一種裝配線工位數(shù)據(jù)采集成套系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種裝配線工位數(shù)據(jù)采集成套系統(tǒng)，它由數(shù)據(jù)采集裝置、物料配送模塊和存儲(chǔ)與管理模塊構(gòu)成，數(shù)據(jù)采集裝置包括工控機(jī)、串口服務(wù)器、RFID讀卡器、RFID天線、RFID標(biāo)簽及電子看板，物料配送模塊包括配送操作電腦和配送電子看板，存儲(chǔ)與管理模塊包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和客戶端電腦，RFID標(biāo)簽安裝在流水線上的裝配線工裝板上，流水線下設(shè)有裝配線工位，RFID天線安裝位置與裝配線工裝板呈垂直關(guān)系。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了工位工時(shí)數(shù)據(jù)、線邊庫存的實(shí)時(shí)采集，解決物料配送問題，為發(fā)現(xiàn)工位瓶頸及優(yōu)化工位布局提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)依據(jù)，而且節(jié)省了在每個(gè)零部件上粘貼RFID標(biāo)簽的時(shí)間、成本，在裝配線更換產(chǎn)品時(shí)可實(shí)現(xiàn)裝配線的柔性自動(dòng)切換。
【專利說明】[0001] 一種裝配線工位數(shù)據(jù)采集成套系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明涉及一種裝配線工位數(shù)據(jù)采集成套系統(tǒng)，尤其涉及利用RFID技術(shù)對(duì)離散 制造業(yè)的裝配線工位數(shù)據(jù)進(jìn)行采集成套系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0003] 近年來，隨著全球化機(jī)遇與挑戰(zhàn)時(shí)代的到來，市場變得更加透明、市場熱點(diǎn)傳遞更 加迅速，客戶需求的個(gè)性化越來越突出，需求的變化也越來越頻繁，同時(shí)人工成本越來越 高、原材料成本也上升了，因此，企業(yè)快速響應(yīng)和精益生產(chǎn)變得迫在眉睫。
[0004] 對(duì)于裝配型企業(yè)而言，每個(gè)裝配工位旁邊都會(huì)有存放待裝配零部件的空間，但由 于這種線邊庫存空間有限、零部件種類繁多等原因，物料配送人員不可能將各個(gè)工位每天 需要的零部件都堆放到裝配線旁邊，只能存放少量的零件，即使空間允許存放較多零件，又 會(huì)帶來線邊庫存偏高的問題，因此，為了保證裝配線的順利進(jìn)行，物料配送要在準(zhǔn)確的時(shí)間 配送指定數(shù)量的零部件到達(dá)準(zhǔn)確的裝配工位，為此需要實(shí)時(shí)采集到每個(gè)工位上的裝配時(shí) 間、零部件消耗數(shù)量等數(shù)據(jù)，以便平衡工位瓶頸、分析配送提前期以及缺料情況。
[0005] 為了解決工位數(shù)據(jù)的采集問題，國內(nèi)外學(xué)術(shù)界、工業(yè)界提出了很多方案。其中與本 發(fā)明較為接近的技術(shù)方案包括：魏偉(基于RFID的離散制造企業(yè)MES研究[D].東北大 學(xué)，2010)將RFID標(biāo)簽貼在托盤上，每只托盤與一個(gè)零件對(duì)應(yīng)，當(dāng)托盤經(jīng)過機(jī)加工的銑、磨 等工序時(shí)利用讀寫器自動(dòng)讀取到RFID標(biāo)簽，由此可知零件在工序上的流轉(zhuǎn)信息，工序結(jié)束 后需人工將RFID標(biāo)簽取回放入下一個(gè)托盤并重新建立與新零件之間的關(guān)聯(lián)，該系統(tǒng)無法 計(jì)算工序停留時(shí)間，同時(shí)當(dāng)每道工序有多個(gè)托盤同時(shí)到來的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)漏讀的情況，另一 方面，該系統(tǒng)主要用于機(jī)械加工的各道工序，如車、銑、磨等。楊周輝(基于RFID的汽車混 流裝配線生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的研究[D].廣東工業(yè)大學(xué)，2011)將RFID技術(shù)用于汽車裝配線 工時(shí)數(shù)據(jù)的采集，其特點(diǎn)在于將RFID標(biāo)簽貼在每個(gè)零件上，在讀取工位裝配時(shí)間時(shí)，第一 次采集到RFID的時(shí)間為開始時(shí)間，而在采集結(jié)束時(shí)間時(shí)為了避免重復(fù)數(shù)據(jù)，需要工人按一 下讀寫器鍵盤的置1鍵，降低了系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，同時(shí)，由于將RFID標(biāo)簽貼在零部件上， 工作量非常大。裴世超（基于RFID的裝配車間動(dòng)態(tài)物料配送模式研究[D].重慶大學(xué)， 2010)提出了基于RFID的裝配車間動(dòng)態(tài)物料配送方案，在該方案中，RFID標(biāo)簽和條形碼同 時(shí)貼在零部件上，通過條形碼訪問ERP系統(tǒng)獲得待裝配產(chǎn)品批次、型號(hào)、Β0Μ表等信息并通 過RFID讀寫器將這些信息寫入RFID標(biāo)簽中，在裝配工位上流轉(zhuǎn)時(shí)，由安裝在工位上的RFID 讀寫器直接從RFID標(biāo)簽上讀取已裝配產(chǎn)品信息，根據(jù)BOM表即可計(jì)算已裝配產(chǎn)品的零部件 消耗數(shù)量。然而，當(dāng)某個(gè)工位同時(shí)裝配多種類零部件時(shí)，由于每個(gè)零部件上都有RFID標(biāo)簽， 或者同時(shí)裝配同一種零部件但所需數(shù)量較多時(shí)，會(huì)出現(xiàn)漏讀、誤讀的情況，且該方案沒有采 集裝配工位的耗時(shí)情況，無法分析瓶頸工位，不利于后續(xù)工位布置的優(yōu)化。張?。ɑ赗FID 和電子看板的裝配生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的研究[D].浙江大學(xué)，2007)通過將RFID標(biāo)簽貼在零 部件上，通過工位上的RFID讀寫器記錄其狀態(tài)，從而得到該工位對(duì)零部件的消耗情況，另 一方面，每一個(gè)工位工時(shí)的計(jì)算是用下一道工位的開始時(shí)間減去當(dāng)前工位的開始時(shí)間得到 的，這包括了零部件在工位之間的流轉(zhuǎn)時(shí)間，因此，實(shí)際裝配工時(shí)并不準(zhǔn)確。發(fā)明專利（申 請(qǐng)?zhí)枺?01210036803. 3,名稱：對(duì)離散制造工序物流的實(shí)時(shí)跟蹤并追溯質(zhì)量的系統(tǒng)及方法） 闡述了一種對(duì)離散制造工序物流的實(shí)時(shí)跟蹤并追溯質(zhì)量的系統(tǒng)，該系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)服務(wù)器、 RFID標(biāo)簽、RFID讀寫器及相應(yīng)的軟件模塊組成，與本發(fā)明不同的地方在于，其RFID標(biāo)簽采 用超高頻（915MHz)，且該標(biāo)簽貼在零部件上，該系統(tǒng)重點(diǎn)解決工序物流的跟蹤及追溯，對(duì)于 每個(gè)工序的工作效率及物料短缺、配送等問題并未給出解決的技術(shù)方案，對(duì)于工位耗時(shí)等 生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)也未給出技術(shù)方案。發(fā)明專利（申請(qǐng)?zhí)枺?011110229318. 3,名稱：APS/MES精 益制造管理系統(tǒng)）闡述了一種APS/MES精益制造管理系統(tǒng)，包括工業(yè)觸摸一體機(jī)、LED電子 看板、RFID標(biāo)簽、RFID讀寫器以及包含供應(yīng)鏈管理、物料配送、LED電子看板控制系統(tǒng)等模 塊在內(nèi)的軟件系統(tǒng)，與本發(fā)明不同的地方在于，在其技術(shù)方案中，未給出RFID標(biāo)簽、讀寫器 與零部件或生產(chǎn)系統(tǒng)之間的布置關(guān)系，同時(shí)未給出工序或工位采集時(shí)間的方法，其雖然闡 述了物料配送的功能，但并未給出采集工位物料短缺的方法，其物料配送缺乏相應(yīng)依據(jù)。
[0006] 綜上所述，當(dāng)前基于RFID的裝配工位數(shù)據(jù)采集技術(shù)方案中，存在著如下不足：（1) 當(dāng)前方案中的RFID標(biāo)簽均貼在零部件上，有部分貼在外包裝上，當(dāng)同一工位需要同時(shí)裝配 多個(gè)零部件時(shí)，容易出現(xiàn)漏讀、誤讀的情況，同時(shí)多數(shù)方案并未給出RFID標(biāo)簽采用頻率，不 同頻率所適用的范圍不一致，其中有方案提出采用超高頻（915MHz)，但由于超高頻識(shí)讀距 離較遠(yuǎn)，容易發(fā)生兩個(gè)工位同時(shí)讀到同一個(gè)標(biāo)簽的情況，從而導(dǎo)致串讀，另一方面，對(duì)每個(gè) 零部件均貼上標(biāo)簽，工作量巨大，當(dāng)生產(chǎn)線切換裝配產(chǎn)品時(shí)，準(zhǔn)備時(shí)間較長；（2)已有方案 中，多數(shù)未給出工位消耗時(shí)間，其余則采用下一個(gè)工位到達(dá)時(shí)間減去當(dāng)前工位到達(dá)時(shí)間來 得到工位工時(shí)，該時(shí)間將流轉(zhuǎn)時(shí)間也計(jì)算在內(nèi)，無法得到真正的工時(shí)數(shù)據(jù)，難以對(duì)工位瓶頸 進(jìn)行有效分析。
[0007] 在裝配型企業(yè)的精益管理中，工位上的零部件消耗量及工時(shí)數(shù)據(jù)是生產(chǎn)線實(shí)時(shí)數(shù) 據(jù)采集的重點(diǎn)，基于這兩個(gè)數(shù)據(jù)不僅可以解決物料配送問題，同時(shí)可以提供發(fā)現(xiàn)工位瓶頸 及優(yōu)化布局的依據(jù)。
[0008]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為了克服現(xiàn)有裝配線工位數(shù)據(jù)采集存在的問題，本發(fā)明提供一種基于RFID技術(shù) 的裝配線工位線邊庫存及工時(shí)數(shù)據(jù)采集成套系統(tǒng)。
[0010] 所述的一種裝配線工位數(shù)據(jù)采集成套系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)采集裝置、物料配送模塊和存 儲(chǔ)與管理模塊構(gòu)成，其特征在于： 所述數(shù)據(jù)采集裝置包括工控機(jī)、串口服務(wù)器、RFID讀卡器、RFID天線、RFID標(biāo)簽及電 子看板，RFID天線與RFID讀卡器相連，RFID讀卡器與串口服務(wù)器采用串口線連接，串口服 務(wù)器與工控機(jī)采用網(wǎng)線連接，電子看板與工控機(jī)連接，工控機(jī)內(nèi)置采集程序，RFID頻率為 13.56MHz ； 所述物料配送模塊包括相互連接的配送操作電腦和配送電子看板，所述的配送操作電 腦內(nèi)置配送程序，負(fù)責(zé)物料配送時(shí)數(shù)據(jù)庫的修改及配送電子看板的刷新； 所述存儲(chǔ)與管理模塊包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和客戶端電腦，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器內(nèi)置用于存儲(chǔ)所 采集的裝配線工位數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，客戶端電腦內(nèi)置管理系統(tǒng)； 所述RFID標(biāo)簽安裝在流水線上的裝配線工裝板上，流水線下設(shè)有裝配線工位，所述 RFID天線安裝位置與裝配線工裝板呈垂直關(guān)系。
[0011] 所述的一種裝配線工位數(shù)據(jù)采集成套系統(tǒng)，其特征在于所述的RFID天線與RFID 標(biāo)簽的距離為50-80cm，RFID頻率為13. 56MHz。
[0012] 所述的一種裝配線工位數(shù)據(jù)采集成套系統(tǒng)，其特征在于所述的客戶端電腦內(nèi)的管 理系統(tǒng)包括如下功能：通訊配置、裝配產(chǎn)品切換、軟看板、裝配工位配置、裝配線設(shè)置和產(chǎn)品 Β0Μ配置。
[0013] 所述的一種裝配線工位數(shù)據(jù)采集成套系統(tǒng)，其特征在于所述軟看板包括總裝效率 看板、裝配線平均耗時(shí)看板、裝配線動(dòng)態(tài)耗時(shí)看板、單工位動(dòng)態(tài)耗時(shí)看板、分時(shí)段產(chǎn)量動(dòng)態(tài) 看板、裝配線產(chǎn)量動(dòng)態(tài)看板。
[0014] 所述的一種裝配線工位數(shù)據(jù)采集成套系統(tǒng)，其特征在于所述的RFID標(biāo)簽由雙面 膠粘貼在裝配線工裝板上，或裝配線工裝板上固定一個(gè)小盒子，將RFID標(biāo)簽放置于該小盒 子內(nèi)。
[0015] 所述的一種裝配線工位數(shù)據(jù)采集成套系統(tǒng)，其特征在于所述的采集程序按如下方 法實(shí)現(xiàn)工位數(shù)據(jù)的采集： 1) 令RFID天線與裝配線工位的映射集5^〉| /=1，2，…，/?}，其中/?表示 需要采集的裝配線工位數(shù)和RFID天線數(shù)，〈七，七〉表示工位編號(hào)&與RFID天線編號(hào)&的 對(duì)應(yīng)關(guān)系，其中A和&表示第1個(gè)工位和第1根RFID天線，&和&表示最后一個(gè)工位和 最后一根RFID天線； 2) 令裝配線工位與待裝配零部件的映射集

【權(quán)利要求】
1. 一種裝配線工位數(shù)據(jù)采集成套系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)采集裝置、物料配送模塊和存儲(chǔ)與管理 模塊構(gòu)成，其特征在于： 所述數(shù)據(jù)采集裝置包括工控機(jī)（3)、串口服務(wù)器（4)、RFID讀卡器（5)、RFID天線（6)、 RFID標(biāo)簽（7)及電子看板（11)，RFID天線（6)與RFID讀卡器（5)相連，RFID讀卡器（5) 與串口服務(wù)器（4)采用串口線連接，串口服務(wù)器（4)與工控機(jī)（3)采用網(wǎng)線連接，電子看板 (11)與工控機(jī)（3)連接，工控機(jī)（3)內(nèi)置采集程序，RFID頻率為13. 56MHz ; 所述物料配送模塊包括相互連接的配送操作電腦（13)和配送電子看板（14)，所述的 配送操作電腦（13)內(nèi)置配送程序，負(fù)責(zé)物料配送時(shí)數(shù)據(jù)庫的修改及配送電子看板的刷新； 所述存儲(chǔ)與管理模塊包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器（1)和客戶端電腦（2 )，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器（1)內(nèi)置 用于存儲(chǔ)所采集的裝配線工位數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，客戶端電腦（2)內(nèi)置管理系統(tǒng)； 所述RFID標(biāo)簽（7)安裝在流水線（9)上的裝配線工裝板（8)上，流水線（9)下設(shè)有裝 配線工位（10)，所述RFID天線（6)安裝位置與裝配線工裝板（8)呈垂直關(guān)系。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種裝配線工位數(shù)據(jù)采集成套系統(tǒng)，其特征在于所述的RFID 天線（6)與RFID標(biāo)簽（7)的距離為50-80cm，RFID頻率為13. 56MHz。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種裝配線工位數(shù)據(jù)采集成套系統(tǒng)，其特征在于所述的客戶 端電腦（2)內(nèi)的管理系統(tǒng)包括如下功能：通訊配置、裝配產(chǎn)品切換、軟看板、裝配工位配置、 裝配線設(shè)置和產(chǎn)品BOM配置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種裝配線工位數(shù)據(jù)采集成套系統(tǒng)，其特征在于所述軟看板 包括總裝效率看板、裝配線平均耗時(shí)看板、裝配線動(dòng)態(tài)耗時(shí)看板、單工位動(dòng)態(tài)耗時(shí)看板、分 時(shí)段產(chǎn)量動(dòng)態(tài)看板、裝配線產(chǎn)量動(dòng)態(tài)看板。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種裝配線工位數(shù)據(jù)采集成套系統(tǒng)，其特征在于所述的RFID 標(biāo)簽（7)由雙面膠粘貼在裝配線工裝板（8)上，或裝配線工裝板（8)上固定一個(gè)小盒子，將 RFID標(biāo)簽（7)放置于該小盒子內(nèi)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種裝配線工位數(shù)據(jù)采集成套系統(tǒng)，其特征在于所述的采集 程序按如下方法實(shí)現(xiàn)工位數(shù)據(jù)的采集： 1) 令RFID天線（6)與裝配線工位（10)的映射集(^={〈<3/，&> | /=1，2，…，/?}，其 中/?表示需要采集的裝配線工位數(shù)和RFID天線數(shù)，〈a，，5·,表示工位編號(hào)&與RFID天線 編號(hào)&的對(duì)應(yīng)關(guān)系，其中&和5^表不第1個(gè)工位和第1根RFID天線，&和表不最后一 個(gè)工位和最后一根RFID天線； 2) 令裝配線工位（10)與待裝配零部件（12)的映射集
，其中表示將在工位 ~進(jìn)行裝配的零部件集合，表示在工位~處裝配的第J類零部件，<表示第J類零部件 在工位&處的線邊庫存，c；表示工位&處每次消耗第J類零部件的數(shù)量，/表示工位處 所要裝配的零部件種類數(shù)； 3) 利用多線程技術(shù)每隔」?的間隔時(shí)間采集一次數(shù)據(jù)，在當(dāng)前時(shí)刻?,時(shí)采集到的^工 位的數(shù)據(jù)表示為
（i=l, 2，…，/?)，其中左表示時(shí)刻的序列號(hào)，F(xiàn)/表示心時(shí) 刻在+工位讀到的RFID標(biāo)簽編號(hào)的集合，》?〖表示G時(shí)刻在+工位讀到的RFID標(biāo)簽的數(shù) 量，相應(yīng)的，在前一時(shí)刻（μ的數(shù)據(jù)為
，其中tuzi ? ; 4) 針對(duì)每個(gè)工位& (i=l，2，...，/?)，逐項(xiàng)檢查;Ff中的標(biāo)簽編號(hào)，若該標(biāo)簽編號(hào)不 在1^中且i=l，生成新的產(chǎn)品流水號(hào)并保存于數(shù)據(jù)庫中；若該標(biāo)簽編號(hào)不在f中且1 < i彡/?且h工位已完成,則記錄a,.工位裝配當(dāng)前產(chǎn)品的起始時(shí)間if*1 ==it ; 5) 針對(duì)每個(gè)工位a,. (i=l，2，...，/?)，逐項(xiàng)檢查F廣1中的標(biāo)簽編號(hào)，若該標(biāo)簽編號(hào)不 在1?中，則表明七工位已經(jīng)完成，所粘貼的RFID標(biāo)簽已經(jīng)通過七，則記錄七工位裝配當(dāng) 前產(chǎn)品的結(jié)束時(shí)間、將&工位標(biāo)記為已完成，且按如下公式更新工位&處的線邊庫 存：= ;若該標(biāo)簽編號(hào)不在if中且i=/7則標(biāo)記當(dāng)前產(chǎn)品已經(jīng)裝配完 成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種裝配線工位數(shù)據(jù)采集成套系統(tǒng)，其特征在于步驟3)中的 多線程采集間隔時(shí)間」?為50到300毫秒之間的任意整數(shù)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種裝配線工位數(shù)據(jù)采集成套系統(tǒng)，其特征在于所述的配送 操作電腦（13)內(nèi)置的配送程序根據(jù)G# (/=1，2，…，/?)以列表形式將零部件^ (/=1， 2，…，巧）、線邊庫存< (/=1，2，…，/7,.)實(shí)時(shí)顯示在配送電子看板（14)上，以提醒倉庫 物料配送人員及時(shí)準(zhǔn)備物料并進(jìn)行配送；物料配送人員在配送時(shí)，利用配送程序選擇待配 送的零部件/4,輸入配送數(shù)量rjC/=l，2，···，/〇,點(diǎn)擊確定配送后，則按照下式自動(dòng)更新 線邊庫存：< =<；+<。
【文檔編號(hào)】G06Q50/04GK104123612SQ201410329670
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月11日
【發(fā)明者】高飛, 梅凱城, 胡偉江, 豐敏強(qiáng), 令狐亁錦, 葉盈, 周佳怡, 盧書芳, 張?jiān)Q, 陸佳煒, 肖剛 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)