RFID鋼廠智能生產(chǎn)及物流管理系統(tǒng)解決方案

第一章. 系統(tǒng)概述

一.1 背景介紹

當前，隨著我國眾多鋼鐵企業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整以及產(chǎn)能提高，鋼鐵企業(yè)的物流量在國內(nèi)物流總量中占據(jù)的比重越來越大。對鋼鐵企業(yè)而言，在原燃料等上游產(chǎn)品價格居高不下，鋼鐵行業(yè)競爭日趨激烈的情況下，建立鋼廠物流信息管理系統(tǒng)逐漸成為鋼鐵企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略的重要課題。

盡管MES、ERP等管理信息系統(tǒng)對企業(yè)的管理帶來極大的便利，給企業(yè)帶來明顯的經(jīng)濟效益，但由于缺少庫區(qū)底層生產(chǎn)、制造、管理過程中的大量基礎信息，生產(chǎn)情況，庫存情況等難以及時反饋，因此導致管理環(huán)節(jié)與生產(chǎn)環(huán)節(jié)無法進行良好的雙向信息交互，產(chǎn)生信息孤島與斷層現(xiàn)象，制約企業(yè)信息化集成的發(fā)展。

1.2需求分析

     1.2.1   全流程物料跟蹤

     對所用進行加工工序的物料進行全流程物料基本信息（包括物料批號、料號、重量，生產(chǎn)編號，加工用途，生產(chǎn)捆號、單號，技術(shù)要求交貨狀態(tài)及物流信息）的跟蹤。

1.2.2 現(xiàn)場物料巡檢功能

巡檢人員定期通過手持RFID讀寫器對物料進行巡檢，能實時了解現(xiàn)場的生產(chǎn)、物流及倉儲實際情況，并實時記錄，上載RFID智能生產(chǎn)物流管理系統(tǒng)進行記錄保存，對所有生產(chǎn)物料做到有信息，有位置，有記錄。

1.2.3 生產(chǎn)計劃指揮調(diào)度

針對已經(jīng)制定好的生產(chǎn)及物流計劃和臨時加入的生產(chǎn)及物流計劃，給予現(xiàn)場操作人員最合理的建議及最簡捷的實施方式，

1.3設計原則

結(jié)合當前技術(shù)發(fā)展狀況及趨勢，在系統(tǒng)的設計過程中我們嚴格遵循以下原則：

1.經(jīng)濟性

充分利用成熟先進技術(shù)，以無線射頻技術(shù)（RFID無源標簽）為基礎，保證整體系統(tǒng)的高性價比；軟件符合管理需要，界面友好、易維護，整個系統(tǒng)易用、實用。

2.可靠性

系統(tǒng)最大限度集成國內(nèi)先進的技術(shù)及組件，采用成熟技術(shù)以降低系統(tǒng)的不穩(wěn)定因素；對系統(tǒng)中的硬件、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫部分設計盡可能詳盡的故障處理方案，以保證系統(tǒng)的快速恢復性；系統(tǒng)采用容錯技術(shù)提高系統(tǒng)的可靠性。

3.先進性

在系統(tǒng)可靠性的前提下，先進性也至關重要，系統(tǒng)的網(wǎng)絡平臺、硬件平臺、系統(tǒng)軟件平臺技術(shù)代表了當今計算機技術(shù)發(fā)展的方向，并經(jīng)實踐證明具有很強的實用性，符合當今計算機科學的發(fā)展潮流。

系統(tǒng)各平臺提供二次開發(fā)接口，可以保證各項技術(shù)可以不斷的更新和升級以維持系統(tǒng)的先進性。

4.安全性

系統(tǒng)具有防計算機病毒的能力，有較強的抗干擾能力，具有密碼、日記記錄操作動作等，避免出現(xiàn)遭到惡意攻擊和數(shù)據(jù)被非法提取使用的現(xiàn)象，保障系統(tǒng)網(wǎng)絡安全。

5.可擴展性

在系統(tǒng)軟硬件上的設計和選型上，我們充分考慮其可擴展性，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)易于擴充，以適應今后可能出現(xiàn)的更大任務負載。硬件平臺具有可升級性，當需要時可以增加新的計算機設備同原有計算機設備一起工作以提高系統(tǒng)的處理能力，保證原有資源的充分利用。

6.規(guī)范性

由于本系統(tǒng)是一個嚴格的綜合性系統(tǒng)，在系統(tǒng)的設計與施工過程中我們參考各方面的標準與規(guī)范，嚴格遵從各項技術(shù)規(guī)定，做好系統(tǒng)的標準化設計與施工。一切從實際出發(fā)，使智能系統(tǒng)具有較高的實用效能。

7.易維護性

采用業(yè)內(nèi)通用的易于維護的系統(tǒng)平臺；應用軟件界面友好，安裝、使用、維護簡單便捷；業(yè)務流程清晰，符合常規(guī)業(yè)務處理習慣；系統(tǒng)數(shù)據(jù)維護方便，備份及數(shù)據(jù)恢復快速簡單；系統(tǒng)軟件配置簡單方便，盡量避免復雜的系統(tǒng)配置文件。

第二章. 總體設計

二.1 方案架構(gòu)

本方案采用層次化、功能服務模塊化的系統(tǒng)架構(gòu)，以滿足業(yè)務應用和處理能力的線性擴展要求。方案整體架構(gòu)如下：

二.2 方案特點

2.2.1 高實時性

整個系統(tǒng)從前端采集至中心數(shù)據(jù)處理，設計均基于高實時性考量，實時采集數(shù)據(jù)、實時上傳、實時反饋。同時對生產(chǎn)狀態(tài)或物流狀態(tài)正常的物料呈現(xiàn)實時生產(chǎn)及物流狀態(tài)，對生產(chǎn)狀態(tài)或物流狀態(tài)有異常的物料進行預警，無需任何人工干預且為現(xiàn)場操作人員提供正確操作依據(jù)。

2.2.2 RFID射頻識別

一 采用最先進的標識方式

本系統(tǒng)采用最先進的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)——RFID電子標簽，作為鋼材的標識信息載體，優(yōu)勢如下：

1、RFID標簽信息通過內(nèi)置芯片儲存，信息不易丟失。

2、RFID標簽信息通過無線信號讀取，方便、快捷、精準。

3、RFID標簽信息須通過發(fā)卡機修改，可設置權(quán)限，不易被篡改。

二、實現(xiàn)高質(zhì)量信息化管理

本系統(tǒng)可由工業(yè)RFID讀寫器、工業(yè)傳感器、行車車載工控機及數(shù)據(jù)處理服務器等組成。

主要有以下兩大方面的功能：

1、實現(xiàn)無線快速采集、數(shù)據(jù)快速傳輸、數(shù)據(jù)庫管理以及識別結(jié)果處理等功能，大幅提升庫存的信息化管理水平。

2、通過手持機進行庫存盤點，實現(xiàn)對鋼材庫存的輕松、實時和準確的管理。

3、通過行車識別所調(diào)運鋼材的RFID標簽，記錄起裝和放下的位置及時間，實現(xiàn)對鋼材調(diào)運的實時動態(tài)管理。

方案中配置的RFID抗金屬電子標簽均為定制版，標簽均含有全球唯一碼和根據(jù)需求定義的特殊標識，即經(jīng)過授權(quán)的RFID抗金屬電子標簽才能被系統(tǒng)設備識別，使RFID智能生產(chǎn)物流管理系統(tǒng)具有屏障性及特有性，保護信息渠道。

2.2.4分級權(quán)限管理

系統(tǒng)對用戶權(quán)限進行分級管理，系統(tǒng)登錄權(quán)限分為企業(yè)管理員、企業(yè)一般管理員和巡檢員三級。

（1）企業(yè)管理員權(quán)限：以系統(tǒng)管理員權(quán)限登錄系統(tǒng)，擁有系統(tǒng)的最高權(quán)限?？梢詫ο到y(tǒng)的數(shù)據(jù)資料進行填加、修改、刪除等操作，可以進行信息統(tǒng)計查詢，并可以對人員資料進行維護。

（2）企業(yè)一般管理員權(quán)限：可以對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資料進行填加、修改、刪除等維護操作，可以監(jiān)督巡檢員的工作情況。

（3）巡檢員權(quán)限：以巡檢員權(quán)限登錄系統(tǒng)，不能對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資料進行添加、修改、刪除等操作，只能對接警信息、故障信息等進行處理，可以瀏覽報警記錄，可以看到自己的巡查任務以及進行統(tǒng)計查詢工作。

第三章. 系統(tǒng)功能設計

3.1功能概述

現(xiàn)狀：

一）般通過粉筆或紙質(zhì)、PVC塑料、鋁牌等標簽對鋼材進行標識，缺點如下：

1、標識易污損，造成信息丟失。

2、須通過人員肉眼識別信息，費時費力，且容易出錯。

3、標識信息容易被人為篡改。

二）鋼鐵生產(chǎn)過程中，對行車的作業(yè)調(diào)度一般采用語音對講和人工現(xiàn)場指揮的形式下發(fā)，由于現(xiàn)場噪音大等惡劣的工業(yè)環(huán)境，這種方式存在著明顯的弊端，無法保證信息傳送及時和準確無誤，還伴有嚴重的安全隱患，并且在物料吊裝完成之后，由于吊裝結(jié)果也采取人工記錄上傳，所以無法及時將結(jié)果返回至管理系統(tǒng)，導致庫存信息嚴重滯后，影響管理效率。

三）車間生產(chǎn)工序繁多，各類型產(chǎn)品因為客戶要求不同涉及到的工序又不盡相同。因此在生產(chǎn)過程中因為要人工分辨某特定物料是否可以進入某個特定工序進行生產(chǎn)，耗時耗力，極大的降低了生產(chǎn)效率，提高了作業(yè)成本，降低了產(chǎn)品質(zhì)量。

四）信息化程度不高

目前通過人工盤點錄入庫存系統(tǒng)，缺點如下：

1、庫存信息不能實時動態(tài)上傳，信息滯后。

2、人工盤點統(tǒng)計費時費力，且容易出錯。

3、現(xiàn)有系統(tǒng)無法對貨物存放位置進行標記，不利于庫存貨物信息核對和翻找。

RFID智能生產(chǎn)物流管理系統(tǒng)針對生產(chǎn)及物流管理中常見的管理痛點，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)發(fā)展，解決傳統(tǒng)管理方式的弊端，向科技要效率，結(jié)合“工業(yè)4.0”，實現(xiàn)設備管理工作智能化、可視化、痕跡化。同時，融入了先進的移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)保證整個方案的通訊穩(wěn)定性和安全性，了以下模塊：

l 鋼材編號自動識別系統(tǒng)；

l 行車定位無線調(diào)度系統(tǒng)； 

l 智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)：

l 移動庫存信息管理系統(tǒng)

3.2 鋼材編號自動識別系統(tǒng)簡介

本系統(tǒng)采用最先進的無線射頻識別技術(shù)，將RFID標簽安裝在物料上之后，系統(tǒng)將當前物料信息和RFID標簽信息做綁定，并將綁定關系備份至MES系統(tǒng)。通過手持RFID讀取設備或固定式RFID讀取設備對RFID標簽信息的讀取配合本地軟件，最終實現(xiàn)鋼材編號的自動識別。

3.2.1系統(tǒng)架構(gòu)及原理

通過人工將RFID標簽安裝在物料上，將RFID標簽信息和人工輸機的物料信息進行綁定并將綁定關系備份至MES系統(tǒng)，即后RFID讀取設備讀取到的標簽信息即轉(zhuǎn)化為和綁定關系一一對應的物料信息?！句摬木幪栕詣幼R別系統(tǒng)無需對話MES系統(tǒng)，只將綁定關系備份至MES系統(tǒng)】

3.2.2項目效益分析比對

3.3  行車定位無線調(diào)度系統(tǒng)； 

行車定位無線調(diào)度系統(tǒng)基于無線數(shù)據(jù)傳輸及RFID定位技術(shù)，對倉儲垛區(qū)進行精確的劃分，實現(xiàn)了對物料儲運過程及結(jié)果的跟蹤，使企業(yè)信息流延伸到行車終端，大大提高了企業(yè)庫區(qū)管理的準確性和實時性。

整個系統(tǒng)按部署的位置分為地面部分和行車部分包括系統(tǒng)主控計算機（含軟件）、無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，且主控計算機通過車間網(wǎng)絡鏈接至MES系統(tǒng)；行車部分包括車載終端（含行車終端軟件）、行車定為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

3.3.1 系統(tǒng)架構(gòu)及原理

通過安裝在天車橫梁上的RFID標簽和安裝在天車上的RFID讀取設備通過定制算法來確定天車目前所處的位置

3.3.2 主控服務器端功能

數(shù)據(jù)庫交互：行車定位無線調(diào)度系統(tǒng)通過主控計算機軟件與數(shù)據(jù)庫的信息交互，主要包括行車作業(yè)信息交互、入庫物料順序表交互、移動手持終端作業(yè)申請、出庫確認作業(yè)確認申請、庫存信息表查詢與修改、從而實現(xiàn)行車終端和移動手持終端的相關功能的數(shù)據(jù)支持。

系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)控：顯示并記錄系統(tǒng)運行狀態(tài)，包括：啟動、退出、錯誤、與行車通信事件、與數(shù)據(jù)庫通信事件等信息。

庫存跟蹤管理：主控計算機通過讀取MES數(shù)據(jù)庫中的庫存信息，實現(xiàn)庫存界面的動態(tài)更新，并能夠通過在系統(tǒng)界面上點擊選擇任意庫位查詢詳細信息。

調(diào)度作業(yè)處理：主控計算機實時自動接收來自MES系統(tǒng)，、板號自動識別系統(tǒng)及PDA系統(tǒng)的行車調(diào)度作業(yè)，包括物料的出庫、入庫、倒垛等，并存儲至主控計算機內(nèi)存中，然后自動向指定的行車終端下達行車調(diào)度作業(yè)。主控界面上顯示作業(yè)詳細信息及當前狀態(tài)，如等待發(fā)送、已下達、執(zhí)行中、執(zhí)行借結(jié)束、已完成等。接收來自行車的作業(yè)反饋信息，并通過數(shù)據(jù)庫接口將其反饋至MES。

系統(tǒng)配置：可進行系統(tǒng)設置、修改作業(yè)、刪除或發(fā)送作業(yè)、日志查詢等功能。無線局域網(wǎng)環(huán)境下的基于TCP/IP的行車通訊協(xié)議的實現(xiàn)；實時監(jiān)測連接狀態(tài)，顯示行車是否在線。連接被迫斷開后，自動恢復連接。行車RFID設備電量監(jiān)控等。

3.4智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)：

鋼料號RFID自動識別系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動識別待加工物料，通過每個工序加工前讀取鋼料上的RFID標簽，再將該物料上傳至MES系統(tǒng)調(diào)取加工信息，確認是否可以針對該物料進行該工序加工，避免出現(xiàn)重復作業(yè)及未符合加工要求進行加工的問題。制成后自動將加工信息上傳至MES系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫將該批物料的詳細加工信息保存留底，方便未來追溯質(zhì)量問題。

根據(jù)鋼料加工作業(yè)的要求，鋼料號識別系統(tǒng)可實現(xiàn)無線快速采集、數(shù)據(jù)快速傳輸、數(shù)據(jù)庫管理以及識別結(jié)果處理等功能。系統(tǒng)由工業(yè)RFID讀寫器、工業(yè)傳感器、機臺工控機及數(shù)據(jù)處理服務器等組成。

3.4.1 系統(tǒng)架構(gòu)及流程

通過將固定式RFID讀取設備安裝在生產(chǎn)工序?qū)纳a(chǎn)場地的進料口和出料口對物料上RFID標簽的識別，定義物料進入此生產(chǎn)工序和結(jié)束此生產(chǎn)工序，并記錄此加工工序所需數(shù)據(jù)。

3.4.2 部分工序安裝示意

收集

磨光

精整

矯直

探傷

如圖所示，圖中標準的天線位置即為RFID固定式讀取設備和來料傳感器的安裝位置。當有物料開始進行加工工序的時候，來料傳感器感應到物料進入加工工序進料口，RFID固定式設備開始工作，讀取正在進行加工加工的物料上的RFID標簽，智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)將工序信息和物料信息傳給MES系統(tǒng)，MES系統(tǒng)實時更新物料信息。在整個加工工序過程中完全無感，操作員只需正常完成加工工序即可，加工工序完成的同時數(shù)據(jù)采集工作同步完成。

稱重

在包裝轉(zhuǎn)庫稱重工序時，將RFID設備安裝在地磅區(qū)，地磅工作產(chǎn)生物料重量數(shù)據(jù)的同時RFID設備讀取物料上的RFID標簽，RFID生產(chǎn)管理系統(tǒng)將此時的物料狀態(tài)信息和當前稱重數(shù)據(jù)做綁定，完成稱重工序。稱重工序無需再次人工輸入物料信息，直接無感完成信息錄入與更新，并可及時打印標識

3.4.3  生產(chǎn)工序現(xiàn)場客戶端界面展示

當前工序生產(chǎn)物料信息界面

生產(chǎn)排配、計劃完成情況界面

投料修正界面

SOP、生產(chǎn)注意事項界面

3.5移動庫存管理系統(tǒng)

移動庫存信息管理系統(tǒng)采用帶無線傳輸功能的庫區(qū)手持終端，基于工業(yè)標準設計，能滿足惡劣環(huán)境數(shù)據(jù)采集需求，具有性能高、靈活性好、耐用性強和符合人性化等特點。系統(tǒng)由手持終端，服務器等組成

 3.5.1 系統(tǒng)架構(gòu)

3.5.2 系統(tǒng)功能

實時查詢功能：通過手持終端設備讀取物料上的RFID標簽，實時查詢物料狀態(tài)信息。

產(chǎn)成品入庫功能：通過手持終端讀取鋼料信息，同時發(fā)送行車指令到平板電腦，由行車工吊裝并確認后，進入物流程序。

倒垛管理功能：輸入材料號，查詢顯示材料信息；輸入倒垛信息，主要包括目標垛位。

盤庫功能： 在庫場內(nèi)可通過手持終端直接查詢材料所在的垛位信息。發(fā)現(xiàn)欣喜異常后可直接選中該條記錄進行倒垛操作，最終將材料信息轉(zhuǎn)移至正確的垛位。并可由主系統(tǒng)下發(fā)盤點指令，由多個手持機協(xié)同完成整庫或部分庫區(qū)盤點。

產(chǎn)成品出庫功能：用戶通過掃描提貨卡或輸入提貨單查詢提貨信息，然后通過掃描鋼料RFID標簽的方式進行出貨操作。

3.5.3 部分功能界面展示

3.6 功能持續(xù)拓展服務

系統(tǒng)基于開放、彈性的、基于服務的開放架構(gòu)設計，可以根據(jù)用戶需求，線性擴展。

在平臺標準功能基礎上，可模塊化的添加其他實用功能。在平臺服務期內(nèi)，定期更新、豐富、優(yōu)化系統(tǒng)，確保平臺應用始終領先行業(yè)一步。

第四章. 方案優(yōu)勢

該方案依托公司無線射頻識別核心技術(shù)，旨在全天候無死角的跟蹤生產(chǎn)物料，強化設備管理人員日常管理規(guī)范化，無人化。通過對物料物流的精細化管理，從而明顯的提升企業(yè)管理效率，降低企業(yè)運營成本。

四.1 精準監(jiān)控--促進設備管理效能提升

1) 實現(xiàn)生產(chǎn)物料跟蹤、生產(chǎn)工序?qū)崟r監(jiān)測，有助于早期發(fā)現(xiàn)病害情況；

2) 對數(shù)據(jù)資源進行挖掘分析，實現(xiàn)設備病害分險預警研判，為維修或更換決策提供信息支持；

3) 通過平臺對設備部進行有效監(jiān)督，提升設備生計規(guī)范化服務，使上級領導對產(chǎn)線設施設備檢測和維護情況了如指掌，提升生產(chǎn)相關設施完好率，從而提升產(chǎn)線生產(chǎn)效能；

4) 設備管理工作繁重，人員緊缺，以技術(shù)代替設備運維人員保姆式服務方式，以大數(shù)據(jù)有效指導設備部的督導壓力，提升管理效能和精度。

四.2 靈活部署—高效落地實現(xiàn)服務

1) 服務扁平化、支持水平擴展、高擴展性；

2) 支持公有云、私有云及混合部署，適應復雜的網(wǎng)絡穿透和聯(lián)網(wǎng)。

四.3 降低成本—促進企業(yè)利益最大化

1) 通過設備病害的早期發(fā)現(xiàn)，可有效地減少或杜絕關鍵生產(chǎn)步驟的偏差，從而降低企業(yè)更換設備的投入，增加企業(yè)效益；

2) 通過在線式智能監(jiān)控，有可效減少運維人員，降低企業(yè)成本；

3) 加強加深無紙化辦公，減少因人員手工填寫運維記錄造成的錯誤，降低因辦公消耗品投入帶來的企業(yè)成本浪費；

通過大數(shù)據(jù)分析，可有效地了解生產(chǎn)效率等要素，便于早發(fā)現(xiàn)、早維護、早改造，幫助企業(yè)在后續(xù)產(chǎn)線

結(jié)束語：綿陽市銳鈦智能科技有限公司專業(yè)國內(nèi)領先的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)技術(shù)服務提供商，是專業(yè)從事射頻設別(RFID)技術(shù)、無源無線傳感技術(shù)、區(qū)域?qū)崟r定位技術(shù)系統(tǒng)化設計、研發(fā)與制造的高新技術(shù)企業(yè)，致力于向全球用戶提供最先進、最完善的系統(tǒng)化解決方案。