基于物聯網技術的鑄件物流管理體系研究

李學軍，左仁淑,2

LI Xue-jun1, ZUO Ren-shu1,2

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

0 引言

鑄件是通過鑄造技術獲得的具有一定形狀結構和理化特性的金屬成形零件，廣泛應用于機床機械、汽車、航空航天等領域。由于鑄造的制造過程中包含較高的能源、環境、研發以及人力附加值，且考慮到對鑄件應用全生命周期成本管理和控制，以及適應不斷優化鑄造工藝的企業發展要求，利用追源監控優化鑄造產業物流是提高鑄件市場競爭力的一條有力舉措。但目前企業普遍忽視鑄件物流管理，大出價格底牌，使物流市場越發混亂：中、小企業生產計劃相對盲目，鑄件應用范圍較低端，競爭力不強，使產能過剩，難以保障和展開物流優化管理投入；現有的鑄件信息管理系統很難實現產能、供需、物流的調度和優化，對提高市場競爭力的幫助較小。

物聯網技術的應用，為鑄件的溯源監控和管理等帶來新的發展契機[1]。通過物聯網的感知和控制，實現了鑄造工藝與制造、庫存與物流管理、銷售等環節的緊密聯系[2,3]。例如，將鑄造裝備、制造工藝、鑄件尺寸結構、適用范圍、庫存數量、倉儲位置與代理商等表征鑄件屬性、產能與銷售的信息寫入RFID標簽，利用讀寫器識別標簽，并與計算機通信，匯總鑄件信息，為進一步優化鑄件物流與市場供應管理提供便利。但是，大多數中、小企業缺乏鑄件精細管理經驗，涉及鑄件物流管理與優化調度的研究也較少，為此，本文利用物聯網技術，從優化物流，提高鑄件應用追源等角度展開研究，期望改善當前鑄件供應環境，提高市場競爭力。

1 基于物聯網的鑄件物流模型

1.1 物聯網的體系結構

物聯網通過感知服務，對產品進行管理和控制，其技術體系包括感知、處理、傳輸和應用四層結構[4,5]，如圖1所示。

圖1 物聯網的典型體系結構

感知層識別貨物編碼，將產品的特征信息采集到計算機管理網絡，其關鍵技術包括二維碼標簽和讀寫器、RFID標簽和讀寫器、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場，部分較成熟的應用有3G、ZigBee等；處理層接收底層傳輸的信息，為物聯網提供決策服務；應用層主要面向不同用戶，有選擇的利用物理現場采集到的信息，實現對各自行業的優化管理和決策。

1.2 鑄件物流模型構建

物聯網最初的研究方向是條形碼、RFID等技術在物流領域的應用，并提出不同的編碼方案[3]。例如，基于RFID和Internet的EPC編碼，利用固定的二進制碼對物理實體編碼，方便了物流供應鏈的管理；利用uID系統的128位Ucode管理物理實體，實現溯源和資產管理等。而在實際的鑄件物聯網管理中，批次、批量受客戶訂單等影響，且標識設定與管理難度較大，很難對鑄件的供需物流以及應用情況進行溯源優化。

因此，建立如圖2所示的物流模型。從鑄件的供需、配送、銷售等標識管理出發，按“鑄件生產→配送→銷售及應用”流程，跟蹤鑄件物流信息，進行跟蹤管理，有助于二次優化鑄件物流供需；另外，從鑄件應用的全生命周期成本管理和控制角度出發，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體系結構。與傳統的物理實體標識相異，該模型按批量、批次設定RFID標識，在物流和銷售過程中，鑄件的標識信息采集到手持RFID終端數據庫，然后由配套的數據庫管理系統，將產品物流匯總到鑄件物聯網服務器系統。服務器提供一系列數據分析與處理、決策與診斷、預測與咨詢等服務，根據匯總得到的批量/批次等信息，對實際的鑄件物流進行優化調度，同時也便于實現鑄件應用質量的追蹤和管理。

2 鑄件物流模型的開發

2.1 RFID標簽和讀寫器

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

RFID手持終端通過天線實現讀寫器與標簽聯系，利用手持終端的通道模塊，根據控制處理模塊發出的指令，通信模塊發出射頻信號到標簽，標簽對信號做出反應，將存儲的信息反饋到手持終端，如圖3所示，同時，為實現手持終端中數據的匯總，RFID讀寫器通過RS232通信與計算機連接，方便數據交互。

圖3 RFID手持讀寫硬件結構

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標簽信息時，由射頻處理器發出射頻信號，標簽經信號響應，通過接收電路獲取標簽信息。接收電路獲取的信息經運算放大、解碼后存儲到手持終端的標識解析服務器，而終端的信息服務器不斷發出采集指令，控制射頻通道發出RFID信號。

2.2 軟件部分

與硬件相類似，軟件也包括數據感知、傳輸和處理部分。數據感知階段，通過軟件編碼，將鑄件工藝、批量、批次等信息寫入RFID標簽，當RFID標簽處在終端接收器敏感范圍內，記錄鑄件信息的標識與讀寫器建立聯系，經過中間件系統的標識校驗，滿足讀寫器采集標識范圍會自動將鑄件信息采集到終端的數據庫，如圖4所示。

圖4 鑄件物流信息的自動錄入

為實現對所有鑄件物流信息的管理，計算機端和手持RFID終端的數據庫分別采用SQL Server/CE[7]。手持RFID終端數據庫SQL Server CE可與計算機端數據庫同步，采集到的鑄件信息更新到數據庫，并同步鑄件新批次/批量信息。

2.3 分散鑄件物流的物聯化

某鑄造單位主要生產貨車鑄鐵配件，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）/批量設置標簽，且為防止標簽損壞，RFID標識與同類型鑄件打包在一起。在鑄件發貨時，將相關信息由RFID讀寫器寫入，到達目的地，按實際的應用狀況采集鑄件信息，并能根據鑄件的應用追蹤鑄件的使用質量，以實現全周期的成本控制。

經過一段周期的應用，該物聯網模型實現供應鏈中分散、雜亂的鑄件物流信息的物聯化管理，如圖5所示，其優勢具體表現為：

1）實現鑄件物流信息的“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聯，供應鏈中的鑄件“有址可尋”。當出現質量問題時，可按RFID標簽記錄的鑄件特征信息追源查找制造工藝等過程，以不斷改進鑄造工藝，提高產品質量。

2）動態管理實際的鑄件運輸線路，使供配鏈更加靈活。

3）有助于實現資產的優化管理，并調度生產計劃。

3 結束語

我國是一個鑄造大國而不是一個鑄造強國的關鍵之一在于鑄造及鑄件管理機制的不合理。隨著物聯網的興起，利用物聯網技術管理鑄件物流信息，使鑄件物流與鑄造工藝的配對管理成為可能。本文在分析物聯網技術體系結構的基礎上，構建了基于物聯網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識，利用物聯網技術實現鑄造工藝與物流信息配對，有助于根據鑄件應用的全生命周期成本反饋改進鑄造工藝，益于鑄件品質升級。同時，還優化鑄件供配物流，便于對中、小企業多品種、多規格鑄件的管理，大幅提高企業的市場競爭力。

圖5 分散鑄件物流物聯化服務流程

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