CN105629943A - 一种基于可穿戴设备的制造系统及其运行方法 - Google Patents

一种基于可穿戴设备的制造系统及其运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于可穿戴设备的制造系统及其运行方法，属于工业生产制造领域。一种基于可穿戴设备的制造系统，包括MES服务器、总线网络、无线网络、设备控制器和可穿戴设备；所述MES服务器和无线网络均与总线网络通信连接；所述MES服务器包括服务器计算机和MES数据库，所述服务器计算机上安装有MES软件；所述MES软件调用MES数据库的数据；所述MES软件完成通信、用户管理和操作任务的规划。该基于可穿戴设备的制造系统及其运行方法将工人及其操作融入到MES中，MES实时向工人分配任务并采集工人操作数据，实现了数据采集自动化和数据快速融合，且完善工人绩效管理和产品质量追踪管理。

Description

一种基于可穿戴设备的制造系统及其运行方法
技术领域
本发明涉及一种基于可穿戴设备的制造系统及其运行方法，属于工业生产制造领域。
背景技术
当前制造业中的很多制造间（如纺织、数控加工、包装等行业）多为“一人操作多机”工作形式，上下料、等操作仍然由工人“周期性轮询”完成，需要管理员实时向工人分配任务并采集工人操作数据，当工人数量较多时，对于工人绩效管理和产品质量追踪管理需要耗费更多的人力物力，从而降低整体工作效率，延长产品生产周期；在传达的过程中也容易出现失误（抄报数据不及时、数据无验证、传达数据易出错等），并且无法实时监控每个工人的工作进度情况和根据个体进度不同来分配任务。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于可穿戴设备的制造系统及其运行方法，该基于可穿戴设备的制造系统及其运行方法利用了MES和RFID技术。
MES又称为制造执行系统，位于企业计划管理层与工业控制层之间，目标是将企业上层数据与生产过程融合，实现生产管理和调度执行等。RFID技术，又称无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。
本发明将工人及其操作融入到MES中，MES实时向工人分配任务并采集工人操作数据，实现了数据采集自动化和数据快速融合，且完善工人绩效管理和产品质量追踪管理。
本发明的技术方案如下：
一种基于可穿戴设备的制造系统，包括MES服务器、总线网络、无线网络、设备控制器和可穿戴设备；所述MES服务器和无线网络均与总线网络通信连接；
所述MES服务器包括服务器计算机和MES数据库，所述服务器计算机上安装有MES软件；所述MES软件调用MES数据库的数据；所述MES软件完成通信、用户管理和操作任务的规划；
所述设备控制器包括下位机控制器、RFID读卡器以及上位控制计算机，所述上位控制计算机上安装有上位控制计算机软件；所述下位机控制器和RFID读卡器分别与所述上位控制计算机通信连接，所述上位控制计算机与所述总线网络连接，所述设备控制器根据RFID读卡器读取的数据，由下位机控制器监测和控制生产设备的运行，并将监测数据通过总线网络传输给MES服务器；
所述可穿戴设备包括通信模块、应用软件、RFID电子标签和输出装置；所述输出装置包括显示模块、扬声器模块和振动器模块；
所述可穿戴设备穿戴在操作者身上，所述RFID电子标签附着在可穿戴设备的机体上或独立穿戴在操作者身上；所述通信模块与无线网络通信连接，所述应用软件解析通信模块的数据并通过显示模块显示，再根据接收到的数据驱动扬声器模块或振动器模块，然后通过声音或振动的形式提示操作者。
其中，所述总线网络采用Ethercat、CAN、profibus、profinet或以太网；所述无线网络采用蓝牙或WIFI。
上述基于可穿戴设备的制造系统的运行方法，其步骤如下：
一、首先将车间内各设备的位置关系、设备间的路径长度数据预先保存在MES服务器上的MES数据库中；
二、操作者完成MES软件分配的生产设备上的操作任务后，在设备控制器上的RFID读卡器上读取RFID电子标签的数据；
三、所述设备控制器将读取的RFID电子标签标识的数据通过总线网络传输给服务器计算机，下位机控制器监测和控制此时生产设备的运行状态，服务器计算机MES软件通过RFID读卡器读取的标识数据，定位操作者的位置，并把操作者和工作的数据保存MES数据库中；
四、MES软件处理各个操作者的位置信息和当前有操作任务的生产设备的位置信息后，再将操作任务数据依次通过总线网络和无线网络传输给该操作者佩戴的可穿戴设备上的通信模块；
五、可穿戴设备上运行的应用软件解析通信模块的数据并通过显示模块显示，再根据接收到的数据驱动扬声器模块或振动器模块，然后通过声音或振动的形式提示操作者，操作者接收到任务并完成其任务操作后返回第二步。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明将工人及其操作融入到MES服务器中，MES服务器实时向工人分配任务并采集工人操作数据，实现了数据采集自动化和数据快速融合，大大地节约了人力物力。
2、本发明可以将MES服务器的数据和指令快速下达给车间的操作工人和设备。
3、本发明设置的可穿戴设备穿戴于工人身上，能够实时跟随工人移动，采集每个工人的操作数据，有利于绩效管理和产品质量管理。
4、本发明可以提高车间工人的操作效率，从而缩短产品生产周期。
附图说明
图1为本发明实施例一的示意图；
图2为本发明的一种应用场景示意图。
图中附图标记表示为：
1-MES服务器、11-服务器计算机、12-MES数据库、13-MES软件、2-以太网路由器、3-WIFI路由器、4-设备控制器、41-下位机控制器、42-RFID读卡器、43-上位控制计算机、5-可穿戴设备、51-通信模块、52-应用软件、53-RFID电子标签、54-显示模块、55-扬声器模块、56-振动器模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。
实施例一，如图1所示，一种基于可穿戴设备的制造系统，包括MES服务器1、以太网路由器2、WIFI路由器3、设备控制器4和可穿戴设备5；所述MES服务器1和WIFI路由器3均与以太网路由器2通信连接；
所述MES服务器1包括服务器计算机11和MES数据库12，所述服务器计算机11上安装有MES软件13；所述MES数据库12用于保存数据，所述MES软件13调用MES数据库12的数据；所述MES软件13完成通信、用户管理和操作任务的规划；
所述设备控制器4包括下位机控制器41、RFID读卡器42以及上位控制计算机43，所述上位控制计算机43上安装有上位控制计算机软件；所述下位机控制器41和RFID读卡器42分别与所述上位控制计算机43通信连接，所述上位控制计算机43与所述以太网路由器2连接，所述设备控制器4根据RFID读卡器42读取的数据，由下位机控制器41监测和控制生产设备的运行（如故障、停机、需要上下料等），并将监测数据通过以太网路由器2传输给MES服务器1；
所述可穿戴设备5（如智能手表、手机、虚拟现实显示设备、增强现实显示设备）包括通信模块51、应用软件52、RFID电子标签53和输出装置；所述输出装置包括显示模块54、扬声器模块55和振动器模块56；
所述可穿戴设备5穿戴在操作者身上（如手腕、手臂、脖子、胸前、眼睛前方等），所述RFID电子标签53附着（如粘结）在可穿戴设备5的机体上或独立穿戴在操作者身上；所述通信模块51与WIFI路由器3通信连接，所述应用软件52解析通信模块51的数据并通过显示模块54显示，再根据接收到的数据驱动扬声器模块55或振动器模块56，然后通过声音或振动的形式提示操作者。
如图2所示，上述制造系统的运行方法，其步骤如下：
一、首先将车间内各设备的位置关系、设备间的路径长度数据预先保存在MES服务器1上的MES数据库12中；
二、操作者完成MES软件13分配的生产设备上的操作任务后，在设备控制器4上的RFID读卡器42上读取RFID电子标签53的数据；
三、该设备控制器4将读取的RFID电子标签53标识的数据通过以太网路由器2网络传输给服务器计算机11，下位机控制器41监测和控制此时生产设备的运行状态，服务器计算机11及MES软件13通过RFID读卡器42读取的标识数据，定位操作者的位置，并把操作者和工作的数据保存MES数据库12中；
四、MES软件13处理各个操作者的位置信息和当前有操作任务的生产设备的位置信息后，再将操作任务数据依次通过以太网路由器2和WIFI路由器3网络传输给该操作者佩戴的可穿戴设备5上的通信模块51；
五、可穿戴设备5上运行的应用软件52解析通信模块51的数据并通过显示模块54显示，再根据接收到的数据驱动扬声器模块55或振动器模块56，然后通过声音或振动的形式提示操作者，操作者接收到任务并完成其任务操作后返回第二步。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于可穿戴设备的制造系统，其特征在于：包括MES服务器（1）、总线网络、无线网络、设备控制器（4）和可穿戴设备（5）；所述MES服务器（1）和无线网络均与总线网络通信连接；
所述MES服务器（1）包括服务器计算机（11）和MES数据库（12），所述服务器计算机（11）上安装有MES软件（13）；所述MES软件（13）调用MES数据库（12）的数据；所述MES软件（13）完成通信、用户管理和操作任务的规划；
所述设备控制器（4）包括下位机控制器（41）、RFID读卡器（42）以及上位控制计算机（43），所述上位控制计算机（43）上安装有上位控制计算机软件；所述下位机控制器（41）和RFID读卡器（42）分别与所述上位控制计算机（43）通信连接，所述上位控制计算机（43）与所述总线网络连接，所述设备控制器（4）根据RFID读卡器（42）读取的数据，由下位机控制器（41）监测和控制生产设备的运行，并将监测数据通过总线网络传输给MES服务器（1）；
所述可穿戴设备（5）包括通信模块（51）、应用软件（52）、RFID电子标签（53）和输出装置；所述输出装置包括显示模块（54）、扬声器模块（55）和振动器模块（56）；
所述可穿戴设备（5）穿戴在操作者身上，所述RFID电子标签（53）附着在可穿戴设备（5）的机体上或独立穿戴在操作者身上；所述通信模块（51）与无线网络通信连接，所述应用软件（52）解析通信模块（51）的数据并通过显示模块（54）显示，再根据接收到的数据驱动扬声器模块（55）或振动器模块（56），然后通过声音或振动的形式提示操作者。
2.根据权利要求1所述的基于可穿戴设备的制造系统，其特征在于：所述总线网络采用Ethercat、CAN、profibus、profinet或以太网；所述无线网络采用蓝牙或WIFI。
3.一种根据权利要求1或2所述的基于可穿戴设备的制造系统的运行方法，其特征在于：其运行步骤如下：
一、首先将车间内各设备的位置关系、设备间的路径长度数据预先保存在MES服务器（1）上的MES数据库（12）中；
二、操作者完成MES软件（13）分配的生产设备上的操作任务后，在设备控制器（4）上的RFID读卡器（42）上读取RFID电子标签（53）的数据；
三、所述设备控制器（4）将读取的RFID电子标签（53）标识的数据通过总线网络传输给服务器计算机（11），下位机控制器（41）监测和控制此时生产设备的运行状态，服务器计算机（11）及MES软件（13）通过RFID读卡器（42）读取的标识数据，定位操作者的位置，并把操作者和工作的数据保存MES数据库（12）中；
四、MES软件（13）处理各个操作者的位置信息和当前有操作任务的生产设备的位置信息后，再将操作任务数据依次通过总线网络和无线网络传输给该操作者佩戴的可穿戴设备（5）上的通信模块（51）；
五、可穿戴设备（5）上运行的应用软件（52）解析通信模块（51）的数据并通过显示模块（54）显示，再根据接收到的数据驱动扬声器模块（55）或振动器模块（56），然后通过声音或振动的形式提示操作者，操作者接收到任务并完成其任务操作后返回第二步。
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