摘 要：本文面向生产车间设计一套具有物料数量自动计数、信息监测、缺料预警、出入库智能记录与打印以及物料信息共享等功能的智能物料盒系统。该系统可嵌入现有物资管理系统，解决原始物料出入库管理依赖人工计数的问题，同时可以在生产现场实时监控物料使用情况。通过对物料的自动计数与物料信息的电子化追踪，提高了物料计数与物料信息查询的效率。
关键词 自动计数 实时监测 缺料预警 信息共享
1.引言
近年来我国工业转型升级进行得如火如荼，在中国制造2025实现科技强国的背景下，制造业对智能化的要求越来越高。物料出库入库所耗费的大量的时间和人力成本，是产品生产制造领域普遍关注、亟待解决的难题[1]。
在装备生产领域，高效的物料管理是提升生产效率和产品质量的必需手段。现有物料管理系统中，庞杂的物料出入库管理依赖人工方式，出错率高，实时性差[2]。人工计数速度慢、效率低、准确度低且配料错误率高；纸质出库入库记录查询效率低；物料库存信息查询、更新实时性低；缺料预警不及时，影响生产周期；物料可追踪性差，易产生多余物[3]。因此，立足于装备生产一线，本文提出了可自动计数、实时监测与预警的智能物料盒系统。
2.智能物料盒设计
智能物料盒的硬件结构主要包含称重传感器、信号放大、A/D转换、微控制器（MCU）、显示和按键、存储模块以及通信接口等部分电路构成，如图1所示。称重传感器把物料重量转化为输出电压V0，经信号放大电路放大128倍后输出电压V，通过A/D转换为数字量送入MCU，经过MCU计算处理后编程相应的计数值，进行显示或数据通信[4]。
MCU是硬件电路的核心部分[5][6]，与其他电路电气连接后，对其进行编程实现如下任务：采集重量信号，经数字滤波、软件增益调整及线性调整后，计算出物料重量，根据物料的重量及单重，计算物料的数量； 通过按键操作，处理相应的功能，如“物料盒清零”、“重量校准”、“采样单重”、“缺料报警”等功能，通过按键对显示屏进行翻页操作，将“物料名称”、“物料数量”、“物料规格”以及“产品工号”等物料信息实时显示；MCU可以通过通信接口电路将物料信息上传到网络总线，同时接收来自网络总线的命令；物料盒的基本参数出厂前都已经初始化在存储模块中，出厂定制参数也可将保存在存储模块中。
3.智能物料盒系统
3.1系统概述
智能物物料盒具有通信功能，可以将智能物料盒组网使用，实现不同种类物料的统一管理。如图2所示，分别将智能物料盒在库房货架、库房点料台和生产现场移动电车等三个地点用现场总线的方式组网，然后通过网络交换设备实现与以太网形式的生产信息协同网络（以下简称协同网络）的连通；与系统网络相连的现场看板、库管计算机和物料信息打印机等设备可以查看物料信息、发送操作命令和打印出入库单等操作。
3.2应用场景
分别将智能物料盒在库房货架、库房点料台盒生产现场移动台车等三种应用场景。
将智能物料盒组网后放置于库房货架，如图3左图，用于存储各类规格标准件、电子元器件，可实现物料实时显示、缺料预警等功能，且其可与生产MES系统实现动态对接，双向数据同步交互，实现数据透明化准确存储。
将智能物料盒放置于库房点料台，如图3右图，供操作者从库房领料时使用。物料盒最小精度可计量0.1g物料，且设有分立和四合一两种模式，连接物料管理网络平台，可完成物料自动计数、物料出入库信息实时记录、查询等。领料人员完成点料工作后，可通过智能物料盒按钮打印出入信息。
如图4所示，将智能物料盒放置于移动台车，供操作者生产现场使用。台车应用电池供电，通过无线/有线方式与物料网络管理平台通信。物料盒可跟随台车在生产现场任意移动，可通过物料自动显示实现生产物料跟踪、防止多余物的产生。
3.3系统功能
（1）物料信息数据建立：根据不同物料名称、批次号、所属产品工号、代号等方式建立物料信息数据库，实现物料信息的电子化记录；
（2）多种网络协同工作：物料盒管理系统的通信层包含了现场总线和以太网等多种网络，这些网络将智能物料盒、触摸显示屏以及管理计算机等连通为一个信息互通的有机体；
（3）物料信息打印：入库表、出库表、库存量等信息均可打印；
（4）物料信息多地共享：可以在库管计算机、现场信息看板、办公室等多处调看物料信息。
5.结语
通过智能物料盒系统在生产单位的应用，实现了在原始物料出入库计数难的问题，弥补了现有物资系统的不足。系统投入使用后，使生产效率与产品质量得到了提升。传统生产方式用到多种多样的设备，另一方面当今网络技术日益进步，通过网络将各种生产相关设备进行互联，将网络的触手进行下延，在今后一段时间成为生产智能化的一个重要方向。
参考文献
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[2]AWM Smart Shelf; AWM Smart Shelf Adds Leo Tsourides to Oversee Artificial Intelligence Efforts[J]. Journal of Robotics & Machine Learning,2018.
[3]MOGA, D.,STROIA, N.,HREBENCIUC, F.,BARABAS, Z.. A Low Cost Approach to Large Smart Shelf Setups[J]. Advances in Electrical and Computer Engineering,2011,11(4).
[4]施娟,徐佳杰,吴蕴珺,於红,程云斌.几种常见电子衡器称重传感器的技术分析[J].计量与测试技术,2017,44(05):22-24.
[5]楼忠校,祝华平.基于AT89C55及ADS1212的工业用精密计数秤[J].工业计量,2011,21(06):29-31.
[6]陈新喜.基于CS5530的计重计数电子秤的研究与设计[J].电子设计工程,2014,22(06):165-168.
论文作者:胡可狄,王亚京,王金玉,王宏, 信桂锁
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第11期
论文发表时间:2019/10/24
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