基于物联网的装配物料配套管理系统研究

郭 磊，李建平，王治红

(1.南京晨光集团有限责任公司 江苏南京210006；2.中国船舶重工集团公司第七O三研究所 黑龙江哈尔滨150078)

0 引 言

物料是制造企业生产管理系统中的主角，其成本占企业总成本的 50%～70%。制造企业的一切生产活动都围绕着物料而展开，整个产品制造过程就是一个物流过程[1]。因此，物料在制造企业处于极为基础的地位。科学的物料管理(Material Management，MM)能为企业节约成本、缩短研发周期、获取最大经济效益奠定基础。

某型号航天产品系统庞大，其配套件种类繁多、数量巨大，装配物料管理工作极其繁琐。其中，装配物料配套长期采用传统的手工配套管理手段，而装配物料不能及时配套、物料配套顺序不合理、物料配套表存在错误等因素，都将直接影响产品装配生产各环节的开工时间和整个产品的装配周期，最终影响产品敏捷响应市场的能力[2]。与此同时，物料配套所生成的物料配套表是产品履历书的重要组成部分，是产品售后服务和质量跟踪的重要依据，需要存档和追溯查询。为此，本文面向某型号航天产品精益装配生产模式，研究装配物料配套管理技术，将物联网、数据库等先进的信息技术应用于装配物料配套管理，构建基于物联网的装配物料配套管理体系，开发装配物料配套管理系统，为该型号产品精益装配和快速研制提供支撑。

1 物料配套管理优化

某型号产品是集机、电、液技术于一体的大型复杂产品，系统组成极其复杂，其装配物料包括仪器设备、直属件、标准件等多种类型，数量达到几十套电缆网、上百台(套)仪器、几千件紧固件。与此同时，该产品的装配物料供应商分布地域广，涉及全国几十个配套厂家。因此，装配物料的存储管理和配套供应业务都非常复杂。长期以来，该型号产品的装配物料实行中心库房和装配库房分级管理，并按照物料类型进行分类供应，且物料配套手段较为落后，其物料出入库台账记录、物料库存统计、物料单件信息登记、装配BOM提取、装配物料配套、装配班组领料、装配配套件调换、各种单据的填写、各类报表的生成等日常库房管理和物料配套业务大部分还是手工处理，相关信息仍然以纸质文档保存为主，存在着配套信息不能共享、装配 BOM 计算繁琐、物料单件跟踪困难等诸多弊端。

传统的装配物料配套管理模式不能适应型号产品快速研制、试验的需求，迫切需要从管理模式、管理手段上进行改进、优化。针对某型号产品装配生产特点，充分应用信息化技术，一方面实施应用管理信息系统，另一方面优化管理流程。

①建立装配物料配套管理信息系统，实现物料信息共享和物料配套业务处理信息化。建立统一的装配物料数据库，通过计算机网络实现物料信息实时共享，取代以纸介质文档传递物料信息，极大提高物料信息传递速度。实现 BOM 汇总、台账记录、物料配套等物料库房管理和物料配套业务处理的信息化，提高物料配套效率。

②建立物料配套业务流程管理和信息传递机制，实现网上物料申请、领料审批等流程管理，取代传统的跑部门审签工作方式，提高物料申领和物料配套效率。

③集成装配物料管理流程，实现业务处理和流程管理的统一。以产品装配BOM作为物料配套管理的统一数据源，以生产计划驱动物料申领和物料配套，整合物料申领流程和物料配套业务，实现信息处理和流程管理的高度集成。优化后的装配物料配套管理流程如图1所示。

图1 装配物料配套管理优化流程Fig.1 Optimized process of assembly material matching management system

2 装配物联网体系

针对传统的装配物料配套管理中存在的问题，尤其是装配库房管理和物料配套手工处理所存在的不足，基于物料配套管理优化思想，应用物联网技术实现装配物料配套管理信息化，建立型号产品装配物料出入库管理、重要物料单件全程跟踪、装配物料自动配套、产品配套状态和配套物料清单全程跟踪、物料库存信息全局共享、单据和报表自动生成等高效的库房管理与物料配套业务处理和信息传递机制，以提高装配物料配套管理的效率。

物联网(the Internet of Things，IoT)是信息科学技术产业的第三次革命，是基于互联网让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。物联网将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间的信息交换，以物物相息实现智能化识别和管理[3]。本文将物联网技术应用于装配物料配套管理，构建装配物联网体系(图2)，以满足物料快速识别、物料实时跟踪、物流信息共享等应用需求。

①感知层。装配物联网的感知层包括多手段标识和多方式感知，以 RFID、条形码等多手段标识对装配生产所涉及的不同类型物料进行唯一标识，并针对不同的标识采用条码扫描枪、RFID读写器等多种方式感知装配物料状态及行踪。

图2 装配物联网体系Fig.2 Assembly material matching system based on Internet of Things

②网络层。装配物联网的网络层主要承担信息的传输和通信功能，是衔接感知层和应用层的中间层。基于企业现有的局域网搭建，增加适合物联网通信的 IPv6、2G/3G、Wi-Fi等通信技术[4]，确保感知层和应用层之间即时、稳定、高效、安全的数据传输。

③应用层。装配物联网的应用层对来自感知层和网络层的实时物料配套信息进行集中存储和统一管理，实现基础数据管理、物料分类管理、装配 BOM管理、物料配套管理、出入库管理、物料库存管理、配套缺件管理、装配领料管理等装配物料配套管理业务功能，并为 ERP、MES等外围系统提供集成接口，为物料配套信息全局共享提供应用平台。

3 装配物料配套管理系统

装配物料配套管理系统处于装配物联网的应用层，其主要功能是维护装配物料基础数据和管理物料配套业务流程，实现产品装配的配套件出入库计算机管理、领料网上审批、配套清单自动汇总、缺件网上反馈、单据和报表自动生成等业务处理功能，彻底改变传统的手工管理模式，彻底避免装配物料配套错误。根据装配物料配套管理的系统需求分析，将装配物料配套管理系统划分为系统管理、库房管理、物料分类管理、组件管理、生产指令管理、装配 BOM 管理、配套管理、领料管理、集成接口共 9大功能模块(图3)。

图3 物料配套管理系统功能树Fig.3 Functions of assembly material matching management system

基于装配物料配套管理系统的功能划分，本文统筹系统的应用架构和技术框架，采用面向服务架构(Service-Oriented Architecture，SOA)、应用架构搭建装配物料配套管理系统，以实现可持续发展、高可用性、实用性和先进性。与此同时，考虑到 Java企业版(Java Enterprise Edition，Java EE)技术架构的跨平台、可伸缩、易维护等优势[5]，采用Java EE体系作为装配物料配套管理系统的技术架构。在开发实现方面，采用 IE等主流浏览器作为客户层应用，采用Tomcat作为 Web容器，采用 Apache AXIS2作为Web Service容器，采用Oracle作为关系数据库管理平台，采用 Java/JSP/JavaScript/HTML作为开发语言，采用 Eclipse作为开发工具，实现了装配物料配套管理系统开发，并得以实施应用。图4为装配物料配套管理系统的物料配套管理界面。

图4 物料配套管理界面Fig.4 Interface of assembly material matching management system

4 结 语

本文针对某型号产品的装配物料配套过程中存在的自动化程度低、手工计算量巨大、装配物料配套效率低、极易出现人为错误等不足，研究了一种基于物联网的装配物料配套管理技术。采用 RFID、条形码等多手段标识和多方式感知对装配物料进行唯一标识和快速感知，为产品装配物料的自动、高效、准确配套提供有效措施。基于 SOA应用架构和 Java EE技术架构，开发了装配物料配套管理系统，实现了装配BOM管理、物料配套管理、物料库存管理、配套缺件管理、装配领料管理等装配物料配套管理业务功能，为物料配套信息全局共享提供应用平台。本系统已经在某型号产品装配生产中应用多年，取得了良好的应用效果，具有行业应用示范价值。