智能工厂模式下的有色金属板带物流管控系统研究论文

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　　摘要：本文以《有色金属行业智能加工工厂建设指南》为主要技术路线，结合有色金属板带加工企业智能工厂建设总体架构，开展基于工业互联网技术的物流管控系统研究。系统针对有色金属板带加工行业的特点和生产要求，通过计划分解、物流调度、路径规划、仓储管理等数字化、信息化手段，实现集柔性化生产组织、高效物流调度等于一体，达到运行稳定、协同高效、响应快捷的目标。
　　关键词：智能工厂；有色金属；物流管控；工业互联网；数字化
　　1引言
　　我国是有色金属生产大国，有色金属板带材料广泛应用于新一代电子信息、高端装备、新能源、交通运输、航空航天等各个高新领域。我国有色金属板带加工行业正处于建设期的规模产量形向绿色、低碳、数智化的高质量持续发展形转变的关键期，智能工厂建设是未来发展的重要方向。对于行业内一部分规模以上的加工企业来说，先进的生产线具备了设备层级的智能制造基础，但企业生产过程中的物流智能化、信息化水平整体较低，虽然少数大型企业通过具备配置高架仓库、AGV、智能天车等先进的物流设备，但是大多数企业仍采用传统的生产调度模式和装备。生产计划发下去以后，车间调度员需通过卡片、记忆、经验进行物料调度，生产中的物料信息要由计划员每天进行及时跟踪；有色金属板带加工工艺设定参数、物流运输设备运行的实际数据、物流设备的运维数据、物流相关过程数据等大部分需要人工通过纸质表格进行传递。这样的工作方式造成数据部分失真，无法准确反应实际工况，并且因信息传递的低效，直接影响生产效率的降低，已经无法达到智能工厂对生产组织敏捷、高效、柔性、精准的要求。
　　2建设方向
　　有色金属板带加工企业为了适应终端消费市场的变化，产品的品种和型号复杂多变。很多订单是下游终端生产厂家的直接需求，对交货周期和产品质量都要求十分严格，行业间竞争激烈。同时有色金属板带加工企业的利润来源于加工费，但生产运营成本和金属价格的变化，对国内有色金属板带加工企业的盈利能力造成很大的压力。国内有色金属板带加工企业就需要根据订单小、批量多、品种多的特点，实现快速生产计划制定和物流调度执行，这也是有色金属板带加工企业现在聚焦智能物流系统的重要因素之一。
　　通过实施智能物流系统，改变有色金属板带加工物流调度纸质信息传递和人工操作的现状，进而发展为从原料到成品的全面智能物流管理生产模式，构建支撑智能化工厂需求的企业物流管理系统。
　　结合有色金属板带加工行业的特点和生产要求，智能物流系统融入到企业生产应满足以下基本需求。
　　（1）配置物流调度系统对企业管理系统中下发的生产计划实现快速响应，并根据产能和物料情况生成物料调度计划。
　　（2）配置物流操作系统根据调度计划和当前生产现状合理分解并下达物流作业计划，在设备、原料、能源供应等异常时进行有效物流的调度。
　　（3）配置物料信息系统对物料进行跟踪，实时监控所有原料和中间在制品的位置、状态等信息，并对成品进行有效管理。
　　（4）配置仓储管理系统对原料库、中间库、成品库等进行信息化管理，形成可视化数据。
　　（5）配置智能巡检系统对物流装备进行数字化管理和监控，对物流设备故障和修理状况进行信息化管理。
　　（6）配置物料运行安全管控系统，实现安全生产。

　　3建设方法
　　《有色金属行业智能加工工厂建设指南》指出，有色金属板带加工企业智能工厂建设以生产设备资源、智能感知系统、基础网络、云平台、安全管理信息化系统为支撑，建立工厂设备资源和信息资源互联互通和数据共享基础。
　　有色金属板带物流管控系统要基于工业互联网为核心，采用低代码开发的方式，实现快速、高效构建的目标，并具备功能扩展、持续优化的能力。
　　有色金属板带物流管控系统通过工业互联网平台实现企业生产、设备和物料数据的全集成，打破厂内工业控制系统、信息管理系统的数据孤岛现象，实现生产管理数据、工厂车间生产运行数据、物流仓储数据的有效融合。通过建设“平台+APP”模式的工业互联网平台，采用数据采集、单点登录和微服务容器化部署等方式，对APP进行页面集成、流程集成、数据集成和系统集成，简化应用操作和IT运维管理，形成物流管控全要素的有效融合与联动。
　　工业互联网平台提供一体化的并且面向工业应用情景的低代码开发功能应用环境，通过数据建模、图形化模块、流程化组态等功能，有效地提升有色金属板带物流管控应用APP开发和设计的效率。有色金属板带物流管控系统基于数据采集、数据治理、数据集成、数据建模、功能建模、业务流程建模、生产组织建模、物流调度建模、仓储管理建模、数据分析、数据发布等二次开发能力，满足有色金属板带加工个性化需求。
　　有色金属板带物流管控系统基于数据分析工具，企业物流管理人员可通过组态方式实现多元数据的自主分析与利用，如建立生产看板、能耗看板、设备预警看板、重要指标参数看板、重要摄像头监控等。

　　3.1有色金属板带物流管控系统设计原则
　　（1）经济性。围绕配合项目建设的目标，提供相匹配的系统功能，降低建设成本。
　　（2）先进性。结合以往系统建设经验和实际情况，确定系统所需的过程信号和过程数据，在满足要求的情况下实现数据的自动交互和工艺设备的自动控制。
　　（3）兼容性。使用平台化设计概念，基于相对成熟、实用且满足未来发展的技术平台，开发各个应用功能模块，保持功能的先进性和平台的兼容性，满足实际使用和未来扩展的需要。
　　（4）可靠性。高效稳定的系统。对于安装的设备能适应严格的工作环境，以确保系统稳定。
　　（5）实时性。系统要实现工业现场控制级的通信要求，对控制指令要反应快速，实时响应现场反馈。
　　（6）完整性。系统要具备数据采集、应用开发、数据分析、统计报表、信息发布、实时监控、用户管理、二次开发等功能。
　　（7）可扩展性。把各子系统有机结合起来，充分考虑将来需求的成长空间，所提供的系统平台与技术将充分考虑未来功能及项目扩充的需求，避免重复投资。
　　4建设内容
　　有色金属板带物流管控系统以物流管理调度为核心，实现有色金属板带加工过程中生产、运输、存储、包装、装卸等环节的一体化和智能物流系统的层次化;智能物流系统突出以高效、安全、自动化为中心的理念，促进企业生产组织精益化和高质量发展，全面提升企业的综合竞争力和可持续发展能力。
　　有色金属板带物流管控系统可与企业MES、生产设备、物流装备、仓储装备、安全系统等进行信息交互，依据生产任务实现物流调度运输，并实时掌握物料的状态和位置信息。系统在接收到MES下发的生产计划后拆解计划任务，根据调度规则、库区规划、设备状态，生成作业目标区域及储位，并向物流设备发送作业任务，同时控制智能设备运行状态和执行结果。
　　基于工业互联网架构，有色金属板带物流管控系统具备接入物料标识设备、AGV、智能天车、智能仓库、有色金属板带加工设备、运输辊道、MES系统信息等能力；在控制层部署边缘控制系统，具备设备接入、信息接入、协议分解、边缘分析与计算的功能；在汇聚层组织企业的物流运输混合云和数据中心；在PaaS层具备数据处理与分析的基础上，配置物流调度模型、物料编码模型、仓储管控模型、路径规划模型、设备运维模型和物流安全模型等；在SaaS层开发计划分解、物流调度、物流跟踪、路径规划、入库管理、出库管理、物流设备运维、安全生产管控、统计报表分析、生产数据可视化、信息发布、集中监控等应用。
　　4.1有色金属板带物流管控系统主要功能
　　作业计划。接收生产下发的作业计划并整理显示，可以依据计划号或料卷信息查询对应的作业计划，查看计划完成情况。
　　物料对接。通过MES或L2级生产系统实现物料身份识别和物流交接功能。
　　物料调度。根据生产下发的作业任务和自主策略规划调度任务，并将任务下发到自动化中控系统，监控这些正在执行中的任务，对任务执行异常情况进行报警并及时调整。一些实时任务会依据模型算法测算最优的运输路线，并在系统上进行提示。
　　上料调度。机台生产上料任务，显示上料任务列表，查看任务完成状态，可以手动调整上料任务。
　　调度记录。记录已完成的运输任务。
　　运输路线。设置和管理场内基础路线。根据生产下发的作业任务，依据模型算法测算最优的运输路线，最终生成调度任务。
　　库区管理。系统建立厂区虚拟库位，并通过不同仓库类型进行数据建模，实现库区管理的数字化和信息化。同时结合物料编码系统，将物流和仓库的库位绑定，可以统计各个仓库的出入库、库存等信息。在应用终端，例如PC、手机、看板大屏等，用户可以实时查询各个仓库的数据和信息，并可以选择容易感知的图形化或图表化显示，也可以通过物料号和生产订单号查询库区、库区和物料实际数据和情况。
　　4.2仓储模块包含以下功能点
　　调拨管理。该模块主要实现物料调拨单的新建、派发、关闭单据、导入、导出、查询等功能。生产调度人员可以通过系统自动或人工实现物料调拨单的创建、下发或关闭。同时也可以查询物料调拨单执行情况。该功能支持不同货位、不同区域间的物料周转，并在功能执行过程中自动完成物料与库位的信息绑定和解绑。调拨作业完成后，系统自动完成信息的更新和发布。
　　出入库管理。系统提供针对入库、出库、倒垛、倒跨及临时作业计划的增、删、改、查功能，方便操作室人员根据现场情况实时调整，并提供完善的导入导出功能。
　　库位物料管理。主要用于管理物料库位之间的关系，管理每个库位存放物料的信息，通过这些数据，为调度运输和上料任务提供测算的依据。
　　库位管理。库位是物流系统拥有的仓储资源。为保证仓储作业的准确性，在设置库位在时应保证其唯一性。
　　库存盘点。该功能主要实现仓库信息的统计的基础上，对物料账务数量与实际数量进行核对。操作方式可以按照仓库类型、产品类型、不同工艺段等形式进行，也可以通过时间维度，例如星期、月度、季度、年等自动生产盘点计划工作。
　　核库管理。系统提供核库界面，操作室人员可根据现场实时库存情况，调整库存信息，纠正库存错误数据，并提供完善的日志进行管理、完善的导入导出功能。
　　记录查询。系统提供设备运输记录、辊道运输记录、安全门操作记录等设备信息记录查询界面，所有记录保留360天以上，并提供完善的日志打印报表。
　　设备管理。在系统中建立设备台账，可以查看各智能物流设备信息，监控设备运行情况。
　　设备信息管理：可以查看各设备的详细参数信息，以及和系统的对接详细信息。
　　物流设备管理模块。在系统中，物流设备管理模块，主要具备资产管理、设备状态数据采集、运行状态监控、检修计划制定、备品备件管理等功能。通过物流设备管理模块的投入使用，改变物流设备运维方面传统的纸质记录管理模式，解决传统纸质管理模式存在的明显缺陷，提高设备管理的实效，实现更高效、科学的设备管理。
　　物流安全管理模块。有色金属板带加工物流体系的环节有很多，也是企业主要的安全问题隐患点，很多安全事故就发生在车间物流的运输过程当中。把物料从库位移动到生产设备区，关联到很多人的行为、设备的行为。一旦违规，极容易发生安全事故，对人身和财产造成极大损害。有色金属板带加工现场除了相关工作人员之外，还有AGV叉车、天车、辊道等运输设备。如何对相关人员、相关设备有效监控，提前预防事故的发生，是物流安全管理模块在设计过程中所需要解决的重点。物流安全管理模块可基于“物联网+AI”，采用图像识别、智能感知等技术，
　　针对有色金属板带加工物流中存在的实际安全问题，实现有色金属板带加工企业物流调度过程中人或设备危险行为的实时监控，并对其潜在危险进行预判，从而主动地减少安全事故发生。物流安全管理模块建设目标为。
　　（1）实现有色金属板带加工物流安全行为的规范化，管理的智能化。
　　（2）违规行为在线检测，自动识别，动态监视，后台实时分析与危险行为在线报警。
　　（3）应用物联网、AI识别技术，构建电子围栏、人员设备定位等安全管控技术，实现人员、设备行为安全综合管理，预防事故发生。
　　（4）有色金属板带加工物流安全集中监控并可视化。
　　（5）有色金属板带物流管控系统可以部署在集控中心，实现物流管控集中化。
　　（6）操作室人员可通过集控中心大屏实时监控计划执行进度、物流运输过程、智能设备运行状态、实时库存等情况，根据生产实际情况完成生产计划、物流路径、出入库计划调整和调度指令发出等工作，同时可对安全状态实时监控。
　　（7）大屏可以聚焦设备，查看设备目前的状态、位置及运输物料的信息。
　　（8）系统展示缓存库实时信息，可以查看缓存库空闲鞍座、鞍座上的物料信息等。
　　5结语
　　有色金属板带物流管控系统结合我国有色金属板带加工行业产品品种多、订单批量小、生产工艺路线长、生产运行速度快、物流调度频繁等特点，在企业已有自动化、信息化建设基础上，推进互联网、大数据、5G、边缘计算、智能装备等前沿技术在有色金属板带加工工厂的应用，帮助企业实现集柔性化组织生产、高效物流调度转运、供应链协同优化等于一体的运行稳定、协同高效、响应快捷的物流调度管控。
　　我国有色金属板带加工行业正处于建设期的规模产量形向绿色、低碳、数智化的高质量持续发展形转变的关键期，智能工厂建设是未来发展的重要方向。物流是有色金属板带加工生产组织的重要环节，也真实反映原料到产品的实际加工过程。通过生产、设备、能源、物流等资源要素的数字化汇聚和网络化信息共享，实现生产组织的优化协同。通过物流系统的低人工干预计划制定、高端自动化调度管理、智能化运输设备控制，推动有色金属板带企业绿色化、高效化和智能化发展，进而提升有色金属板带企业的市场竞争力和影响力。

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