一种融合三层架构与标识交互的物料在线跟踪系统

1.本发明涉及钢铁产品智能制造技术领域，尤其涉及一种融合三层架构与标识交互的物料在线跟踪系统。


背景技术：

2.随着行业内对钢铁产品生产制造以及销售环节管理力度的不断加大，追责体制逐渐完善，要求每一个钢铁产品自生产制造至销售使用都处于严格的信息管控之下，逐步实现全流程物流跟踪。
3.传统的钢材生产企业物料跟踪以炉次、批次跟踪为主，随着生产技术的不断提高，对质量的要求越来越高，现阶段标准要求按顺序跟踪每支钢材的检测数据，要求能够逐支追溯生产信息，使生产过程数据能和每支钢材对应起来，在产品性能出现问题后，能够精确追溯到对应坯料的哪一支的哪一个部位，以便原因分析及持续改进。因此，传统的以炉次、批次跟踪为主的物料跟踪方式已经难以满足生产发展的需求。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的目的在于提供一种融合三层架构与标识交互的物料在线跟踪系统，以解决确定跟踪区域内各物料的实际位置及物料来源去向的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
6.一种融合三层架构与标识交互的物料在线跟踪系统，包括以下三层结构：
7.生产计划层，根据合同订单及预计进入跟踪区域内的物料编号信息，形成基于生产计划的跟踪区域内初始物料编号序列；
8.工序队列层，根据跟踪区域内的工序划分计划工序队列，包括工序本体队列与工序间队列；
9.实时位置层，根据现场信号确定物料位于产线上的实时位置。
10.可选地，所述生产计划层中，在跟踪区域第一工序前设置识别设备，所述识别设备对进入跟踪区域的物料进行识别，并录入物料上标识所携带的物料编号信息；
11.所述根据合同订单及预计进入跟踪区域内的物料编号信息，形成基于生产计划的跟踪区域内初始物料编号序列，具体包括：
12.根据合同订单及预计进入跟踪区域内的物料编号信息触发生产计划；
13.录入物料编号信息时，将识别得到的物料编号信息与生产计划进行比对，比对完成后，形成初始物料编号序列；当所识别物料编号信息与生产计划不匹配时，提示报警信息。
14.可选地，所述工序队列层中，根据跟踪区域内基于实际工艺流程和设备配置形成的工序划分计划工序队列，所述计划工序队列具体包括工序本体队列与工序间队列；
15.物料进入计划工序队列区域时，由该计划工序队列的主信号触发，将对应的物料编号信息录入，根据录入的物料编号信息，系统在该计划工序队列内形成该计划工序队列
的物料跟踪记录；对于跟踪区域内第一计划工序队列，其物料跟踪记录为由第一工序前所设的识别设备形成的初始物料编号序列，主信号为识别设备识别完成信号；
16.当物料触发下一计划工序队列后，遵循先进先出的原则，将该物料的物料跟踪记录移动至下一计划工序队列的物料跟踪记录首位。
17.可选地，所述实时位置层中，根据产线上各检测位置所设置的冷热检传感器所输出的信号，判断检测位置处是否有物料序列到达；
18.根据产线上辊道运行信号，判断是否有物料序列在辊道上输送；
19.根据工序本体设备的plc信号，判断工序本体设备内是否有物料序列进行加工；
20.结合生产计划和由主信号触发的计划工序队列物料跟踪记录，确定到达检测位置及在辊道上或工序本体设备内的物料编号信息，据此获得物料在产线上的实时位置。
21.可选地，在实际生产过程中，出现插钢情况时，仅允许从跟踪区域内第一工序前插钢，根据插钢物料编号信息，由现场相关操作人员人工在系统中录入物料编号信息，对生产计划进行增补，形成临时生产计划并更新物料编号序列，以确保在插钢情况下对物料的逐支跟踪。
22.可选地，在实际生产过程中，物料出现异常下线情况由天车吊离时，系统根据获得的物料实时位置和ai视频分析辅助手段判断物料停留是否超过预定时间、天车是否到场及下一物料是否抵达停留物料所处位置，据此判断物料是否确实吊离，如确定物料吊离，获取下线物料的物料编号信息，将下线物料的物料编号信息从计划工序队列物料跟踪记录中移入吊销缓存，供后续人工确认。
23.可选地，所述ai视频分析辅助手段包括：
24.在各计划工序队列区域上方设置工业相机，工业相机的取景范围覆盖所属计划工序队列区域；
25.通过图像识别算法，将天车吊钩作为目标检测的目标，对工业相机所采集的实时图像进行识别，以此判断天车是否到达产线上。
26.可选地，所述生产计划层中，在跟踪区域最末工序后设置打标设备，所述打标设备根据系统录入的当前物料编号序列产生并下发打标信息，对离开跟踪区域的物料进行依次打标，即重新进行标识，以供后续跟踪区域识别。
27.与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
28.本发明通过三层架构设计实现了对于物料以跟踪区域整体-各计划工序队列区域-产线实时位置三级定位的逐支跟踪，并通过识别设备与打标设备实现了物料在不同跟踪区域间跟踪信息的对接。本发明能够有效处理生产过程中的插钢与下线带来的跟踪信息变动，使用户明确每支物料的来源去向与进入各工序的时间点，逐支追溯生产信息，将生产过程数据与每支物料对应起来。在产品性能出现问题后，能够精确追溯到对应物料的具体工序，便于原因分析及持续改进。且本发明所提系统及实现方法逻辑清晰，准确性和可靠性高，易于维护，无需对原有生产线进行大量改动。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于
本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1是本发明实施例所应用产线的区域工艺流程示意图；
31.图2是本发明实施例提供的物料在线跟踪系统的结构示意图；
32.图3是本发明实施例针对具体物料的详细跟踪过程流程示意图。
具体实施方式
33.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.本发明的实施例提供了一种融合三层架构与标识交互的物料在线跟踪系统，所述物料在线跟踪系统可应用在如图1所示的无缝钢管厂热轧产线上，如图2所示，所述物料在线跟踪系统包括以下三层结构：
35.生产计划层，根据合同订单及预计进入跟踪区域内的物料编号信息，形成基于生产计划的跟踪区域内初始物料编号序列；
36.工序队列层，根据跟踪区域内的工序划分计划工序队列，包括工序本体队列与工序间队列；
37.实时位置层，根据现场信号确定物料位于产线上的实时位置。
38.进一步地，所述生产计划层中，在跟踪区域第一工序前设置识别设备，所述识别设备对进入跟踪区域的物料进行识别，并录入物料上标识所携带的物料编号信息；
39.所述根据合同订单及预计进入跟踪区域内的物料编号信息，形成基于生产计划的跟踪区域内初始物料编号序列，具体包括：
40.根据合同订单及预计进入跟踪区域内的物料编号信息触发生产计划；
41.录入物料编号信息时，将识别得到的物料编号信息与生产计划进行比对，比对完成后，形成初始物料编号序列；当所识别物料编号信息与生产计划不匹配时，提示报警信息。
42.进一步地，所述生产计划层中，在跟踪区域最末工序后设置打标设备，所述打标设备根据系统录入的当前物料编号序列产生并下发打标信息，对离开跟踪区域的物料进行依次打标，即重新进行标识，以供后续跟踪区域识别。
43.这里所述当前物料编号序列为经过所有工序之后的物料编号序列，在初始物料编号序列的基础上，根据实际生产过程中是否发生插钢或物料异常下线等情况，实时更新的物料编号序列。
44.以图1所示的热轧产线为例，炉前区域设置有端部识别设备，识别物料编号信息触发热轧计划和热轧计划对比，错误则报警提示现场操作人员处理。对比通过后，跟踪系统根据生产计划卡片号与当前卡片号中的序列号产生唯一钢管编号，形成对应的包含坯料生产顺序和信息(跟踪号，炉号，钢种，长度，重量)的初始物料编号序列。2#冷床后会根据系统录入的物料编号序列将当前物料编号信息(跟踪号，炉号，钢种，长度，重量)下发给设置在2#冷床后的打标设备重新打标。
45.进一步地，所述工序队列层中，根据跟踪区域内基于实际工艺流程和设备配置形成的工序划分计划工序队列，所述计划工序队列具体包括工序本体队列与工序间队列；
46.物料进入计划工序队列区域时，由该计划工序队列的主信号触发，将对应的物料编号信息录入，根据录入的物料编号信息，系统在该计划工序队列内形成该计划工序队列的物料跟踪记录；对于跟踪区域内第一计划工序队列，其物料跟踪记录为由第一工序前所设的识别设备形成的初始物料编号序列，主信号为识别设备识别完成信号；
47.当物料触发下一计划工序队列后，遵循先进先出的原则，将该物料的物料跟踪记录移动至下一计划工序队列的物料跟踪记录首位。
48.以图1所示的热轧产线为例，根据区域划分，将热轧产线划分为以下计划工序队列：炉前队列，加热炉队列，炉后队列，穿孔队列，穿孔后队列，轧管队列，轧管后队列，减径机队列，减径后队列，1#冷床队列，2#冷床队列。
49.对于各计划工序队列，取工序设备本体的咬钢、抛钢信息作为该计划工序队列的主信号，如减径机队列取减径机咬钢信号为主信号，减径后队列取减径机抛钢信号为主信号；物料进入计划工序队列区域时，由该计划工序队列的主信号触发，跟踪录入物料编号信息，形成该计划工序队列的物料跟踪记录；炉前区域物料跟踪记录为生产计划层中录入的初始物料编号序列，主信号为炉前区域识别设备的识别完成信号。
50.当物料触发下一计划工序队列后，遵循先进先出的原则，将该物料的物料跟踪记录移动至下一计划工序队列的物料跟踪记录队列首位，同时物料跟踪记录队列内部的跟踪记录也依次顺序移动。
51.进一步地，所述实时位置层中，根据产线上各检测位置所设置的冷热检传感器所输出的信号，判断检测位置处是否有物料序列到达；
52.根据产线上辊道运行信号，判断是否有物料序列在辊道上输送；
53.根据工序本体设备的plc信号，判断工序本体设备内是否有物料序列进行加工；
54.结合生产计划和由主信号触发的计划工序队列物料跟踪记录，确定到达检测位置及在辊道上或工序本体设备内的物料编号信息，据此获得物料在产线上的实时位置。
55.以图1所示的热轧产线为例，物料在辊道运行时，根据现场产线上辊道运行速度信号、辊道有料信号，通过将辊道辊子转速转化为线速度对时间进行积分取得辊道上物料的实时位置，及利用冷热检传感器信号纠正、确认物料实时位置；对于加热炉内物料的跟踪，根据现场的plc信号取得进钢，出钢，加热炉步进信息等确认物料实时位置；物料位于冷床上时，根据冷床plc信号计算对应的物料实时位置和获取进出信息。
56.以上为无缝钢管热轧产线常规运转状态下，本发明的实施例对于在线物料的跟踪方式。通过加热炉前设置的识别设备录入来自上游跟踪区域的物料编号序列；由各计划工序队列相关联设备本体咬钢、抛钢信号作为计划工序队列的主信号，在物料进入计划工序队列区域触发主信号时，系统录入物料编号信息至该计划工序队列的物料跟踪记录，物料在线上运行时，根据各计划工序队列内本体设备信号、辊道运行信号与冷热检传感器信号锁定物料的实时位置，实现从生产计划到工序队列到实时位置的三级定位。
57.对于个别异常事件，系统通过设定人工干预完成跟踪队列修正，结合上线确认及下线吊销缓存完成热轧跟踪区域队列更新。
58.在实际生产进程中，存在生产计划外的物料上线，进入跟踪区域的插钢情况。出现
插钢情况时，仅允许从跟踪区域内第一工序前插钢，此时会出现识别设备所识别物料编号信息与生产计划不匹配的情况，根据插钢物料编号信息，由现场相关操作人员人工在系统中录入物料编号信息，对生产计划进行增补，形成临时生产计划并更新物料编号序列，以确保在插钢情况下对物料的逐支跟踪。
59.在实际生产进程中，存在因操作失误等问题导致物料需要以天车从产线吊离下线，离开跟踪区域的吊销情况。物料出现异常下线情况由天车吊离时，系统根据获得的物料实时位置和ai视频分析辅助手段判断物料停留是否超过预定时间、天车是否到场及下一物料是否抵达停留物料所处位置，据此判断物料是否确实吊离，如确定物料吊离，获取下线物料的物料编号信息，将下线物料的物料编号信息从计划工序队列物料跟踪记录中移入吊销缓存，供后续人工确认。人工确认后进行吊销确认处理或者因信号丢失、网络问题等造成数据异常的完工处理。
60.其中，所述ai视频分析辅助手段包括：
61.在各计划工序队列区域上方设置工业相机，工业相机的取景范围覆盖所属计划工序队列区域；
62.通过图像识别算法，将天车吊钩作为目标检测的目标，对工业相机所采集的实时图像进行识别，以此判断天车是否到达产线上。
63.图3为本发明实施例针对具体物料的详细跟踪过程流程示意图。物料上线进入跟踪区域后，识别设备识别物料编号信息，并与生产计划比对；若与生产计划不匹配，则人工干预处理；若与生产计划匹配，则物料编号信息录入初始物料编号序列；物料编号信息录入第一计划工序队列，形成物料跟踪记录；系统根据现场工序本体设备的plc信号推算物料的实时位置；系统判断物料是否吊销，若已吊销，则将物料编号信息移入吊销缓存；若未吊销，则判断物料是否完成最末工序触发打标设备；若触发打标设备，物料重新打标标识后，离开该跟踪区域；若未触发打标设备，则进入下一计划工序队列区域，触发下一计划工序队列主信号；重复上述推断物料实时位置、判断物料是否吊销、判断是否触发打标设备的操作，直至完成全部生产工序。
64.本发明通过三层架构设计实现了对于物料以跟踪区域整体-各计划工序队列区域-产线实时位置三级定位的逐支跟踪，并通过识别设备与打标设备实现了物料在不同跟踪区域间跟踪信息的对接。本发明能够有效处理生产过程中的插钢与下线带来的跟踪信息变动，使用户明确每支物料的来源去向与进入各工序的时间点，逐支追溯生产信息，将生产过程数据与每支物料对应起来。在产品性能出现问题后，能够精确追溯到对应物料的具体工序，便于原因分析及持续改进。且本发明所提系统及实现方法逻辑清晰，准确性和可靠性高，易于维护，无需对原有生产线进行大量改动。
65.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
66.在说明书中提到“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等指示所述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但未必每个实施例都包括该特定特征、结构
或特性。另外，在结合实施例描述特定特征、结构或特性时，结合其它实施例(无论是否明确描述)实现这种特征、结构或特性应在相关领域技术人员的知识范围内。
67.本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。另外，为了避免对本发明的实质造成不必要的混淆，并没有详细说明众所周知的方法、过程、流程、元件和电路等。
68.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于计算机可读取存储介质中，如：rom/ram、磁碟、光盘等。
69.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种融合三层架构与标识交互的物料在线跟踪系统，其特征在于，所述物料在线跟踪系统包括以下三层结构：生产计划层，根据合同订单及预计进入跟踪区域内的物料编号信息，形成基于生产计划的跟踪区域内初始物料编号序列；工序队列层，根据跟踪区域内的工序划分计划工序队列，包括工序本体队列与工序间队列；实时位置层，根据现场信号确定物料位于产线上的实时位置。2.根据权利要求1所述的融合三层架构与标识交互的物料在线跟踪系统，其特征在于，所述生产计划层中，在跟踪区域第一工序前设置识别设备，所述识别设备对进入跟踪区域的物料进行识别，并录入物料上标识所携带的物料编号信息；所述根据合同订单及预计进入跟踪区域内的物料编号信息，形成基于生产计划的跟踪区域内初始物料编号序列，具体包括：根据合同订单及预计进入跟踪区域内的物料编号信息触发生产计划；录入物料编号信息时，将识别得到的物料编号信息与生产计划进行比对，比对完成后，形成初始物料编号序列；当所识别物料编号信息与生产计划不匹配时，提示报警信息。3.根据权利要求1所述的融合三层架构与标识交互的物料在线跟踪系统，其特征在于，所述工序队列层中，根据跟踪区域内基于实际工艺流程和设备配置形成的工序划分计划工序队列，所述计划工序队列具体包括工序本体队列与工序间队列；物料进入计划工序队列区域时，由该计划工序队列的主信号触发，将对应的物料编号信息录入，根据录入的物料编号信息，系统在该计划工序队列内形成该计划工序队列的物料跟踪记录；对于跟踪区域内第一计划工序队列，其物料跟踪记录为由第一工序前所设的识别设备形成的初始物料编号序列，主信号为识别设备识别完成信号；当物料触发下一计划工序队列后，遵循先进先出的原则，将该物料的物料跟踪记录移动至下一计划工序队列的物料跟踪记录首位。4.根据权利要求1所述的融合三层架构与标识交互的物料在线跟踪系统，其特征在于，所述实时位置层中，根据产线上各检测位置所设置的冷热检传感器所输出的信号，判断检测位置处是否有物料序列到达；根据产线上辊道运行信号，判断是否有物料序列在辊道上输送；根据工序本体设备的plc信号，判断工序本体设备内是否有物料序列进行加工；结合生产计划和由主信号触发的计划工序队列物料跟踪记录，确定到达检测位置及在辊道上或工序本体设备内的物料编号信息，据此获得物料在产线上的实时位置。5.根据权利要求1所述的融合三层架构与标识交互的物料在线跟踪系统，其特征在于，在实际生产过程中，出现插钢情况时，仅允许从跟踪区域内第一工序前插钢，根据插钢物料编号信息，由现场相关操作人员人工在系统中录入物料编号信息，对生产计划进行增补，形成临时生产计划并更新物料编号序列，以确保在插钢情况下对物料的逐支跟踪。6.根据权利要求1所述的融合三层架构与标识交互的物料在线跟踪系统，其特征在于，在实际生产过程中，物料出现异常下线情况由天车吊离时，系统根据获得的物料实时位置和ai视频分析辅助手段判断物料停留是否超过预定时间、天车是否到场及下一物料是否抵达停留物料所处位置，据此判断物料是否确实吊离，如确定物料吊离，获取下线物料的物料
编号信息，将下线物料的物料编号信息从计划工序队列物料跟踪记录中移入吊销缓存，供后续人工确认。7.根据权利要求6所述的融合三层架构与标识交互的物料在线跟踪系统，其特征在于，所述ai视频分析辅助手段包括：在各计划工序队列区域上方设置工业相机，工业相机的取景范围覆盖所属计划工序队列区域；通过图像识别算法，将天车吊钩作为目标检测的目标，对工业相机所采集的实时图像进行识别，以此判断天车是否到达产线上。8.根据权利要求1所述的融合三层架构与标识交互的物料在线跟踪系统，其特征在于，所述生产计划层中，在跟踪区域最末工序后设置打标设备，所述打标设备根据系统录入的当前物料编号序列产生并下发打标信息，对离开跟踪区域的物料进行依次打标，即重新进行标识，以供后续跟踪区域识别。

技术总结
本发明提供一种融合三层架构与标识交互的物料在线跟踪系统，属于钢铁产品智能制造技术领域。所述系统包括：生产计划层，根据合同订单及预计进入跟踪区域内的物料编号信息，形成基于生产计划的跟踪区域内初始物料编号序列；工序队列层，根据跟踪区域内的工序划分计划工序队列，包括工序本体队列与工序间队列；实时位置层，根据现场信号确定物料位于产线上的实时位置。本发明通过三层架构设计实现了对于物料以跟踪区域整体-各计划工序队列区域-产线实时位置三级定位的逐支跟踪，并通过识别设备与打标设备实现了物料在不同跟踪区域间跟踪信息的对接，准确性和可靠性高，易于维护，无需对原有生产线进行大量改动。对原有生产线进行大量改动。对原有生产线进行大量改动。


技术研发人员：肖雄 白金龙 谭凌德 郭强 赵博 武磊 张飞
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：2023.05.06
技术公布日：2023/8/24