CN102622684B - 基于无线物联网的生产及供应链协同系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于无线物联网的生产及供应链协同系统：无线网关建立不同业务的多个无线网络，在这些网络中分布物料标签、主体标签、呼叫终端、到位检测节点、装配检测节点等，上位信息系统与各网关连接形成整个系统架构。物料标签随物料根据业务需要进入不同无线网络，与对应节点进行通讯，向上位信息系统发出业务和数据请求，上位信息系统处理以上请求并反馈到对应网络，实现供应链到生产线的两个协同流程：1.“物料拉动—捡料配送—配送到位检测”协同流程；2.“捡料及配送—装配绑定及物料消耗—库存更新”协同流程。本系统协调装配生产及物料配送，提高工作效率；除与上位连接，其他部分均为无线网络连接，减少布线量，降低部署及维护成本。

Description

基于无线物联网的生产及供应链协同系统

技术领域

本发明涉及一种生产及供应链协同系统，尤其涉及一种基于无线物联网的生产及供应链协同系统。

背景技术

在生产制造领域，物料管理体系强调从供应商到客户物流的全流程时间和成本管理，包括采购—货运—库存—装配制造—分销配送—零售—服务整个过程中的物资供应活动。在整个活动中实现在最小的成本费用前提下，达到最佳的物资供应。

其中对库存管理(以下称之为“供应链管理”)要做到使各种物料的账物相符、避免物料短缺并降低库存，需要具备以下特点：

(1)能随时获得某种物料的收、发、存状况；

(2)及时得知需要盘点的物料及盘点结果；

(3)在保证生产的前提下，最大程度的降低库存；

(4)库存按照产品追溯的要求，建立物资的库存批号。

而对于装配制造管理(以下称之为“生产管理”)，要做到线边库存充足、混线装配、减少停线，需要具备以下特点：

(1)能对线边库存缺少的情况下进行物料拉动呼叫和及时补充；

(2)能确认当前装配工艺及物料是否正确，从而实现混线生产；

(3)工位存在质量问题能及时上报，协调技术人员及时解决。

目前在生产制造领域内，实现全流程物料管理有两种主要的方式：条形码技术和RFID技术。

(一)使用条形码技术对生产所需的物料进行标示和管理：

在供应链管理环节对物料使用纸质条码进行标示，通过在不同供应链环节以及生产装配环节使用扫描枪扫描条码信息，传送到对应数据采集点，再传到整个上位通讯主机，由此物料的入库、盘点、生产配送、装配绑定信息可以实现集中管理，而且配置灵活，系统成本较低。

但由于物料信息都存在PLC或者上位通讯主机的数据库里，所以，对网络通信的负载能力、可靠性等要求很高。同时条码技术存在如下缺陷：

(1)扫描速度慢，一次智能扫描一个条码，影响入库、配送等环节的物流速度；

(2)读取性能低，只能在可视距离下读取；

(3)不可重复记录，条码印刷后不能更改，只能记录初始数据；

(4)存储信息量小，不能记录大量生产过程数据；

(5)对网络依赖程度高，大多数信息数据记录在后台数据库，需通过网络获取；

(6)抗污染和耐久性差，条码的多是载体为纸张，使用寿命有限。

(二)使用RFID技术对生产所需的物料进行标示和管理：

在零部件生产厂，将生产出的零部件的属性信息，使用标签打印机写入电子标签，并贴在零部件或者装载零部件出厂的料架上。在整机制造工厂，通过手持读写器扫描电子标签，核实零部件物料信息，进行物品检验，完成收货流程。接下来，使用手持读写器或者门禁读写器扫描物料电子标签，传送到对应数据采集点，再传到整个上位通讯主机，实现物料的入库、盘点、生产配送上的物流与信息流的更新与同步。在生产线上完成装配步骤时，工人在工位上通过手持读写器扫描零部件，符合当前产品装配，系统提示装配，否则系统发出报警。

使用电子标签：可实现(1)批量扫描；(2)非视距扫描；(3)使用读写器读取和写入大量数据信息，不用频繁地从网络数据库中获取信息；(4)标签与外壳一体，抗污染，使用寿命长。因此很好的解决了纸质条码的缺陷，而且使零部件从到货一直到装配成型，物料的物流和对应的信息流(物料信息、仓储信息、工艺信息等)实现了统一。

目前基于RFID技术的生产及供应链系统中，电子标签在供应链中可组网实现入库和实时盘点等操作，但当物料配送到生产线边，电子标签无法自由加入到生产线的对应网络。因此在系统协同方面还有以下几个方面的不足之处：

(1)不能实现从生产线发起物料请求到物料配送到位的联动和协同。

生产线物料请求的发起与供应链物料配送实施不是一个系统，配送的及时性和准确性都有待提高，配送到位的信息因为电子标签不能加入生产线网络，也不能及时回馈给生产线相应系统。

(2)在装配绑定环节不能代替人工扫描的过程，影响工作效率。

装配绑定需要工人使用手持读写器进行电子标签扫描，增加了生产装配的环节和时间。

(3)装配绑定环节不能实现物料消耗与库存的联动和协同。

物料在装配时实现消耗，但这一信息同样因为电子标签不能加入生产线网络，而不能及时通知库存做更新；库存系统不能精确获得当前的真实物料流转信息，还会造成线边物料的管理问题。

发明内容

本发明目的是提供一种生产及供应链协同系统，使用统一的无线网络技术架构，将生产环节和供应链环节更好地协同联动起来，进一步提高生产效率：

(1)在生产环节：通过无线网络及时反映生产线的线边物料状态，拉动供应链完成物料及时配送；装配物料时，自动实现(代替人工扫描)装配工艺的跟踪和物料消耗情况的更新，减少停线时间和装配时间，提高生产线工作效率和装配管理水平。

(2)在供应链环节，通过无线网络实时获取物料的状态，跟踪物料所处位置，方便现场拾取物料及管理总体物料流转情况，提高供应链管理效率，更好地协同生产线物料的拉动。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于无线物联网的生产及供应链协同系统，包括：

多个无线网关：包括库外物流网关、库内物流网关、物料拉动网关、配送检测网关、装配绑定网关，建立各自业务环境的无线网络，并与上位信息系统连接；

上位信息系统：建立上位应用服务和数据服务，与上述多个无线网关连接，接收其产生的业务数据和业务应用请求，然后处理数据和请求并返回给对应的业务单元；

多个物料标签：在上述业务无线网络环境加上位信息系统的结构下，固定在物料或料架上的物料标签，可与标签读写器、近距离感应器、到位检测节点、装配检测节点通过上述无线网络通讯，记录和更新物料产品信息、仓储位置信息、生产信息等，并及时将业务数据或业务请求，通过对应网关发送给上位信息系统处理，实现以上业务流程信息化和自动化；

多个主体标签：在上述业务无线网络环境加上位信息系统的结构下，固定在生产线上的装配主体或同步滑橇上的主体标签，可与工位上装配检定节点通讯，记录和更新产品生产的工艺信息、质量信息、批次信息等，并及时将业务数据或业务请求，通过装配检测网关发送给上位信息系统处理，实现以上业务流程信息化和自动化；

多个呼叫终端：与物料拉动网关连接，工人按下按钮发出物料呼叫请求，通过物料拉动网关，发送到上位信息系统处理，物料配送到位后复位该呼叫终端；

多个到位检测节点：与配送检测网关连接，物料配送到位后，到位检测节点与物料标签通讯，发出复位信号，通过配送检测网关，发送到上位信息系统处理；

多个装配检测节点：与装配绑定网关连接，装配主体与物料进行装配绑定时，分别与物料标签和主体标签分别与装配检测节点连接通讯，为物料际签更新在库状态为已消耗，为主体标签更新主体的生产工艺信息和质量信息，然后将物料消耗信息，通过装配绑定网关，发送给上位信息系统处理；

两个供应链到生产线协同流程：(1)“物料拉动——捡料及配送——配送到位检测”协同流程；(2)“捡料及配送——装配绑定及物料消耗——库存更新”协同流程。

所述生产及供应链协同系统的网络架构按照以下方式实现：

(1)上述多个网关分别以IEEE802.15.4为基础二次开发网络技术的建立各自的无线子网络，上述物料标签和主体标签可按照业务顺序自由加入和退出于这些无线子网络，与网内节点进行通信，实现业务逻辑，进而实现协同流程；

(2)上述多个网关通过工业以太网或者WIFI(IEEE802.11)与上位信息系统连接，形成涵盖供应链和生产线业务流程的整体系统网络；

(3)上述无线子网络均可通过增加中继节点扩展各自网络的节点数目和覆盖范围。

所述生产及供应链协同系统的物料标签和主体标签，其特征在于：

(1)上述标签可按照业务顺序自由加入和退出于这些无线子网络，与网内节点进行通信，实现业务逻辑。

(2)在库外物流网和库内物流网内，物料标签与标签读写器通讯和读写，显示并根据所在流程更新物料标签的产品及位置等信息；物料标签与近距离感应节点通讯，可以驱动物料标签LED灯闪实现辅助取料。

(3)在配送检测网，物料标签与到位检测节点通讯，产生信号复位对应的呼叫终端。

(4)在装配绑定网，物料标签和主体标签分别与装配检测节点通讯，主体标签更新工艺信息，物料标签更新消耗状态。

所述生产及供应链协同系统的“物料拉动——捡料及配送——配送到位检测”协同流程，其特征在于：

(1)工人按下呼叫终端的按钮，发起物料呼叫请求，呼叫终端连接物料拉动网关，将请求发送到上位信息系统处理；

(2)上位信息系统收到请求，将发出请求的工位号和所需物料信息，根据物料所在区域，通过相应网关，发送给库内物流网或者库外物流网；

(3)库内物流网或者库外物流网将任务下达给工人，工人进行捡料和配送；

(4)当工人将指定物料配送到对应工位后，物料标签加入配送检测网，并与到位检测节点通讯，到位检测节点发出该工位复位信号，通过配送检测网关，发送到上位信息系统处理；

(5)上位信息系统收到复位信号，将信号通过物料拉动网关发送给该工位对应的呼叫终端，呼叫终端收到复位信号完成复位。

所述生产及供应链协同系统的“捡料及配送——装配绑定及物料消耗——库存更新”协同流程，其特征在于：

(1)物料配送到达工位并完成呼叫终端的复位，物料标签加入装配绑定网；

(2)装配主体传输到工位，主体标签也加入装配绑定网；

(3)在进行装配的同时，物料标签和主体标签分别与装配检测节点通讯，主体标签被写入工艺信息，物料标签改变在库状态为“已消耗”；

(4)装配检测节点将物料消耗信息，通过装配绑定网关，传到上位信息系统，更新库存数据库。

发明内容还包括一种基于无线物联网的生产及供应链协同的方法，其特征在于，所述的方法包括：

(1)生产线工位上，通过工人操作无线呼叫终端，发出物料请求到上位信息系统，上位信息系统获取缺料的工位号和物料信息，驱动供应链捡料和配送，配送工人根据生产线需求按一定顺序将各种缺少的物料配送到对应工位，物料标签与到位检测节点通讯，发出信号，通过上位信息系统复位最初发起请求的呼叫终端；

(2)生产线工位上，配送到位的物料与当前装配主体进行这一工艺段的装配，在装配的同时，物料标签和主体标签，分别与装配检测节点通讯，主体标签写入工艺信息，物料标签改变在库状态为“已消耗”，同时通过网络更新至上位信息系统的库存数据库；

(3)物料在仓库需要捡料时，工人通过记录的物料位置信息到达货架附近，通过近距离感应器与物料标签通讯，物料标签的LED灯闪，辅助工人捡料。

附图说明

图1为本发明基于无线物联网的生产及供应链协同系统业务架构图

图2为本发明基于无线物联网的生产及供应链协同专利概括框图

图3为本发明基于无线物联网的生产及供应链协同专利终端及标签信息

图4为本发明基于无线物联网的生产及供应链协同专利产品系统拓扑图

图5为本发明基于无线物联网的生产及供应链协同专利收货流程

图6为本发明基于无线物联网的生产及供应链协同专利入库流程

图7为本发明基于无线物联网的生产及供应链协同专利捡料流程

图8为本发明基于无线物联网的生产及供应链协同专利拉动及配送流程

图9为本发明基于无线物联网的生产及供应链协同专利装配绑定流程

图10为本发明基于无线物联网的生产及供应链协同专利总信息流程

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创新点、达成目的与功效更易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

图1为本发明的系统业务架构图：A代表库外物流网，B代表库内物流网，C代表物料拉动网，D代表配送检测网，E代表装配绑定网，A+B构成供应链无线网络，C+D+E构成生产线无线网络，且C、D、E均覆盖线边工位，彼此业务独立。

①代表物料入库的流程；②代表呼叫终端发起物料请求；③代表供应链向生产线配送物料；④代表物料配送到位后实现呼叫终端复位；⑤代表装配绑定及物料消耗后，实现库存的更新。

其中，②-③-④流程实现了“物料呼叫请求——物料配送——配送到位(呼叫终端复位)”的物料拉动协同流程；③-⑤流程实现了“物料配送——装配绑定——库存更新”的协同流程。

整个系统的网络架构中，库外物流网、库内物流网、物料拉动网、配送检测网和装配绑定网均为以IEEE802.15.4为基础二次开发的无线网络，物料标签和主体标签可按照业务顺序自由加入和退出于这些无线子网络，与网内节点进行通信。各子网络通过网关，使用工业以太网或者WIFI(IEEE802.11)与上位信息系统连接，组成整个系统的网络。上位信息系统为整个网络提供业务应用服务和数据服务，处理各个业务单元的业务请求和数据请求。如图2所示。

物料标签有统一的EPC号，可以根据业务要求写入和更新货物名称、货物批次、供货商、存储位置、在库状态等信息；主体标签也有统一的EPC号，可以根据业务要求写入和更新生产批次、装配工艺、检测项目、工艺质量、成品库位、在库状态等信息；呼叫终端、，以及它们在本专利涉及业务流程中需要存储和更新的信息和状态值。如图3所示。

图4为本发明的产品系统拓扑图。在上位信息系统中，上位应用服务器负责处理业务单元的业务请求，数据服务器负责处理业务单元的数据请求，工作站负责对整个系统进行相关配置，终端负责监测当前各个业务单元的状态、向服务器提交请求生成系统报表等。

系统各个子网络包含不同的终端：库外物流网和库内物流网包含物料标签，物料拉动网包含呼叫终端，配送检测网包含到位检测节点，装配绑定网包含装配检测节点。除此之外，物料标签可以随业务流程自由加入到配送检测网或者装配绑定网，主体标签会随装配主体加入装配绑定网，和物料标签分别与装配检测节点通讯，实现装配绑定的工艺跟踪和物料消耗信息的更新。

以下按照业务顺序依次描述对应的业务流程：收货、入库、捡料、物料呼叫与配送、装配与绑定。

当供货商的物料进场后，上位信息系统生产收货电子清单，通过库外物流网发送给手持标签读写器。手持标签读写器通过扫描进场物料，核对物料的品类、供货商、数量是否与电子清单一致。如果判断一致则通过网络更新收货数据至上位信息系统，如果不一致则不予收货。过程如图5所示。

完成收货流程后，上位信息系统为待入库货物分配库位及货位，并将货位发送到负责入库的标签读写器上，物料通过这些手持标签读写器或者门禁标签读写器后，并被送到对应的仓库位置上放置，最终通过手持标签读写器后给物料标签写入正确的仓库位置信息，并更新至上位信息系统。过程如图6所示。

当工位的线边物料低于警戒值，工人通过按下工位上的呼叫终端，呼叫供应链来拉动后台对应物料。这一呼叫信号通过上位信息系统传给供应链网络，供应链网络根据物料所在位置(库外或者库内)驱动后台配送工人到物料所在位置进行捡料，然后配送到生产线的指定工位上。物料配送到位后，物料标签加入配送检测网，工位旁边的到位检测节点与物料标签通讯后确认到位信号，并发出复位信号，通过上位信息系统传递给对应的呼叫终端，完成呼叫终端的复位(呼叫终端可再次发出呼叫请求了)。过程如图8所示。

上面提到的捡料过程是，供应链网络得到上位信息系统的物料拉动请求(包括物料清单和对应的物料货架号)后，驱动配送人员根据捡料清单按一定顺序到指定位置捡料，到达附近位置后，通过近距离标签感应设备与目标物料的电子标签进行通讯，电子标签上附带LED灯辅助捡料。过程如图7所示。

物料送达工位后，等待生产装配主体也到达工位，工人将需装配物料与装配本体进行组装。在完成这一装配过程的同时：(1)通过工位装配检测节点，物料标签与主体标签信息绑定，实现主体标签节点的工艺跟踪；(2)物料标签状态信息变更为“已消耗”，并通过上位系统更新库存信息。过程如图9所示。

本发明所述的生产及供应链协同系统实现了供应链和生产线之间业务逻辑的两大协同：

(1)物料拉动-捡料及配送-配送到位检测：

呼叫终端发起物料呼叫，通过物料拉动无线网发送给上位信息系统，上位信息系统根据物料在库情况通知库内物流或者库外物流，然后库内或者库外物流无线网进行捡料和配送，配送到指定缺料工位上后，物料标签节点与配送检测无线网的到位检测节点通讯，发出到位信息到上位信息系统，上位信息系统再转发至物料拉动无线网，复位最初发起呼叫的呼叫终端，实现以上整个流程的协同。过程如图10中“装配工位缺料”开始的实线箭头直到“配送到位检测”，加上“无线终端复位”的虚线箭头指示的流程。

(2)捡料及配送-装配绑定及物料消耗-库存更新：

物料经过捡料及配送到达工位后，经过装配绑定之后，物料完成消耗，更新物料标签节点的在库状态，并且通过装配绑定无线网发送到上位信息系统，上位信息系统最终更新对应的库存信息(此库存信息的更新将在下一次物料呼叫时产生影响)，实现以上整个流程的协同。过程如图10中所示从“捡料”开始的实线箭头直到“装配绑定”，加上“无线更新库存”的虚线箭头指示的流程。

本发明所述的生产及供应链协同系统在整个流程的各个业务环节都实现物流与信息流的统一：

(1)与物料标签节点关联的物料，经过收货、入库、捡料、配送、装配绑定，到最终完成物料消耗，经过各个阶段的信息更新：包括在产品及批次信息、仓库中的位置信息、在库状态(在库/配送/待装/消耗)等，均与实际业务的发生直接形成关联，从而实现物流与物料标签信息流的统一；

(2)与主体标签节点关联的装配主体，经过各个装配工位的装配绑定，将每一步装配对应的工艺信息和装配质量信息进行记录，直至装配完成下线，实现产品的物流与装配生产信息流的统一；

(3)物流拉动流程中，从发起呼叫，到物料经捡料和配送，最终配送到位，呼叫终端所处的状态信息变化，与实际物料拉动的状态对应，实现物料拉动流程中物流与呼叫终端信息流的统一。

以上对本发明所述的生产及供应链协同系统进行了详细介绍，并对实例的具体实施方式进行了阐述。对本行业的技术人员，依据本发明的方法及核心思想，在具体实施及应用范围均会有改变之处，本发明的说明书不应理解为对本发明的限制。本发明要求保护范围由所附权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.基于无线物联网的生产及供应链协同系统，其特征包括：

多个无线网关：包括库外物流网关、库内物流网关、物料拉动网关、配送检测网关、装配绑定网关，建立各自业务环境的无线网络，并与上位信息系统连接；

上位信息系统：建立上位应用服务和数据服务，与上述多个无线网关连接，接收其产生的业务数据和业务应用请求，然后处理数据和请求并返回给对应的业务单元；

多个物料标签：在上述无线网络环境加上位信息系统的结构下，固定在物料或料架上的物料标签，可与标签读写器、近距离感应器、到位检测节点、装配检测节点通过上述库外物流网关、库内物流网关、配送检测网关、装配绑定网关，按照物料生产顺序依次通讯，记录和更新物料产品信息、仓储位置信息、生产信息，并及时将业务数据或业务请求，通过当时对应的网关发送给上位信息系统处理，实现以上业务流程信息化和自动化；

多个主体标签：在上述无线网络环境加上位信息系统的结构下，固定在生产线上的装配主体或同步滑橇上的主体标签，可通过装配绑定网关的网络与工位上装配检测节点通讯，记录和更新产品生产的工艺信息、质量信息、批次信息，并及时将业务数据或业务请求，通过装配检测网关发送给上位信息系统处理，实现以上业务流程信息化和自动化；

多个呼叫终端：与物料拉动网关连接，工人按下按钮发出物料呼叫请求，通过物料拉动网关，发送到上位信息系统处理，物料配送到位后复位呼叫终端；

多个到位检测节点：与配送检测网关连接，物料配送到位后，到位检测节点与物料标签通讯，发出复位信号，通过配送检测网关，发送到上位信息系统处理；

多个装配检测节点：与装配绑定网关连接，装配主体与物料进行装配绑定时，物料标签和主体标签分别与装配检测节点连接通讯，为物料标签更新在库状态为已消耗，为主体标签更新主体的生产工艺信息和质量信息，然后将物料消耗信息，通过装配绑定网关，发送给上位信息系统处理；

上述生产及供应链协同系统被配置为利用上述无线网关、上位信息系统、物料标签、主体标签、呼叫终端、到位检测节点和到位检测节点，执行两个供应链到生产线协同流程：(1)“物料拉动——捡料及配送——配送到位检测”协同流程；(2)“捡料及配送——装配绑定及物料消耗——库存更新”协同流程。

2.如权利要求1所述的生产及供应链协同系统，其特征在于，上述无线网络架构按照以下方式实现：

(1)上述多个网关分别以IEEE802.15.4为基础二次开发网络技术建立各自的无线子网络，上述物料标签和主体标签可按照业务顺序自由加入和退出于这些无线子网络，与网内节点进行通信，实现业务逻辑，进而实现协同流程；

(2)上述多个网关通过工业以太网或者WIFI(IEEE802.11)与上位信息系统连接，形成涵盖供应链和生产线业务流程的整体系统网络；

(3)上述无线子网络均可通过增加中继节点扩展各自网络的节点数目和覆盖范围。

3.如权利要求1所述的生产及供应链协同系统，其中特征在于：

(1)物料标签和主体标签可按照业务顺序自由加入和退出于这些无线子网络，与网内节点进行通信，实现业务逻辑；

(2)在库外物流网和库内物流网内，物料标签与标签读写器通讯和读写，显示并根据所在流程更新物料标签的产品及位置信息；物料标签与近距离感应节点通讯，可以驱动物料标签LED灯闪实现辅助取料；

(3)在配送检测网，物料标签与到位检测节点通讯，产生信号复位对应的呼叫终端；

(4)在装配绑定网，物料标签和主体标签分别与装配检测节点通讯，主体标签更新工艺信息，物料标签更新消耗状态。

4.如权利要求1所述的生产及供应链协同系统，其中“物料拉动——捡料及配送——配送到位检测”协同流程，其特征在于：

(1)工人按下呼叫终端的按钮，发起物料呼叫请求，呼叫终端连接物料拉动网关，将请求发送到上位信息系统处理；

(2)上位信息系统收到请求，将发出请求的工位号和所需物料信息，根据物料所在区域，通过相应网关，发送给库内物流网或者库外物流网；

(3)库内物流网或者库外物流网将任务下达给工人，工人进行捡料和配送；

(4)当工人将指定物料配送到对应工位后，物料标签加入配送检测网，并与到位检测节点通讯，到位检测节点发出工位复位信号，通过配送检测网关，发送到上位信息系统处理；

(5)上位信息系统收到复位信号，将信号通过物料拉动网关发送给工位对应的呼叫终端，呼叫终端收到复位信号完成复位。

5.如权利要求1所述的生产及供应链协同系统，其中“捡料及配送——装配绑定及物料消耗——库存更新”协同流程，其特征在于：

(1)物料配送到达工位并完成呼叫终端的复位，物料标签加入装配绑定网；

(2)装配主体传输到工位，主体标签也加入装配绑定网；

(3)在进行装配的同时，物料标签和主体标签分别与装配检测节点通讯，主体标签被写入工艺信息，物料标签改变在库状态为“已消耗”；

(4)装配检测节点将物料消耗信息，通过装配绑定网关，传到上位信息系统，更新库存数据库。