智慧工厂调度系统综合方案

智慧工厂调度系统智慧工厂调度系统方案郑州联睿电子科技有限企业郑州联睿电子科技有限企业目录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 系统功效 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 处理方案 133.3.1 识别系统 133.3.2 装配工具自动化控制 133.3.3 质量检测流程优化 133.3.4 设备实时定位 143.3.5 防撞系统 14项目概述背景中国正在成为世界汽车制造工业集聚中心，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207万辆，大幅增至2450万辆，增加快要12倍，并从开始位居世界第一位，更是创下全球历史新高；从产值来看，我国汽车产业工业销售产值达6.63万亿元，相比增加超出10倍，占GDP比重超出10%。单从规模上讲，我国已经成为汽车制造大国毋庸置疑。然而经过十多年高速发展，中国汽车产业在出现了拐点，中国汽车协会数据表明，汽车行业总营业收入尽管依然保持着3%以上增加，不过增加速度快速下降了超10%，而利润总额近十年来首次出现了下滑情况。在营业收入和销量上涨情况下，整体利润下滑无疑是一个异常信号。目标与意义汽车模型需求数量是年年飙升，从到，可用汽车模型数量预计增加幅度超出20%。我国大约提供300左右不一样种类车型，而且每种车型都有多个定制选项，相当于几百万亿改变可能。在同一生产线上生产不一样汽车模型，而管理这种产品复杂改变将有大量挑战。怎样预防工人在每辆车有不一样组合情况下出现错误？怎样确保运输物资是组装所需要物资？怎样确保资产工具正确时间在正确位置，误差为零？等等问题不胜枚举。一家汽车制造厂汽车装配线上，每辆汽车需要在流水线上移动抵达不一样装配点，传统管理方法是工人输入数据终端或者用条形码扫描分配到装载点，假如在生产过程中一旦出现错误，在最终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、工人操作工具和所需要物资上，就能够实时感知工人装配是否正确，并监控整个操作过程，大大降低了人为操作失误带来损失。智慧工厂调度系统能够在传统应用环境中达成15cm定位精度，并具备很好稳定性；借助该系统，汽车制造厂能够实现人员、物资与车辆实时定位，防止等候浪费，优化生产节拍时间；有利于降低生产制造过程人为失误，并提升工厂生产线管控能力；能够依照监控状态数据，分析出潜在低效率步骤，并加以改进；提供自适应和自动化应对多个改变生产线；还能够与工厂现有系统集成；辅助工厂5S管理，提升效率、质量和降低生产单位成本。图1-SEQ图\*ARABIC\s11工厂生产线设计依据工作原理智慧工厂调度系统主要是采取超宽带定位技术来实现设备精准定位，超宽带技术是近年来新兴一项全新、与传统通信技术有极大差异通信无线新技术。它不需要使用传统通信体制中载波，而是经过发送和接收具备纳秒或微秒级以下极窄脉冲来传输数据，从而具备3.1~7.0GHz量级带宽。现在，包含美国、日本、加拿大等在内国家都在研究这项技术，在无线室内定位领域具备良好应用前景。超宽带技术是一个传输速率高（最高可达1000Mbps以上），发射功率较低，穿透能力较强而且是基于极窄脉冲无线技术，无载波。正是这些优点，使它在室内定位领域得到了较为精准结果。超宽带室内定位技术常采取TDOA演示测距定位算法，就是经过信号抵达时间差，经过双曲线交叉来定位超宽带系统包含产生、发射、接收、处理极窄脉冲信号无线电系统。而超宽带室内定位系统则包含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UWB信号，经过过滤电磁波传输过程中夹杂各种噪声干扰，得到含有效信息信号，再经过中央处理单元进行测距定位计算分析。系统优势和传统室内定位技术相比，U-Loc室内厘米级实时定位系统主要有以下几个优势：高实时性基于IR-UWB技术无线实时高精度定位平台，依靠由多个强大数据采集传感器组成集成网络来即时发送信号，相当于室内GPS，更精准，动态地告诉你“现在正在发生什么”。厘米级定位精度优化定位算法，确保在室内等多径效应显著应用场所高精度定位，能够同时、精准、实时地提供给定区域内人员和设备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，从而做出决议。强抗多径干扰能力U-Loc系统采取超宽带（UWB）技术，利用无载波超短脉冲进行通信，纳秒级极窄脉冲具备较高时间分辨率，能将直达信号和多径信号分离，具备较强抗多径干扰能力。高稳定性极窄脉冲间时隙轻易识别，结合抵达时间差定位法（TDOA）定位目标，与基于接收信号强度传统定位技术相比，对应用环境电磁、物理干扰不敏感，能够实现较高定位精度。布设简便自组网无线连接架构，使系统布署更简单、稳定可靠。高安全性辐射极小，不到手机辐射1%。智能调度系统系统框架图3-SEQ图\*ARABIC\s11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、应用层三部分组成，形成一套完整管理系统平台。数据采集层数据采集层是人员定位基础硬件层，具备获取人员定位信息作用。主要包含定位标签和定位基站。定位标签发送UWB脉冲信号（包含用于标签定位信息和属性信息），基站接收到标签发送定位信号后，经过简单处理以后经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通道，将标签发送定位信息发送到定位引擎，起到连接数据采集层和应用层作用。U-Loc包含无线和有线两种数据传输形式，考虑到现场机械和钢架等比较多，现场环境复杂，为确保数据传输质量和定位效果，采取超五类网线进行数据传输，这种传输方式能够同时处理定位基站供电问题。应用层应用层能够说是整个调度系统关键层，包含定位引擎和定位平台。定位引擎用于解算目标位置，依照数据采集层传回定位信息，定位引擎依照事先写入定位算法解算目标位置，并进行后续处理，得到最优位置信息；然后将位置数据在定位平台上展示出来与用户业务进行交互形成一套定位管理系统。系统功效系统依照标签回传定位信息，实时解算出来目标位置信息，在此基础上实现人员、物资与运输工具定位和管控。系统充分考虑到现场特殊性以及实际需求，实现功效有：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-SEQ图\*ARABIC\s12系统功效全局化定位监控在定位系统二维地图中，能够精准显示出人员、物料、工具、运输车位置信息，实时显示运动轨迹，做到全局化地图显示；能够经过定位和运动轨迹查看各个人员是否在各自区域作业；查看运输物料是否抵达正确装配区域。装配工作中，经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，第一个称为单目标回放，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，还会以日志形式存放在数据库中，当系统收到回放请求时，平台会向数据库中请求历史定位数据，同时结合报表统计来展现回放结果。这种回放形式相比于摄像头来讲，具备多维度整体性，摄像头回放形式智能从单一维度，一个视角对事件进行还原，无法确定人员与工具在整个区域相对位置，利用轨迹回放形式能够从多个维度来整体上显示人员与工具在整个区域位置，结合报表统计功效，能够直观地显示历史信息。图3-3定位信息处理平台定位标签位置轨迹显示人员、物资与运输工具信息管理用户管理：管理员能够对系统设置多个用户名，不一样用户名设置不一样管理权限，做到信息权限统一管理。物资管理：管理员能够对物资信息进行实时修改、查询，确保物资在正确时间出现在正确位置，降低了人为错误和昂贵重复劳动。运输工具管理：能够查询某个区域内叉车、平板车、无人搬运车等数量、工作情况、电量及能够抵达哪些装配点等信息，实时调度运输，降低等候浪费。标签管理：每个标签对应一个唯一ID，将定位标签与对应人员、物资等信息进行绑定一同录入数据库中，在标签管理界面上能够对标签进行增加、修改、删改、查询等操作；这么在管理系统中就能够实时查看人员、物资与运输工具属性信息及定位数据。图3-4标签信息绑定示意图运输工具导航与工厂现有导引系统进行集成，可动态规划路线以达成最小等候、最少空驶、最优路径目标；计算“实时交通情况”与运输时间以确保物料能与汽车同时抵达装配区域，降低生产线停工情况；计算各运输工具工作量，分析其潜在低效率步骤，为生产线整体智能化管理提供有力数据保障；计算行驶路径上与人员、物体距离，当抵达一定距离（可经过后台设定）时将自动停顿并发出报警信息。导航特点以下：（1）自动化程度高；当应用平台接收到生产计划后，将动态计算运输工具位置、运输时间、运输距离等信息，实时调配运输工具，确保物料能与车辆同时抵达装配区域。（2）充电自动化；当运输工具电量即将耗尽时，它会向系统发出请求指令，请求充电，在系统允许后自动到充电地方“排队”充电。（3）美观，提升观赏度，从而提升企业形象。（4）生产车间运输工具能够在被定位系统覆盖各个车间穿梭往复。重点区域与危险区域管理工厂作业时存在很多重点区域与危险区域，只有授权操作人员才允许进入作业，所以需要严格限制非授权人员进入，加大对重点区域与危险区域管控力度。利用智慧工厂调度系统能够随时在后台圈定电子围栏标为重点区域与危险区域，当非相关人员靠近或者进入这些区域时候，后台会接收到标签存在信号和标签属性信息，当发觉被定位人员并未得到授权，调度系统会回发报警信息至标签，进而触发标签上蜂鸣器来提醒相关人员或者区域责任人，整个过程历时不足一秒。同时，针对一些暂时危险作业区域，管理人员能够暂时圈定电子围栏，看成业完成后又能够解除危险区域，将危险区域变成普通级别作业区域。图3-SEQ图\*ARABIC\s15电子围栏功效示意图无线传输系统基于超宽带高效定位传感网络，该传感网具备定位精度高（优于10cm）、抗干扰性强、传输速度快、发送功率小和安全保密性强特点，利用它可同时传送高精度实时定位、现场数据，并实时归纳这些数据关联性，形成一个基于精准位置高效物联网承载平台。该传感网络上下行链路能够高效复用，生产区内不但能够实现厘米级高精度位置服务，还能实现高效现场数据传输，可实现运输工具自主导航和路径规划，实时上传各个工具位置和数据等功效。图3-6无线传输系统示意图实时搜索当不清楚某一个设备是否在使用还是在仓库里，假如正在使用也无法确认在那一条生产线或者当某人员不在工作区域内时，经过调度系统查询各自ID号或名字等信息，可实时确定各自历史运动轨迹、当前位置及工作状态。强大实时搜索功效降低了搜索人员和设备时间，从而提升生产过程可控性、降低生产线上人工与设备干预。视频联动视频联动是经过在定位区域内安装对应摄像头，将视频监控系统接入到定位综合管理平台中，能够实现重点区域联动、视频跟随、报警联动等。重点区域联动：佩戴定位标签人员进入重点区域以后，实现摄像头自动调取，能够做到人员运动轨迹监控及视频画面监控。视频跟随：对于像球型带有自旋转摄像头，可实现特定人员进入视频监控区域后，系统平台自动旋转摄像头跟随特定人员运动情况，直至人员离开摄像头监控区域。报警联动：经过火灾报警传感器、手动紧急报警按钮ID和位置信息进行一一映射关联，同时利用安装视频联动高清摄像头，能够实现报警位置区域精准监控，实现出现报警信息时管理平台自动调取报警该区域视频画面，方便监控人员第一时间察看和了解报警区域真实情况。图3-7视频联动示意图报表统计分析现场人员众多，仅仅依靠定位系统来显示人员位置信息和时间对象，会使结果不够清楚直观。利用报表统计功效能够填补这一缺点，比如人员出勤统计、危险区域人员误闯统计、区域工作人员统计等。利用报表统计功效结合图形化界面展现最终结果，这种图文并茂展现能够愈加直观展现系统结果。处理方案识别系统工厂现有识别系统需要手动使用扫描仪扫二维码，天天会有数百乃至数千次重复工作。处理方案：生产线上与仓库每台机器都放上标签，而且它们数据信息会被实时汇报。调度系统自动分辨设备。结论：代替传统手工识别任务，节约成本和生产时间，而且大幅降低错误和重复劳动。装配工具自动化控制生产线上车辆需要人工用