CN102203768B

CN102203768B - 装配、修理和维护操作的电子检验和记录创建的系统和方法

Info

Publication number: CN102203768B
Application number: CN200980105542.2A
Authority: CN
Inventors: B·G·道兹; K·L·英格利什; D·D·特雷鲍尔; C·K·祖弗; T·E·谢菲尔德; C·J·汉克斯
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 2008-02-18
Filing date: 2009-02-12
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2029-02-12
Also published as: WO2009105384A2; WO2009105384A3; EP2245550A2; US8630819B2; JP2011512605A; JP5544306B2; CN102203768A; EP2245550A4; US20090210083A1

Abstract

一种产生装配、测试和修理或维护操作的实时电子质量记录的方法和系统。该方法包括从位于制造环境内的多个信息源产生输入，所述信息源提供关于至少使用的工具、使用工具的个人和个人使用工具执行的操作的信息。定位系统与信息源通信以监控工具的位置和操作。处理器与定位系统通信以接收产生的输入，并且一旦使用工具执行的操作完成即产生实时电子质量记录。电子记录显示操作已经由指定的个人根据预定标准使用工具执行。

Description

装配、修理和维护操作的电子检验和记录创建的系统和方法

相关申请的交叉参考

本申请的一般主题涉及于2007年11月15日公开的公开号为2007/0265942的美国公开的申请，并且转让给波音公司(The BoeingCompany)。

技术领域

本公开涉及监控和评估装配、修理和维护行为的电子系统，并且更特别地涉及一种系统和方法，所述系统和方法用于监控由个人执行的装配、修理或维护操作的执行并自动创建电子记录以验证操作已经由个人使用适当的过程、工具、认证部件或消耗品中的一个或更多个适当地执行。

背景技术

本部分的陈述仅提供涉及本公开的背景信息并且可不构成现有技术。

各类电子检验系统在各类工作环境中实施。这样的系统经常使用摄影机和某种类型的模式识别，试图监控和记录使用具体工具或由具体个人执行的各种操作。某些制造操作经常期望(并且有时要求)这样的电子检验系统，例如商用和军用飞行器的制造。在制造商用和军用飞行器时，遵循详细过程和使用认证工具或其它仪器对装配、测试、修理或维护技术人员尤其重要。在执行装配、测试、修理或维护操作时，通常也必须使用认证部件或消耗品。因此，需要确保各种装配、测试、修理和维护过程根据预定标准或需要执行。有时采用摄影机和相关模式识别系统以试图验证装配、测试、修理和维护技术人员遵循这样的预定过程。

基于视频的系统的一个特定缺点是这种系统经常采用视频传感器，该视频传感器受制造环境中的照明和其它环境因素影响。制造环境中的照明的变化会从视频传感器产生不同输出。此外，现代的基于视频的系统通常不能与有关输入信息一同考虑和连接在一起，例如谁在操作特定工具、操作人员的训练或认证、使用的工具或仪器是否已经被认证或适当地校准，以及是否遵循适当的处理(例如，确保特定类型的紧固件已经在特定固定序列中固定)。

发明内容

本公开涉及一种适于根据在制造环境内接收的各种输入产生制造、测试、修理或维护操作的实时电子记录的系统和方法。该系统和方法能够在个人执行制造、测试、修理或维护操作期间在重要信息产生时，实时、有效地捕捉该重要信息。

在一个实施中公开产生制造操作的电子质量记录的方法。该方法包括从位于制造环境内的多个信息源产生输入。信息源提供关于至少使用的工具、使用工具的个人和个人使用工具执行的操作的信息。

定位系统与信息源通信使用以监控工具的位置和操作。处理器与定位系统通信以接收产生的输入，以及在使用工具执行的操作完成时产生电子记录。电子记录可以根据预定标准识别个人使用工具已经执行的操作。

在各实施方式和实施例中，各信息传感器和数据库可以用来向用来创建电子记录的处理器提供信息。这样的信息源可包含关于被授权执行具体制造操作的员工的信息数据库、指示个人执行某些制造操作或使用某些工具或仪器需要哪些认证的数据库，以及可用来校准用来执行制造操作的工具或仪器部件的校准信息的数据库。

在其它实施方式和实施例中可提供信息的制图或处理数据库以供处理器使用。该数据库也可由定位系统用于跟踪个人使用的工具或仪器的运动和使用。

在其它实施例中，定位系统可涉及室内全球定位系统(GPS)的使用，该室内全球定位系统能够以高位置精度无线监控工具的运动和/或甚至监控使用工具的个人的运动。其它实施例可涉及在使用工具在其上工作的工件或部件上使用射频识别读取器(RFID reader)和相关RFID标签。RFID读取器可用来向处理器提供与工具在其上工作的具体部件的类型有关的信息。

在此描述的各实施例和方法使利用操作发生的制造环境内(或甚至在制造环境外)的多个可用信息源所要创建的制造、测试、修理或维护操作的实时质量记录成为可能。电子质量记录可存储并用来验证授权的个人使用适当的校准工具执行给定的制造操作已经使用的适当过程。

根据本文提供的说明，进一步的应用领域会变得显而易见。应当理解说明和具体示例只为说明的目的而非限制本公开的范围。

附图说明

在此描述的附图仅为图解而并非意在以任何方式限制本公开的范围。

图1是根据各实施例的装配跟踪验证系统(ATVS)的框图；

图2是根据各实施例具有包含在附图1的ATVS系统中的至少一个位置传感器的工具的示例性图解；

图3是根据各实施例由图1中示出的ATVS产生的球形目标轨迹的示例性图解；

图4是根据各实施例由图1中示出的ATVS产生的圆形目标轨迹的示例性图解；

图5是根据各实施例图解图1中示出的ATVS的示例性操作的流程图；

图6是图1中示出的ATVS系统使用的ATVS算法的执行产生的边界范围(bounding volume)的示例性图解；

图7是利用室内GPS系统创建制造操作的电子记录的系统的框图；

图8是图7的系统执行的操作的示例性流程图。

具体实施方式

以下描述实质上只是示例性的且并非要限制本公开、申请或使用。

根据详细说明和附图将更为全面地理解本公开，其中对应的参考数字表示附图的若干视图中的对应部件。

首先参考图1-6，将提供对装配任务验证系统(ATVS)10的各实施例的讨论，该系统能通过工具12在局部环境14内验证特定装配任务或操作的性能。结合图1-6讨论的各实施例有助于读者获得对涉及复杂的任务验证系统的基础技术的理解，并且有助于理解本公开要求保护的系统和方法。此外，尽管以下讨论可能参考术语“装配任务”验证系统，但是应当理解本公开的范围并不限于“装配”任务。更特别地，本文使用的短语“装配任务”应当理解为意指工具12在要求进行任务验证的局部环境14内执行的任何任务或操作。例如，短语“装配任务”可包括这样的任务，例如制作任务、检验任务、装配任务等等。图7和8的讨论通过介绍建立在图1-6的主题基础之上的系统和方法以能够创建电子记录明确了这一点，所述电子记录将例如个人、校准标准和/或预定处理操作与制造操作的性能相关联，以创建电子质量记录。电子质量记录可用来验证制造操作由有资格(或认证)的个人在执行制造操作的同时根据预定处理使用适当校准的工具以及使用校准的部件或消耗品执行。

首先参考图1，工具12可以是操作员用于执行任务(例如装配任务)的任何工具或器具，从而由ATVS 10验证任务的完成。例如，工具12可以是钻机、扭矩工具、气动冲击(pneumatic impact)工具、铆钉枪(rivet gun)或用来执行特定任务或操作的任何其它工具或器具。局部环境14可以是适于采用室内目标位置系统18的任意限定的空间。例如，局部环境14可以是室内制造设施、室外建筑场所或楼阁式(pavilion-like)覆盖的工作空间。室内目标位置系统18可包含室内全球定位系统(GPS)。此外，尽管本文将ATVS 10描述为采用室内GPS18，但是应当理解任何适合的室内目标位置系统18都可实施并处于本公开的范围内。

在各实施例中，室内GPS 18可包括至少一个传感器信标(beacon)22和至少一个基站26。然而，应理解也可根据具体的制造应用使用一个或更多传感器信标22和一个或更多基站26。

基站26可形成包括处理器30，例如微处理器，以及至少一个电子存储装置34的基于计算机的装置。处理器30可以是适合执行基站26全部功能的任何处理器。电子存储装置34可以是适于电子存储处理器30可执行的数据、信息、算法和/或软件程序的任何计算机可读介质。例如，在各实施例中，电子存储装置34可以是存储器装置，例如硬盘、EEPROM、闪存、OTP存储器或任何其他电子数据存储装置或介质。在其它各实施例中，电子存储装置34可远离基站26。此外，电子存储装置34可以可移动地连接到基站26。例如，电子存储装置34可形成通用串行总线(USB)硬驱、Zip驱动盘、CDRW驱动盘、DVDR驱动盘、拇指驱动(thumb drive)或任何其他可移动电子存储装置。

基站26也可包括输入设备38，例如小键盘、鼠标、指示笔(stylus)或操纵杆，用于向基站26输入数据和信息从而存储在电子存储器装置34中。基站26也可包括显示器42，其用于示出图像和/或文本/数字数据和各种其它形式的信息。进一步地，基站26可有线或无线连接或可连接到远程的基于计算机的系统(未示出)。例如，基站26可有线或无线连接或可连接到远程服务器系统，以使装配任务验证系统10的数据、信息、算法、操作命令，软件程序或任何其它数据可传输到基站26和/或自基站26传输。

ATVS 10另外可包括至少一个位置传感器46，该传感器在图2中最优示出，其固定到工具12以用于与传感器信标22进行无线通信。此外，ATVS 10包括工作单元50，操作人员在该工作单元中执行ATVS10验证的装配任务。要验证的任务可以是根据计算机化装配和设计制图或示意图，例如计算机辅助绘图(CAD)或Unigraphics制图装配任何结构、部件、构件或组件所需的任意装配任务。例如，要验证的任务可以是为飞行器子结构例如机翼组件钻孔、拧紧螺栓、拧紧螺钉或固定铆钉。为了方便，钻的孔、拧紧的螺栓、拧紧的螺钉、固定的铆钉等等在下文中被称为工具12在其上操作的“特征”。通常，在计算机化装配和设计制图或示意图中可以以数学方式描述的结构54上的任何独特部件都可以是一个特征。同样，为了方便，要装配的结构、部件、构件、组件等等在下文中将简称为装配的“结构”，并在图1中示出且标识为结构54。另外，尽管执行的任务在本文中通常用单数提及，即单个任务，但是应当理解ATVS 10可用来验证多个任务。例如，ATVS 10可用来验证固定外壳到机翼装置所需的每个孔被钻出以及验证固定蒙皮到机翼装置所需的每个铆钉都固定在每个孔内。

工作单元50可以是局部环境14内用来装配结构54的任何空间，例如包括在装配期间用于固定地夹持结构54的装配夹具(assembly jig)的空间。工作单元50可以是为装配结构54而特殊指定的局部环境14内预定且专用的区域或空间。例如，工作单元50可以是将装配夹具固定到特殊指定的局部环境14的地板上的空间，以在装配各种结构54中重复使用。在其它各实施例中，工作单元50可以是可移动或临时固定在局部区域14内的任何区域或空间，结构54的装配在该局部区域14内执行。例如，工作单元50可以是安装在可移动到局部环境14内任何位置的轮上的装配夹具。可替换地，工作单元50可以是局部环境14内的自动装配线处理的部分，其中工作单元50和结构54在结构54装配期间移动。

如下所述，ATVS 10可覆盖工作单元坐标系58，例如结构54上的Cartesian坐标系。更特别地，工作单元坐标系58可以固定方式覆盖在结构上，以使结构54的装配过程中工作单元坐标系58和结构54的关系固定且不变。因此，如果结构54移动，则工作单元50与结构54一起移动，并且工作单元坐标系58和结构54之间的关系保持固定且不变。

在各实施例中，基站电子存储装置34可包括处理器30可执行的ATVS算法，用于验证一个或更多装配任务的完成。另外，基站26可以包括用于存储数据的数据库62，例如装配的多个不同结构54的计算机化装配和设计制图或示意图。

现在参考图2、3和4，通常，ATVS 10一旦收到来自工具12的事件信号即利用室内GPS系统18确定工具12的位置。去往基站26的事件信号表示任务完成，例如铆钉的插入和固定任务完成。一旦接收到事件信号，室内GPS 18即读取或感测位置传感器46以精确估计位置传感器46在工作单元50内的位置，例如，精确到英寸的1/100^th内。传感器信标22发射由位置传感器46接收的定时激光脉冲。一旦任务完成，位置传感器46向基站26发送位置数据连同事件信号，位置数据即传感器读数。传感器读数由位置传感器46基于从传感器信标22接收的定时激光脉冲来确定。位置数据即传感器读数，向基站26提供位置传感器46在工作空间50内相对于结构坐标系58的三维位置。

基于传感器读数，基站26确定工具12的目标末端在工作单元50内的可能的位置点轨迹66。工具12的“目标末端”可以是接触特征以执行任务的工具尖端。工具12的目标末端在工作单元50内的可能位置的点轨迹66在本文中称为“目标轨迹66”。之后，在获知结构54的计算机化装配和设计示意图，以及了解结构54在工作单元50内相对工作单元坐标系58的建立位置和取向的情况下，基站26产生各种特征位于目标轨迹66内的概率。具有预定阈值以上(例如，50％)的最高概率的特征确定为在其上操作的特征。因此，在特定特征上进行操作的任务(例如，插入和固定特定铆钉)被验证。例如，如图4所示，基站26将计算或产生特征70A、70B、70C、70D、70E中的每个位于目标轨迹66内的概率。如果确定特征70C具有超过预定值的最高概率，则认为在发送事件信号时工具12在特征70C上操作。因此，在特征70C上操作的任务由ATVS 10来验证。

ATVS 10可为每个特征计算/产生处于目标轨迹66内的概率，之后确定哪个特征具有阈值以上的最高概率以验证任务完成，所述每个特征在结构54的计算机化装配和设计制图或示意图中指定。可替换地，ATVS 10可为结构54的特征的选定组计算/产生处于目标轨迹66内的概率，如下所述，并且之后确定该选定组的哪个特征具有阈值以上的最高概率以验证任务完成。

在此描述ATVS 10或基站26方面的各实施例，其计算或产生概率或对验证任务的完成具有直接影响或直接控制验证任务的完成。然而，应当理解是处理器30执行一种或更多算法所产生的指令和基站26对这些指令的后来的实施计算或产生了概率并对验证任务完成具有直接影响或直接控制验证任务完成。

特别参考图2，在执行ATVS算法前，一个或更多传感器46固定到工具12上的任意位置。传感器42被校准以相对工具12的目标末端(例如，工具12的尖端)和工具12的作用向量72的线具有已知坐标。更特别地，建立工具坐标系74以使工具坐标系的原点位于工具12的目标末端，并且作用向量72(例如代表扭矩工具的曲轴的向量)线的轴沿着坐标系74的轴。之后位置传感器46相对原点(即，工具12的目标末端)的位置被测量并作为工具12的校准数据存储在电子存储装置34中。另外，在执行ATVS算法前，结构54在工作单元50内相对工作单元坐标系58的位置、放置和取向被确定并作为结构54的校准数据存储在电子存储装置34中。在各实施例中，结构54可以“锁定”在工作单元50内的空间中，例如通过安装在附加到局部环境14的地板的夹具中。因此，结构54在工作单元50内相对工作单元坐标系58的位置和取向可使用简单固定的测量装置来确定。结构54也可安装在可移动夹具中，并且结构54在工作单元50内相对工作单元坐标系58的位置和取向可使用激光测量系统确定。之后可向电子存储装置34提供识别结构54的位置和取向的数据。

一旦启动ATVS 10并执行ATVS算法，结构校准数据即转变为计算机化装配和设计制图或示意图中采用的单位和坐标系，例如CAD或Unigraphics单位和坐标。之后，在操作人员使用工具12执行各种规定的任务时，由室内GPS系统18在工作单元50内跟踪位置传感器46。当工具12执行预期的行为时，向基站26发送事件信号。例如，在扭矩工具产生的扭矩达到某级时，扭矩工具的预期行为可以指示紧固件已经固定到预期的扭矩级。因此，每当扭矩工具将紧固件固定到预期的扭矩级时，则向基站26发送事件信号。或者，例如，在达到某个预定扭矩级后通过钻机显著下降产生扭矩时，预期的钻机的行为可以因此表示钻头穿过钻孔的部件并产生孔洞。因此，每当钻机穿过部件产生空洞，向基站26发送事件信号。

在工具12执行预期的行为并且事件信号被发送时，所有可见位置传感器46在工具12上的位置可通过各位置传感器46确定并由基站26捕获。因此，基于每个事件信号，室内GPS 18精确确定工具12在工作单元50内的位置。例如，室内GPS 18可将工具12在工作单元50内的位置确定为接近英寸(0.254毫米)的1/100^th内。之后，ATVS算法的执行利用结构校准数据将工具12的位置与计算机化装配和设计制图或示意图相关联。也就是说，工具12相对工作单元坐标系58内的结构54的位置被数学转换为工具12相对于结构54在计算机化装配和设计制图或示意图内的代表性位置或“虚拟”位置。ATVS算法也利用工具校准数据确定工具12的目标末端在工作单元50内的所有可能位置点的目标轨迹66。另外，ATVS算法也可利用工具校准数据确定工具12的目标末端的作用向量72的所有可能线。之后目标轨迹66和作用向量72的线也与计算机化装配和设计制图或示意图相关。也就是说，目标轨迹66和作用向量72的线被数学转换为计算机化装配和设计制图或示意图内的代表性或“虚拟”目标轨迹和作用向量的“虚拟”线。

之后，ATVS算法可以利用特征数据表，即结构54的每个特征的坐标，来比较虚拟目标轨迹和作用向量的虚拟线内所有点的值(即，坐标)。特征数据由计算机化装配和设计制图或示意图提供或从计算机化装配和设计制图或示意图推导出。基于这些比较，可以针对每个特征计算概率值。概率值表示每个特征的坐标与虚拟轨迹内每个点的作用向量坐标和线的接近程度。更特别地，概率值表示每个特征是在事件信号产生时在其上操作的特征的概率。坐标最接近于任何虚拟目标轨迹点的作用向量的坐标和线的特征具有最高概率值，并因此确定为在其上操作的特征。也就是说，与可能的工具尖端位置和取向最接近匹配的特征是最可能在其上操作的特征。因此，验证在具有最高概率的特征上操作的任务完成。在多数情况下，多数特征具有接近零的概率，因为它们的坐标与虚拟轨迹内任何点的作用向量的坐标和线匹配在物理上是不可能的。然而，在事件信号产生时真正在其上操作的特征通常具有接近90％或更高的概率。

在图1到4示出的各实施例中，ATVS 10可包括至少两个位置传感器46。当产生事件信号时，基于源自传感器信标22的定时激光脉冲，每个位置传感器46确定其在工作单元50内的三维位置，如上所述。如果传感器信标22和任意位置传感器46之间的视线(line-of-sight)受阻挡，即在事件信号产生时定时激光脉冲受阻隔或另外被阻止到达位置传感器46，则位置数据只能被剩余未阻挡的位置传感器46捕获。由于ATVS 10使用概率确定任务验证，因此即便位置传感器46受阻，ATVS 10仍旧可以精确验证任务的完成。因此，一旦产生每个事件信号，ATVS算法使用来自所有未阻挡和/或部分阻挡的位置传感器46的位置数据读数产生目标轨迹66和作用向量72的线。

例如，参考图3，如果单个未被阻挡的位置传感器46向基站26提供位置读数，则目标轨迹66的点形成球形。球形上的每个点对应于形成工具12的作用向量72的可能线的圆锥78。如进一步的例子，参考图4，如果两个位置传感器46未被阻挡并且向基站26提供位置读数，则目标轨迹66的点形成圆形，圆形上的每个点对应于形成工具12的作用向量72的可能线的两个圆锥78中的一个。如果捕获足够量的位置数据，例如如果完全定位的三个位置处理器46未被阻挡或四个传感器被部分阻挡，则工具尖端位置的目标轨迹66缩小为单个点和作用向量的单条线。之后工具12尖端的位置和取向完全得知。

ATVS算法的执行操作以将每个候选特征，例如，特征70A、70B、70C、70D和70E，依次与虚拟目标轨迹的作用向量的每个点和线比较。这给出每个候选特征与虚拟目标轨迹中每个点的距离和角度。之后该距离和角度用于确定工具尖端位置和取向与每个候选特征的位置和取向匹配的概率。通过这种方式，为每个候选特征计算概率，并且具有较高概率值的候选特征较接近地匹配。如果概率值高于某阈值，例如50％，并充分高于具有第二最高概率的候选特征，则在特定候选特征是在事件信号产生时在其上操作的特征具有高可能性。

现在参考图5，其提供图解说明ATVS 10的示例性操作过程的流程图200。一旦接收到事件信号，基站26即捕获每个位置传感器46的位置数据，即传感器读数，如操作202所示。之后ATVS算法的执行按顺序分析每个位置传感器46的传感器读数。从第一位置传感器46开始，ATVS算法确定第一位置传感器46的位置是否完全已知，即，第一位置传感器是否未被阻挡，如操作204所示。如果第一位置传感器46未被阻挡，则ATVS算法确定第一位置传感器46的可能位置是否可由第一位置传感器46的读数确定，即，第一传感器是否被部分“阻挡”，如操作206所示。如果第一位置传感器46被完全“阻挡”，则ATVS算法在204针对第二传感器46开始相同分析，如操作208所示。

然而，如果第一位置传感器46在204被确定为未被阻挡或在206确定为被部分阻挡，则ATVS算法计算第一位置传感器46的虚拟目标轨迹66中每个点与第一候选特征之间的距离，如操作210所示。接下来，确定第一位置传感器46虚拟目标轨迹66中的每个点和第一候选特征之间的角度，如操作212所示。之后，基于第一位置传感器46虚拟目标轨迹66中的每个点与第一候选特征之间的距离与角度，产生第一候选特征的概率评分，如操作214所示。之后，将第一候选特征的概率评分存储在基站26的寄存器或累加器(未示出)中，如操作216所示。之后，ATVS算法确定第一候选特征是否为最后的候选特征，如操作218所示。如果不是，则ATVS算法产生第二候选特征的概率评分，并产生所有随后的候选特征的概率评分，并存储每个候选特征的概率评分，如操作210到218所示。一旦产生最后的候选特征的概率评分，ATVS算法即确定第一位置传感器46是否为完全或部分已知的，即未阻挡或部分阻挡的，最后的位置传感器，如操作220所示。

如果第一位置传感器46不是最后的位置传感器46，则ATVS算法开始对第二位置传感器46的传感器读数的相同分析，如操作222所示。之后，如上面关于第一位置传感器46所述，ATVS算法产生相对于第二位置传感器46目标轨迹66的每个候选特征的概率评分，如操作210到214所示。之后，将相对于第二位置传感器46目标轨迹66的每个候选特征的概率评分加到存储在寄存器中的此候选特征的概率评分，并且之后每个候选特征的累加评分取代寄存器中之前的概率评分，如操作216所示。为每个位置传感器46完成每个候选特征相对每个位置传感器46的虚拟轨迹66的概率评分的产生和累加，如操作210到220所示。在累加所有概率评分后，ATVS算法返回具有最高概率评分的候选特征，如操作224所示。该候选特征被视为事件信号产生时在其上操作的特征。

如图5所示，在各实施例中，成本函数可用来验证任务完成。成本函数可以是组合虚拟轨迹66中的点的位置与取向的加权线性函数。例如，对于精确匹配，成本函数可给出评分“1”。对于高于某上阈值(upperthreshold)，例如40％的匹配，但不精确的匹配，成本函数可给出0和1之间的评分。对于不良匹配，例如低于某较低阈值(lowerthreshold)，例如40％，成本函数可给出评分0。使用的阈值的大小基于相对兴趣特征的位置传感器46读数的测量的不确定性来确定。例如，如果候选特征紧密相间，例如相隔0.25英寸(6.35mm)，则上阈值和下阈值将设为更高值以实现被识别为在其上操作的特征的候选特征确实是在其上操作的特征的高水平置信度。然而，如果候选特征进一步分隔，例如相隔一英尺(30.48cm)，则阈值水平不需要与实现被识别为在其上操作的特征的候选特征确实是在其上操作的特征的高级置信度一样高。

现在参考图6，在各实施例中，在执行ATVS算法期间执行的计算的时间复杂性可通过仅仅分析落入产生的边界范围82内的特征得以降低。边界范围82可以是候选特征的选定集合。边界范围内的候选特征的该选定集合基于未被阻挡的位置传感器46中的任何一个的位置读数限定。ATVS算法选择最接近于选择的位置传感器46的位置坐标的一定数量的特征，例如特征70A、70B、70C、70D和70E。之后，ATVS算法仅仅分析选择的候选特征是在其上操作的特征的概率。以此方式，在边界范围82以外的特征因为不可能先于剩下的候选特征计算概率而被拒绝。

在其它各实施例中，基站26可以是基于中间计算机的子系统，其通信地链接在位置传感器46和第二基于计算机的子系统(未示出)之间。在此情形下，第二基于计算机的子系统包括处理器、电子存储装置，并且在各实施例中包括数据库，用于存储和执行ATVS算法。因此，基站26从位置传感器46接收数据和信息(例如，工具位置数据)并且也与计算概率的第二基于计算机的子系统通信以确定一个或更多装配任务完成的验证。

现在参考图7，其示出产生制造操作的电子质量记录的系统300的一个实施例。尽管以下讨论涉及“制造操作”，但是应当理解该术语可包括需要执行的任何形式的装配、测试、修理、维护或验证过程。期望在飞行器和航空航天制造应用中找到系统300的特定效用，飞行器和航空航天制造应用遇到高度复杂的制造操作，并对个人遵循预定处理或装配过程、使用适当的校准工具和认证部件或消耗品寄予显著重要性。然而，也应当理解系统300可稍微修改或没有修改而适于需要个人执行一个或更多操作同时执行指定任务的任何环境。该系统可在需要管理监督(government oversight)的环境/应用，例如在执行飞行器制造/修理过程中尤其有价值。

在图7中系统300使用定位系统302，该定位系统302监控来自个人使用的工具304的多个传感器304a的射频输出。工具304用于通过使用在工件308上使用的部件306(铆钉、螺钉、钻头)来执行制造操作，例如装配、测试、修理或维护操作。工具304、部件306、工件308和定位系统302可以位于预定制造区域310内。定位系统302可包含室内GPS目标定位系统，例如不受使工具304和/或部件306可见性变差的照明或环境条件影响的系统18。

系统300也可包括具有处理器312的基站310。基站310可以与基站26相同，并且可以包括处理器312、存储器314、输入设备316、一个或更多数据库318和一个或更多显示装置320。若干子系统可与包括员工数据库322的基站310通信，该员工数据库保存位于制造设施处的员工的名称和其它相关信息，例如哪些员工有资格使用某些工具和/或执行某些过程。训练/认证记录数据库324可用来存储训练和/或认证记录，该记录表示操作某些工具或执行具体的制造操作需要的训练和/或认证的类型。校准/标准记录数据库326可用来存储工具304的校准和/或认证信息，以及在制造操作期间使用的部件或消耗品的认证信息。制图/处理数据库328可用来存储部件306的制图信息和/或在执行具体制造操作时需要严格遵循的各种制造操作的处理信息。

系统300也可利用校准工具和仪器的校准实验室330。例如，考虑需要将部件(例如螺纹紧固件)固定到指定扭矩(通常是英寸/磅或英尺/磅)的情况。为了验证工具是否符合某种国家标准，它们被校准以符合该标准。这种校准通常基于工具脱离其校准规范的概率周期性地(on a cyclic schedule)发生(即，一年一次，等等)。保持跟踪重新校准日期经常是重要的，因此工作人员总是使用校准工具。

系统300也可利用射频识别(RFID)读取器332，其无线读取附连到部件306的标签并向处理器传输信息以验证特定部件正由操作工具304的个人使用。基站310的处理器312可通过各种有线或无线总线与各子系统322-332通信(根据需要单向或双向通信)。如另一例子，考虑在此飞行器制造业中，通常使用指示校准日期和重新校准日期的粘贴标签(sticker)校准工具。此信息可输入到数据库。理想的情况下，该信息将可以通过附连到RFID读取器332读取的工具的RF标签以电子方式获得。因此，例如，一旦技术人员进入工作单元，RFID读取器332即获知工具被最后校准的时间并且如果工具缺乏校准(即，校准期满)则不允许技术人员使用该工具。

在操作中，使用工具304的个人可使用输入设备316中的一种设备输入他/她的名称以及任何其它需要的信息，例如执行的制造处理的类型。系统300访问制图/处理数据库328以确定需要的有关部件配置的信息。处理器312也可访问训练/认证记录数据库324以确定个人被授权使用系统300，以及将被授权执行即将由个人承担的制造操作的操作人员需要哪些具体的训练或认证。处理器312也可访问校准标准/记录数据库326以检查制造操作中将使用的工具304的校准信息。来自校准实验室330的信息可以传输给处理器312。就在制造操作开始前，处理器优选与RFID读取器332通信以验证操作中使用的部件306(或消耗品)对于承担的具体操作是认证部件或消耗品。

在个人开始使用工具304执行工作操作时，定位系统302连续实时监控工具位置。工具执行(例如，在工具钻头处感测的扭矩)的信息可以无线地或者通过合适电缆使用电子(或可选光学)信号信息实时传输给处理器312。一旦工具产生事件信号(例如，在工具钻头感测的扭矩的急剧下降)，工具304上的传感器向定位系统302无线传输工具的相关部分(例如钻机内钻头的尖端)的位置。定位系统302可以实时地向处理器312传输无线或有线信号，在接收到事件信号时通知处理器工具304的相关部分的先前位置。使用从系统300的所有各数据库和RFID读取器332获得/记录的信息，系统300创建实时电子质量记录以验证刚执行的制造操作的各重要因素。如上所述，这种因素可能包括以下的一个或更多，不限于此：

1)执行操作的个人的名称；

2)该个人具有的训练/认证；

3)形成的特殊处理/操作(一个或更多)；

4)使用的具体工具；

5)使用的具体部件；

6)使用的部件的认证；

7)工具产生事件信号时，工具的相关部分相对工件的具体位置；以及

8)在整个制造操作期间，工具移动和该工具执行的具体处理操作的日志。

参考图8，其示出系统300执行的主要操作的流程图400。最初，获得所有需要的输入，如操作402所示。这些输入可以是上面提到的输入，例如个人名称、个人具有的认证、操作需要的制图或处理信息，等等。在操作404，RFID读取器332从工具304上的标签获得信息，并将该信息传输给处理器312。工具304的监控在操作406开始。关于工具执行的相关实时信息可以被监控和记录，如操作408所示。在操作410，检查工具304是否已经产生事件信号。如果答案是否，则循环回到操作406。如已经产生事件信号，则将事件信号传输给处理器312，如操作412所示，并且工具上的传感器向定位系统302发射关于工具304的位置信息。之后，定位系统302向处理器312提供关于工具304的高准确性位置信息，如操作414所示。系统300使用前面获得的关于制造操作的实施的所有信息来创建详细、实时的电子质量记录，如操作416所示。电子质量记录可存储在存储器314中和/或显示在显示装置320上。各中输出设备，例如打印机，也可连接到基站310以打印出电子质量记录。

根据前述，应理解系统300可用来为其中要求或需要操作实施的高详细记录的实际上任何类型制造处理和操作实时地构建全面的电子质量记录。尽管期望证明系统300在飞行器和航空航天制造操作方面尤其有用，但实际上任何形式的制造、测试、维护或修理操作都可以使用系统300来监控以创建操作的电子记录。制造领域外的操作也可以使用系统300来监控。例如，在医疗环境中，其中需要确保仪器无菌，并且具有部分由个人执行的无菌处理的记录会有帮助，可以实施系统300，稍微加以修改或不作修改。

尽管已经描述了各个实施例，但是本领域技术人员将认识到可做出修改或变化而不违背本公开。示例图解说明各实施例但是并非为了限制本公开。因此，对说明书和权利要求的理解应该不受限制，而只有考虑现有技术的限制是必要的。

Claims

1.一种产生通过工具对结构的特征执行的制造操作的电子质量记录的方法，所述方法包含：

从位于制造环境内的多个信息源产生输入，所述信息源提供至少关于使用的所述工具、使用所述工具的个人和所述个人使用所述工具执行的操作的信息，

使用与所述信息源通信的定位系统监控所述工具的位置和操作，并且在从所述工具接收到事件信号之后确定所述工具的位置，所述事件信号指示所述操作的完成；

使用与所述定位系统通信的处理器接收产生的输入；

进一步使用所述处理器来选择所述结构中与所确定的所述工具的位置最接近的多个特征作为候选特征；

进一步使用所述处理器来通过确定工具尖端位置和取向与每个候选特征的位置和取向匹配的概率，以此针对每一个所述候选特征计算这个特定的候选特征是在所述事件信号产生时操作的特征的概率；

进一步使用所述处理器来通过确定具有最高概率值的候选特征来确定操作的特征，由此验证在具有最高概率值的特征上操作的任务完成；以及

进一步使用所述处理器来当使用所述工具执行的操作完成时产生电子记录，所述电子记录适于标识对所述特征的操作由所述个人根据预定标准使用所述工具执行。

2.根据权利要求1所述的方法，其中使用定位系统包含使用室内全球定位系统(GPS)定位系统，所述定位系统响应从所述工具上承载的位置传感器传输的信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其中从多个信息源产生输入包含从个人的数据库产生输入，所述个人被授权使用所述工具执行所述操作。

4.根据权利要求1所述的方法，其中从多个信息源产生输入包含从关于所述工具的校准的校准信息数据库产生输入。

5.根据权利要求1所述的方法，其中从多个信息源产生输入包含使用与射频(RF)识别标签进行射频通信的RF识别系统产生信息，所述RF识别标签由所述工具执行所述操作时作用的结构承载。

6.根据权利要求1所述的方法，其中从多个信息源产生输入包含使用射频识别(RFID)读取器读取关于所述操作在其上执行的结构的RFID标签，以告知处理器所述结构的性质。

7.根据权利要求1所述的方法，其中使用处理器包含使用形成集成电子监控系统的部分的处理器，所述集成电子监控系统能够存储信息并在显示系统上显示至少部分所述电子记录。

8.一种产生通过工具对结构的特征执行的制造操作的电子记录的系统，所述系统包含：

位于制造环境内的多个信息源，所述信息源提供至少关于使用的所述工具、使用所述工具的个人和所述个人使用所述工具执行的操作的信息，

位于所述制造环境内与所述信息源通信以监控所述工具的位置和操作的定位系统，并且所述定位系统被配置为在从所述工具接收到事件信号之后确定所述工具的位置，所述事件信号指示所述操作的完成；以及

基站，所述基站具有与所述定位系统通信的处理器以接收产生的输入；

所述处理器被配置为选择所述结构中与所确定的所述工具的位置最接近的多个特征作为候选特征；

所述处理器进一步被配置为通过确定工具尖端位置和取向与每个候选特征的位置和取向匹配的概率，以此针对每一个所述候选特征计算这个特定的候选特征是在所述事件信号产生时操作的特征的概率；

所述处理器进一步被配置为通过确定具有最高概率值的候选特征来确定操作的特征，由此验证在具有最高概率值的特征上操作的任务完成；以及

所述处理器进一步被配置为在所述工具用来执行的所述操作完成时产生电子记录，所述电子记录适于标识对所述特征的操作由所述个人根据预定标准使用所述工具执行。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述定位系统包括与位于所述工具上的定位传感器通信的室内全球定位系统(GPS)。

10.根据权利要求8所述的系统，进一步包括在所述操作期间与所述工具作用的结构通信的射频识别(RFID)读取器，并且其中所述结构包括RF识别标签。