辑判断、控制、实行等操作,确保在数据实时传输的基础上增强控制的实时性。

    (4)在内部闭环系统跟踪完成后,可进行回收,实现循环利用。

    图2 RFID与条码融合的数据采集系统架构

    图2 RFID与条码融合的数据采集系统架构   下载原图


    四、结语

    基于物联网技术构建的生产仓储物流综合管理平台,依托先进前沿的物联网、云计算等技术,帮助铸造企业实现了信息化、智能化、集中化的管理,大大提高了企业内部数据的采集效率、交互效率和处理效率。此外,为了从根本上解决长期以来困扰铸造企业的RFID标签成本高问题,本文提出了应用RFID融合条码的标识技术方案,通过标识、跟踪、控制跟踪对象(人、物料、在制品)的方式,实现了对企业仓储、物流、生产等环节的智能管控,也可以通过实时处理分析标签中存储的生产信息,实现高层次的经营管理决策功能。

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