基于物聯網的裝配物料配套管理系統研究

郭 磊，李建平，王治紅

(1.南京晨光集團有限責任公司 江蘇南京210006；2.中國船舶重工集團公司第七O三研究所 黑龍江哈爾濱150078)

0 引 言

物料是制造企業生產管理系統中的主角，其成本占企業總成本的 50%～70%。制造企業的一切生產活動都圍繞著物料而展開，整個產品制造過程就是一個物流過程[1]。因此，物料在制造企業處于極為基礎的地位。科學的物料管理(Material Management，MM)能為企業節約成本、縮短研發周期、獲取最大經濟效益奠定基礎。

某型號航天產品系統龐大，其配套件種類繁多、數量巨大，裝配物料管理工作極其繁瑣。其中，裝配物料配套長期采用傳統的手工配套管理手段，而裝配物料不能及時配套、物料配套順序不合理、物料配套表存在錯誤等因素，都將直接影響產品裝配生產各環節的開工時間和整個產品的裝配周期，最終影響產品敏捷響應市場的能力[2]。與此同時，物料配套所生成的物料配套表是產品履歷書的重要組成部分，是產品售后服務和質量跟蹤的重要依據，需要存檔和追溯查詢。為此，本文面向某型號航天產品精益裝配生產模式，研究裝配物料配套管理技術，將物聯網、數據庫等先進的信息技術應用于裝配物料配套管理，構建基于物聯網的裝配物料配套管理體系，開發裝配物料配套管理系統，為該型號產品精益裝配和快速研制提供支撐。

1 物料配套管理優化

某型號產品是集機、電、液技術于一體的大型復雜產品，系統組成極其復雜，其裝配物料包括儀器設備、直屬件、標準件等多種類型，數量達到幾十套電纜網、上百臺(套)儀器、幾千件緊固件。與此同時，該產品的裝配物料供應商分布地域廣，涉及全國幾十個配套廠家。因此，裝配物料的存儲管理和配套供應業務都非常復雜。長期以來，該型號產品的裝配物料實行中心庫房和裝配庫房分級管理，并按照物料類型進行分類供應，且物料配套手段較為落后，其物料出入庫臺賬記錄、物料庫存統計、物料單件信息登記、裝配BOM提取、裝配物料配套、裝配班組領料、裝配配套件調換、各種單據的填寫、各類報表的生成等日常庫房管理和物料配套業務大部分還是手工處理，相關信息仍然以紙質文檔保存為主，存在著配套信息不能共享、裝配 BOM 計算繁瑣、物料單件跟蹤困難等諸多弊端。

傳統的裝配物料配套管理模式不能適應型號產品快速研制、試驗的需求，迫切需要從管理模式、管理手段上進行改進、優化。針對某型號產品裝配生產特點，充分應用信息化技術，一方面實施應用管理信息系統，另一方面優化管理流程。

①建立裝配物料配套管理信息系統，實現物料信息共享和物料配套業務處理信息化。建立統一的裝配物料數據庫，通過計算機網絡實現物料信息實時共享，取代以紙介質文檔傳遞物料信息，極大提高物料信息傳遞速度。實現 BOM 匯總、臺賬記錄、物料配套等物料庫房管理和物料配套業務處理的信息化，提高物料配套效率。

②建立物料配套業務流程管理和信息傳遞機制，實現網上物料申請、領料審批等流程管理，取代傳統的跑部門審簽工作方式，提高物料申領和物料配套效率。

③集成裝配物料管理流程，實現業務處理和流程管理的統一。以產品裝配BOM作為物料配套管理的統一數據源，以生產計劃驅動物料申領和物料配套，整合物料申領流程和物料配套業務，實現信息處理和流程管理的高度集成。優化后的裝配物料配套管理流程如圖1所示。

圖1 裝配物料配套管理優化流程Fig.1 Optimized process of assembly material matching management system

2 裝配物聯網體系

針對傳統的裝配物料配套管理中存在的問題，尤其是裝配庫房管理和物料配套手工處理所存在的不足，基于物料配套管理優化思想，應用物聯網技術實現裝配物料配套管理信息化，建立型號產品裝配物料出入庫管理、重要物料單件全程跟蹤、裝配物料自動配套、產品配套狀態和配套物料清單全程跟蹤、物料庫存信息全局共享、單據和報表自動生成等高效的庫房管理與物料配套業務處理和信息傳遞機制，以提高裝配物料配套管理的效率。

物聯網(the Internet of Things，IoT)是信息科學技術產業的第三次革命，是基于互聯網讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對象實現互聯互通的網絡。物聯網將其用戶端延伸和擴展到任何物品與物品之間的信息交換，以物物相息實現智能化識別和管理[3]。本文將物聯網技術應用于裝配物料配套管理，構建裝配物聯網體系(圖2)，以滿足物料快速識別、物料實時跟蹤、物流信息共享等應用需求。

①感知層。裝配物聯網的感知層包括多手段標識和多方式感知，以 RFID、條形碼等多手段標識對裝配生產所涉及的不同類型物料進行唯一標識，并針對不同的標識采用條碼掃描槍、RFID讀寫器等多種方式感知裝配物料狀態及行蹤。

圖2 裝配物聯網體系Fig.2 Assembly material matching system based on Internet of Things

②網絡層。裝配物聯網的網絡層主要承擔信息的傳輸和通信功能，是銜接感知層和應用層的中間層。基于企業現有的局域網搭建，增加適合物聯網通信的 IPv6、2G/3G、Wi-Fi等通信技術[4]，確保感知層和應用層之間即時、穩定、高效、安全的數據傳輸。

③應用層。裝配物聯網的應用層對來自感知層和網絡層的實時物料配套信息進行集中存儲和統一管理，實現基礎數據管理、物料分類管理、裝配 BOM管理、物料配套管理、出入庫管理、物料庫存管理、配套缺件管理、裝配領料管理等裝配物料配套管理業務功能，并為 ERP、MES等外圍系統提供集成接口，為物料配套信息全局共享提供應用平臺。

3 裝配物料配套管理系統

裝配物料配套管理系統處于裝配物聯網的應用層，其主要功能是維護裝配物料基礎數據和管理物料配套業務流程，實現產品裝配的配套件出入庫計算機管理、領料網上審批、配套清單自動匯總、缺件網上反饋、單據和報表自動生成等業務處理功能，徹底改變傳統的手工管理模式，徹底避免裝配物料配套錯誤。根據裝配物料配套管理的系統需求分析，將裝配物料配套管理系統劃分為系統管理、庫房管理、物料分類管理、組件管理、生產指令管理、裝配 BOM 管理、配套管理、領料管理、集成接口共 9大功能模塊(圖3)。

圖3 物料配套管理系統功能樹Fig.3 Functions of assembly material matching management system

基于裝配物料配套管理系統的功能劃分，本文統籌系統的應用架構和技術框架，采用面向服務架構(Service-Oriented Architecture，SOA)、應用架構搭建裝配物料配套管理系統，以實現可持續發展、高可用性、實用性和先進性。與此同時，考慮到 Java企業版(Java Enterprise Edition，Java EE)技術架構的跨平臺、可伸縮、易維護等優勢[5]，采用Java EE體系作為裝配物料配套管理系統的技術架構。在開發實現方面，采用 IE等主流瀏覽器作為客戶層應用，采用Tomcat作為 Web容器，采用 Apache AXIS2作為Web Service容器，采用Oracle作為關系數據庫管理平臺，采用 Java/JSP/JavaScript/HTML作為開發語言，采用 Eclipse作為開發工具，實現了裝配物料配套管理系統開發，并得以實施應用。圖4為裝配物料配套管理系統的物料配套管理界面。

圖4 物料配套管理界面Fig.4 Interface of assembly material matching management system

4 結 語

本文針對某型號產品的裝配物料配套過程中存在的自動化程度低、手工計算量巨大、裝配物料配套效率低、極易出現人為錯誤等不足，研究了一種基于物聯網的裝配物料配套管理技術。采用 RFID、條形碼等多手段標識和多方式感知對裝配物料進行唯一標識和快速感知，為產品裝配物料的自動、高效、準確配套提供有效措施。基于 SOA應用架構和 Java EE技術架構，開發了裝配物料配套管理系統，實現了裝配BOM管理、物料配套管理、物料庫存管理、配套缺件管理、裝配領料管理等裝配物料配套管理業務功能，為物料配套信息全局共享提供應用平臺。本系統已經在某型號產品裝配生產中應用多年，取得了良好的應用效果，具有行業應用示范價值。