RFID钢厂智能生产及物流管理系统解决方案

第一章. 系统概述

一.1 背景介绍

当前，随着我国众多钢铁企业的结构调整以及产能提高，钢铁企业的物流量在国内物流总量中占据的比重越来越大。对钢铁企业而言，在原燃料等上游产品价格居高不下，钢铁行业竞争日趋激烈的情况下，建立钢厂物流信息管理系统逐渐成为钢铁企业发展战略的重要课题。

尽管MES、ERP等管理信息系统对企业的管理带来极大的便利，给企业带来明显的经济效益，但由于缺少库区底层生产、制造、管理过程中的大量基础信息，生产情况，库存情况等难以及时反馈，因此导致管理环节与生产环节无法进行良好的双向信息交互，产生信息孤岛与断层现象，制约企业信息化集成的发展。

1.2需求分析

     1.2.1   全流程物料跟踪

     对所用进行加工工序的物料进行全流程物料基本信息（包括物料批号、料号、重量，生产编号，加工用途，生产捆号、单号，技术要求交货状态及物流信息）的跟踪。

1.2.2 现场物料巡检功能

巡检人员定期通过手持RFID读写器对物料进行巡检，能实时了解现场的生产、物流及仓储实际情况，并实时记录，上载RFID智能生产物流管理系统进行记录保存，对所有生产物料做到有信息，有位置，有记录。

1.2.3 生产计划指挥调度

针对已经制定好的生产及物流计划和临时加入的生产及物流计划，给予现场操作人员最合理的建议及最简捷的实施方式，

1.3设计原则

结合当前技术发展状况及趋势，在系统的设计过程中我们严格遵循以下原则：

1.经济性

充分利用成熟先进技术，以无线射频技术（RFID无源标签）为基础，保证整体系统的高性价比；软件符合管理需要，界面友好、易维护，整个系统易用、实用。

2.可靠性

系统最大限度集成国内先进的技术及组件，采用成熟技术以降低系统的不稳定因素；对系统中的硬件、操作系统、网络、数据库部分设计尽可能详尽的故障处理方案，以保证系统的快速恢复性；系统采用容错技术提高系统的可靠性。

3.先进性

在系统可靠性的前提下，先进性也至关重要，系统的网络平台、硬件平台、系统软件平台技术代表了当今计算机技术发展的方向，并经实践证明具有很强的实用性，符合当今计算机科学的发展潮流。

系统各平台提供二次开发接口，可以保证各项技术可以不断的更新和升级以维持系统的先进性。

4.安全性

系统具有防计算机病毒的能力，有较强的抗干扰能力，具有密码、日记记录操作动作等，避免出现遭到恶意攻击和数据被非法提取使用的现象，保障系统网络安全。

5.可扩展性

在系统软硬件上的设计和选型上，我们充分考虑其可扩展性，系统结构易于扩充，以适应今后可能出现的更大任务负载。硬件平台具有可升级性，当需要时可以增加新的计算机设备同原有计算机设备一起工作以提高系统的处理能力，保证原有资源的充分利用。

6.规范性

由于本系统是一个严格的综合性系统，在系统的设计与施工过程中我们参考各方面的标准与规范，严格遵从各项技术规定，做好系统的标准化设计与施工。一切从实际出发，使智能系统具有较高的实用效能。

7.易维护性

采用业内通用的易于维护的系统平台；应用软件界面友好，安装、使用、维护简单便捷；业务流程清晰，符合常规业务处理习惯；系统数据维护方便，备份及数据恢复快速简单；系统软件配置简单方便，尽量避免复杂的系统配置文件。

第二章. 总体设计

二.1 方案架构

本方案采用层次化、功能服务模块化的系统架构，以满足业务应用和处理能力的线性扩展要求。方案整体架构如下：

二.2 方案特点

2.2.1 高实时性

整个系统从前端采集至中心数据处理，设计均基于高实时性考量，实时采集数据、实时上传、实时反馈。同时对生产状态或物流状态正常的物料呈现实时生产及物流状态，对生产状态或物流状态有异常的物料进行预警，无需任何人工干预且为现场操作人员提供正确操作依据。

2.2.2 RFID射频识别

一 采用最先进的标识方式

本系统采用最先进的物联网技术——RFID电子标签，作为钢材的标识信息载体，优势如下：

1、RFID标签信息通过内置芯片储存，信息不易丢失。

2、RFID标签信息通过无线信号读取，方便、快捷、精准。

3、RFID标签信息须通过发卡机修改，可设置权限，不易被篡改。

二、实现高质量信息化管理

本系统可由工业RFID读写器、工业传感器、行车车载工控机及数据处理服务器等组成。

主要有以下两大方面的功能：

1、实现无线快速采集、数据快速传输、数据库管理以及识别结果处理等功能，大幅提升库存的信息化管理水平。

2、通过手持机进行库存盘点，实现对钢材库存的轻松、实时和准确的管理。

3、通过行车识别所调运钢材的RFID标签，记录起装和放下的位置及时间，实现对钢材调运的实时动态管理。

方案中配置的RFID抗金属电子标签均为定制版，标签均含有全球唯一码和根据需求定义的特殊标识，即经过授权的RFID抗金属电子标签才能被系统设备识别，使RFID智能生产物流管理系统具有屏障性及特有性，保护信息渠道。

2.2.4分级权限管理

系统对用户权限进行分级管理，系统登录权限分为企业管理员、企业一般管理员和巡检员三级。

（1）企业管理员权限：以系统管理员权限登录系统，拥有系统的最高权限。可以对系统的数据资料进行填加、修改、删除等操作，可以进行信息统计查询，并可以对人员资料进行维护。

（2）企业一般管理员权限：可以对系统的数据资料进行填加、修改、删除等维护操作，可以监督巡检员的工作情况。

（3）巡检员权限：以巡检员权限登录系统，不能对系统的数据资料进行添加、修改、删除等操作，只能对接警信息、故障信息等进行处理，可以浏览报警记录，可以看到自己的巡查任务以及进行统计查询工作。

第三章. 系统功能设计

3.1功能概述

现状：

一）般通过粉笔或纸质、PVC塑料、铝牌等标签对钢材进行标识，缺点如下：

1、标识易污损，造成信息丢失。

2、须通过人员肉眼识别信息，费时费力，且容易出错。

3、标识信息容易被人为篡改。

二）钢铁生产过程中，对行车的作业调度一般采用语音对讲和人工现场指挥的形式下发，由于现场噪音大等恶劣的工业环境，这种方式存在着明显的弊端，无法保证信息传送及时和准确无误，还伴有严重的安全隐患，并且在物料吊装完成之后，由于吊装结果也采取人工记录上传，所以无法及时将结果返回至管理系统，导致库存信息严重滞后，影响管理效率。

三）车间生产工序繁多，各类型产品因为客户要求不同涉及到的工序又不尽相同。因此在生产过程中因为要人工分辨某特定物料是否可以进入某个特定工序进行生产，耗时耗力，极大的降低了生产效率，提高了作业成本，降低了产品质量。

四）信息化程度不高

目前通过人工盘点录入库存系统，缺点如下：

1、库存信息不能实时动态上传，信息滞后。

2、人工盘点统计费时费力，且容易出错。

3、现有系统无法对货物存放位置进行标记，不利于库存货物信息核对和翻找。

RFID智能生产物流管理系统针对生产及物流管理中常见的管理痛点，结合物联网、大数据等新技术发展，解决传统管理方式的弊端，向科技要效率，结合“工业4.0”，实现设备管理工作智能化、可视化、痕迹化。同时，融入了先进的移动互联网技术保证整个方案的通讯稳定性和安全性，了以下模块：

l 钢材编号自动识别系统；

l 行车定位无线调度系统； 

l 智能生产管理系统：

l 移动库存信息管理系统

3.2 钢材编号自动识别系统简介

本系统采用最先进的无线射频识别技术，将RFID标签安装在物料上之后，系统将当前物料信息和RFID标签信息做绑定，并将绑定关系备份至MES系统。通过手持RFID读取设备或固定式RFID读取设备对RFID标签信息的读取配合本地软件，最终实现钢材编号的自动识别。

3.2.1系统架构及原理

通过人工将RFID标签安装在物料上，将RFID标签信息和人工输机的物料信息进行绑定并将绑定关系备份至MES系统，即后RFID读取设备读取到的标签信息即转化为和绑定关系一一对应的物料信息。【钢材编号自动识别系统无需对话MES系统，只将绑定关系备份至MES系统】

3.2.2项目效益分析比对

3.3  行车定位无线调度系统； 

行车定位无线调度系统基于无线数据传输及RFID定位技术，对仓储垛区进行精确的划分，实现了对物料储运过程及结果的跟踪，使企业信息流延伸到行车终端，大大提高了企业库区管理的准确性和实时性。

整个系统按部署的位置分为地面部分和行车部分包括系统主控计算机（含软件）、无线数据传输系统，且主控计算机通过车间网络链接至MES系统；行车部分包括车载终端（含行车终端软件）、行车定为数据采集系统。

3.3.1 系统架构及原理

通过安装在天车横梁上的RFID标签和安装在天车上的RFID读取设备通过定制算法来确定天车目前所处的位置

3.3.2 主控服务器端功能

数据库交互：行车定位无线调度系统通过主控计算机软件与数据库的信息交互，主要包括行车作业信息交互、入库物料顺序表交互、移动手持终端作业申请、出库确认作业确认申请、库存信息表查询与修改、从而实现行车终端和移动手持终端的相关功能的数据支持。

系统运行状态监控：显示并记录系统运行状态，包括：启动、退出、错误、与行车通信事件、与数据库通信事件等信息。

库存跟踪管理：主控计算机通过读取MES数据库中的库存信息，实现库存界面的动态更新，并能够通过在系统界面上点击选择任意库位查询详细信息。

调度作业处理：主控计算机实时自动接收来自MES系统，、板号自动识别系统及PDA系统的行车调度作业，包括物料的出库、入库、倒垛等，并存储至主控计算机内存中，然后自动向指定的行车终端下达行车调度作业。主控界面上显示作业详细信息及当前状态，如等待发送、已下达、执行中、执行借结束、已完成等。接收来自行车的作业反馈信息，并通过数据库接口将其反馈至MES。

系统配置：可进行系统设置、修改作业、删除或发送作业、日志查询等功能。无线局域网环境下的基于TCP/IP的行车通讯协议的实现；实时监测连接状态，显示行车是否在线。连接被迫断开后，自动恢复连接。行车RFID设备电量监控等。

3.4智能生产管理系统：

钢料号RFID自动识别系统，能够实现自动识别待加工物料，通过每个工序加工前读取钢料上的RFID标签，再将该物料上传至MES系统调取加工信息，确认是否可以针对该物料进行该工序加工，避免出现重复作业及未符合加工要求进行加工的问题。制成后自动将加工信息上传至MES系统，数据库将该批物料的详细加工信息保存留底，方便未来追溯质量问题。

根据钢料加工作业的要求，钢料号识别系统可实现无线快速采集、数据快速传输、数据库管理以及识别结果处理等功能。系统由工业RFID读写器、工业传感器、机台工控机及数据处理服务器等组成。

3.4.1 系统架构及流程

通过将固定式RFID读取设备安装在生产工序对应的生产场地的进料口和出料口对物料上RFID标签的识别，定义物料进入此生产工序和结束此生产工序，并记录此加工工序所需数据。

3.4.2 部分工序安装示意

收集

磨光

精整

矫直

探伤

如图所示，图中标准的天线位置即为RFID固定式读取设备和来料传感器的安装位置。当有物料开始进行加工工序的时候，来料传感器感应到物料进入加工工序进料口，RFID固定式设备开始工作，读取正在进行加工加工的物料上的RFID标签，智能生产管理系统将工序信息和物料信息传给MES系统，MES系统实时更新物料信息。在整个加工工序过程中完全无感，操作员只需正常完成加工工序即可，加工工序完成的同时数据采集工作同步完成。

称重

在包装转库称重工序时，将RFID设备安装在地磅区，地磅工作产生物料重量数据的同时RFID设备读取物料上的RFID标签，RFID生产管理系统将此时的物料状态信息和当前称重数据做绑定，完成称重工序。称重工序无需再次人工输入物料信息，直接无感完成信息录入与更新，并可及时打印标识

3.4.3  生产工序现场客户端界面展示

当前工序生产物料信息界面

生产排配、计划完成情况界面

投料修正界面

SOP、生产注意事项界面

3.5移动库存管理系统

移动库存信息管理系统采用带无线传输功能的库区手持终端，基于工业标准设计，能满足恶劣环境数据采集需求，具有性能高、灵活性好、耐用性强和符合人性化等特点。系统由手持终端，服务器等组成

 3.5.1 系统架构

3.5.2 系统功能

实时查询功能：通过手持终端设备读取物料上的RFID标签，实时查询物料状态信息。

产成品入库功能：通过手持终端读取钢料信息，同时发送行车指令到平板电脑，由行车工吊装并确认后，进入物流程序。

倒垛管理功能：输入材料号，查询显示材料信息；输入倒垛信息，主要包括目标垛位。

盘库功能： 在库场内可通过手持终端直接查询材料所在的垛位信息。发现欣喜异常后可直接选中该条记录进行倒垛操作，最终将材料信息转移至正确的垛位。并可由主系统下发盘点指令，由多个手持机协同完成整库或部分库区盘点。

产成品出库功能：用户通过扫描提货卡或输入提货单查询提货信息，然后通过扫描钢料RFID标签的方式进行出货操作。

3.5.3 部分功能界面展示

3.6 功能持续拓展服务

系统基于开放、弹性的、基于服务的开放架构设计，可以根据用户需求，线性扩展。

在平台标准功能基础上，可模块化的添加其他实用功能。在平台服务期内，定期更新、丰富、优化系统，确保平台应用始终领先行业一步。

第四章. 方案优势

该方案依托公司无线射频识别核心技术，旨在全天候无死角的跟踪生产物料，强化设备管理人员日常管理规范化，无人化。通过对物料物流的精细化管理，从而明显的提升企业管理效率，降低企业运营成本。

四.1 精准监控--促进设备管理效能提升

1) 实现生产物料跟踪、生产工序实时监测，有助于早期发现病害情况；

2) 对数据资源进行挖掘分析，实现设备病害分险预警研判，为维修或更换决策提供信息支持；

3) 通过平台对设备部进行有效监督，提升设备生计规范化服务，使上级领导对产线设施设备检测和维护情况了如指掌，提升生产相关设施完好率，从而提升产线生产效能；

4) 设备管理工作繁重，人员紧缺，以技术代替设备运维人员保姆式服务方式，以大数据有效指导设备部的督导压力，提升管理效能和精度。

四.2 灵活部署—高效落地实现服务

1) 服务扁平化、支持水平扩展、高扩展性；

2) 支持公有云、私有云及混合部署，适应复杂的网络穿透和联网。

四.3 降低成本—促进企业利益最大化

1) 通过设备病害的早期发现，可有效地减少或杜绝关键生产步骤的偏差，从而降低企业更换设备的投入，增加企业效益；

2) 通过在线式智能监控，有可效减少运维人员，降低企业成本；

3) 加强加深无纸化办公，减少因人员手工填写运维记录造成的错误，降低因办公消耗品投入带来的企业成本浪费；

通过大数据分析，可有效地了解生产效率等要素，便于早发现、早维护、早改造，帮助企业在后续产线

结束语：绵阳市锐钛智能科技有限公司专业国内领先的物联网(IoT)技术服务提供商，是专业从事射频设别(RFID)技术、无源无线传感技术、区域实时定位技术系统化设计、研发与制造的高新技术企业，致力于向全球用户提供最先进、最完善的系统化解决方案。