CN107390649A - 一种项目型产品加工物联网支持系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种项目型产品加工物联网支持系统，包括：信息管理模块、加工资源跟踪模块、数据采集模块、实时监测模块，其中：信息管理模块用于对所涉及加工资源的信息进行存储和查看；加工资源跟踪模块用于对所涉及加工资源进行唯一标记和识别；数据采集模块用于采集整个加工阶段所使用的加工资源信息和加工过程中的机床主轴功率数据；实时监测模块用于对加工过程中采集的数据进行分析和处理，并在异常情况下能够报警，提醒现场操作人员和管理者。本发明能够优化加工资源配置，提高加工资源的利用效率，降低管理和维护成本，提高生产效益。

Description

一种项目型产品加工物联网支持系统
技术领域
本发明涉及智能制造领域，具体的，涉及一种项目型产品加工物联网支持系统。
背景技术
项目型产品零件加工主要采用多台离散数控机床等设备组成的制造系统，并且由操作人员将工件在各个设备之间运转。由于项目型产品涉及的工序多，由此参与加工的工人、机床、刀具、量具、工装、工艺文件、质量检查表很多。实时在线监控加工所涉及的人、机床、物料、工装、工艺文件的状态，对于保证项目型产品零件的质量，处理突发状况以及进行有序、高效的生产具有重要意义。
经对现有技术文件检索发现，公开号为CN204883753U、申请为CN201520407363.7的中国专利，其公开了一种基于物联网的车间物料信息服务平台，所述信息服务平台包括服务器、物料信息采集装置、物料信息处理装置、物料状态监控装置以及输入装置。所述的物联网信息服务平台能够采集、管理物料从原材料到半成品再到成品的信息，监控物料从原材料到成品的加工过程；物料的辨识是通过RFID标签读写器来完成的。
但是，该专利设计的技术主要存在以下不足：
(1)信息服务平台没有采集、管理、监控除物料外的工人，机床，刀具，量具、工装，工艺文件，质量检查表等信息，不利于管理者对加工现场全面信息的了解，不利于实现对加工资源的优化配置，且在遇到突发情况时因了解的信息少，处理难度大；
(2)信息服务平台中，利用RFID标签对物料作唯一标识，RFID标签易受金属、切削液等环境影响，粘贴位置受限，大量使用时成本高；
(3)信息服务平台中，仅做到对部分加工资源的监测，缺乏对加工过程的监测，不能及早发现问题。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明提供一种项目型产品加工物联网支持系统，能很好的克服上述背景技术中存在的技术问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供一种项目型产品加工物联网支持系统，包括信息管理模块、加工资源跟踪模块、数据采集模块、实时监测模块，其中：
所述信息管理模块，用于对所涉及的加工资源信息进行存储和/或查看；
所述加工资源跟踪模块，用于对所涉及的加工资源进行唯一标记和识别；
所述数据采集模块，用于实时在线采集各个加工过程所使用的加工资源信息和加工过程中的机床主轴功率信号，采集到的信息和信号上传到信息管理模块；
所述实时监测模块，用于对加工过程中采集并上传到信息管理模块的信息数据进行分析和处理，并在出错或者异常情况下报警，以提醒现场操作人员和管理者。
优选的，所述的信息管理模块，包括：服务器、电脑端、网络端；其中：
所述服务器用于搭建数据库，所涉及的加工资源信息、数据采集模块在加工过程中实时在线采集到的信息和工位电脑端或平板端上传的信息以及实时监测模块对数据处理的结果均存放于服务器的数据库；
所述电脑端用于录入和查看所涉及的加工资源信息：在加工之前，将所要涉及的原材料、操作人员、机床、刀具、量具、工装、工艺文件、质量检查表的信息通过电脑端录入到服务器的数据库中；在加工过程中和加工结束后通过电脑端查看已录入的信息；
所述网络端用于管理者下达生产任务、访问服务器的数据库，以随时查看生产进度；用于在出现突发、异常情况下对加工资源进行调度，以高效解决问题。
更优选地，所述录入到服务器的数据库中的信息包括每一加工资源的唯一序列号，以及与该序列号对应加工资源的详细信息。
优选的，所述的加工资源跟踪模块，包括：RFID员工卡、RFID读卡器、二维码、激光标刻机、打印机、扫码枪；其中：
所述RFID员工卡用于记录员工身份信息，以作为员工的唯一识别；
所述FRID读卡器用于读取操作人员的RFID员工卡的信息；
所述二维码作为原材料、机床、刀具、量具、工装、工艺文件、质量检查表的身份识别标识，对原材料、机床、刀具、量具、工装、工艺文件、质量检查表标刻或者打印二维码，且每个二维码对应唯一的序列号，从而分辨各加工资源；
所述激光标刻机用于在原材料、机床、刀具、量具、工装上标刻二维码；
所述打印机用于在工艺文件、质量检查表上打印二维码；
所述扫码枪用于扫描标刻或打印在加工资源上的二维码，以读取二维码上对应的序列号信息，从而识别各加工资源。
优选的，所述的数据采集模块，包括：功率监测系统、工位电脑端、平板端、刀具磨损测量系统；其中：
所述功率监测系统用于实时在线监测加工过程中的机床主轴功率，并将采集到的功率数据上传到服务器的数据库中；
所述工位电脑端用于上传加工进度信息到服务器的数据库，并可以进一步显示操作人员RFID员工卡信息；
所述平板端功能与工位电脑端完全相同，用于工件在移动过程中的监控，并作为工位电脑端的补充，在不方便使用工位电脑端的情况下使用平板端；
所述刀具磨损测量系统用于测量刀具磨损量，并将测量到的刀具磨损量测量结果上传到服务器的数据库中，刀具磨损量的信息作为刀具修磨的依据，而刀具的总修磨量作为刀具选用的依据。
更优选地，所述工位电脑端安装于机床旁，且在每个工位电脑端配有一把扫码枪和RFID读卡器；在即将进行加工时，操作人员在RFID读卡器上刷RFID员工卡以获取操作权限，同时记录下操作人员信息；操作人员再用扫码枪扫描原材料/工件、机床、刀具、量具、工装、工艺文件、质量检查表上的二维码，并将扫描到的加工资源信息通过信息管理模块中的电脑端上传到服务器的数据库中，换刀时扫描即将换上的刀具的二维码，以此实现对加工资源的全过程跟踪。
更优选地，所述工位电脑端还用于采集机床所使用的切削参数。
优选的，所述的实时监测模块，包括：数据处理与分析系统、报警系统；其中：
所述数据处理与分析系统对加工过程中上传到服务器中的数据进行处理与分析：在对加工资源上的二维码扫描后，数据处理与分析系统判别该加工资源使用于该步骤是否正确，即某工序所使用的刀具、量具、工装是否正确，有无错拿错用；对实时在线采集到的机床主轴功率数据进行处理分析，得出当前是否处于加工状态，如果加工过程中出现机床因故障而停机，则报警系统会进行报警。
所述报警系统对加工过程中出错或者出现异常情况进行报警。
更优选地，所述报警系统对加工过程中出错或者异常情况进行报警，包括：
在加工过程中选错刀具、量具、工装、工艺文件、质量检查表，使用错误的参数会在工位电脑端和/或平板端出现弹窗，提醒操作工人错误类型；
当机床出现因故障而停机的异常情况时提醒管理人员和操作人员。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明所述系统可以将包括物料、机床、操作人员、刀具、量具和工装、工艺文件、质量检查表所有加工资源进行唯一身份标记，在整个加工过程中对加工资源进行跟踪，可以监测机床、刀具是否处于正常的加工状态；在多次加工过程结束后可以统计出所有加工资源的利用率，为后期加工中资源管理与配置提供参考依据，提高加工资源的利用效率；
(2)本发明所述系统对除操作人员外的加工资源采用二维码进行标识，激光标刻在金属上的二维码具有标记时间长，不易受环境影响，不易出错，成本低的优点；
(3)本发明所述系统在线可监测工件的加工过程，通过分析机床主轴功率信号可以得出机床是否处于加工状态和工件的加工进度。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一实施例的系统结构框图；
图2为本发明一实施例的工作流程图；
图中：信息管理模块1，加工资源跟踪模块2，数据采集模块3，实时监测模块4；
服务器11，电脑端12，网络端13；
RFID员工卡21，RFID读卡器22，二维码23，激光标刻机24，打印机25，扫码枪26；
功率监测系统31，工位电脑端32，平板端33；刀具磨损测量系统34；
数据处理与分析系统41，报警系统42。
具体实施方式
为了使本发明的优点、技术方案更易加清楚明白，以下结合附图，利用实施例对本发明作进一步的说明。应当理解，该实施例仅用于解释本发明，并不限定本发明。
如图1所示，一种项目型产品加工物联网支持系统的优选实施例的示意图，所述系统包括：信息管理模块1，加工资源跟踪模块2，数据采集模块3，实时监测模块4；其中：
所述信息管理模块1用于对所涉及加工资源的信息进行存储和查看；
所述加工资源跟踪模块2用于对加工所涉及的所有资源进行唯一标记和识别；
所述数据采集模块3用于实时在线采集整个加工过程的信息，并将采集到的信息上传到信息管理模块1；
所述实时监测模块4用于实时处理和分析上传至信息管理模块1的信息，并能对出错或者异常情况进行报警，以提醒现场操作人员和管理者。
本发明所述系统能够对加工产品所涉及的操作人员、机床、刀具、量具、工装、工艺文件、质量检查表所有资源进行标记、识别、跟踪；所述系统能够记录机床在加工时使用的切削参数，采集加工过程中机床主轴功率信号，并能通过信号分析判断当前机床是否处于加工状态，如果加工过程中出现机床因故障而停机，则报警系统会进行报警。所述系统能够通过电脑、平板、网络端上传或者查看各种信息。
以下对各部分的详细技术特征进行描述，以增加对于本发明技术的理解。
如图1所示，在部分实施例里，所述的信息管理模块1，包括：服务器11、电脑端12、网络端13；其中：
所述服务器11用于搭建数据库，该数据库用于存储所涉及加工资源的信息、加工过程中所采集信息以及对采集的信息处理结果，管理者通过网络端13访问数据库；
所述电脑端12用于录入和查看所涉及加工资源的信息，将原料到成品的加工过程中涉及的所有加工资源，包括物料、机床、刀具、量具、工装、工艺文件、质量检查表的信息录入数据库；并且按加工步骤分类，在后期加工使用时便能判断加工所使用的加工资源是否正确；还可以通过电脑端12随时查看和在一定权限下修改所涉及加工资源的信息；
所述网络端13是可通过网络浏览器访问的网页，用于管理者下达生产任务和查看整个加工过程进度；用于在出现突发、异常情况下对加工资源进行调度，以高效解决问题。
如图1所示，在部分实施例里，所述的加工资源跟踪模块2，包括：RFID员工卡21、RFID读卡器22、二维码23、激光标刻机24、打印机25、扫码枪26；其中：
所述RFID员工卡21用于记录员工身份信息，用于作为员工身份的唯一识别；
所述FRID读卡器22用于读取操作人员的RFID员工卡21的信息，操作人员在操作之前需要在RFID读卡器22上刷RFID员工卡21以获取操作权限；
所述二维码23作为原材料、机床、刀具、量具、工装、工艺文件、质量检查表的身份识别标识，各加工资源标刻二维码23，每个二维码23包含唯一的序列号信息，从而分辨各加工资源；
所述激光标刻机24用于在原材料、机床、刀具、工装上标刻二维码23；
所述打印机25用于在工艺文件、质量检查表上打印二维码23；
所述扫码枪26用于扫描标刻或打印在加工资源上的二维码23，使用扫码枪26扫描后即可以识别所使用的资源。
作为一优选的实施方式，所述的激光标刻机24采用Automator纳米级激光打标设备；
所述的二维码23的最小尺寸可达3×3mm，可标刻在成型铣刀的刀柄上，从而不影响刀具的安装和切削性能；
所述的扫码枪26采用COGNEX DM8500型扫码枪。
在部分实施例里，所述的数据采集模块3，包括：功率监测系统31、工位电脑端32、平板端33、刀具磨损测量系统34；其中：
所述功率监测系统31用于实时在线监测机床主轴功率大小，分析机床主轴功率数据可以判断机床是否处于加工状态和工件的加工进度；采集到的功率数据上传到服务器的数据库中；
所述工位电脑端32是用于Windows系统的PC应用程序，用于在加工时记录加工步骤中使用的加工资源，每个工位电脑端32分别配有RFID读卡器22和扫码枪26，在开始加工或者换刀时，操作人员先刷RFID员工卡21，再用扫码枪26扫描即将要使用的刀具、工装的二维码23，以此实现加工资源跟踪；
所述平板端33是应用于Windows10系统的平板应用程序，功能与工位电脑端32一样，但平板端33具有位置可灵活移动的优点，可以在不方便安装工位电脑端32或者在工件移动至其他工位时的过程中使用；
所述刀具磨损测量系统34用于加工完成后测量刀具的磨损量，将刀具的磨损量信息上传到服务器11的数据库，给刀具的修磨提供参考，而刀具的总修磨量作为刀具选用的依据。
作为一种优选的实施方式，所述功率监测系统31采用电流互感式功率监测系统，在机床电气柜中嵌入功率监测系统31，无需改造原有的机床线路，安装方便。
作为一种优选的实施方式，所述刀具磨损测量系统34采用型号为XDC-10A-E630的工业显微镜。
如图1所示，在部分实施例里，所述的实时监测模块4，包括：数据处理与分析系统41，报警系统42；其中：
所述数据处理与分析系统41用于处理和分析相关数据得出：加工前使用加工资源是否正确、加工中工件的加工进度、加工完成后刀具再次修磨时的修磨量；
所述报警系统42对现场出现的异常情况进行特定形式的报警，在加工资源使用错误的情况下，会在工位电脑端32或平板端33显示界面上进行弹窗报警，提醒操作人员所使用的加工资源拿错；在加工过程中机床出现因故障而停机的异常情况时，报警系统42会发出特定的声音和光来提醒现场操作人员和管理者。
基于以上所述系统的具体实施方式，可以实现以下工作流程(如图2所示)：
在工件开始加工之前，将所要用到的原材料信息、机床信息(每台机床对应的唯一序列号和重要参数)、操作人员信息、刀具信息、量具信息、工装信息、工艺文件信息、质量检查表信息录入到服务器11的数据库中；
开始加工时，操作工人在RFID读卡器22上刷RFID员工卡21表示该工人进行接下来的操作，在安装刀具之前，用扫码枪26扫描即将换上的刀具上的二维码23表示该刀具将进行接下来的切削工作；
开始加工后，功率监测系统31实时采集机床主轴功率数据，并将采集到的数据上传到服务器11的数据库，数据处理与分析系统41对采集、上传到服务器11的数据库中的数据进行处理，如果异常报警系统42则通过声音/光进行报警，提醒操作人员和管理人员。
在进行多次的加工流程后，还能够对加工资源的利用率进行统计，进一步优化加工资源的配置，提高加工资源的利用率，节省管理和维护成本，提高生产效益。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种项目型产品加工物联网支持系统，其特征在于，包括信息管理模块、加工资源跟踪模块、数据采集模块和实时监测模块，其中：
所述信息管理模块，用于对所涉及的加工资源信息进行存储和/或查看；
所述加工资源跟踪模块，用于对所涉及的加工资源进行唯一标记和识别；
所述数据采集模块，用于实时在线采集各个加工过程所使用的加工资源信息和加工过程中的机床主轴功率信号，采集到的信息和信号上传到所述信息管理模块；
所述实时监测模块，用于对加工过程中采集并上传到所述信息管理模块的信息进行分析和处理，并在出错或者异常情况下报警。
2.根据权利要求1所述的一种项目型产品加工物联网支持系统，其特征在于，所述信息管理模块，包括：服务器、电脑端和网络端，其中：
所述服务器用于搭建数据库，所涉及的加工资源信息、所述数据采集模块在加工过程中实时在线采集到的信息、所述电脑端上传的信息以及所述实时监测模块对数据处理的结果均存放于所述服务器的数据库；
所述电脑端用于录入和查看所涉及的加工资源信息；在加工之前，所述电脑端将所要涉及的原材料、操作人员、机床、刀具、量具、工装、工艺文件、质量检查表的信息录入到所述服务器的数据库中；在加工过程中和加工结束后，所述电脑端用于查看已录入的信息；
所述网络端用于管理者下达生产任务、访问所述服务器的数据库，以随时查看生产进度，并用于在出现突发、异常情况下对加工资源进行调度，以高效解决问题。
3.根据权利要求2所述的一种项目型产品加工物联网支持系统，其特征在于，录入到所述服务器的数据库中的信息包括每一加工资源的唯一序列号，以及与该序列号对应加工资源的详细信息。
4.根据权利要求1所述的一种项目型产品加工物联网支持系统，其特征在于，所述加工资源跟踪模块，包括：RFID员工卡、RFID读卡器、二维码、激光标刻机、打印机和扫码枪，其中：
所述RFID员工卡用于记录员工身份信息，以作为员工的唯一识别；
所述FRID读卡器用于读取操作人员的RFID员工卡的信息；
所述二维码作为原材料、机床、刀具、量具、工装、工艺文件、质量检查表的身份识别标识，对原材料、机床、刀具、量具、工装、工艺文件、质量检查表标刻或打印二维码，且每个二维码对应唯一的序列号，从而分辨各加工资源；
所述激光标刻机用于在原材料、机床、刀具、量具、工装上标刻二维码；
所述打印机用于在工艺文件、质量检查表上打印二维码；
所述扫码枪用于扫描标刻或打印在加工资源上的二维码，以读取二维码上对应的序列号信息，从而识别各加工资源。
5.根据权利要求1所述的一种项目型产品加工物联网支持系统，其特征在于，所述数据采集模块，包括：功率监测系统、工位电脑端、平板端和刀具磨损测量系统，其中：
所述功率监测系统，用于实时在线监测加工过程中的机床主轴功率，并将采集到的功率信号上传到服务器的数据库中；
所述工位电脑端，用于上传加工进度信息到服务器的数据库；
所述平板端，用于工件在移动过程中的监控，并作为工位电脑端的补充，在不方便使用工位电脑端的情况下使用平板端；
所述刀具磨损测量系统，用于测量刀具磨损量，并将测量到的刀具磨损量测量结果上传到服务器的数据库，刀具磨损量的信息作为刀具修磨的依据，而刀具的总修磨量作为刀具选用的依据。
6.根据权利要求5所述的一种项目型产品加工物联网支持系统，其特征在于，所述工位电脑端安装于机床旁，且在每个工位电脑端配有一把扫码枪和RFID读卡器，在即将进行加工时，操作人员在RFID读卡器上刷RFID员工卡以获取操作权限，同时记录下操作人员信息；操作人员再用扫码枪扫描原材料、工件、机床、刀具、量具、工装、工艺文件、质量检查表上的二维码，并将扫描到的加工资源信息通过信息管理模块中的电脑端上传到服务器的数据库中，换刀时扫描即将换上的刀具的二维码，以此实现对加工资源的全过程跟踪；
所述工位电脑端还用于采集机床所使用的切削参数。
7.根据权利要求5所述的一种项目型产品加工物联网支持系统，其特征在于，所述刀具磨损测量系统测量磨损量的结果包括数据和图片，刀具磨损量的信息作为刀具修磨的依据，而刀具的总修磨量作为刀具选用的依据。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种项目型产品加工物联网支持系统，其特征在于，所述实时监测模块，包括：数据处理与分析系统、报警系统，其中：
所述数据处理与分析系统对加工过程中上传到服务器中的数据进行处理与分析：在对加工资源上的二维码扫描后，数据处理与分析系统判别该加工资源使用于该步骤是否正确，即某工序所使用的刀具、量具、工装是否正确，有无错拿错用；对实时在线采集到的机床主轴功率数据进行处理分析，得出机床是否处于加工状态，如果出现由于故障停机的异常则通过报警系统进行报警；
所述报警系统对加工过程中出错或者异常情况进行报警。
9.根据权利要求8所述的一种项目型产品加工物联网支持系统，其特征在于，所述报警系统对加工过程中出错或者异常情况进行报警，包括：
在加工过程中选错刀具、量具，使用错误的参数会在工位电脑端和/或平板端出现弹窗，提醒操作工人错误类型；
当机床出现由于故障停机的异常时，则通过设定的声音和/或颜色，提醒操作人员和管理者。
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