基于移动互联技术的焊接车间物料跟踪系统研究*

胡晓兵,李现春,徐营利,杨 雄

(四川大学 制造科学与工程学院，成都 610065)

0 引言

随着互联网信息产业的快速发展以及移动互联技术的广泛应用，二维码技术普遍应用与金融、物流、交通管理、航空、电子、邮政及医疗等行业[1-2]，这得益于二维码不但具有一维条码的优点，而且二维码也具有储量大、可靠性强、安全性高以及错误矫正能力强的诸多优点[3]。制造业中利用二维码技术也在逐步升温，其应用于物料跟踪系统和零件加工过程中，不仅仅是其重要性的体现，也是商业价值的表露。因此，对二维码技术在车间现场物料跟踪系统的研究显得尤为必要。

近年来，国内外学者对物料跟踪系统方面的研究日益增多，同时也取得了丰富的硕果。陈珊珊[4]通过RFID射频技术研究设计出一套物料跟踪管理系统；陈小龙、张倩慧等[5]通过对工厂供应链管理的业务流程分析，标识车间物料，设计工厂供应链管理系统，通过信息系统整合供应链资源；杜宇涛[6]以钢丝制品为实例，提出步进型物料跟踪的实现方式。Navon R，Berkovich O[7]以工程施工材料为例开发了一种基于自动或半自动数据收集材料管理和控制的模型，自动启动和管理材料的订购，监测施工现场的材料实际流量和现有库存。

针对焊接车间的局限性和特殊性，传统的物料管理手段不能满足现代企业信息化发展的需求。基于移动互联技术的焊接车间物料跟踪系统借助移动互联技术和物联网技术为该问题提供了有效的解决方案，借助移动终端，现场工作人员可随时随地将现场发生的数据录入信息系统中，避免了数据的转录，减少加工过程中的手工记录出错率；而借助物联网技术，可实现现场数据的高效采集，减少工作人员的工作量和数据的错误率，有效提高企业生产信息管理的准确度和效率。

1 二维码技术简介

二维码[8](2-dimensional barcode)是由某种特定的集合图形在平面(二维方向)按一定规律分布的黑白相间的图形。相比较与一维条码技术，二维码是一种更加高级的条码格式，条形码只能存储数字和字母，但是二维码可存储的内容除了数字和字母外，还包括文本、图像、网址、音频、名片、指纹等，编码范围及其广泛，容错能力强，即使局部损坏，仍然可正常识别。除此之外，二维码还可引入加密措施，具有保密性、防伪性好等特点。如今二维码在身边随处可见，包括信息获取、网站跳转、广告推送、手机电商、手机支付、防伪溯源、会员管理等生活的方方面面。

2 系统需求与分析

2.1 焊接车间管理现状分析

本文以焊研威达科技公司的焊接车间为研究对象。

图1 目前焊研威达焊接车间物料管理模式

目前焊接车间现场物料管理工作繁琐复杂，物料的管理在整个车间管理中占据着重要的地位。目前，虽然已经将物料管理纳入车间信息管理系统中了，但仍存在以下问题：物料数据需要多次转抄录入，即在现场用纸笔记录再到办公室录入电脑中，这不但增加了现场管理人员的工作量而且数据错误率很高，实时性无法得到保障；现场工作人员和车间管理人员无法实时获取车间物料的位置、数量、加工进度等信息，无法对焊接现场加工情况做到实时掌握，对突发情况不能及时给出正确解决方案。

2.2 系统需求分析

结合焊接车间实际情况，设计基于二维码技术的物料跟踪管理系统，目的在于改善企业生产经营状况，在一定程度上提高产品质量，提高生产效率。系统需求分析主要功能模块分为用户管理模块、物料出入库、现场物料盘点、焊接质量检验和标签打印模块。

鉴于焊研威达焊接件体型较大移动不便，同其他行业相比，大型压力容器由于其生产现场环境复杂恶劣，不利于在现场布置电缆和台式计算机进行联网操作，难以保证信息获取的实时性,因此急需要一个有效的方式改变现状。现场焊接环境如图2所示。

图2 焊接威达焊接现场图集

3 系统设计与实现

本系统主要有客户端、服务端和后台数据库3个组成部分。客户端主要作用是工作人员发送和接收物料信息，将用户录入的信息或者操作转化为SQL语言或者格式化字符串供服务端识别，还识别处理返回的信息通过电子显示屏呈现出来。服务器作为数据库和客户端之间的数据接口传递物料信息数据。数据库为焊接车间智能管理系统后台数据库。通过此结构，工作人员通过该系统的客户端向数据库写入物料信息，并可在客户端实时查看数据库中的信息。

3.1 二维码设计

二维码主要用于材料的入库、出库和现场加工过程工序间的扫描，实现车间物料的数据的智能处理。考虑焊接车间现场物料管理对象多为零散材料，需要的标签多，虽然RFID技术更加先进可靠，但是其标签制作成本高，张贴环境要求严格的特点不适合在焊接车间的物流管控中采用。而二维码标识卡制作成本低，张贴灵活的优点恰好满足大型压力容器焊接车间现场物料管控的要求。此外采用二维码识别技术，工作人员无需携带专用扫描设备，只需利用自己随身的手机就可实现数据获取，降低了设备成本，提高了现场管控的便捷性。鉴于以上原因，选择二维码作为工作环境恶劣的焊接车间零部件物料识别的标签。

每一个零件对应唯一的一个二维码，该二维码设计制作完成后从零件从库房被领取到现场加工的各个工序再到装配线始终跟随着零件。二维码本身要有零件各个工序的基本加工信息，以便在零件生产加工过程中检索查看相关信息。

考虑到焊接车间的环境问题，普通纸质二维码标签在使用过程中极易容易出现破损，现采用喷码的形式，将二维码喷到处理好的不锈钢片上，最后黏贴到工件合适的位置。二维码制作流程如图3、图4及表1所示。

1.工段计划员 2.喷码机 3.二维码物料标示牌。图3 制作喷印二维码标识卡

表1 二维码物料标示牌(样张)

图4 二维码物料标识牌实物图

3.2 系统的数据采集

数据采集是重要的工作环节，由于需要把二维码贯穿于零件的整个加工过程，也就是在每道工序结束后，对该零件进行一次信息扫描并记录上传相关数据显得比较必要，这样可以实现对零件加工进行实时跟踪和信息反馈，实现生产过程的实施查看加工信息。传统的物料管理系统信息采集是靠工人的手动纸张记录，然后再录入计算机，但由于焊接车间条件的限制，机器通常设置在实际焊接区域以外，这样在录入数据时通常容易出现问题。并且企业管理者和技术人员就不能实时掌控现场的零件的加工状态，不便于管理，从而导致企业效率低下的问题，实时掌控并获取加工信息的问题已经成为现代企业发展的瓶颈问题。

利用移动设备通过读取数据，并对数据进行相关处理，输入新的加工信息，对加工中的零件实时跟踪。根据需要，列出了一线工作人员需要做出的数据处理。如表2所示。

表2 数据信息处理

3.3 零件加工信息的实时跟踪管理

采集完数据后只得到生产过程的基础数据，然后对焊接件的生产状态进行定义和描述，把数据返回到物料跟踪管理系统，管理层和技术层可通过客户端实时查看物料加工生产信息，判别生产是否按计划进行，是否需要修订生产方案,如表3所示。

表3 加工工件生产状态定义

3.4 数据实时跟踪的实现

为了实现实时跟踪监控数据，现场操作人员需要在零部件加工过程中的各个工序间进行一次数据的加工状态的同步，利用移动手机、平板电脑通过客户端扫描工件上的二维码标示牌直接跳转到物料管理系统本工件信息卡片相应位置，初次进入会跳转到登陆界面然后进入系统，或者使用公司配备的数据采集终端把生产加工信息直接录入系统，实时传到物料跟踪管理系统。管理层和技术层可以通过客户端访问工件的生产信息，实时确定工件所处的工位或状态，根据原有工作计划及实时加工情况确定是否需要对现有状态做出指示。同样地，现场操作工人在每次采集录入信息时，也可看到上层人员是否对该工件的工艺要求有所改变。生产物料信息采集跟踪如图5所示。

图5 生产物料信息采集跟踪图

4 系统运行实例

为了验证本系统的可行性，系统各个模块的有效性，对本系统进行实例运行。

对于大型压力容器，由于体积大，搬运难等特点，利用移动平台的便捷性，可突破其物理空间的限制，有效地解决了“信息化最后一公里”的难题，延长了企业的业务流程，并让信息化摆脱了PC和网线的束缚，对其焊接生产管理效率的提升尤为突出，本系统选择在Android系统移动终端开发[9]。

该系统通过与企业ERP系统无缝对接，通过与车间级的协同，物料准备、工具准备等各类职能人员可以提前知道相关生产任务，便于提前进行各类生产准备，生产管理人员可实时查看到计划的准备情况、工序状态、在制品信息、质检信息和生产过程中设备的详细运行参数、齐套分析等内容，通过采取及时的生产调度措施来应对生产过程中的各种变化情况，可最大程度地避免因某项工作准备不足而影响车间的正常生产，实现焊接现场生产的全面协同管理。

焊研威达焊接车间现场物料管理系统各功能界面如图6～图8所示。

图6 系统登录界面 图7 系统功能界面

图8 入库单界面

从系统主菜单页面可以很直观地看到该系统的手机客户端各个功能模块，其中系统扫一扫即是采集零件加工信息的模块，实时传到系统。

该系统不仅仅应用于焊接车间，还可推广到各行业车间物料跟踪管理系统，实现企业的全面信息化。

5 结论

本文针对焊接车间生产现场物料管理障碍的问题，提出了物料管理跟踪系统，从材料的入库、生产加工工序、装配、到成品出库，对整个生产加工过程进行实时跟踪，从而改善企业生产经营状况，加快企业反应速度，提高产品质量，减少传统操作错误，提高生产效率，降低生产成本。