搜索
智慧工厂调度系统方案郑州联睿电子科技有限公司I目录1项目概述......................................................................................................31.1背景....................................................................................................31.2目标与意义........................................................................................32设计依据......................................................................................................42.1工作原理............................................................................................42.2系统优势............................................................................................53智能调度系统..............................................................................................63.1系统框架............................................................................................63.2系统功能............................................................................................73.2.1全局化定位监控.........................................................................73.2.2人员、物资与运输工具信息管理.............................................83.2.3运输工具导航.............................................................................93.2.4重点区域与危险区域管理.......................................................103.2.5无线传输系统...........................................................................113.2.6实时搜索...................................................................................113.2.7视频联动...................................................................................123.2.8报表统计分析...........................................................................133.3解决方案..........................................................................................133.3.1识别系统...................................................................................133.3.2装配工具自动化控制...............................................................133.3.3质量检测流程的优化...............................................................13II3.3.4设备实时定位...........................................................................143.3.5防撞系统...................................................................................1431项目概述1.1背景中国正在成为世界汽车制造工业的集聚中心，新世纪以来，我国汽车产业蓬勃发展，成绩举世瞩目。从产量来看，从2000年207万辆，大幅增至2015年2450万辆，增长将近12倍，并从2009年开始位居世界第一位，2015年更是创下全球历史新高；从产值来看，2015年我国汽车产业工业销售产值达6.63万亿元，相比2000年增长超过10倍，占GDP的比重超过10%。单从规模上讲，我国已经成为汽车制造大国毋庸置疑。然而经过十多年的高速发展，中国汽车产业在2015年出现了拐点，中国汽车协会数据表明，2015年汽车行业总营业收入尽管仍然保持着3%以上的增长，但是增长速度迅速下降了超10%，而利润总额近十年来首次出现了下滑的情况。在营业收入和销量上涨的情况下，整体利润的下滑无疑是一个异常的信号。1.2目标与意义汽车模型的需求数量是年年飙升，从2012年到2019年，可用汽车模型的数量预计增长幅度超过20%。我国大约提供300左右的不同种类的车型，而且每种车型都有多个定制选项，相当于几百万亿的变化可能。在同一生产线上生产不同的汽车模型，而管理这种产品复杂变化将有大量的挑战。如何防止工人在每辆车有不同组合的情况下出现错误？如何保证运输的物资是组装所需要的物资？如何确保资产工具正确的时间在正确的位置，误差为零？等等问题不胜枚举。一家汽车制造厂的汽车装配线上，每辆汽车需要在流水线上移动到达不同的装配点，传统管理办法是工人输入数据终端或者用条形码扫描分配到装载点，如果在生产过程中一旦出现错误，在最后质量检测阶段又需要大量人力与物力来纠正。利用定位标签固定在车辆、工人的操作工具和所需要的物资上，就可以实时感知工人的装配是否正确，并监控整个操作过程，大大减少了人为操作失误带来的损失。智慧工厂调度系统能够在传统的应用环境中达到15cm的定位精度，并具有很好的稳定性；借助该系统，汽车制造厂能够实现人员、物资与车辆的实时定位，4避免等待浪费，优化生产节拍时间；有利于降低生产制造过程的人为失误，并提升工厂生产线管控能力；可以根据监控状态数据，分析出潜在的低效率环节，并加以改进；提供自适应和自动化应对多种变化的生产线；还可以与工厂现有的系统集成；辅助工厂的5S管理，提高效率、质量和降低生产单位成本。图1-1工厂生产线2设计依据2.1工作原理智慧工厂调度系统主要是采用超宽带定位技术来实现设备的精准定位，超宽带技术是近年来新兴一项全新的、与传统通信技术有极大差异的通信无线新技术。它不需要使用传统通信体制中的载波，而是通过发送和接收具有纳秒或微秒级以下的极窄脉冲来传输数据，从而具有3.1~7.0GHz量级的带宽。目前，包括美国、日本、加拿大等在内的国家都在研究这项技术，在无线室内定位领域具有良好的应用前景。超宽带技术是一种传输速率高（最高可达1000Mbps以上），发射功率较低，穿透能力较强并且是基于极窄脉冲的无线技术，无载波。正是这些优点，使它在室内定位领域得到了较为精确的结果。超宽带室内定位技术常采用TDOA演示测距定位算法，就是通过信号到达的时间差，通过双曲线交叉来定位的超宽带系统5包括产生、发射、接收、处理极窄脉冲信号的无线电系统。而超宽带室内定位系统则包括UWB接收器、UWB参考标签和主动UWB标签。定位过程中由UWB接收器接收标签发射的UWB信号，通过过滤电磁波传输过程中夹杂的各种噪声干扰，得到含有效信息的信号，再通过中央处理单元进行测距定位计算分析。2.2系统优势和传统的室内定位技术相比，U-Loc室内厘米级实时定位系统主要有以下几个优势：1)高实时性基于IR-UWB技术的无线实时高精度定位平台，依靠由多个强大的数据采集传感器组成的集成网络来即时发送信号，相当于室内的GPS，更精准，动态地告诉你“现在正在发生什么”。2)厘米级定位精度优化的定位算法，保证在室内等多径效应显著的应用场合的高精度定位，能够同步、精准、实时地提供给定区域内的人员和设备的瞬间位置和运动信息，便于管理者直观、全局化地把握现场情况，从而做出决策。3)强抗多径干扰能力U-Loc系统采用超宽带（UWB）技术，利用无载波的超短脉冲进行通信，纳秒级的极窄脉冲具有较高的时间分辨率，能将直达信号和多径信号分离，具有较强的抗多径干扰能力。4)高稳定性极窄脉冲间的时隙容易识别，结合到达时间差定位法（TDOA）定位目标，与基于接收信号强度的传统定位技术相比，对应用环境的电磁、物理干扰不敏感，能够实现较高的定位精度。5)布设简便自组网的无线连接架构，使系统部署更简单、稳定可靠。6)高安全性辐射极小，不到手机辐射的1%。63智能调度系统3.1系统框架图3-1系统框架智慧工厂调度系统主要分为：数据采集层、网络传输层、应用层三部分构成，形成一套完整的管理系统平台。数据采集层数据采集层是人员定位的基础硬件层，具有获取人员定位信息的作用。主要包括定位标签和定位基站。定位标签发送UWB脉冲信号（包括用于标签定位的信息和属性信息），基站接收到标签发送的定位信号后，经过简单处理以后通过网络传输层将信号传输至定位引擎进行位置解算。网络传输层网络传输层是数据传输的通道，将标签发送的定位信息发送到定位引擎，起到连接数据采集层和应用层的作用。U-Loc包括无线和有线两种数据传输的形式，考虑到现场机械和钢架等比较多，现场环境复杂，为保证数据传输质量和定位效果，采用超五类网线进行数据的传输，这种传输方式可以同时解决定位基站供电的问题。7应用层应用层可以说是整个调度系统的核心层，包括定位引擎和定位平台。定位引擎用于解算目标的位置，根据数据采集层传回的定位信息，定位引擎根据事先写入的定位算法解算目标的位置，并进行后续的处理，得到最优的位置信息；然后将位置数据在定位平台上展示出来与用户的业务进行交互形成一套定位管理系统。3.2系统功能系统根据标签回传的定位信息，实时解算出来目标的位置信息，在此基础上实现人员、物资与运输工具的定位和管控。系统充分考虑到现场的特殊性以及实际的需求，实现的功能有：全局化定位监控；人员、物资与运输工具信息管理；运输工具导航；重点区域与危险区域管理；无线传输系统；实时搜索；视频联动；报表统计分析。图3-2系统功能3.2.1全局化定位监控在定位系统二维地图中，可以精准显示出人员、物料、工具、运输车的位置8信息，实时显示运动轨迹，做到全局化地图显示；可以通过定位和运动轨迹查看各个人员是否在各自的区域作业；查看运输的物料是否到达正确装配区域。装配工作中，常常需要了解特种作业人员与装配工具在某一段时间内去过哪些地方，或者在某一段时间内某一区域有哪些人员与工具在作业，这就需要进行轨迹回放，第一种称为单目标回放，第二种称为多目标回放（区域回放）。目标在实时定位时，定位结果除了在显示平台上显示外，还会以日志的形式存储在数据库中，当系统收到回放请求时，平台会