精准的动态化零配件管理系统设计论文

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　　摘 要：现阶段,市场竞争随着用工成本的增长日益激烈,企业均向着提升作业效率、降低成本的方向进行转型。其中, 零配件管理就是当中极其重要的一个环节。针对传统零配件管理系统,人力成本高、分拣效率低、零配件管理困难、实时性差 等问题,本文设计了一种精准的动态化零配件管理系统,可实现自动生成入库、出库表,快速查询实时库存,智能库存预警等 功能。系统使物料管理高效合理,能有效提高企业生产效率,降低生产成本,提高企业竞争力。



　　【Abstract】：At this stage, market competition is becoming increasingly fierce with the increase of labor costs, and enterprises are transforming in the direction of improving operational efficiency and reducing costs. Among them, parts management is an extremely important part. Aiming at the problems of high labor cost, low sorting efficiency, difficult parts management and poor real-time performance of traditional parts management system, this paper designs a precise dynamic parts management system. It can automatically generate storage, storage table, quick query of real-time inventory, intelligent inventory warning and other functions. It makes material management efficient and reasonable, which can effectively improve the production efficiency, reduce production costs, improve the competitiveness of enterprises.

　　【Key words】：real-time;parts management;pressure sensor;4G Internet of Things;database

　　0 引言

　　目前国内中小型制造企业的传统零配件管理系统普 遍存在以下几点问题 ：(1)人力成本高,依靠人工分 拣,耗时耗力,劳动强度大且易出错 ;(2)零配件管 理困难,其种类多、库存量大、存在大量外观相似零配 件,这让零配件的分类、入库、出库、计数等管理耗时 耗力且出错率较高 ;(3)零配件管理信息化程度不高, 其中零配件识别困难且信息难以快速查询 ;(4)实时性 差,各类零配件的库存状况具有一定的延迟,造成其缺 货时并不能及时补货,导致无法正常生产。



　　本文将物联网技术和零配件管理系统相结合,利用 物联网获取零配件信息,集成完善的软件系统,解决人 力成本高、零配件管理困难、零配件管理信息化程度不高、实时性差的问题。系统使零配件管理高效合理,能 有效提高企业生产效率,降低生产成本,提高企业竞争 力。运用精准的动态化零配件管理系统还能够降低企业 的运营成本,提高仓储管理的安全性和准确性,实现企 业资源的优化配置,为企业的发展护航 [1]。

　　1 系统方案设计

　　该系统分为 4 个部分 ：身份识别单元、物料计数单 元、云端服务器和可视化服务端,可视化服务端包括电 脑终端以及手机微信小程序端,系统框图如图 1 所示。 零配件入库 / 出库时,系统通过物料计数单元的压力传 感器与身份识别单元的 RFID 读写器自动获取零配件数 量信息与操作人员信息,分别上传至云端服务器,服务 器根据对零配件进行智能化管理。


　　物料计数单元由压力传感器不断测量货盒内零配件 总重量。当重量变化时等待重量数据稳定,数据稳定后 通过 4G 物联网实时上传到云端服务器,更新零配件重 量数据。只有重量变化时才能判断数据是否稳定并上传 数据可节省物联网流量消耗,降低系统成本。等待重量 数据稳定可防止因货架抖动造成的测量误差,使系统更 加稳定可靠。

　　射频识别是目前流行的一项自动识别技术。它利用 无线射频方式进行非接触双向通信,以达到识别目的并 交换数据,已在各行业得到广泛应用,十分适合用于本 系统中操作人员的身份识别 [2]。身份识别单元工作时由 RFID 读写器读取操作人员的员工卡等记录身份信息的 ID 卡从而采集操作人身份信息并通过 4G 物联网上传到 云端服务器。

　　云端服务器结合零配件单件重量与货盒内零配件总重 量计算出货盒内零配件数量。服务器同时采集操作人员信 息将零配件数量变化与人员挂钩, 从而对零配件进行有效 地控制和管理。服务器基于零配件重量数据、操作人员身 份信息、终端设备的管理员设置,生成入库清单和出库清 单。该服务器还在终端及微信小程序中提供库存物品库存 数量、库存位置、库存时间和货位信息及查询服务。

　　2 系统硬件设计

　　2.1 物料计数单元设计

　　物料计数单元实现对货盒内零配件重量的测量及重 量数据的实时上传。物料计数单元设计通过压力传感器 将零配件重量信息转换成模拟电信号,并经过模数转换 器转换为数字信号,然后通过物联网模组上传到云端服 务器。单元框图如图 2 所示。

　　物联网模组选用 EC600NCN-LD 物联网模组,该模组具有支持 4G 物联网、支持 Python 编程、设有 GPIO 接口、开发资源丰富等特点,完全满足物料计数单元的 设计需求。


　　压力传感器是一种能感受压力并将感受到的压力信 号转换成与被测物体重量成比例地可用于输出信号的传 感器 [3],作为物料计数单元的关键部件之一,压力传感 器的选择十分重要,其性能的好坏,极大程度上决定了 物料计数单元测量数据的可靠性和精确度。

　　常见的压力传感器大致可分为 4 种, 分别为电阻应 变片式压力传感器、电容式压力传感器、硅压阻式压力 传感器和电感式压力传感器。电阻应变片式的压力传感 器相对于其他 2 种同功能的传感器,具有技术成熟、温度漂移小、成本可以得到很好地控制等优点 [4.5]。考虑精 度、成本、量程等因素,压力传感器选用 AT8502 型电 阻应变片压力传感器。该传感器具有高线性度、低温漂、 高重复性的特点,能有效保障系统的可靠性与精确度。


　　压力传感器输出的模拟信号需要模数转换器转换才 能被物联网模组读取。为保证系统的数据可靠性与精 准度,在数据转换过程中要尽可能减小因模数转换器 造成的精度损失。即对模数转换器(ADC) 的位数要 求较高。因此模数转换器选用高精度 24 位模数转换器 (ADC) HX711 芯片。HX711 芯片内部包含稳压电源、 时钟振荡电路等其他类似芯片所必需的外围电路,具有 集成度高、响应时间短、抗干扰能力强等特点,能保障 系统的稳定运行 [6]。

　　2.2 身份识别单元设计

　　身份识别单元通过 RFID 读卡器快速读取操作人员 身份信息并通过物联网模组上传至云端服务器。RFID 读卡器选用 RC522 模块,RC522 模块使用的 RC522 芯 片是应用于 13.56MHz 非接触式通信中高集成度的读 写卡芯片, 双向数据传输速率高达 424 kbit/s, 支持多 种 FRID 卡。

　　3 系统软件设计

　　系统软件主要包括物料计数单元软件设计与云端服务 器软件设计。物料计数单元实现零配件重量的称量以及货 盒内零配件重量变化时向云端服务器上传变化后的重量数 据。云端服务器主要完成对物料计数单元与身份识别单元 数据的处理,自动生成入库、出库报表,向终端设备提供 库存查询、入库记录、出库记录、零配件管理功能。

　　物料计数单元开机后进行设备初始化,初始化主要 包括设置 HX711 放大通道、连接 4G 基站、连接云端 服务器等。初始化完成后不断读取压力传感器数据,当 数据变化时,记录 3s 内读取到的压力传感器数据,如 果 3s 内的传感器数据最大值与最小值相差不到 1 克, 则判断为数据稳定,数据稳定后将 3s 内的数据取平均 值上传到云端服务器。具体软件流程图如图 3 所示。

　　身份识别单元软件设计为开机后检测是否有 ID 卡, 若检测到 ID 卡则读取卡内信息上传到云端服务器并开 启蜂鸣器 3 秒提示操作人员刷卡成功。具体软件流程图 如图 4 所示。

　　云端服务器基于 SpringBoot,MyBatis 和 MySQL 开发。物料后台管理单元实现对云平台下发数据的持久 化存储与数据分析,并给可视化服务端提供 API 接口, 如查询最近 15 日的出入库记录、仓库中剩余零配件库 存数量等,便于管理员对仓库中的零配件进行管理。


　　4 结论

　　本系统基于 4G 物联网并通过压力传感器测量零配 件重量, RFID 读卡器读取操作人员身份信息,结合云 端服务器计算各零配件库存数量,并实现自动生成入库 表、出库表和快速查询实时库存以及智能库存预警等功 能。系统具有智能化程度高、实时性强、零配件管理便 捷的特点,适用于各种中小型制造企业,使零配件管理 高效合理,能有效提高企业生产效率,降低生产成本, 提高企业竞争力。

　　参考文献

　　[1] 邹方园.基于物联网技术的智能仓储管理系统在制造业中的应用研究[J].中小企业管理与科技,2021(3):168-169.
　　[2] 温博强,张富强,邵树军,等.RFID物料主动感知的车间AGV 云-边协同计算框架模型[J].机床与液压,2022.50(16):46-51. [3] 刘美娟,张琦,穆远威.基于HX711的高精度电子秤的设计 [J].信息通信,2017(1):142-144.
　　[4] 郭鹏腾,王瑾.基于改良惠斯通电桥和滑动滤波算法的电子 秤设计[J].国外电子测量技术,2020.39(6):97-101.
　　[5] 龙军,关威,汪旭东,等.基于岭回归的压力传感器高精度测量 模型研究[J].传感技术学报,2017.30(3):391-396.
　　[6] 梁芳芳.基于HX711多功能的智能电子秤的设计[J].工程技 术研究,2021.6(15):136-140.


 
 
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