全面集成物流管理系统软硬件系统结构设计.doc

全面集成物流管理系统软硬件系统结构设计
摘 要：全面集成物流管理系统(timms)是一个集光、机、电、信息技术于一体的系统工程。它通过有效地实时跟踪和管理物流和信息流，提高了整个企业供应链运作的透明性和流畅性，而其中的软硬件是系统的核心。本文以山东中烟工业有限责任公司青州卷烟厂为对象，在分析卷烟厂物流管理实际需求的基础上，对其全面集成物流管理系统的软硬件系统进行了详细的规划与设计，阐述了各功能模块的结构与功能，及其相应的实现方法。系统运行的实践表明，本文设计的软硬件结构合理。
关键词：物流配送；全面集成物流管理系统；软件；硬件；卷烟厂
software and hardware structure design of total integrated material management system yang fang, qu liyan , yang jianping(qingzhou cigarette factory, tobacco shandong industrial co. ltd, qingzhoun 262500, china)
【abstract】total integrated material management system (timms) is a set engineering system of optical, mechanical, electrical
and information technology. the system improves the operation of the entire supply chain transparency and fluency through the effective real-time tracking and management of logistics and information flow. the hardware and software is the core of the total system. based on analysis of the actual needs of logistics management, qingzhou cigarette factory, tobacco shandong industrial co., ltd was presented as a targeted cigarette factory logistics for the actual situation in this paper. the hardware and software in the system were managed for the detailed planning and design with the various functions module structure and function, and its corresponding implementation. the results show this design of the hardware and software structure is reasonable.
【key words】logistics distribution; total integrated material management system; software; hardware; cigarette factory
0 引 言
近年来，随着高新技术的迅猛发展，企业的竞争逐步转化为精细化物流和整个供应链的竞争，最佳物流配送管理成为经济和企业管理领域中的一个新热点和最具挑战性的课题[1-3]。扩大物流规模，降低供应链成本，提高企业数字化程度，已经成为提升企业核心竞争力的一项主要内容。
全面集成物流管理系统(timms)以生产调度为核心，集成物流设备、调度监控、物流管理，实现企业生产物流的流程化、自动化，一体化[4-5]。实时跟踪物流和信息流，提高整个企业供应链运作的透明性和流畅性。timms的开发按照软件工程化的设计原则及有关国家标准，从仓储管理到分拣配送，保证快速有效的存储和传送货物，实现相关服务，满足生产和市场的需求。
timms构建在先进的工业控制网的基础上，运行于网络系统与数据库环境下，以集成技术为核心，实现物流指令快速、准确的执行及物流信息的收集、处理、传送、存储和分析，并做出正确的决策以协调各业务环节，从而实现物料高效有序的流动和科学管理以满足工厂作业计划的需要[2-4]；同时，还通过对物资消耗、库存分析，及时、准确地了解某一段时间内的生产情况，为企业信息决策支持系统提供所需的物流数据和辅助决策信息。
从结构功能模块来说，timms主要包括物料管理、调度管理、作业控制3个主要功能模块[1]。其中，物料管理支持多种仓库业务的仓库管理，从相关管理系统获取物料基础信息生产调度计划，并提供综合信息分析查询；调度管理集成物流系统控制设备，监控物流执行情况；作业控制集成各种执行设备的工业控制网或专用控制系统。全系统接口统一，统一调度，保证了系统与设备的无缝连接[6-7]。
山东中烟工业有限责任公司青州卷烟厂及时跟进现代物流业的发展，在“十一五”技改过程中投入巨资，建成全面集成物流管理系统(以下简称自动化物流系统)，实现了卷烟生产过程中物料传输自动化、智能化、信息化的现代化生产流程。
本文以山东中烟工业有限责任公司青州卷烟厂为对象，对其全面集成物流管理系统的软硬件系统进行了详细的规划与
设计，阐述了各功能模块的结构与功能，及其相应的实现方法。
1 功能与结构
青州卷烟厂自动化物流系统timms是定位于企业管理计划层erp和生产执行层mes之下的自动化控制层，系统要求完成以下三方面的任务：
(1)执行生产订单：可准确、可靠的接收erp传送的物料数据，执行生产执行系统mes下达的生产订单；
(2)配置生产原料：高效、稳定的管理物流信息，调度物流设备，全自动为制丝、卷包生产提供所需原辅材料；
(3)反馈生产信息：实时、准确的为生产执行系统mes反馈物料消耗数据。
系统的结构模块包括配方自动化物流系统、嘴棒自动化物流系统、辅料自动化物流系统、烟丝自动化物流系统、成品自动化物流系统五个子系统。五个子系统相互配合，完成全系统的功能。其结构图如下图1所示：

图1 功能结构模块示意图
在规划设计上，烟厂提出采用信息化程度高、占地面积小、效率高、投资少的自动化物流模式；在项目的总体规划布局上，整体系统的仓储区与生产区既相互独立，又紧密联系。在实体设计中规划了原料配方自动化出入库流程、烟丝自动化出入库流程、辅料自动化出入库流程、成品自动化出入库流程、嘴棒实料盘和空料盘自动化出入库流程等，保证了全系统的功能覆盖。
自动化物流系统的主要设备采用了具有国际先进水平的巷道堆垛机、机器人、agv激光导引小车、高速往复式穿梭车、烟箱分拣输送机等物流设备，提高了青州卷烟厂自动化物流系统的技术水平，保证了系统的安全稳定运行。
2 硬件系统设计
2.1 总体设计
青州卷烟厂自动化物流系统中的物流管理软件系统建在先进的工业控制网上，运行于计算机网络系统与数据库环境下，上联企业的信息管理系统，下联工业实时控制系统，是自动化物流系统的调度核心和信息存储处理中心。
2.2 网络配置
青州卷烟厂自动化物流系统由5个立体库共611台套单机设备构成，其网络拓扑结构设计图如图2所示。整套系统的硬件结构采用了前端的中控室和后端的现场。其中，中控室主要包括：数据库服务器、数据库后备服务器、网络交换机、配方库网络交换机、管理计算机、调度计算机、打印机等。现场网络主要是有各网络交换机组成，构成了现成的网络拓扑结构。

图2 自动化物流系统网络拓扑结构图
3 软件系统设计
青州卷烟厂物流管理软件系统结构以集成技术为核心，实现物流指令快速、准确的执行及物流信息的收集、处理、传送、存储和分析，并做出正确的决策以协调各业务环节，从而实现物料高效有序的流动和科学管理以满足工厂作业计划的需要。同时，还通过对物资消耗、库存分析，及时、准确地了解某一段时间内的生产情况，为企业信息决策支持系统提供基础数据，为上级信息管理系统提供生产物流信息。
3.1 体系结构
根据青州卷烟厂自动化物流系统的设计原则和功能分析，自动化物流系统体系结构分为以下三个层次：信息管理层、调度控制层和设备执行层。
(1)信息管理层：主要实现物流系统的管理功能。同时，还是衔接自动化物流系统与企业信息管理系统的接口层。
(2)调度控制层：连接信息管理层和设备控制层的纽带。
(3)设备执行层：集成了各种执行设备的工业控制网或专用控制系统。在青州卷烟厂自动化物流系统中包括：输送控制系统、堆垛机控制系统等。
3.2 功能模块
青州卷烟厂自动化物流管理软件系统采用昆船自行开发的物流管理软件包——全面集成物流管理软件timms的最新版本。
软件由tm管理模块、tdcs调度模块、tinf接口模块等核心应用模块组成，采用多层应用服务体系。软件架构模型如图3所示，每个模块的功能模型如图4所示，
软件界面如图5所示。软件的主要功能模块包括：tm物料管理模块、tdcs调度管理模块以及tinf接口管理模块。
青州卷烟厂自动化物流系统的各个子系统可以分别独立完成各高架立体库物流设备的运行、停机、故障报警等各种过程控制。通过各子系统的现场操作员终端可以实现单机、自动、在线控制模式的切换，还可对每台设备进行手动操作及状态指示、参数和物流信息的维护等功能。通过各上位监控系统可以分别监控子系统中所有设备的运行状况、输送任务的执行情况等。
(1)tm物料管理模块
tm管理模块是timms软件的核心之一，使用erp思想实现物流管理，由位置管理、物料管理、收货管理、库存管理、任务管理等子模块组成，是物流系统应用逻辑的支持平台，并提供了一系列标准立体仓库搬运管理策略。

(2) tdcs调度管理模块
tdcs调度模块是timms软件的核心之一，负责将物流任务分解到各个运输段，并根据运输段控制器的定义下达相应的控制指令，同时实时采集控制器的信息，根据控制设备的功能定义和指令完成情况转化成物料出入库请求。
该模块不仅集成了物流系统中调度控制层的调度控制接口，还采用面向对象的方法设计集成了物流系统中设备执行层所有的控制器的底层通信接口（输送线控制器、堆垛机控制器等），真正实现物流调度控制层与设备执行层的全面集成。该模块还提供开放的调度控制接口（tcp/ip通讯）供第三方控制对象的集成。
(3) tinf接口管理模块
tinf接口模块实现自动化物流系统与青州卷烟厂企业级信息系统erp和mes）和数据采集管理系统的接口。
timms软件具备一套接口标准供相关信息系统对timms进行访问和数据交换，也可以针对不同的信息系统定制接口。
支持的接口方式包括：
(a) webservice（本项目使用此接口方式通讯）；
(b) remote；
(c)com；
(d) read write table。
4 电控系统设计
电控系统是物流系统中设备执行的控制核心，包含设备控制层和物流监控层,是自动化物流系统中重要的组成部分。电控系统需要完成的任务包括：
(1)向上联接物流系统的调度计算机，接受物料的输送指令；
(2)向下联接输送设备实现底层输送设备的驱动、输送物料的检测与识别，完成物料输送的过程控制及信息的传递。
(3)提供内容丰富、形象生动的人机界面、安全保护措施和多种操作模式，辅助工作人员进行设备操作和维护。
4.1 电控架构
本方案采用profinet控制网络架构电控系统；主控器件采用西门子公司s7-400 系列plc，带profinet接口；现场分布式i/o、电机启动器经im151-3 pn网关通过本地x200交换机接入profinet网络；机器人、往复式穿梭车、条码识别器等不具备profinet协议接口的设备直接接入profibus-dp控制网络。
对于上层调度计算机系统，电控系统提供了工业以太网接口，使用opc协议进行通讯
4.2 输送监控系统
监控系统是调度控制层的一部分，对现场执行层的所有输送设备进行实时监视和控制，是提供给管理人员的人机界面，放置在中控室内。
监控系统由监控计算机、通讯网卡等硬件系统构成，选用wonderware公司的集成开发软件intouch作为开发平台，可通过profinet总线网络与下层控制系统进行数据交换。
5 结 论
青州卷烟厂自动化物流系统经过一系列的软硬件系统规划、设计、调试以及投入使用后，运行稳定、可靠、准确，满足了制丝、卷包生产和成品烟调拨出库要求。该系统既是建设数字化企业的重要组成部分，也是企业信息化建设的重要组成部分，为企业信息决策支持系统提供基础数据
该系统自运行以来，大幅降低了劳动强度，改善了车间环境，极大地提升了生产自动化水平，使生产组织扁平化，生产过程透明化、柔性化、智能化，实现了企业内对生产所需原料、辅料、烟丝和成品使用情况的科学统计分析，最大限度地优化各生产环节原料、辅料、烟丝和成品库存和生产流程，保证了物流高效有序流动和科学管理，提高了企业资金周转速度和市场灵敏度，取得了良好的社会效益和经济效益，提升了企业核心竞争力。
参考文献
[1] leonelli p, bonvicini s, spadoni g. hazardous materials transportation: a risk analysis based routing methodology[j]. journal of hazardous materials, 2000, 71: 283-300.
[2] 王刊良. 有害危险物品后勤学的研究动态[j]. 系统工程理论与实践, 2000, 7: 112-117.
[3] 易剑波. 生产性物流筹划与管控教程[m ]. 北京:东方音像电子出版社, 2006.
[4] 麻淑芬，李家军，区伟明.随机提前期下的供应链信息共享价值[j].统计与决策,2006,(10):148-150.
[5] 卢梓苓. 制造业中物流系统的开发及应用[j]. 计算机应用与软件, 2009, 126(4):183-184,211
[6] 康立红.物流企业计算机信息化[r].天津：铁道物资科学管理，2005.
[7] 宗文军，王有远.基于信息平台的汽车物流管理系统设计[j].中国科技信息，2005，(23):35-36.