實時縫制數據采集及生產管理系統研究

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1引言

在傳統的縫制加工制造中，由于網絡的不健全，對于生產線上的數據信息還是靠人工采集、手工輸入等方式。手工輸入無法隨時進行，不能實時更新系統中的生產數據，滯后情況嚴重，不利于生產的順利進行，制約了產能的進一步提高。對于大部分縫制加工企業來說，執行層（生產車間）信息化是一個薄弱的環境，執行層的生產信息不能準確及時的反映到企業的管理層，管理層沒有準確的信息作為支撐，就不能對實時加工情況作出及時的相應及調整，這樣大大削弱了企業的市場應變能力。而隨著“私人定制”需求的日益增加，訂單規格數量將會變多，交貨時間也要求越來越短，這種信息化不準確不及時的企業也再難滿足市場的需求。那么應該如何破開這種困境了？隨著信息產業的發展，互聯網和物聯網的興起和應用，可以有效的解決生產過程中的這種數據不能準時采集的問題。

2傳統的數據采集及生產管理系統

傳統的數據采集及生產管理系統是1臺計算機控制多臺縫紉設備，工作站即計算機通過多串口卡用RS232（或者RS485）連接N臺縫制設備控制系統，由于串口線纜越長，干擾越大，成本也越高，而串口卡插口的數量有限制這些因素，該系統只能實現局部小范圍的管理控制。隨著現代生產規模的不斷擴大，更加不能適用于對于整個生產線乃至于整個車間或者多個車間的數據采集和生產管理。而隨著互聯網以及物聯網的普及，讓各種數據采集可以更大范圍的實現，從而以此為基礎衍生出各種數據采集以及生產管理的系統。本文就是介紹一種基于RFID的實時縫制數據采集及生產管理系統。

3系統主要功能以及工作流程

基于RFID的實時縫制數據采集及生產管理系統主要實現對物料從采購入庫到縫制加工的信息和狀態的采集，通過對采集到的物料的加工信息合理調配生產資源，達到高效利用生產資源的目的；并且通過該系統嚴格管控產品原材料的使用并且可從源頭對產品進行追溯，最大程度提高生產加工效率，避免生產過程中的浪費。系統的主要工作流程可以分為物料入廠、縫制加工、產品出廠。3.1物料入廠管理。進入縫制加工廠的物料可以是原始裁剪好的布料也可以是經過縫制加工的半成品，這些統稱為入廠物料，這些物料必須粘貼有RFID電子標簽。物料入廠管理主要完成兩個主要任務就是對入廠的物料信息進行正確采集，并為物料標注當前加工狀態；物料入廠管理可以準確采集當前物料的數量以及狀態信息，增加對物料入廠的管控，并且對出廠成品率提供準確的基數。物料入廠的具體流程：1）在本批次物料入廠之前，上一工段的系統將本批次物料信息傳遞給當前工廠的數據采集和生產管理系統中；2）物料入廠，進入數字化生產線之前，用手持式RFID閱讀器讀取每件上架的物料信息；3）根據閱讀器反饋的物料信息和上一工段傳送的物料信息進行比對，若無差錯，即可確認接收該物料，使該物料進入數字化生產線的吊掛物流線，開始進行該物料的生產管理；反之，則可及時針對出錯物料進行解決，避免了因物料運送失誤造成的縫制加工以及之后的一系列錯誤。3.2縫制加工管理。物料在縫制加工過程中可以根據工藝要求，將縫制加工分為幾個工序，在每個工序安裝一個RFID閱讀器，當物料完成了當前工序后將物料的信息中計入完成工序的序號，以此表示物料當前的加工狀態。該信息也給吊掛物流線的分流提供了依據，完成了工序的繼續傳輸至下一工序，而沒有完成的物料繼續在當前的物流線中運行，等待加工。具體流程圖1所示。3.3物料出廠管理該批次物料在完成縫制加工準備出廠時，需要在出廠時進行信息比對，通過出廠通道，RFID閱讀區讀取物料信息，與入廠管理時的物料信息進行比對，查看物料數量以及加工信息是否滿足出廠要求。如果出現錯誤，則系統提示工作人員進行現場解決；若是未發現錯誤則順利出廠，并由物流車發送到指定地點。

4系統總體設計方案

基于RFID的實時縫制數據采集及生產管理系統主要實現主控單元對分布的信息采集節點的產品流通監測信息的匯聚和傳送，以便主控單元根據信息對生產作出調整。系統主要由主站機和N個信息采集子站機構成。該系統的網絡結構圖如圖2所示。主站機由由主站采集節點與計算機通過RS232或者RS485進行連接。主站機主要功能是接收各個子站機返回的物料信息和狀態，將該信息反饋回計算機中的數據采集系統中進行歸類，達到實時監控縫制車間生產線運行狀態的目的。再根據管理系統的預先設置的任務數據和物流數據，對生產線上的運行情況進行合理調配和管控，并發送任務指令給各個站機進行執行。此系統中考慮到計算機與主站采集節點的距離較近，故采用的RS232串口進行兩者之間的信息交換。信息采集子站機分散布局在縫制加工廠的各個區域，根據距離和分布的情況，可以選擇無線或者有線網絡通信方式。本系統采用無線網絡通信方式連接各個子機節點與主節點。子站機主要功能是通過RFID閱讀器獲取當前物料的狀態并通過無線網絡反饋回主站機。主站機是由計算機和路由器構成，用于完成對采集到的信息和狀態進行處理，并發送相應的執行命令給各個子站機；而各個子站機的設計考慮到功能需求，需要包括如下幾個功能模塊：RFID數據采集模塊、核心處理器模塊。子站機硬件結構體系如圖3所示。4.1RFID數據采集模塊的設計。RFID數據采集模塊[3]主要包括了電子標簽（TAG）、閱讀器組成。無線射頻識別技術(RadioFrequencyIden-tification，簡稱:RFID)是一種非接觸式的自動識別技術，其基本原理是利用射頻信號和空間耦合(電感或電磁耦合)或雷達反射的傳輸特性，實現對被識別物體的自動識別。考慮到應用在縫制生產管理上，選用一種桌面式高頻RFID讀寫器[2]，工作頻率在840-960MHz，可以對符合ISO18000-6B、EPCCLASS1G26C標準的電子標簽進行讀寫操作，支持RS232、RS485、TCP、WIFI等多種用戶接口。通過調整輸出功率，可以將典型讀取距離擴大至3m。完全滿足縫制物料在物流過程中的自動識別。電子標簽可以選用Higgs®-3IC含800bitsNVROM的芯片，這種芯片支持EPCGen2(v1.2.0)和ISO/IEC18000-6C，可以和桌面式高頻讀寫器配合使用。4.2核心處理器模塊的設計。核心處理器模塊主要實現如下功能：1）接收采集模塊傳遞來的物料信息；2）根據軟件設置以及當前工位加工情況，對信息進行標注；3）連接電子看板，將信息反映在看板上以供操作人員能實時了解生產線的情況；4）通過無線通訊將生產線情況反饋回主站機；5）通過無線通訊接收由主站機發送的指令，對生產線的設備動作進行干預和調配；核心處理器模塊[1]選用三星的S3C2416芯片，該芯片是低功耗、高性能、低成本的SAMSUNGARM9處理器，內核為ARM926EJ。最具性價比優勢的芯片，是目前市面上2440的最優替代品。以S3C2416芯片為核心的核心板采用DDR2內存顆粒，支持多個種類的NANDFlash。擁有豐富的內部資源和接口，其運行主頻可達400MHz。核心處理模塊還包括DM9000網卡芯片,10/100Mbps以太網口，RJ45接口。方便與主站機進行數據通訊。

5實時縫制數據采集及生產管理系統軟件設計

5.1數據采集及生產管理系統軟件的功能模塊。系統軟件主要完成以下功能：1.物料入廠管理：接收來自生產調度或者上一工段系統發送的本批次物料的各種信息，包括本批次物料數量、已完成狀態、下一工段加工任務以及要求完成時間等信息；在物料實際入廠時，根據物料入廠子站機發送的實際通過RFID讀寫器讀取的物料數據，與接收的信息進行比對，對有問題的物料及其編號通過無線通訊傳送至子站機，在子站機電子看板或者計算機顯示器上顯示物料出錯報警信息，方便工作人員進行追溯；2.生產線生產管理：根據物料電子標簽中記錄的信息以及加工任務，合理安排工序，保證生產線上設備協調平衡運行；3.物料出廠管理：通過出廠通道，RFID閱讀區讀取物料信息，與入廠管理時的物料信息進行比對，查看物料數量以及加工信息是否滿足出廠要求；4.系統運行狀態顯示：在電子看板上及時反映當前運行情況，方便工作人員進行操作；5.生產線生產數據的備份：對每日每臺生產設備的生產情況進行記錄，包括運行狀態、時間、加工完成合格率等，為管理整個生產線提供基礎數據，方便管理層針對生產線的加工情況進行分析，從而把控整個生產的節奏。6.設備故障分析及預測：包括歷史故障查詢、故障時間分布、故障概率分布、故障概率趨勢、全部設備故障對比圖等。5.2數據采集及生產管理系統軟件的工作流程。系統從物料入廠開始，對物料進行編碼，并將相對應的電子標簽固定在每個物料上，并將每個物料的信息錄入子站點。隨后在該批次物料的錄入完成后子站點將進廠物料信息打包給主站機。主站機接到本批次物料后對其進行分析、核對并反饋回處理數據，屬于本批次正常的物料，允許進入下一工序；而不符合的物料則剔出重新處理。通過入廠檢測的物料入廠進入各個工序進行加工；在加工過程中，主站機實時接收各子站機加工情況以及物料縫制加工完成情況來分析和控制吊掛物流是否將物料傳送至下一工序；待到任務要求的加工都執行完成后在出廠時進行物料出廠比對，從而判定是否允許出廠。具體的工作流程如圖4所示。

6結束語

目前，我司研制的基于RFID的實時縫制數據采集及生產管理系統已在浙江小型服裝加工廠進行試用。

作者:袁敏娟 曾云翔 單位:綿陽市維博電子有限責任公司