CN101819658A

CN101819658A - 一种离散车间可视化生产管理和控制方法

Info

Publication number: CN101819658A
Application number: CN201010143748A
Authority: CN
Inventors: 唐任仲; 吕景祥; 陈晓明
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2010-04-09
Filing date: 2010-04-09
Publication date: 2010-09-01

Abstract

本发明公开了一种离散车间可视化生产管理和控制方法。采用RFID标签作为车间数据采集的载体，将RFID标签与工序流程卡建立关联关系，在RFID标签通过工位时采集标签的信息，并将标签关联的工序流程卡信息显示在电子看板上，在质检工位用手持机读取RFID标签并填写质量信息。对采集到的信息处理，形成车间生产进度信息和质量信息，通过看板显示管理系统显示到工位看板和车间看板上。本发明包括RFID初始化模块，基于RFID的数据采集模块，RFID数据分析处理模块，看板显示管理模块。本发明能实时采集和传输生产过程中的物流、质量数据，实现离散制造车间生产管理无纸化，可视化，有效监控了车间物流、质量等信息，有利于提高企业的车间管理水平。

Description

一种离散车间可视化生产管理和控制方法

技术领域

本发明涉及可视化生产管理和控制技术，尤其是涉及一种离散车间可视化生产管理和控制方法。

背景技术

离散制造业具有生产产品品种多、批量小、计划变化频繁的特点，对生产调度的实时性、协调性提出了很高的要求。随着市场变化的加快和个性化定制的快速发展，很多离散制造企业采用面向订单和面向库存生产的混合生产模式。这种生产模式要求企业实时监控生产订单的执行进度和生产质量，快速的调整生产，以保证订单的按时交付。

目前，我国很多企业引入了ERP(Enterprise Resource Planning)系统，采用自上而下的管理方式，根据销售订单或者市场预测，制定生产计划，下达生产任务组织生产，成品入库，销售发货，实现了管理流程的信息化。而车间内部的数据采集仍然主要采用手工记录的方式，这种方式存在数据容易出错、实时性差、信息利用率低、工作量大等缺点，特别是不能实现数据的实时交付和共享。企业计划层与车间层之间出现了信息断层，导致上层决策系统缺乏实时数据支持，上层管理人员无法实时了解生产进度和产品质量情况。因此，我国离散制造业很多企业并没有实现车间管理的信息化，管理人员无法实时了解车间的实际生产进度和质量情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种离散车间可视化生产管理和控制方法，该方法通过基于RFID(Radio Frequency Identification)和电子看板的车间物流和质量数据的采集和显示实现了车间生产进度，生产质量情况的实时可视化。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

该方法包括RFID初始化，基于RFID的数据采集，RFID数据分析处理和看板显示管理四个步骤；其中：

1.1)所述的RFID初始化：包括RFID标签初始化和RFID读写器初始化，RFID标签初始化是通过与ERP系统相连，获取工序流程卡，将RFID标签的唯一编号UID与工序流程卡编号相关联，并记录发放的时间；RFID读写器初始化是将RFID读写器地址与工位编号、工序编号相关联，将RFID读写器和工位以及工序绑定；

1.2)所述的基于RFID的数据采集：是在车间工位利用RFID读写器识读RFID标签的信息，并进行相应的预处理，在质检工位用手持机读取RFID标签编号并输入质量信息，将所采集的数据实时发送到服务器进行数据处理，如果存在质量缺陷，通过手持机将质量缺陷类型写入RFID标签中；

1.3)所述的RFID数据分析处理：是将读写器地址编号转换为车间工位信息和工序信息，将采集到的RFID标签编号UID、RFID标签进入工位时间、离开工位时间信息转换为工序流程卡进度信息，将手持机采集的质量数据转化为工序流程卡质量信息，将工序流程卡进度信息统计形成工位产量信息和车间产量信息，将工序流程卡质量信息统计形成工位质量信息和车间质量信息；

1.4)所述的看板显示管理：是将工序流程卡信息，工位产量信息，质量缺陷信息发送到相应的工位看板上，将车间产量信息，车间质量信息发送到车间看板上，并接收来自工位看板的反馈信息。

所述的基于RFID的数据采集方法是：

1)应用程序服务器通过多线程的方式轮询各个工位对应的RFID读写器，查看是否有标签进入工位，当有RFID标签进入时，RFID读写器识读RFID标签的编号UID，质量缺陷类型，RFID读写器地址，记录下该RFID标签的进入时间，当RFID标签离开时，记录下该RFID标签的离开时间，数据采集完成后上传到应用程序服务器；

2)对所采集的数据进行数据校验；

3)对经过数据校验的标签数据进行数据平滑；

4)用数据缓存的方法存储采集到的RFID数据；

5)在质检工位用手持机读取RFID标签编号UID，将该标签对应的工位编号，工序流程卡的质量信息包括合格数、不合格数、质量缺陷类型通过手持机键盘人工输入，输入完成后上传到应用程序服务器；

6)如果存在质量缺陷，通过手持机将质量缺陷类型写入RFID标签中；

7)应用程序服务器采用网络TCP/IP协议或ZigBee无线通讯协议与RFID读写器进行通讯，采用RS-232有线标准或ZigBee无线通讯协议与手持机进行通信。

所述的RFID数据分析处理方法是：

1)将采集到的RFID标签编号UID转换该RFID标签对应的工序流程卡信息，将RFID读写器地址信息转换为对应的车间工位及加工工序的信息，将RFID标签进入工位时间，离开工位时间转换为该标签对应的工序流程卡在各个工位的加工时间进度信息；

2)将手持机读取的RFID标签编号UID，输入的工位编号、合格数、不合格数、质量缺陷类型信息转换为对应工序流程卡在相应工位的合格数、不合格数、质量缺陷类型质量信息；

3)对工序流程卡在各个工位的加工时间进度信息统计形成工位产量信息、车间产量信息，对工序流程卡在各个工位的合格数、不合格数、质量缺陷类型信息统计形成车间质量信息；

所述的看板显示管理方法包括工位看板显示管理模块和车间看板显示管理模块：

1)工位看板显示管理模块控制显示当前工位的工序流程卡，生产调度指令，质量缺陷类型，并接收工位看板的反馈信息；

2)车间看板显示管理模块控制显示整个车间的生产进度信息，生产质量信息以及日常通知信息。

本发明具有的有益效果是：

本发明能实时采集和传输生产过程中的物流、质量数据，实现离散制造车间生产管理无纸化，可视化，有效监控了车间物流、质量等信息。本发明有利于提高企业的车间管理水平。

附图说明

图1是本发明的系统图。

图2是本发明的硬件和软件组成结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明采用的系统包括RFID初始化模块，基于RFID的数据采集模块，RFID数据分析与处理模块，看板显示管理模块。

1、RFID初始化模块，包括RFID标签初始化模块和RFID读写器初始化模块，RFID标签初始化模块建立RFID标签的唯一编号UID与工序流程卡编号的关联关系；RFID读写器初始化模块建立RFID读写器地址与工位编号、工序编号的关联关系，将RFID读写器和工位以及工序绑定。工序流程卡从ERP系统的接口获取，包括工序流程卡编号，工序名称，物料编码，客户，计划开始时间，计划结束时间等。建立关联关系的数据以SQL Server或者Oracle的数据表的方式存储在数据服务器中。负责标签初始化的RFID读写器采用桌面发卡器，与计算机之间通过RS-232的方式连接。

2、基于RFID的数据采集模块，应用程序服务器的数据采集程序采用多线程的方式，对每个工位上的读写器进行轮询查询，检测是否有RFID标签进入工位，当带有RFID标签的物料进入时，工位上的RFID读写器读取RFID标签编号UID并记录进入时间和读写器地址，当物料离开该操作工位时，RFID读写器读取标签并记录其离开时间，得到标签编号、读写器地址、进入时间、离开时间等物流信息。在质检工位质检员用手持机读取RFID标签编号，通过手持机上的小键盘填写合格数量、不合格数量、质量缺陷类型等信息，如果存在质量缺陷，通过手持机将质量缺陷类型写入RFID标签中。

对采集到的RFID物流信息进行数据校验和数据平滑。数据校验采用CRC 16校验，并采用查表的方法，提高校验的效率。如果校验结果出错，则再次查询标签，并抛弃前一次的标签数据，如果超过预定的查询次数，则放弃查询标签。数据平滑设定一个适当的时间戳，对采集到的标签信息按照相同标签UID进行组合，并按照根据采集频率预先设定的时间戳进行排序，如果相同UID标签记录时间戳的差值小于预订的时间戳，则删除后面一条数据。通过数据校验和数据平滑，RFID标签的冗余数据得到了过滤。

经过过滤的RFID标签数据仍然是海量的，为了解决瞬间产生海量数据与数据存储之间的不协调的问题，采用建立数据缓存的方法。也就是形成一个内存数据库，使RFID标签数据提交到磁盘存储前，把数据写到RAM中。数据缓冲队列接受各个线程读取的数据，后到的数据不断的排到数据队列的后面，并启用后台数据存储线程对队列前面的数据进行存储，形成一个动态的数据队列。数据存储通过建立存储过程方式，提高存储的效率。在存储过程中启用事务控制，采用循环的方式保证数据存储成功。将数据以数据表的方式存储在数据库服务器。

RFID读写器采集到的数据可以通过网线有线传输，采用TCP/IP协议，也可以通过无线传输，采用ZigBee协议；手持机采集到的数据可以通过RS-232接口有线方式上传到服务器，也可以通过ZigBee无线上传到服务器。

3、RFID数据分析处理模块，是将采集到的RFID物流数据和质量数据进行转换处理和统计。

将采集到的RFID标签编号UID转换该RFID标签对应的工序流程卡信息，包括工序流程卡编号，工序名称，物料编码，客户，计划开始时间，计划结束时间等；将RFID读写器地址信息转换为对应的车间工位及加工工序的信息；将RFID标签进入工位时间，离开工位时间转换为该标签对应的工序流程卡在各个工位的加工时间进度信息，表示这个工序流程卡在某个时间到达某个工位的状态。

将手持机读取的RFID标签编号UID，输入的工位编号、合格数、不合格数、质量缺陷类型信息转换为工序流程卡在对应工位的合格数、不合格数、质量缺陷类型质量信息；

对工序流程卡在各个工位的加工时间进度信息统计形成工位产量信息、车间产量信息，包括各个工位以及整个车间的计划产量、实际产量信息。对工序流程卡在各个工位的合格数、不合格数、质量缺陷类型信息统计形成车间质量信息，包括整个车间的计划产量，实际产量，合格产品，不合格产品，质量缺陷信息。

4、看板显示管理模块，分为工位看板显示管理模块和车间看板显示管理模块。

工位看板显示管理模块控制显示当前工位的工序流程卡，当RFID标签进入某个工位，工位上的RFID读写器读取到标签后，将该标签编号对应的工序流程卡信息显示在工位看板上，包括工序流程卡编号，工序名称，物料编码，客户，计划开始时间，计划结束时间等信息；显示对应工序流程卡在上道工序的质量缺陷信息，提示该工序做相应处理；发送管理人员的生产调度指令，显示在工位看板上消息栏中；接收工位看板的反馈信息。工位看板采用ZigBee无线方式和应用程序服务器通讯，应用程序服务器可以用广播通讯或点对点通讯的方式来控制工位看板的显示，各个工位共同显示的信息，如生产调度指令，由应用程序服务器采用广播通讯的方式发送给所有的工位看板；每个工位看板各自显示的信息，由应用程序服务器采用点对点通讯的方式按照地址发送给特定的工位看板。应用程序服务器发送的生产调度指令到达工位看板时，会发出嘀嘀的提示音，提示工人接收生产调度指令。车间作业人员可以通过与工位看板相连的按钮反馈信息，传输给看板管理显示模块。应用程序服务器对各个工位看板进行轮询查询，查询工位看板的反馈信息，如果有反馈信息，接收并对其进行处理，反馈到ERP系统中。

车间看板显示管理模块用于整个车间生产信息的管理，包含当日目标产量、当日实际完成产量等生产进度信息，产成品合格率、主要缺陷类型等质量信息以及日常通知信息。不同产品对应的信息可以每隔一定时间翻页显示。

下面通过具体的实例并结合附图2对本发明作进一步详细的描述。

参见图2，本发明包括硬件部件和应用软件，其硬件部件包括应用程序服务器，数据库服务器，RFID标签，RFID读写器，手持机，LCD显示屏，LED显示屏，以及用于无线传输的ZigBee。

应用程序服务器用来运行系统所需的软件程序，并与数据采集设备及数据显示设备通过自带的RS-232接口进行通信；数据库服务器安装Sql Server或Oracle数据库，为系统的运行提供数据服务；RFID标签用来代替工序流程卡在车间流转；RFID读写器含有带地址的485接口，用来读写RFID标签；手持机带有RS-232接口，用来读取RFID标签，并接受键盘输入的质量信息；LCD显示屏带有RS-232接口，用作工位看板，用来显示工序流程卡等信息；LED显示屏带有RS-232接口，用作车间看板，用来显示车间总体产量质量信息以及通知信息；ZigBee带有RS-232接口，用于无线传输数据。

应用程序服务器通过RS232连接一个ZigBee中心协调器，RFID读写器通过RS-232/RS-485转换器与ZigBee子节点连接，构成了一个无线传输子网，传输采集到的RFID物流数据；应用程序服务器通过RS232连接第二个ZigBee中心协调器，手持机通过RS-232与ZigBee子节点连接，构成第二个无线传输子网，传输采集到的质量数据；应用程序服务器通过RS232连接第三个ZigBee中心协调器，LCD工位看板通过RS-232/RS-485转换器与ZigBee子节点连接，构成第三个无线传输子网，传输发送到工位看板的工序流程卡等数据；应用程序服务器通过RS232连接LED车间看板，传输发送到车间看板的产量质量等信息；应用程序服务器通过LAN交换机以TCP/IP的协议和数据库服务器进行通讯。

本发明的应用软件包括RFID初始化模块，RFID数据采集模块，RFID数据分析处理模块，看板显示管理模块。

RFID初始化模块建立RFID标签的唯一编号UID与工序流程卡编号的关联关系，建立RFID读写器地址和工位编号、工序编号的关联关系，实现标签的初始化；RFID数据采集模块控制实时采集车间原材料、半成品、成品的物流信息和质量信息；RFID数据分析处理模块处理采集到的信息，得到工序流程卡时间进度和质量信息，并统计得到各个工位的产量和质量信息以及车间整体的产和质量信息。看板显示管理模块控制在工位看板上显示工序流程卡，生产调度指令以质量缺陷类型信息，在车间看板上显示整个车间的生产进度信息，生产质量信息以及日常通知信息，实现生产过程的实时可视化，可控化。

Claims

1.一种离散车间可视化生产管理和控制方法，其特征在于，该方法包括RFID初始化，基于RFID的数据采集，RFID数据分析处理和看板显示管理四个步骤；其中：

2.根据权利要求1所述的一种离散车间可视化生产管理和控制方法，其特征在于，所述的基于RFID的数据采集方法是：

2.1)应用程序服务器通过多线程的方式轮询各个工位对应的RFID读写器，查看是否有标签进入工位，当有RFID标签进入时，RFID读写器识读RFID标签的编号UID，质量缺陷类型，RFID读写器地址，记录下该RFID标签的进入时间，当RFID标签离开时，记录下该RFID标签的离开时间，数据采集完成后上传到应用程序服务器；

2.2)对所采集的数据进行数据校验；

2.3)对经过数据校验的标签数据进行数据平滑；

2.4)用数据缓存的方法存储采集到的RFID数据；

2.5)在质检工位用手持机读取RFID标签编号UID，将该标签对应的工位编号，工序流程卡的质量信息包括合格数、不合格数、质量缺陷类型通过手持机键盘人工输入，输入完成后上传到应用程序服务器；

2.6)如果存在质量缺陷，通过手持机将质量缺陷类型写入RFID标签中；

2.7)应用程序服务器采用网络TCP/IP协议或ZigBee无线通讯协议与RFID读写器进行通讯，采用RS-232有线标准或ZigBee无线通讯协议与手持机进行通信。

3.根据权利要求1所述的一种离散车间可视化生产管理和控制方法，其特征在于，所述的RFID数据分析处理方法是：

3.1)将采集到的RFID标签编号UID转换该RFID标签对应的工序流程卡信息，将RFID读写器地址信息转换为对应的车间工位及加工工序的信息，将RFID标签进入工位时间，离开工位时间转换为该标签对应的工序流程卡在各个工位的加工时间进度信息；

3.2)将手持机读取的RFID标签编号UID，输入的工位编号、合格数、不合格数、质量缺陷类型信息转换为对应工序流程卡在相应工位的合格数、不合格数、质量缺陷类型质量信息；

3.3)对工序流程卡在各个工位的加工时间进度信息统计形成工位产量信息、车间产量信息，对工序流程卡在各个工位的合格数、不合格数、质量缺陷类型信息统计形成车间质量信息；

4.根据权利要求1所述的一种离散车间可视化生产管理和控制方法，其特征在于，所述的看板显示管理方法包括工位看板显示管理模块和车间看板显示管理模块：

4.1)工位看板显示管理模块控制显示当前工位的工序流程卡，生产调度指令，质量缺陷类型，并接收工位看板的反馈信息；

4.2)车间看板显示管理模块控制显示整个车间的生产进度信息，生产质量信息以及日常通知信息。