李學(xué)軍，左仁淑,2

LI Xue-jun1, ZUO Ren-shu1,2

（1.四川大學(xué) 錦城學(xué)院 工商管理系，成都 611731；2.四川大學(xué) 商學(xué)院，成都 611731）

0 引言

鑄件是通過鑄造技術(shù)獲得的具有一定形狀結(jié)構(gòu)和理化特性的金屬成形零件，廣泛應(yīng)用于機(jī)床機(jī)械、汽車、航空航天等領(lǐng)域。由于鑄造的制造過程中包含較高的能源、環(huán)境、研發(fā)以及人力附加值，且考慮到對鑄件應(yīng)用全生命周期成本管理和控制，以及適應(yīng)不斷優(yōu)化鑄造工藝的企業(yè)發(fā)展要求，利用追源監(jiān)控優(yōu)化鑄造產(chǎn)業(yè)物流是提高鑄件市場競爭力的一條有力舉措。但目前企業(yè)普遍忽視鑄件物流管理，大出價格底牌，使物流市場越發(fā)混亂：中、小企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃相對盲目，鑄件應(yīng)用范圍較低端，競爭力不強(qiáng)，使產(chǎn)能過剩，難以保障和展開物流優(yōu)化管理投入；現(xiàn)有的鑄件信息管理系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能、供需、物流的調(diào)度和優(yōu)化，對提高市場競爭力的幫助較小。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，為鑄件的溯源監(jiān)控和管理等帶來新的發(fā)展契機(jī)[1]。通過物聯(lián)網(wǎng)的感知和控制，實(shí)現(xiàn)了鑄造工藝與制造、庫存與物流管理、銷售等環(huán)節(jié)的緊密聯(lián)系[2,3]。例如，將鑄造裝備、制造工藝、鑄件尺寸結(jié)構(gòu)、適用范圍、庫存數(shù)量、倉儲位置與代理商等表征鑄件屬性、產(chǎn)能與銷售的信息寫入RFID標(biāo)簽，利用讀寫器識別標(biāo)簽，并與計(jì)算機(jī)通信，匯總鑄件信息，為進(jìn)一步優(yōu)化鑄件物流與市場供應(yīng)管理提供便利。但是，大多數(shù)中、小企業(yè)缺乏鑄件精細(xì)管理經(jīng)驗(yàn)，涉及鑄件物流管理與優(yōu)化調(diào)度的研究也較少，為此，本文利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，從優(yōu)化物流，提高鑄件應(yīng)用追源等角度展開研究，期望改善當(dāng)前鑄件供應(yīng)環(huán)境，提高市場競爭力。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)的鑄件物流模型

1.1 物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)通過感知服務(wù)，對產(chǎn)品進(jìn)行管理和控制，其技術(shù)體系包括感知、處理、傳輸和應(yīng)用四層結(jié)構(gòu)[4,5]，如圖1所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)的典型體系結(jié)構(gòu)

感知層識別貨物編碼，將產(chǎn)品的特征信息采集到計(jì)算機(jī)管理網(wǎng)絡(luò)，其關(guān)鍵技術(shù)包括二維碼標(biāo)簽和讀寫器、RFID標(biāo)簽和讀寫器、各類傳感器等；傳輸層將采集到的信息傳給處理層，并把處理獲得的最新指令傳給物理現(xiàn)場，部分較成熟的應(yīng)用有3G、ZigBee等；處理層接收底層傳輸?shù)男畔?，為物?lián)網(wǎng)提供決策服務(wù)；應(yīng)用層主要面向不同用戶，有選擇的利用物理現(xiàn)場采集到的信息，實(shí)現(xiàn)對各自行業(yè)的優(yōu)化管理和決策。

1.2 鑄件物流模型構(gòu)建

物聯(lián)網(wǎng)最初的研究方向是條形碼、RFID等技術(shù)在物流領(lǐng)域的應(yīng)用，并提出不同的編碼方案[3]。例如，基于RFID和Internet的EPC編碼，利用固定的二進(jìn)制碼對物理實(shí)體編碼，方便了物流供應(yīng)鏈的管理；利用uID系統(tǒng)的128位Ucode管理物理實(shí)體，實(shí)現(xiàn)溯源和資產(chǎn)管理等。而在實(shí)際的鑄件物聯(lián)網(wǎng)管理中，批次、批量受客戶訂單等影響，且標(biāo)識設(shè)定與管理難度較大，很難對鑄件的供需物流以及應(yīng)用情況進(jìn)行溯源優(yōu)化。

因此，建立如圖2所示的物流模型。從鑄件的供需、配送、銷售等標(biāo)識管理出發(fā)，按“鑄件生產(chǎn)→配送→銷售及應(yīng)用”流程，跟蹤鑄件物流信息，進(jìn)行跟蹤管理，有助于二次優(yōu)化鑄件物流供需；另外，從鑄件應(yīng)用的全生命周期成本管理和控制角度出發(fā)，對批次批量鑄件溯源管理，也有利于改良鑄造工藝。

圖2 鑄件物流模型

圖2 所示的鑄件物流模型基于Networked Auto-ID體系結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的物理實(shí)體標(biāo)識相異，該模型按批量、批次設(shè)定RFID標(biāo)識，在物流和銷售過程中，鑄件的標(biāo)識信息采集到手持RFID終端數(shù)據(jù)庫，然后由配套的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，將產(chǎn)品物流匯總到鑄件物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器系統(tǒng)。服務(wù)器提供一系列數(shù)據(jù)分析與處理、決策與診斷、預(yù)測與咨詢等服務(wù)，根據(jù)匯總得到的批量/批次等信息，對實(shí)際的鑄件物流進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，同時也便于實(shí)現(xiàn)鑄件應(yīng)用質(zhì)量的追蹤和管理。

2 鑄件物流模型的開發(fā)

2.1 RFID標(biāo)簽和讀寫器

標(biāo)簽和RFID讀寫器是硬件的主要組成。標(biāo)簽內(nèi)置芯片和天線，根據(jù)鑄件的批量和批次等信息，將標(biāo)簽與鑄件供應(yīng)鏈配對（每個標(biāo)簽對應(yīng)唯一編碼），供應(yīng)鏈處理完一個進(jìn)程，用戶可通過RFID讀寫器將鑄件物流信息寫入標(biāo)簽[6]。

RFID手持終端通過天線實(shí)現(xiàn)讀寫器與標(biāo)簽聯(lián)系，利用手持終端的通道模塊，根據(jù)控制處理模塊發(fā)出的指令，通信模塊發(fā)出射頻信號到標(biāo)簽，標(biāo)簽對信號做出反應(yīng)，將存儲的信息反饋到手持終端，如圖3所示，同時，為實(shí)現(xiàn)手持終端中數(shù)據(jù)的匯總，RFID讀寫器通過RS232通信與計(jì)算機(jī)連接，方便數(shù)據(jù)交互。

圖3 RFID手持讀寫硬件結(jié)構(gòu)

由圖3可知，RFID終端由天線、射頻通道模塊和控制模塊組成。射頻通道主要對射頻信號處理，在讀寫RFID標(biāo)簽信息時，由射頻處理器發(fā)出射頻信號，標(biāo)簽經(jīng)信號響應(yīng)，通過接收電路獲取標(biāo)簽信息。接收電路獲取的信息經(jīng)運(yùn)算放大、解碼后存儲到手持終端的標(biāo)識解析服務(wù)器，而終端的信息服務(wù)器不斷發(fā)出采集指令，控制射頻通道發(fā)出RFID信號。

2.2 軟件部分

與硬件相類似，軟件也包括數(shù)據(jù)感知、傳輸和處理部分。數(shù)據(jù)感知階段，通過軟件編碼，將鑄件工藝、批量、批次等信息寫入RFID標(biāo)簽，當(dāng)RFID標(biāo)簽處在終端接收器敏感范圍內(nèi)，記錄鑄件信息的標(biāo)識與讀寫器建立聯(lián)系，經(jīng)過中間件系統(tǒng)的標(biāo)識校驗(yàn)，滿足讀寫器采集標(biāo)識范圍會自動將鑄件信息采集到終端的數(shù)據(jù)庫，如圖4所示。

圖4 鑄件物流信息的自動錄入

為實(shí)現(xiàn)對所有鑄件物流信息的管理，計(jì)算機(jī)端和手持RFID終端的數(shù)據(jù)庫分別采用SQL Server/CE[7]。手持RFID終端數(shù)據(jù)庫SQL Server CE可與計(jì)算機(jī)端數(shù)據(jù)庫同步，采集到的鑄件信息更新到數(shù)據(jù)庫，并同步鑄件新批次/批量信息。

2.3 分散鑄件物流的物聯(lián)化

某鑄造單位主要生產(chǎn)貨車鑄鐵配件，包括貨車后橋、后橋半軸、支架、齒輪減速箱體等。當(dāng)為汽配單位提供鑄鐵配件時，由于鑄造工藝差別較大，鑄件的物流信息顯得尤為重要，因此，按鑄件工藝（批次）/批量設(shè)置標(biāo)簽，且為防止標(biāo)簽損壞，RFID標(biāo)識與同類型鑄件打包在一起。在鑄件發(fā)貨時，將相關(guān)信息由RFID讀寫器寫入，到達(dá)目的地，按實(shí)際的應(yīng)用狀況采集鑄件信息，并能根據(jù)鑄件的應(yīng)用追蹤鑄件的使用質(zhì)量，以實(shí)現(xiàn)全周期的成本控制。

經(jīng)過一段周期的應(yīng)用，該物聯(lián)網(wǎng)模型實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈中分散、雜亂的鑄件物流信息的物聯(lián)化管理，如圖5所示，其優(yōu)勢具體表現(xiàn)為：

1）實(shí)現(xiàn)鑄件物流信息的“有源”管理。通過鑄造工藝、批量、批次等鑄造信息與物流信息的關(guān)聯(lián)，供應(yīng)鏈中的鑄件“有址可尋”。當(dāng)出現(xiàn)質(zhì)量問題時，可按RFID標(biāo)簽記錄的鑄件特征信息追源查找制造工藝等過程，以不斷改進(jìn)鑄造工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

2）動態(tài)管理實(shí)際的鑄件運(yùn)輸線路，使供配鏈更加靈活。

3）有助于實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)的優(yōu)化管理，并調(diào)度生產(chǎn)計(jì)劃。

3 結(jié)束語

我國是一個鑄造大國而不是一個鑄造強(qiáng)國的關(guān)鍵之一在于鑄造及鑄件管理機(jī)制的不合理。隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)管理鑄件物流信息，使鑄件物流與鑄造工藝的配對管理成為可能。本文在分析物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于物聯(lián)網(wǎng)的鑄件物流鏈管理模型，將鑄造工藝（批次）/批量寫入鑄件管理標(biāo)識，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)鑄造工藝與物流信息配對，有助于根據(jù)鑄件應(yīng)用的全生命周期成本反饋改進(jìn)鑄造工藝，益于鑄件品質(zhì)升級。同時，還優(yōu)化鑄件供配物流，便于對中、小企業(yè)多品種、多規(guī)格鑄件的管理，大幅提高企業(yè)的市場競爭力。

圖5 分散鑄件物流物聯(lián)化服務(wù)流程

[1] 姚錫凡,于淼,陳勇,項(xiàng)子燦.制造物聯(lián)的內(nèi)涵、體系結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2014,20(1):1-10.

[2] 舒松,何新洲,杜力,喻會.石油裝備制造業(yè)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用[J].制造業(yè)自動化,2013,35(1):63-66.

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