基于物联网的物料管控系统应用

何丹红

（中铁十一局集团桥梁有限公司，江西鹰潭 335000）

0 前言

智能工厂需要实现制程管控的可视化，需要在产品的制程上，其中包括在原料管控以及流向上，都能实时在眼前显示出来，经过现场采集的数据实时调整生产控制计划、评估原计划，减小实际生产和计划的差距。物料管控系统通过RFID 采集数据构建，通过构建可视化技术数据，构建整体物料管理系统。

1 物联网技术

所谓的物联网就是借助信息网络，根据预定协议连接物品，实现对物品智能化管理的过程。物联网可以实现对物品的识别、跟踪和全程监控，完成对物品的一系列智能化管理。但是物联网的核心技术就是线射频识别技术、无线传感器网络[1]。RFID 技术、WSN 技术、物联网数据交换就是物联网应用中的关键技术。先说RFID 技术，这是最典型的RFID 技术，其中有标签、天线、阅读器，其工作原理就是将无线电信号转变成电磁场，用来传送在物品表面或者物品内部标签，那阅读器就是接收、识别器信息对物品进行密切的跟踪，加上电子存储信息的标签，针对工作频率在不同范围中的识别在当前发展中广泛应用的就是RFID 技术，在管理、定位等方面经常应用。接下来还有WSN 技术，其实是一种分布式的传感器，网络设置非常灵活且设备还可以随时更换。该技术拥有的传感器类型比较多，具备强大的功能、应用范围广等特点，还能探测电磁、压力、地震、湿度、速度等各种物理情况，可以在智能交通、监控环境、医疗等方面发挥较大的功能。这项技术具备着集成化、动态性、大规模、用数据作为中心等特点[2]。最后就是物联网数据交换的准则，因为有关数据的交换标准相对复杂，还没有形成统一的HTML 数据交换准则，这也是物联网发展中的一个难题。其实交换数据标准会影响物联网数据、应用端，这就是物联网集成的关键所在。

2 物联网体制

和过去的装配物料配置管理相比较，主要就是管理装配库房、手工解决物料配套中出现的难题，那对于物料配套管理完善思维，借助物联网技术可以实现装配物料配套管理的信息化处理，可以成立型号产品管理装配物料的出入库记录、对重要的物料实施全程跟踪、共享全局物料库存信息等，这样可以有效提升装配物料配套管理的效果。

而物联网作为第三次革命中产生的信息科学技术产业，在物联网的基础上，就可以被独立的普通物理对象执行联网的平台，这是为了延伸物联网用户端，拓展在任何物品或者是物品之间的交换，通过物物相息的形式识别智能化。构建装配联网的体制，有效满足快速识别物料以及全程跟踪。先说感知层的问题，由于物联网的感知层包含：手段、多方式感知，借助RFID、条形码，多种手段表示装备生产，一定会涉及多种类型的物料，针对不同的表示可以借助条码扫描枪以及读写器多种方式感知装配物料的状态。接下来就是网络层，就是传输信息以及通信的作用，换句话说就是衔接感知层于应用层的一个中介[4]。另外，工程企业将当前拥有的局域网作为基层，适当添加一些适合物联网通信的通信技术，比如2G、3G、4G、Wi-Fi，这样可以保证感知层传输数据的时候安全性更高。最后我们说一下应用层，应用层在自感知层、网络层的实时物料配套统一管理信息的时候，用来对基础数据进行管理、装配的BOM、分类管理物料、对装配领料的管理、库存管理等，还有为RP、MES 外围系统提供集成的接口，给物料配套信息全局的共享提供科学的载体。

3 RFID 数据采集的运行模式设计以及功能实现

设计RFID 数据采集功能，物料管理系统是物料从原料到最终加工成品的全过程，各个环节不只是要取得物料的属性以及加工工艺信息，还要明确和其有关的制造信息，像工人工号、机床编号等，有效管理这些信息。设计采集数据系统还需要确保采集数据的精准、拓展性，是生产以及管理需要的多边形，整个系统在系统结构以及软件设计方面都应该保持良好的可扩展性；数据的共享性，其生产信息的上下流动以及共享，企业的管理部门对生产线的情况有充分的了解，按照生产实际情况以及调整作业的计划，有效解决生产过程中遇到的难题，给企业上层应用系统以及底层现场自动化系统的融合提供帮助；设计系统应该降低系统的硬件平台投入，确保系统功能的时候，降低系统的投入成本。

设计RFID 数据采集运行模式，首先，管理物料标签，将物料对应的卡号用RFID 读写器写入标签，与此同时物料的其他信息进行关联。这是物料从进入车间、加工、完成工作的一个流程，同时也是一个不断发生变化的过程，甚至物料多、机械设备、工作人员、产品质量等多种因素。其次，选择硬件，将RFID 阅读器安装在生产线的每个生产工位上，然后将阅读器和计算机的接口连接在一起，然后由后台计算机像阅读器上发送指令，在阅读器执行操作指令的时候，像系统反馈参数范围，系统按照反馈判断阅读器是否正确执行操作的指令。最后，设计业务流程，在原料进入车间开始加工之前，物料管理员需要对物料进行标识，同时记录物料的编号、质量以及名称信息资料。另外，物料管理员需要给物料配置对应的电子标签，保证物料的唯一性。物料管理员经过RFID 读写器写入物料编号，保证物料和标签的相互对应。把RFID 电子标签附着在原材料或者是盛有原材料的托盘，在原材料或者装有原材料的托盘通过每个工位进行加工的时候，RFID 阅读器会自动识别存储在电子标签中的原材料属性以及加工信息。在整个采集数据期间不需要直视或者利用人工操作，可以提升数据采集以及实时输入的效率以及数据的精准。把RFID阅读器采集到的信息导入在数据库中，经过ODBC 接口传送到模型，然后方针系统利用得到的数据经过方针实验分析现实物流系统求解算法，对物流系统的性能以及输出成效有深入的分析。其数据的作用按照离散制造车间的设备以及工艺路线、时间、人员等参数构建和现场物流情况对应的等价计算机仿真模型。

基于RFID 现场数据采集系统在生产控制中的应用，系统的功能主要体现在：①现场数据采集，这些数据包含有RFID 数据采集系统有关信息，如工位工时工件的信息，检查质量系统以及人员设备、生产日志文件等。②跟踪物料以及制品，物料跟踪主要就是实时监控生产期间物料的移动、消耗情况，然后整合、分析其产生的信息。③生产过程的跟踪以及管理，经过安装在车间关键位置以及工位上RFID 信息采集装置不但可以使管理者可以实时了解生产计划的设施情况，还可以经过采集到的工位工件工人的信息资料，追踪产品的生产流程，辅助企业追溯出产品质量问题的根源，追责有关负责人以及负责加工工序，及时发现问题和解决问题，降低企业的损失。④实时调度，在加工期间如果出现故障或者是突发情况，这些信息就会由生产跟踪模块传送给实时调度模块进行分析，在必要的时候，调整整个生产计划，尽力降低企业的损失。在生产加工中出现设备运行故障、物料紧张、短缺、紧急订单、客户要求提前交货的情况，工作车间的生产作业一定会出现很大的变化，所以要依赖实时调度模块及时排除设备中存在的故障，重新安排生产计划。⑤查询信息，各个部门的人经过各自权限查询自己想要的数据资料，生产车间可以查询生产的详细信息资料，经过信息查询模块可以详细了解生产故障的设备种类，出现故障的原因以及时间等。

4 基于物联网的物料管控系统

4.1 物料进场验收的应用

基于物联网的物料管控系统，借助物联网技术，主动采集精确的数据资料，把地磅的称重数据直接传输在电脑系统上；应用数据集成以及云计算技术，扎实掌握数据，积累、增值物料数据资产；借助互联网以及大数据技术，检测多个项目的数据，全面智能化分析；应用移动互联技术，随时掌握现场的情况[5]。使用这个系统，有效降低材料成本的投入、减少工作人员的工作压力、提升验收效率、提升管控效率，实现全方位管理物资进出场的记录。称重区域的系统，借助物联网技术，把地磅的称重数据直接传输在电脑系统中，杜绝人为修改称重数据、数据不真实、不精准的情况出现，这个系统可以实时监督材料进场的情况，确保材料实称实入库。在车的前后左右设置四个摄像头监控、全方位覆盖，防范只称毛重不卸材料回皮或反复称重等情况。系统即时抓拍并且留存运单、质量证明等原始信息资料，系统可以自动识别，防止手工录入车牌造成误差、浪费时间现象，提升过磅的效率，系统自动保存车牌照片实现可视化的监控，防止人为篡改车牌的信息。当运输车辆卸货出厂时，经过红外对射检测车辆，一旦出现车辆没有完全上磅的情况，系统就发出终止过磅的阻止行为，纠正之后才能继续完成称重，防止车辆不完全上磅造成皮重减轻等情况[6]。对于非称重材料经过移动APP 现场记录验收结构，借助手机摄像头自动识别车牌、抓拍照片留下证据；经过便携式蓝牙打印机验收现场快捷打印单据，系统支持线上电子签名，完全代替手工操作；验收的结果和称重验收数据汇总成材料账，保证数据的准确性。

4.2 装饰工程项目的应用

项目有关人员按照土质以及劳务队提供的完成面尺寸，于物料管控系统平台上下单，详细填写材料的规格、进场时间、数量、供应商等信息，还可以将CAD 土质等附件导入，可以用于项目材料信息的记录、审核、实时动态查询材料信息；另外经过后续集合项目模型，实现材料可视化管控提供原始数据。应用于加工以及物流管控，这个时候材料供应商可以登录物料管控系统的平台，核对材料的清单以及图纸[7]。在材料加工完成之后，从系统平台导出标准格式的条码标签，这个标签上包含着：型号、批次、安装位置等信息，供应商打印并且粘贴在材料的表面上。在运输材料之前，商家填写物流公司的联系方式、预计到货时间等。材料的进场，借助便携式智能扫描终端等设备扫描条码入库，系统自动记录物料的规格、时间、数量等信息资料；针对局部加工错误的材料，像铝板木纹反向、规格尺寸偏差大等，可以经过手机软件在系统平台登记为不合格的产品，使用手持式标签打印机打印特殊的条码，粘贴在材料表面。至于机械设备，叉车、曲臂车、剪刀车等，可以粘贴RFID 电子标签，管理人员扫码等级设备使用单位，自动生成机械设备的使用清单，对管控机械设备有一定的帮助，掌握机械设备的进退场时间。全方位监控摄像支持远程视频随时查看现场验收情况，由巡检、旁站的方式提升为实时在线核查；如验收时段没时间监管，可随时对过往视频进行回放。如与供应商产生纠纷，即刻调取留存视频影像，作为有效的参考资料。

4.3 物料管理系统的装配

想要维护装配物料，还要在数据、管理物料配套业务的基础上，这样可以实现产品装配的配套件出入计算机管理、自动生成报表等处理业务功能，打破传统手工管理模式的壁垒，防止装配物料配套出现错误。按照装配物料管理的系统需求，将装配物料配套系统划分成系统管理、物料分类管理、装配BOM 管理、领料管理、组件管理、库房管理、生产指令管理、集成机构等模块。基于物料管控系统的功能分类，应用架构以及技术框架，借助面向服务构架或者是物料管理系统，就可以高度实现可持续发展、提升实用性、实效性等。同时充分考虑Java 企业版技术架构的跨平台、易维护等优点，技术架构可以将JavaEE 体系作为物料管理系统的。也可以选择IE、QQ 等浏览器作为客户阶段的有效应用，然后应用Tomcat 作为Web 容器，在这个时候可以应用ApscheAXIS2 作为WebService 容器，至于关系数据库管理平台可以应用Oracle，借助Eclipse 的工具，实现转隔壁物料配套管理系统的开发，可以实施应用。

4.4 提升物联网物料管控系统的途径

首先是考核管理，提升项目实施智慧工地的积极性以及树立实施智慧工地的信息有重要的作用，由此可见企业需要构建一个完善的科学智慧工地，实施绩效评估体系，在考核指标的基础上，例如像建模工作人员，是可以在建模的平米数以及构件量的基础上制定有效的指标；那么对于分析成本的工作人员，是可以在智慧工地输出的成本数据度基础上完成打分。但是需要特别注意的是，在开始的时候不要将绩效指标、考核的指标设立太高，应该按照当前工作人员的技术而定，否则会形成实施的障碍，容易得到适得其反的结果。还有就是要对培训管理有足够的重视，针对常用的智慧工地知识、智慧工地实施流程、每个环节的交付标准等内容，可以制定一个智慧工地实施团队的高效培训计划，对于专职的岗位来讲，智慧工地数据的分析师，还是要建立专门的培训课程。这样可以优化培训管理制度，保证在项目实施推广普及阶段，这样每个项目的智慧工地实施人员需要及时展开自己负责的工作。

4.5 物料配套管理的优化

存储管理物料、配套供应业务就是一个非常复杂的过程，这些都是根据物料类型完成分类供应，但是物料配套手段还是相对滞后，物料出入库台账的记录、统计物料库存、提取装配BOM、领料、填写单据等日常库房管理、物料配套业务都是应用人工的方式解决，有关信息还是以纸质文档为核心，这些都存在着不能共享信息的缺陷。传统的装配物料管理模式已经跟不上社会发展的速度，由此可见还是需要优化、完善、升级物料配套管理的方式以及渠道。①构建一个装配物料配套管理的信息系统，实现信息化物料的信息共享以及物料配套业务服务，构建统一的装配物料数据库，随后通过计算机共享物料信息，这样就可以替代纸质文档的应用，还能提升物料信息的输送速度，其中需要落实处理BOM 的汇总操作、配套物料以及台账记录等物料的库房管理信息等。②构建物料配套业务流程管理、信息传递的模式。网络上申请领料审批过程，解决以往传统逐个部门审批的工作方式，提升物料申领的效率。

5 物联网的物料管控系统应用目标

①应用组织这个制度需要先明确企业级智慧工地工作室工作人员以及项目智慧工地实施团队成员的构成以及岗位职责，还有对各类岗位人员的知识掌握能力的严格要求。②共4 层作为管理目标，规范现场材料管理流程，避免管理存在漏洞，辅助节约成本提升工作质量。经过现场物料整体的解决方案计划，强化材料数据积累分析能力，通过数据辅助项目管理。实现精细化管理材料的目标。③业务目标，优化、完善流程，提升工作效率；培养人才，经过引进数字化以及信息化管理手段贯彻落实应用于项目，推进项目全体工作人员对新技术的了解，积累管理项目的经验，研究数字化模式下的管理方式，给企业培养一批新技术管理方面的人才。④软件管理，硬件方面包含着规范购买设备、应用设备、管理设备、维修设备等方面，但是软件方面就包含着系统的采购、分配权限、运行信息系统安全等。但是需要特别注意的是，智慧工地的应用系统一般都严格要求硬件的性能，更需要对应软件的匹配。除此之外，智慧工地软件种类非常多，需要按照智慧工地规划提出的具体应用需要进行选型搭配，防止出现浪费资金方面的情况。⑤数据检视，智慧工地的实施会形成一个片面很大的数据共享以及协同平台，所以初期就创设好良好的数据制度有重要的作用，其主要包含智慧工地模型数据标准、访问权限、数据归档格式等，这个制度最重要的作用就是保证可以形成统一的智慧工地协同平台，防止数据在不同的工作流程中不能传递。

6 结语

总而言之，采用智能物料管控系统平台，除了可以打破材料供应商以及项目管理人、劳务施工班组三方数据的限制，可以实现材料数据自动化采集且实时更新、电子化储存，提升物资管理的精细化水平，减少生产成本投入，提升施工管理效率，保证施工现场的安全。