一種裝配線工位數據采集成套系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種裝配線工位數據采集成套系統(tǒng)，它由數據采集裝置、物料配送模塊和存儲與管理模塊構成，數據采集裝置包括工控機、串口服務器、RFID讀卡器、RFID天線、RFID標簽及電子看板，物料配送模塊包括配送操作電腦和配送電子看板，存儲與管理模塊包括數據庫服務器和客戶端電腦，RFID標簽安裝在流水線上的裝配線工裝板上，流水線下設有裝配線工位，RFID天線安裝位置與裝配線工裝板呈垂直關系。本發(fā)明實現(xiàn)了工位工時數據、線邊庫存的實時采集，解決物料配送問題，為發(fā)現(xiàn)工位瓶頸及優(yōu)化工位布局提供實時數據依據，而且節(jié)省了在每個零部件上粘貼RFID標簽的時間、成本，在裝配線更換產品時可實現(xiàn)裝配線的柔性自動切換。
【專利說明】[0001] 一種裝配線工位數據采集成套系統(tǒng)

【技術領域】
[0002] 本發(fā)明涉及一種裝配線工位數據采集成套系統(tǒng)，尤其涉及利用RFID技術對離散 制造業(yè)的裝配線工位數據進行采集成套系統(tǒng)。

【背景技術】
[0003] 近年來，隨著全球化機遇與挑戰(zhàn)時代的到來，市場變得更加透明、市場熱點傳遞更 加迅速，客戶需求的個性化越來越突出，需求的變化也越來越頻繁，同時人工成本越來越 高、原材料成本也上升了，因此，企業(yè)快速響應和精益生產變得迫在眉睫。
[0004] 對于裝配型企業(yè)而言，每個裝配工位旁邊都會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 會帶來線邊庫存偏高的問題，因此，為了保證裝配線的順利進行，物料配送要在準確的時間 配送指定數量的零部件到達準確的裝配工位，為此需要實時采集到每個工位上的裝配時 間、零部件消耗數量等數據，以便平衡工位瓶頸、分析配送提前期以及缺料情況。
[0005] 為了解決工位數據的采集問題，國內外學術界、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，2010)將RFID標簽貼在托盤上，每只托盤與一個零件對應，當托盤經過機加工的銑、磨 等工序時利用讀寫器自動讀取到RFID標簽，由此可知零件在工序上的流轉信息，工序結束 后需人工將RFID標簽取回放入下一個托盤并重新建立與新零件之間的關聯(lián)，該系統(tǒng)無法 計算工序停留時間，同時當每道工序有多個托盤同時到來的時候，會出現(xiàn)漏讀的情況，另一 方面，該系統(tǒng)主要用于機械加工的各道工序，如車、銑、磨等。楊周輝(基于RFID的汽車混 流裝配線生產監(jiān)控系統(tǒng)的研究[D].廣東工業(yè)大學，2011)將RFID技術用于汽車裝配線 工時數據的采集，其特點在于將RFID標簽貼在每個零件上，在讀取工位裝配時間時，第一 次采集到RFID的時間為開始時間，而在采集結束時間時為了避免重復數據，需要工人按一 下讀寫器鍵盤的置1鍵，降低了系統(tǒng)的自動化程度，同時，由于將RFID標簽貼在零部件上， 工作量非常大。裴世超（基于RFID的裝配車間動態(tài)物料配送模式研究[D].重慶大學， 2010)提出了基于RFID的裝配車間動態(tài)物料配送方案，在該方案中，RFID標簽和條形碼同 時貼在零部件上，通過條形碼訪問ERP系統(tǒng)獲得待裝配產品批次、型號、Β0Μ表等信息并通 過RFID讀寫器將這些信息寫入RFID標簽中，在裝配工位上流轉時，由安裝在工位上的RFID 讀寫器直接從RFID標簽上讀取已裝配產品信息，根據BOM表即可計算已裝配產品的零部件 消耗數量。然而，當某個工位同時裝配多種類零部件時，由于每個零部件上都有RFID標簽， 或者同時裝配同一種零部件但所需數量較多時，會出現(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監(jiān)控系統(tǒng)的研究[D].浙江大學，2007)通過將RFID標簽貼在零 部件上，通過工位上的RFID讀寫器記錄其狀態(tài)，從而得到該工位對零部件的消耗情況，另 一方面，每一個工位工時的計算是用下一道工位的開始時間減去當前工位的開始時間得到 的，這包括了零部件在工位之間的流轉時間，因此，實際裝配工時并不準確。發(fā)明專利（申 請?zhí)枺?01210036803. 3,名稱：對離散制造工序物流的實時跟蹤并追溯質量的系統(tǒng)及方法） 闡述了一種對離散制造工序物流的實時跟蹤并追溯質量的系統(tǒng)，該系統(tǒng)由計算機服務器、 RFID標簽、RFID讀寫器及相應的軟件模塊組成，與本發(fā)明不同的地方在于，其RFID標簽采 用超高頻（915MHz)，且該標簽貼在零部件上，該系統(tǒng)重點解決工序物流的跟蹤及追溯，對于 每個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方案，對于工位耗時等 生產實時數據也未給出技術方案。發(fā)明專利（申請?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、LED電子 看板、RFID標簽、RFID讀寫器以及包含供應鏈管理、物料配送、LED電子看板控制系統(tǒng)等模 塊在內的軟件系統(tǒng)，與本發(fā)明不同的地方在于，在其技術方案中，未給出RFID標簽、讀寫器 與零部件或生產系統(tǒng)之間的布置關系，同時未給出工序或工位采集時間的方法，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依據。
[0006] 綜上所述，當前基于RFID的裝配工位數據采集技術方案中，存在著如下不足：（1) 當前方案中的RFID標簽均貼在零部件上，有部分貼在外包裝上，當同一工位需要同時裝配 多個零部件時，容易出現(xiàn)漏讀、誤讀的情況，同時多數方案并未給出RFID標簽采用頻率，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)，但由于超高頻識讀距 離較遠，容易發(fā)生兩個工位同時讀到同一個標簽的情況，從而導致串讀，另一方面，對每個 零部件均貼上標簽，工作量巨大，當生產線切換裝配產品時，準備時間較長；（2)已有方案 中，多數未給出工位消耗時間，其余則采用下一個工位到達時間減去當前工位到達時間來 得到工位工時，該時間將流轉時間也計算在內，無法得到真正的工時數據，難以對工位瓶頸 進行有效分析。
[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數據是生產線實時數 據采集的重點，基于這兩個數據不僅可以解決物料配送問題，同時可以提供發(fā)現(xiàn)工位瓶頸 及優(yōu)化布局的依據。
[0008]


【發(fā)明內容】

[0009] 為了克服現(xiàn)有裝配線工位數據采集存在的問題，本發(fā)明提供一種基于RFID技術 的裝配線工位線邊庫存及工時數據采集成套系統(tǒng)。
[0010] 所述的一種裝配線工位數據采集成套系統(tǒng)，由數據采集裝置、物料配送模塊和存 儲與管理模塊構成，其特征在于： 所述數據采集裝置包括工控機、串口服務器、RFID讀卡器、RFID天線、RFID標簽及電 子看板，RFID天線與RFID讀卡器相連，RFID讀卡器與串口服務器采用串口線連接，串口服 務器與工控機采用網線連接，電子看板與工控機連接，工控機內置采集程序，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 腦內置配送程序，負責物料配送時數據庫的修改及配送電子看板的刷新； 所述存儲與管理模塊包括數據庫服務器和客戶端電腦，數據庫服務器內置用于存儲所 采集的裝配線工位數據的數據庫，客戶端電腦內置管理系統(tǒng)； 所述RFID標簽安裝在流水線上的裝配線工裝板上，流水線下設有裝配線工位，所述 RFID天線安裝位置與裝配線工裝板呈垂直關系。
[0011] 所述的一種裝配線工位數據采集成套系統(tǒng)，其特征在于所述的RFID天線與RFID 標簽的距離為50-80cm，RFID頻率為13. 56MHz。
[0012] 所述的一種裝配線工位數據采集成套系統(tǒng)，其特征在于所述的客戶端電腦內的管 理系統(tǒng)包括如下功能：通訊配置、裝配產品切換、軟看板、裝配工位配置、裝配線設置和產品 Β0Μ配置。
[0013] 所述的一種裝配線工位數據采集成套系統(tǒng)，其特征在于所述軟看板包括總裝效率 看板、裝配線平均耗時看板、裝配線動態(tài)耗時看板、單工位動態(tài)耗時看板、分時段產量動態(tài) 看板、裝配線產量動態(tài)看板。
[0014] 所述的一種裝配線工位數據采集成套系統(tǒng)，其特征在于所述的RFID標簽由雙面 膠粘貼在裝配線工裝板上，或裝配線工裝板上固定一個小盒子，將RFID標簽放置于該小盒 子內。
[0015] 所述的一種裝配線工位數據采集成套系統(tǒng)，其特征在于所述的采集程序按如下方 法實現(xiàn)工位數據的采集： 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和RFID天線數，〈七，七〉表示工位編號&與RFID天線編號&的 對應關系，其中A和&表示第1個工位和第1根RFID天線，&和&表示最后一個工位和 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

【權利要求】
1. 一種裝配線工位數據采集成套系統(tǒng)，由數據采集裝置、物料配送模塊和存儲與管理 模塊構成，其特征在于： 所述數據采集裝置包括工控機（3)、串口服務器（4)、RFID讀卡器（5)、RFID天線（6)、 RFID標簽（7)及電子看板（11)，RFID天線（6)與RFID讀卡器（5)相連，RFID讀卡器（5) 與串口服務器（4)采用串口線連接，串口服務器（4)與工控機（3)采用網線連接，電子看板 (11)與工控機（3)連接，工控機（3)內置采集程序，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)內置配送程序，負責物料配送時數據庫的修改及配送電子看板的刷新； 所述存儲與管理模塊包括數據庫服務器（1)和客戶端電腦（2 )，數據庫服務器（1)內置 用于存儲所采集的裝配線工位數據的數據庫，客戶端電腦（2)內置管理系統(tǒng)； 所述RFID標簽（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)呈垂直關系。
2. 根據權利要求1所述的一種裝配線工位數據采集成套系統(tǒng)，其特征在于所述的RFID 天線（6)與RFID標簽（7)的距離為50-80cm，RFID頻率為13. 56MHz。
3. 根據權利要求1所述的一種裝配線工位數據采集成套系統(tǒng)，其特征在于所述的客戶 端電腦（2)內的管理系統(tǒng)包括如下功能：通訊配置、裝配產品切換、軟看板、裝配工位配置、 裝配線設置和產品BOM配置。
4. 根據權利要求3所述的一種裝配線工位數據采集成套系統(tǒng)，其特征在于所述軟看板 包括總裝效率看板、裝配線平均耗時看板、裝配線動態(tài)耗時看板、單工位動態(tài)耗時看板、分 時段產量動態(tài)看板、裝配線產量動態(tài)看板。
5. 根據權利要求1所述的一種裝配線工位數據采集成套系統(tǒng)，其特征在于所述的RFID 標簽（7)由雙面膠粘貼在裝配線工裝板（8)上，或裝配線工裝板（8)上固定一個小盒子，將 RFID標簽（7)放置于該小盒子內。
6. 根據權利要求1所述的一種裝配線工位數據采集成套系統(tǒng)，其特征在于所述的采集 程序按如下方法實現(xiàn)工位數據的采集： 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和RFID天線數，〈a，，5·,表示工位編號&與RFID天線 編號&的對應關系，其中&和5^表不第1個工位和第1根RFID天線，&和表不最后一 個工位和最后一根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類零部件的數量，/表示工位處 所要裝配的零部件種類數； 3) 利用多線程技術每隔」?的間隔時間采集一次數據，在當前時刻?,時采集到的^工 位的數據表示為
（i=l, 2，…，/?)，其中左表示時刻的序列號，F(xiàn)/表示心時 刻在+工位讀到的RFID標簽編號的集合，》?〖表示G時刻在+工位讀到的RFID標簽的數 量，相應的，在前一時刻（μ的數據為
，其中tuzi ? ; 4) 針對每個工位& (i=l，2，...，/?)，逐項檢查;Ff中的標簽編號，若該標簽編號不 在1^中且i=l，生成新的產品流水號并保存于數據庫中；若該標簽編號不在f中且1 < i彡/?且h工位已完成,則記錄a,.工位裝配當前產品的起始時間if*1 ==it ; 5) 針對每個工位a,. (i=l，2，...，/?)，逐項檢查F廣1中的標簽編號，若該標簽編號不 在1?中，則表明七工位已經完成，所粘貼的RFID標簽已經通過七，則記錄七工位裝配當 前產品的結束時間、將&工位標記為已完成，且按如下公式更新工位&處的線邊庫 存：= ;若該標簽編號不在if中且i=/7則標記當前產品已經裝配完 成。
7. 根據權利要求1所述的一種裝配線工位數據采集成套系統(tǒng)，其特征在于步驟3)中的 多線程采集間隔時間」?為50到300毫秒之間的任意整數。
8. 根據權利要求1所述的一種裝配線工位數據采集成套系統(tǒng)，其特征在于所述的配送 操作電腦（13)內置的配送程序根據G# (/=1，2，…，/?)以列表形式將零部件^ (/=1， 2，…，巧）、線邊庫存< (/=1，2，…，/7,.)實時顯示在配送電子看板（14)上，以提醒倉庫 物料配送人員及時準備物料并進行配送；物料配送人員在配送時，利用配送程序選擇待配 送的零部件/4,輸入配送數量rjC/=l，2，···，/〇,點擊確定配送后，則按照下式自動更新 線邊庫存：< =<；+<。
【文檔編號】G06Q50/04GK104123612SQ201410329670
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月11日 優(yōu)先權日:2014年7月11日
【發(fā)明者】高飛, 梅凱城, 胡偉江, 豐敏強, 令狐亁錦, 葉盈, 周佳怡, 盧書芳, 張元鳴, 陸佳煒, 肖剛 申請人:浙江工業(yè)大學