物聯網(Internet of Things,Io T)是互聯網的延伸和拓展,指在既有約定協議的指導下,通過信息采集以及傳感設備來將一些硬件設備跟互聯網連接在一起,從而實時采集物品設備的狀態、信息和數據,實現對設備跟蹤定位和調控管理的一種網絡架構體系。物聯網實現了設備設施、人力資源、物料資源、寬帶的整合統一,并以此為基礎,拓展至個人學習生活、公司生產運行、經濟管理、社會管理、國防建設等各個方面。
近年來,鑄造業發展迅速,同時也帶來了員工多、難管理、數據龐大但利用率低、管理壓力大、工作環境復雜難以實時監控等問題。針對這些問題,大部分鑄造企業構建了智能物聯網平臺,依靠純RFID數據采集系統來采集數據。但其在采集數據時存在一定的滯后性,讓鑄造企業無法第一時間發現企業生產、物流、倉儲等環節存在的問題,從而影響企業的生產效率和生產質量。
為了解決鑄造企業生產、物流、倉儲等環節存在的問題,本文以物聯網技術應用的生產倉儲物流綜合管理平臺總體架構為基礎,通過對RFID、條碼等技術的有機結合,解決了純RFID數據采集系統成本較高、采集數據不及時的缺陷,實現對公司人力資源和物料資源的智能化識別、定位、跟蹤、監控,實現了數據采集實時化,環境監控全面化,人員設備管理智能化,進而大大提升了企業生產物料倉儲管理的效率和質量。
目前,大型鑄造企業生產制作的模具,其材質、精度、壽命以及交貨期在很大程度上影響著鑄件的質量,但是大型鑄造企業又存在著模具生產規格品種多、加工數量大的特點,這無疑加大了模具生產和倉儲管理的難度,也使得大型鑄造企業在推進生產管控智能化過程中,通常會出現以下四種困境。
鑄造企業是傳統的制造業,其部門繁多,存在部門缺乏聯動和協作的問題。此外,企業對人員的定位也不夠明確,導致內部很多員工經常重復一些交叉工作。因此,大型鑄造企業往往面臨著內部人員眾多,信息管理混亂,管理層、技術層員工、普通員工定位不清的問題,致使人員管理面臨困境。
鑄造企業為了生產需要,置辦了大量的設備。例如企業必須購買一些熔煉設備、制殼設備、質檢設備、打磨設備等,為了使設備設施正常運行,及時處理這些設備出現的故障,需要實時動態地監控、采集這些設備的狀態、屬性跟參數,這給工作人員帶來了較大的工作量,致使企業面臨設備管控困境。
鑄造企業通常會堆積很多模具、器材跟物料,而不論是材料的采購環節還是倉管存儲環節,都不可避免地會涉及數據存儲、數據整理匯總,但是傳統人工化的信息管理不僅效率低下,而且操作的錯誤性較高,嚴重影響了模具物料數據統計,從而造成鑄造模具物料管理困境。
鑄造企業的人員、物資都具有較大的流動性。模具生產人員需要在嘈雜、臟亂、光線較暗、溫度較高的環境中進行作業,為確保生產的安全性,環境實時監控是必不可少的。而環境情況變幻莫測,人工監控較為困難,很難實現實時監控。
為了幫助鑄造企業走出人員設備、模具物流、環境監控等方面的管控困境,就需要在考慮經濟性、全面性、實時性、高效性等原則的前提下,構建物聯網平臺,來提高鑄造企業在生產、物流、倉儲管理等環節的數據采集效率、物品跟蹤精度、監控覆蓋廣度等,最大程度地保障鑄造企業的產品質量。
目前,大多數鑄造企業都是借助辦公自動化系統OA、制造執行系統MES、立體倉儲系統WMS、產品生命周期系統PLM等信息系統,將信息技術應用融合至產品研發、設計、生產、營銷等環節。但上述信息系統仍存有一些瓶頸問題。其中最典型的問題當屬“信息孤島”問題,即存在信息不共享互換以及信息與業務流程和應用相互脫節的問題。為了解決信息孤島問題,本文提出構建鑄造企業物聯網綜合管理平臺總體架構。圖1為基于物聯網的鋁型材生產倉儲物流綜合管理平臺。
平臺通過物聯網技術、大數據技術與云計算技術,能夠實時、動態、全程地對企業模具、物料的采購、運輸環節進行管理,加強了企業各部門的聯動和協作,實現了企業部門之間的信息共享跟資源互補,解決了長期以來大型鑄造企業在模具、物料管理過程中,數據零散混亂、難以集中處理的問題。
生產倉儲物流綜合管理平臺選用多層架構模式,增加了平臺的適應性、可維護性、可擴充性,平臺整體架構主要有:在線服務層、支撐服務層、(云平臺)基礎設施層、平臺安全體系、平臺監控體系。
(1)在線服務層。在線服務層以Browser模式主要負責提供工作界面給各種用戶,其一般具有以下幾個子系統:即模具物料全生命周期管理子系統、鋁型材生產過程管控子系統、平臺管理子系統和其他系統。
(2)支撐服務層。支撐服務層在系統總體平臺架構中,起著連接各子系統的橋梁作用,為其他系統的應用提供了基礎支撐,其具有的功能包括系統登錄服務、信息認證服務、權限受理服務、數據傳輸服務、信息推送服務、檢索查閱服務、表單打印服務等。
(3)云平臺基礎設施?;A設施層以云計算技術為依托,其組成架構包括服務器集群、數據倉庫、云存儲、監控系統、物聯感知網絡等。通過物聯網傳感器的數據采集功能為企業生產流程的優化、管理決策的制定提供客觀數據支撐。
(4)安全體系結構。平臺安全體系是為了保護物聯網平臺的安全而設立的,它的存在能夠有效防止黑客、病毒入侵系統,還能夠對傳輸信息進行加密,防止非法人員登入物聯網系統。平臺安全體系結構由硬件防火墻、殺毒軟件、數據加密、秘鑰盤、安全口令等構成。
(5)平臺監控體系。監控體系具有監控平臺運行狀態的功能,能夠第一時間發現物聯網平臺出現的故障,從而幫助工作人員迅速解決平臺的安全風險隱患,確保平臺能夠維持正常穩定的工作狀態。
目前,大部分鑄造企業的監控系統是以純RFID數據采集系統為基礎架構的,而該系統并不能完全滿足企業的需求,其原因如下。
(1)生產監控、質量監測環節數據傳輸明顯不具備實時性。
(2)只有RFID標簽得到大面積應用的基礎上,純RFID數據采集系統才能發揮應有的效用,但是目前RFID標簽成本長期居高不下,致使大部分鑄造企業缺乏應用RFID數據采集系統的基礎條件。
(3)純RFID標簽數據存儲只用以存放被跟蹤對象編碼,但是在具體的生產環節中,往往需要將更多的動態數據存放至RFID標簽中。
在不影響RFID讀寫效率和數據存儲功能的前提下,降低RFID標簽的成本費用,本研究實現了RFID跟條形碼技術的融合,構建出了圖2所示的數據采集系統架構。
工作原理:根據鑄造企業的實際生產要求和管理要求,整理出系統跟蹤監控的模具、物料、產品對象,在此技術上將跟蹤對象的性質、生產工序等信息轉換成控制邏輯數據,存放于RFID標簽內,再通過條形碼標簽來一一對應具體對象。如果對象在生產加工過程中出現了位置變動,RFID標簽內數據也會隨著對象的物流、信息流實現變動。根據RFID標簽內的數據,可以實現對對象流動路徑、操作方法的實時管控。在整個周期內,對象狀態數據的載體唯一確定為標簽,直到完成對象跟蹤,才能取下相應的RFID標簽,以便后續循環使用。
較之傳統的信息采集技術,本項目具有以下優點。
(1)通過采集企業內部生產、存儲信息的方式來提高管理效率和管理質量,實現了對產品生產過程的全程監控,實現了企業內部的信息共享、數據交換,大大提升了企業內部數據信息的利用率和決策價值。
(2)通過實現RFID技術和條碼技術的有機結合,從根本上解決了長期以來困擾鑄造企業的RFID標簽高成本問題。
(3)通過RFID標簽內的控制邏輯數據來執行邏輯判斷、控制、執行等操作,確保在數據實時傳輸的基礎上增強控制的實時性。
(4)在內部閉環系統跟蹤完成后,可進行回收,實現循環利用。
基于物聯網技術構建的生產倉儲物流綜合管理平臺,依托先進前沿的物聯網、云計算等技術,幫助鑄造企業實現了信息化、智能化、集中化的管理,大大提高了企業內部數據的采集效率、交互效率和處理效率。此外,為了從根本上解決長期以來困擾鑄造企業的RFID標簽成本高問題,本文提出了應用RFID融合條碼的標識技術方案,通過標識、跟蹤、控制跟蹤對象(人、物料、在制品)的方式,實現了對企業倉儲、物流、生產等環節的智能管控,也可以通過實時處理分析標簽中存儲的生產信息,實現高層次的經營管理決策功能。