CN108710346A - 基于虚拟融合的汽车总装线智能化监控装置与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及智能监控领域，具体涉及一种基于虚拟融合的汽车总装线智能化监控装置与方法，旨在解决汽车总装线远程监控和管理的精确性和安全性。本发明的智能化监控装置，包括：射频识别模块、无线传感网络模块、多媒体模块、状态监控模块、工艺监控模块、参数监控模块、人工智能模块、虚拟工厂、备用电源模块。人工智能模块接收射频识别模块、无线传感网络模块、状态监控模块、工艺监控模块，以及参数监控模块发送来的信息，并进行处理，将处理结果发送到虚拟工厂中显示出来。多媒体模块、状态监控模块、工艺监控模块、参数监控模块可以为管理人员提供详细的音视频和数据、报表等。本发明实现了对汽车总装线的远程、智能化、精细化监控和管理。
Description
技术领域
本发明涉及智能监控领域，具体涉及一种基于虚拟融合的汽车总装线智能化监控装置与方法。
背景技术
随着工业现场生产过程中工艺、效率、质量的要求越来越高和自动化、信息化技术的日益快速发展，对生产过程中的实时监控越来越重要。目前市场上监控装置用的比较多的是简单的视屏监控，需要耗费大量的人力物力，而且由于摄像头观察的角度和范围有限，难免会出现各式各样的疏漏。为了工业生产的精确性和高效性以及安全性，降低成本，急需一款高度智能化的监控装置。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出了一种基于虚拟融合的汽车总装线智能化监控装置与方法，实现了可靠地远程监控生产现场设备和人员。
本发明提出一种基于虚拟融合的汽车总装线智能化监控装置，包括：射频识别模块、无线传感网络模块、多媒体模块、状态监控模块、工艺监控模块、参数监控模块、人工智能模块，以及虚拟工厂；
所述射频识别模块，用于通过射频识别技术检测汽车总装线中车辆的型号以及所在位置，并发送到所述人工智能模块；
所述无线传感网络模块，为各传感器模块的集合，用于采集汽车总装线的过程数据及异常报警数据，并发送到所述人工智能模块；
所述多媒体模块，用于实时播放或回放从所述汽车总装线采集的音频、视频；
所述状态监控模块，用于获取汽车总装线中EMS、滑板线、底盘合装线的电机速度、所在位置、传感信号和设备开关状态，并发送到所述人工智能模块；
所述工艺监控模块，用于获取汽车总装线上各工位对应车辆型号及信息，从而判断总装线上各车辆对应的工艺步骤，并将判断结果发送到所述人工智能模块；
所述参数监控模块，用于获取总装车辆上线数量、下线数量，以及各设备工作参数和执行情况，并发送到所述人工智能模块；
所述人工智能模块，用于接收所述射频识别模块、所述无线传感网络模块、所述状态监控模块、所述工艺监控模块，以及所述参数监控模块发送来的信息，并进行处理，将处理结果发送到所述虚拟工厂；
所述虚拟工厂，为根据所述汽车总装线的设备、参数在计算机中构建的虚拟系统，用于根据所述处理结果在虚拟系统中显示所述汽车总装线的当前状态。
优选地，所述人工智能模块，包括：专家意见库、设备参数库、挖掘算法模块、人工智能分析模块、评估报告模块；
所述专家意见库，用于储存专家对各种设备的异常及故障处理方法的参考意见；
所述设备参数库，包括设备铭牌上的参数，用于当设备发生故障或错误时，对设备参数进行查询和修改；
所述挖掘算法模块，用来对存储的过程数据进行直接或间接地挖掘分析，从而快速过滤无用数据；包括三个阶段：数据准备、数据挖掘、结果表达和解释；
所述人工智能分析模块，根据人工智能算法以及累计的经验对数据进行智能分析、智能提示、智能判断，进而提供分析结果；
所述评估报告模块，用于对所述人工智能分析模块得到的结果进行显示报告。
优选地，所述人工智能模块与所述无线传感网络模块之间，通过移动2G/3G/4G、WIFI、zigbee或蓝牙进行通信，并按预设的时间间隔进行心跳检测。
优选地，所述多媒体模块还支持语音输入识别，用于接收语音输入指令。
优选地，所述虚拟工厂的显示方式，包括：动画、图表、曲线和报表。
优选地，所述射频识别模块，通过有源电子标签感知设备，所述有源电子标签的电源与设备工作电源通过变压器相连；
相应地，所述射频识别模块，还用于检测设备被盗和停电事故。
优选地，所述智能化监控装置还包括：备用电源模块；
所述备用电源模块，选用锂电池进行充放电，当电池耗尽时自动提示。
优选地，所述智能化监控装置还配置有实验模式；
所述实验模式，为需要调整工艺或生产新的产品时，所采取的工作模式，包括：
由所述人工智能模块根据预设的设计要求进行分析和计算，得出各设备的工作参数，并发送到所述虚拟工厂进行生产过程的仿真。
优选地，所述智能化监控装置还包括：网络通信模块；
所述网络通信模块，用于与监控终端进行通信。
本发明同时提出一种基于虚拟融合的智能化监控方法，其特征在于，基于权利要求1-8中任一项所述的基于虚拟融合的智能化监控装置；
当对汽车总装线进行监控时，所述人工智能模块接收所述射频识别模块、所述无线传感网络模块、所述状态监控模块、所述工艺监控模块，以及所述参数监控模块发送来的信息，并进行处理，将处理结果发送到所述虚拟工厂；所述虚拟工厂根据所述处理结果在虚拟系统中进行显示；
当进行工艺改进或新产品设计时，由所述人工智能模块根据预设的设计要求进行分析和计算，得出各设备的工作参数，并发送到所述虚拟工厂进行生产过程的仿真；仿真结果反馈回到所述人工智能模块，对各设备的工作参数进行进一步调整；直到所述仿真结果满足所述预设的设计要求。
本发明的有益效果：
本发明提出的基于虚拟融合的汽车总装线智能化监控装置与方法，通过计算机即虚拟工厂实时监控总装现场过程数据及异常报警数据，通过动画、图表、曲线、报表等方式进行显示；通过射频识别技术可以通过有源电子标签，准确知晓车辆进入了哪到工序；实现了对汽车总装线进行远距离实时监控和精细化、可视化管理。电子标签的电源与设备工作电源通过小型变压器相连，有效防止出现盗窃，及生产线停电导致的生产中断。通过各式传感器，可及时将监测状态数据传输到计算机中，及时发现并处理问题；在出现设备故障时，通过虚拟融合技术可以很快找出问题所在。利用本发明的监控装置与方法，同一总装线可以针对多种不同的车型进行总装。
进行工艺改进或新产品设计时，可以先在虚拟工厂进行仿真，满足要求后再投入生产，大大缩短了生产调试的时间、节省了人力物力。
附图说明
图1是本发明的基于虚拟融合的汽车总装线智能化监控装置的实施例构成示意图；
图2是本发明实施例中对汽车总装线进行监控时的流程示意图；
图3是本发明实施例中进行工艺改进或新产品设计时利用虚拟工厂进行仿真的流程示意图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
虚拟现实技术是当代一项热门，可以实现虚拟和现实的融合，更加直观。通过虚拟融合，我们可以把汽车总装线里的各项数据导入到数据库中，在计算机中创建一个虚拟工厂，两者内容几乎完全一致，虚拟工厂就像汽车总装线的数字化双胞胎。现实工厂中出现异常状况时，通过传感器或监视设备传递给计算机，计算机经过分析处理，将得到的结果在虚拟工厂中显示出来。
本发明提出一种基于虚拟融合的汽车总装线智能化监控装置与方法，实时采集汽车总装滑板线工作及加工过程工艺参数、过程数据、质量数据、设备参数、工作效率、能耗分析、配方数据等，构建一个实时、准确、直观的虚拟工厂，便于管理层随时对制造过程及工业生产安全进行监控和管理，及时决策分析，以便于提高生产效率和提高生产安全系数、降低生产线故障率，操作方便、实现灵活、可靠性高。可以通过移动设备、计算机等远程管理。
计算机虚拟工厂建模选用较高性能的计算机。虚拟工厂是在计算机内的虚拟空间中对工厂进行建模，利用虚拟工厂模拟现实中汽车总装线的运行状况，进行动画处理和仿真。实现虚拟工厂需要三大技术：虚拟生产技术、由汽车总装线获取信息的技术、由虚拟世界控制汽车总装线的技术。实现这些技术的手段，涉及到计算机图形学、网络技术、多媒体技术，虚拟工厂是信息系统整体的有机结合。
图1是本发明的基于虚拟融合的汽车总装线智能化监控装置的实施例构成示意图。如图1所示，本实施例中的智能化监控装置100包括：射频识别模块101、无线传感网络模块102、多媒体模块103、状态监控模块104、工艺监控模块105、参数监控模块106、人工智能模块107、虚拟工厂108、备用电源模块109、网络通信模块110。
射频识别模块101用于通过射频识别技术检测汽车总装线200中设备所在位置，并发送到人工智能模块107；无线传感网络模块102为各传感器模块的集合，用于通过传感器采集汽车总装线200的过程数据及异常报警数据，并发送到人工智能模块107；多媒体模块103用于实时播放或回放从汽车总装线200采集的音频、视频；状态监控模块104、工艺监控模块105和参数监控模块106均与汽车总装线上的PLC进行通信，获取监控信息并发送到人工智能模块107；状态监控模块104用于监控汽车总装线中EMS、滑板线、底盘合装线的电机速度、所在位置、传感信号、设备开关机状态；工艺监控模块105用于监控工位对应车型信息，从而判断总装线上各车辆分别进入了哪个工艺步骤；参数监控模块106用于监控总装车辆上线数量、下线数量，以及各设备工作参数和执行情况；人工智能模块107用于接收过程数据及异常报警数据，并进行处理，将处理结果发送到虚拟工厂108；虚拟工厂108为根据汽车总装线200的设备、参数在计算机中构建的虚拟系统，用于根据处理结果在虚拟系统中显示汽车总装线200的当前状态，显示方式包括：动画、图表、曲线和报表等；备用电源模块109可以选用锂电池，当本智能化监控装置的外部供电电源掉电时，自动切换为备用电源模块109，该模块使用寿命长、性能稳定、可靠性高，当电池耗尽时自动提示充电操作；网络通信模块110用于与监控终端300进行通信，以便通过监控终端300查看总装线的状态或下达操作指令。
本实施例中，状态监控模块104包括：EMS状态监控界面、滑板线状态监控界面、底盘合装线状态监控界面。
其中，EMS状态监控界面可以直观动态地显示当前EMS线上各个子设备的工作状态，主要监控电机速度、吊具位置、传感信号、设备状态、打开合拢等功能；滑板线状态监控界面可以直观动态地显示当前滑板线上各个子设备的工作状态，主要监控电机速度、滑板位置、传感信号、设备状态、夹紧打开等功能；底盘合装线状态监控界面可以直观动态地显示当前底盘合装线上各个子设备的工作状态，主要监控电机速度、滑橇位置、传感信号、设备状态、RGV状态等功能。
本实施例中，多媒体模块103还支持语音识别，用于接收语音输入指令，无需手动操作。通过语音命令对本装置进行界面操作，可以减轻操作负担，提高操作效率。
射频识别模块101通过射频天线可以“感知”电子标签，感知所生产的车型以及规格，车辆到达了哪个工位。实现电子标签多字节数据读取，采用防碰撞算法，抗干扰能力强，读写距离远。相比条码识别，具有很多优点，无需人工对焦等优点。将电子标签的电源与设备工作电源通过小型变压器相连，可以检测设备被盗和停电事故，有效防止出现盗窃，以及生产线停电导致的生产中断。
无线传感网络模块102，采用zigbee通信协议进行数据传递，具有低功耗、低成本、低速率、近距离、短时延、高容量、高安全等优点。
网络通信模块110可以采用2G/3G/4G、WIFI、蓝牙等无线通信协议，与手机、PAD等移动监控终端进行通信，还可以采用有线方式与电脑等监控终端进行通信该模块具有实时心跳检测功能，保持与监控终端的高可靠性实时连接。
汽车总装线200各设备的状态和工作参数，包括：汽车总装线200中EMS、滑板线、底盘合装线的电机速度、所在位置、设备状态、开关状态。
本实施例中，人工智能模块102包括：专家意见库、设备参数库、挖掘算法模块、人工智能分析模块、评估报告模块。
其中：
专家意见库用于储存专家对各种设备的参考意见。可以对存储在里面的数据进行更新扩展，使意见库不断完善。在专家意见库中，存储大量关于工业现场异常及故障处理方法，以缩短故障处理时间和提高工作效率。
设备参数库主要包括：设备基本参数，即为设备铭牌上的参数，包括出厂日期、额定功率、出厂设定等参数。主要是为了当设备发生故障或错误时，可以通过查找参数，进行修改。
挖掘算法模块主要用来对存储的过程数据进行直接或间接的挖掘分析。一般由下面三个阶段组成：数据准备、数据挖掘、结果表达和解释。通过数据挖掘分析，可以快速过滤无用数据，使有用数据一览无余。
人工智能分析模块主要根据人工智能算法以及累计的经验对数据进行智能分析，智能提示、智能判断、提供可行性分析结果。
评估报告模块主要用于对人工智能分析得到的结果进行显示报告，方便于操作。
本实施例中，人工智能模块102与无线传感网络模块101之间，通过移动2G/3G/4G、WIFI、zigbee和蓝牙等多种无线通信方式中的一种进行通信，并按预设的时间间隔进行心跳检测，保持两者的高可靠性实时连接。
本实施例中的智能化监控装置还配置有实验模式；
当我们需要调整工艺或生产新的产品时，可以采取实验模式：先在人工智能模块101上根据预设的设计要求进行分析和计算，得出各设备需要设置的工作参数等数据，并将这些数据发送到虚拟工厂103进行生产过程的仿真。
本发明提出的基于虚拟融合的智能化监控方法实施例，基于上面所述的基于虚拟融合的智能化监控装置。
当对汽车总装线进行监控时，如图2所示，包括以下步骤：
步骤A1，人工智能模块接收射频识别模块、无线传感网络模块、状态监控模块、工艺监控模块，以及参数监控模块发送来的信息；
步骤A2，人工智能模块对接收的信息进行处理，并将处理结果发送到虚拟工厂；
步骤A3，虚拟工厂根据所述处理结果在虚拟系统中进行显示。
当进行工艺改进或新产品设计时利用虚拟工厂进行仿真，如图3所示，包括以下步骤：
步骤B1，由人工智能模块根据预设的设计要求进行分析和计算，得出各设备的工作参数，并发送到虚拟工厂；
步骤B2，虚拟工厂进行生产过程的仿真，将仿真结果反馈回到人工智能模块；
步骤B3，判断仿真结果是否满足预设的设计要求，若是，则仿真结束，否则，转至步骤B4；
步骤B4，对各设备的工作参数进行进一步调整，并发送到虚拟工厂；转至步骤B2。
把经过虚拟工厂验证的参数应用到汽车总装线进行生产，大大缩短了生产调试的时间、节省了人力物力。
本领域技术人员应该能够意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的方法步骤、模块，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于虚拟融合的汽车总装线智能化监控装置，其特征在于，包括：射频识别模块、无线传感网络模块、多媒体模块、状态监控模块、工艺监控模块、参数监控模块、人工智能模块，以及虚拟工厂；
所述射频识别模块，用于通过射频识别技术检测汽车总装线中车辆的型号以及所在位置，并发送到所述人工智能模块；
所述无线传感网络模块，为各传感器模块的集合，用于采集汽车总装线的过程数据及异常报警数据，并发送到所述人工智能模块；
所述多媒体模块，用于实时播放或回放从所述汽车总装线采集的音频、视频；
所述状态监控模块，用于获取汽车总装线中EMS、滑板线、底盘合装线的电机速度、所在位置、传感信号和设备开关状态，并发送到所述人工智能模块；
所述工艺监控模块，用于获取汽车总装线上各工位对应车型信息，从而判断总装线上各车辆对应的工艺步骤，并将判断结果发送到所述人工智能模块；
所述参数监控模块，用于获取总装车辆上线数量、下线数量，以及各设备工作参数和执行情况，并发送到所述人工智能模块；
所述人工智能模块，用于接收所述射频识别模块、所述无线传感网络模块、所述状态监控模块、所述工艺监控模块，以及所述参数监控模块发送来的信息，并进行处理，将处理结果发送到所述虚拟工厂；
所述虚拟工厂，为根据所述汽车总装线的设备、参数在计算机中构建的虚拟系统，用于根据所述处理结果在虚拟系统中显示所述汽车总装线的当前状态。
2.根据权利要求1所述的智能化监控装置，其特征在于，所述人工智能模块，包括：专家意见库、设备参数库、挖掘算法模块、人工智能分析模块、评估报告模块；
所述专家意见库，用于储存专家对各种设备的异常及故障处理方法的参考意见；
所述设备参数库，包括设备铭牌上的参数，用于当设备发生故障或错误时，对设备参数进行查询和修改；
所述挖掘算法模块，用来对存储的过程数据进行直接或间接地挖掘分析，从而快速过滤无用数据；包括三个阶段：数据准备、数据挖掘、结果表达和解释；
所述人工智能分析模块，根据人工智能算法以及累计的经验对数据进行智能分析、智能提示、智能判断，进而提供分析结果；
所述评估报告模块，用于对所述人工智能分析模块得到的结果进行显示报告。
3.根据权利要求1所述的智能化监控装置，其特征在于，所述人工智能模块与所述无线传感网络模块之间，通过移动2G/3G/4G、WIFI、zigbee或蓝牙进行通信，并按预设的时间间隔进行心跳检测。
4.根据权利要求1所述的智能化监控装置，其特征在于，所述多媒体模块还支持语音输入识别，用于接收语音操作指令，并进行解析后发送到所述人工智能模块。
5.根据权利要求1所述的智能化监控装置，其特征在于，所述虚拟工厂的显示方式，包括：动画、图表、曲线和报表。
6.根据权利要求1所述的智能化监控装置，其特征在于，所述射频识别模块，通过有源电子标签感知设备，所述有源电子标签的电源与设备工作电源通过变压器相连；
相应地，所述射频识别模块，还用于检测设备被盗和停电事故。
7.根据权利要求1所述的智能化监控装置，其特征在于，所述智能化监控装置还包括：备用电源模块；
所述备用电源模块，选用锂电池进行充放电，当电池耗尽时自动提示。
8.根据权利要求1所述的智能化监控装置，其特征在于，所述智能化监控装置还配置有实验模式；
所述实验模式，为需要调整工艺或生产新的产品时，所采取的工作模式，包括：
由所述人工智能模块根据预设的设计要求进行分析和计算，得出各设备的工作参数，并发送到所述虚拟工厂进行生产过程的仿真。
9.根据权利要求1所述的智能化监控装置，其特征在于，所述智能化监控装置还包括：网络通信模块；
所述网络通信模块，用于与监控终端进行通信。
10.一种基于虚拟融合的智能化监控方法，其特征在于，基于权利要求1-9中任一项所述的基于虚拟融合的智能化监控装置；
当对汽车总装线进行监控时，所述人工智能模块接收所述射频识别模块、所述无线传感网络模块、所述状态监控模块、所述工艺监控模块，以及所述参数监控模块发送来的信息，并进行处理，将处理结果发送到所述虚拟工厂；所述虚拟工厂根据所述处理结果在虚拟系统中进行显示；
当进行工艺改进或新产品设计时，由所述人工智能模块根据预设的设计要求进行分析和计算，得出各设备的工作参数，并发送到所述虚拟工厂进行生产过程的仿真；仿真结果反馈回到所述人工智能模块，对各设备的工作参数进行进一步调整；直到所述仿真结果满足所述预设的设计要求。
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