汽車制造數(shù)據(jù)采集軟件系統(tǒng)設計

【摘要】在現(xiàn)代化、大規(guī)模的汽車生產行業(yè)中，由于生產質量數(shù)據(jù)屬動態(tài)信息，不僅數(shù)據(jù)量大，而且內容龐雜，且由于數(shù)據(jù)不僅用于生產統(tǒng)計及質量監(jiān)控等方面，同時還具有對整車終身質量跟蹤等功能，必須保證數(shù)據(jù)準確。本系統(tǒng)設計基于串口通信技術，設計了一種車間實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它結合多線程同步技術和數(shù)據(jù)庫存儲過程技術，能夠完成實時監(jiān)控、在制品跟蹤以及車間生產計劃的合理安排。實現(xiàn)了一種新的車間現(xiàn)場生產數(shù)據(jù)采集方式，為企業(yè)提高生產效率提供支持。

【關鍵詞】質量監(jiān)控;同步技術;實時采集

Abstract：In the modern，large-scale automobile production industry，due to production，quality data is dynamic information，not only the amount of data，but the content is complex，and because of this data not only for the production of statistics and quality control，etc.Therefore it must ensure data accuracy.A new job-shop real-time data collecting system based on serial communications is presented in this paper.The system combines multi-threads technology and database technology，to perform the functions of the real-time monitoring，the timely transfer of the materials and reasonable scheduling for production plan.A new job-shop real-time data collecting method is proposed and which improves the production efficiency.

Keywords：Quality control;Synchronous technology;Real-time acquisition

引言

在中國加入WTO、國內汽車市場進一步開放的大背景下，我國汽車制造企業(yè)面臨著日益激烈的市場環(huán)境，其必然需要進行信息化建設[1]。雖然目前國內大部分汽車制造企業(yè)的信息化總體水平比較低，無論是在企業(yè)資源計劃系統(tǒng)建設還是制造執(zhí)行系統(tǒng)的應用方面，都存在信息化建設表面上的重視和實際應用不足的問題。對于汽車制造企業(yè)來說，其信息化水平的高低不僅對企業(yè)自身，也會對其關聯(lián)企業(yè)的生產經營產生重大影響[2，3]。

就國內而言，MRPII、MIS已漸成熟和普及，而對制造執(zhí)行層的MES軟件開發(fā)與應用還相對薄弱。國內企業(yè)界和相關研究單位對MES的重視遠遠低于對ERP和車間自動化生產的重視程度。迄今為止，國內對MES系統(tǒng)的研究多數(shù)只停留在MES的思想、內涵及體系結構方面的問題上，在應用系統(tǒng)開發(fā)方面一般局限于MES單一功能或部分功能，多數(shù)只為解決生產中某個特定領域問題的專用MES（point MES），對車間層、單元層的研究大都著重控制模型的研究。基于上述背景，本系統(tǒng)設計了一個汽車制造數(shù)據(jù)采集軟件系統(tǒng)。它結合多線程同步技術和數(shù)據(jù)庫存儲過程技術，能夠完成實時監(jiān)控、跟蹤以及車間生產計劃的合理安排。實現(xiàn)了一種新的車間現(xiàn)場生產數(shù)據(jù)采集方式，為企業(yè)提高生產效率提供支持。

1.系統(tǒng)設計

汽車制造數(shù)采軟件以制造企業(yè)生產車間為研究對象，以制造現(xiàn)場的每道工序作為信息采集單元，通過串口技術讀取工位的數(shù)據(jù)信息，并將信息上傳至服務器，實現(xiàn)對生產的進一步監(jiān)控[4-6]。

本系統(tǒng)采用三層的分布式結構，由控制層、執(zhí)行層和管理層三部分組成。底層是控制層，由平行分布的RFID 數(shù)據(jù)采集終端組成，主要完成對制造現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集及任務下達;中間層是執(zhí)行層，負責底層數(shù)據(jù)采集終端與調度程序的數(shù)據(jù)交流;上層是管理層，由具有生產管理權限的計算機和數(shù)據(jù)服務器組成，主要完成生產管理和數(shù)據(jù)存儲，響應由執(zhí)行層傳來的底層數(shù)據(jù)采集終端的命令請求或向執(zhí)行層下達到控制層的指令，上層管理層和中間層是通過串口連接的。系統(tǒng)的總體框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體流程圖

2.軟件設計及數(shù)據(jù)庫設計

本系統(tǒng)開發(fā)軟件是 Microsoft Visual Stdio 2008，主要用于編寫系統(tǒng)管理界面。硬件編程擬采用C語言，用于編寫RFID接口程序。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用SQL Server 2008。C#是一種安全的、穩(wěn)定的、簡單的，由C和C++衍生而來面向對象的編程語言。它繼承了C和C++強大功能的同時去掉了一些復雜特性（例如沒有宏和模板，不允許多重繼承等）。本文將C#用于編寫系統(tǒng)管理界面，原因在于在C#3.0中，可以用類似于SQL語句的語法從一個數(shù)據(jù)源中輕松地得到滿足一定條件的對象集合，這樣就方便了程序和數(shù)據(jù)庫的連接，同時提高了效率。

2.1 串口通訊部分

串口通信的協(xié)議標準目前應用最廣泛的是RS-232標準，RS-232標準已被內置于從微控制器到主機的多種類型計算機及其相連的設備中， 在工控系統(tǒng)及硬件設計中有著廣泛的應用。RS-232通信接線原則：接收數(shù)據(jù)針腳與發(fā)送數(shù)據(jù)針腳相連，彼此交叉，信號對地相接。

軟件設計時可以在程序中先設置好串口的常用屬性，但在通常情況下，為了提高系統(tǒng)的通用性，一般需要在程序當中提供串口設置功能，具體包括：串口參數(shù)設置，如設置發(fā)送和接收串口、波特率。字節(jié)長度、校驗位、停止位，并具有保存相關參數(shù)設置及恢復默認參數(shù)設置等。

2.2 RFID數(shù)據(jù)采集信息處理部分

RFID技術具有自動識別對象和采集信息、抗干擾能力強、適應環(huán)境能力強。存儲量大、可重復利用等優(yōu)點，可以彌補現(xiàn)有生產管理系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集方面的缺陷。通過有效的實時數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)對現(xiàn)有的生產過程管理系統(tǒng)提供實時準確的數(shù)據(jù)信息。具體表現(xiàn)在幾個方面

在質量管理上，通過RFID進行實時數(shù)據(jù)采集，保證物料、設備、人力、工具等資源的正確使用，尤其是在混合裝配生產線上，利用RFID識別零部件來確保物料被送到正確的位置，減少出錯率，實現(xiàn)無紙化生產，從而保證產品的可靠性和高質量。在車間生產調度上，通過RFID對生產現(xiàn)場的設備和人員的實時跟蹤，監(jiān)控其工作狀態(tài)。若當RFID系統(tǒng)采集到當前有設備處于空閑狀態(tài)時，就可以及時將設備空閑狀態(tài)信息反饋給生產計劃管理層，便于生產排產模塊能夠及時的編排當前最優(yōu)的生產計劃，并將其返回給生產管理系統(tǒng)。在生產監(jiān)控上，通過獲取RFID的編號，可以從數(shù)據(jù)庫中查出綁定有RFID標簽的物料及在制品所在的位置，而且通過讀寫器實時采集信息實時獲取在制品加工信息，從而實現(xiàn)對生產的實時監(jiān)控。

該部分將重點研究基礎數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)采集、在制品管理這幾個模塊。充分利用RFID技術的優(yōu)勢，實時采集生產車間生產過程的數(shù)據(jù)，設備運行狀態(tài)等信息，對車間調度進行優(yōu)化，是操作和加工得到合理的利用，通過對生產過程的實時跟蹤與監(jiān)控，實現(xiàn)對車間生產的整體控制。

2.3 數(shù)據(jù)庫處理部分

對于管理信息系統(tǒng)軟件的開發(fā)來說，除了以上的功能模塊設計外，數(shù)據(jù)庫設計是另一個重要的方面。數(shù)據(jù)庫設計是指在現(xiàn)有數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的基礎上建立數(shù)據(jù)庫的過程，在關系型數(shù)據(jù)庫規(guī)范化原理指導下，根據(jù)數(shù)據(jù)存儲、訪問的實際需求進行設計。設計步驟如下：首先，要對所開發(fā)的應用系統(tǒng)進行需求分析和數(shù)據(jù)分析;然后，將需求抽象為信息結構概念模型，并將概念模型轉化為相應的數(shù)據(jù)模型;最后確定數(shù)據(jù)庫在物理設備上的存儲結構和存取方法。制造過程信息管理系統(tǒng)主要是對車間生產過程中所發(fā)生的物流和信息流進行管理與控制。

3.系統(tǒng)調試與測試

在本數(shù)據(jù)采集軟件中，對試漏機COSMO LS1842與TOSOK PEG2100這兩款機器數(shù)據(jù)的采集。

3.1 COSMO LS1842

LS-1842的3種輸出形式如表1所示。在本數(shù)據(jù)采集軟件中，輸出采用的是ID 格式。檢驗和的值的計算，首先將ASCII代碼全部相加，然后取上述和的2的補碼。將25針串口數(shù)據(jù)線（25針轉9針）母頭連接cosmo 1842智云試漏機的25針串口，另一端連接USB轉9針串口數(shù)據(jù)線并連接PC機X230，打開串口數(shù)據(jù)接收軟件接收數(shù)據(jù)。

表1 LS-1842的3種輸出形式

T/F：T格式 ? ? 以固定長輸出，只輸出泄漏數(shù)據(jù)

ID/F：ID格式 ? 以固定長輸出，還輸出極限值等

I/F：I 格式 ? ? 以固定長輸出，還輸出極限值等

借助串口小助手，從工序中讀取到的數(shù)據(jù)如圖2所示，并用兩臺PC機，通過RS-232來模擬數(shù)據(jù)的通信，接收數(shù)據(jù)圖如圖3所示。

圖2 串口讀取數(shù)據(jù) ? ? ? ? ? 圖3 串口接收數(shù)據(jù)

圖4 TOSOK生產面板圖

3.2 PEG2100

本裝置為大畫面高性能的多用途計量儀器，可同時使用32個頻道（選擇最多為96個頻道）的電子測微檢測器進行測量。與各種電子測微檢測器、氣動測微器（A/E轉換）配合使用，可將精密零件的工件尺寸的測量結果單獨顯示或進行演算顯示，通過I/O信號，還可以對自動化生產線作出回應。依靠本機的統(tǒng)計處理技能，能在畫面上表示pareto圖，管理圖，Cp值等。另外，由于可以在電腦上保存數(shù)據(jù)，便于質量管理。其面板的數(shù)值顯示如圖4所示。

參考文獻

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作者簡介：林金萱（1981—），女，廣東汕頭人，碩士，實驗室工程師，主要從事電氣產品檢測。