報(bào)廢汽車(chē)拆解指導(dǎo)自動(dòng)推送系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

周世紅，季宏斌，聞月，季勇，胡建中，吳春江

（1.東南大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南京211189；2.南通棉花機(jī)械有限公司，江蘇 南通226000；3.江蘇省農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)感知及系統(tǒng)控制工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京211189）

目前隨著我國(guó)汽車(chē)行業(yè)迅速發(fā)展，我國(guó)報(bào)廢汽車(chē)數(shù)量逐年增加，但是我國(guó)報(bào)廢汽車(chē)拆解行業(yè)卻面臨諸多問(wèn)題：雖然報(bào)廢汽車(chē)數(shù)量一直在穩(wěn)步增長(zhǎng)，但實(shí)際回收拆解數(shù)量并不多；報(bào)廢汽車(chē)拆解企業(yè)的機(jī)械化、自動(dòng)化、信息化裝備水平偏低；企業(yè)工作人員拆解水平偏底，培訓(xùn)周期長(zhǎng)、成本高[1-3]。同時(shí)，在廢舊處理和回收利用過(guò)程中所引起的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染問(wèn)題也越來(lái)越明顯。因此，報(bào)廢汽車(chē)拆解高效化與環(huán)?；蔀橐I(lǐng)行業(yè)技術(shù)發(fā)展的重要趨勢(shì)。

隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的普及，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在生產(chǎn)線(xiàn)智能化方面得到廣泛應(yīng)用，以降低生產(chǎn)成本以及提高生產(chǎn)效益。姜典保[4]將機(jī)器人焊接生產(chǎn)線(xiàn)與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合，從而有效降低設(shè)備故障率。巴興強(qiáng)[5]以RFID 技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)報(bào)廢汽車(chē)回收倉(cāng)儲(chǔ)管理軟件。目前，基于物聯(lián)網(wǎng)的報(bào)廢汽車(chē)拆解技術(shù)研究主要集中于拆解后的零部件管理，缺乏拆解指導(dǎo)方面的研究。文中設(shè)計(jì)了一種報(bào)廢汽車(chē)智能化拆解指導(dǎo)系統(tǒng)，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)自動(dòng)推送不同車(chē)型在不同工位的拆解指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)同一拆解線(xiàn)適用多種車(chē)型報(bào)廢汽車(chē)的拆解，大大增強(qiáng)系統(tǒng)易用性。

1 報(bào)廢汽車(chē)拆解指導(dǎo)自動(dòng)推送系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

報(bào)廢汽車(chē)拆解指導(dǎo)自動(dòng)推送系統(tǒng)能夠跟蹤報(bào)廢汽車(chē)在拆解線(xiàn)中的位置，以推送不同車(chē)型在不同工位的拆解指導(dǎo)，提高報(bào)廢汽車(chē)拆解線(xiàn)的智能化水平，幫助操作人員快速適應(yīng)各種車(chē)型的拆解工藝。系統(tǒng)具體的功能要求如下。

（1）報(bào)廢汽車(chē)信息自動(dòng)識(shí)別。報(bào)廢汽車(chē)拆解線(xiàn)能夠利用托盤(pán)運(yùn)輸報(bào)廢汽車(chē)至各工位進(jìn)行拆解，并使用RFID 電子標(biāo)簽存儲(chǔ)報(bào)廢汽車(chē)車(chē)型信息；

（2）自動(dòng)推送功能。能夠?qū)Σ煌?chē)型拆解文件進(jìn)行管理，并根據(jù)各工位當(dāng)前拆解的車(chē)型實(shí)現(xiàn)拆解指導(dǎo)文件的自動(dòng)推送；

（3）拆解過(guò)程可視化。系統(tǒng)在每個(gè)工位均能夠提供拆解過(guò)程3D 動(dòng)作。

1.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

報(bào)廢汽車(chē)拆解指導(dǎo)自動(dòng)推送系統(tǒng)由硬件和軟件共同組成，硬件主要包括托盤(pán)定位裝置、RFID 模塊、工位終端等，軟件主要包括拆解線(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)、拆解指導(dǎo)自動(dòng)推送軟件。系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)中各部分的功能如下。

（1）拆解線(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)：數(shù)據(jù)庫(kù)是基于SQL Server2008設(shè)計(jì)，主要完成系統(tǒng)存儲(chǔ)功能，存儲(chǔ)有報(bào)廢汽車(chē)的拆解模型文件、拆解文本文件、模型配置文件和拆解補(bǔ)充文件等。拆解模型文件即報(bào)廢汽車(chē)在各個(gè)工位上的3D 拆解過(guò)程。拆解文本文件主要內(nèi)容是報(bào)廢汽車(chē)在各個(gè)工位上拆解過(guò)程的文字表述。模型配置文件主要用來(lái)控制拆解模型文件中拆解步驟的時(shí)序和拆解過(guò)程的總時(shí)長(zhǎng)。拆解補(bǔ)充文件主要記錄當(dāng)前工位拆解時(shí)所需要的拆解設(shè)備和拆解完畢時(shí)所得到的零部件。數(shù)據(jù)庫(kù)中的拆解文件表如表1所示。

圖1 報(bào)廢汽車(chē)拆解指導(dǎo)自動(dòng)推送系統(tǒng)的總體架構(gòu)

表1 拆解文件表

（2）托盤(pán)定位裝置與RFID 模塊：RFID 模塊主要由閱讀器和電子標(biāo)簽組成，電子標(biāo)簽主要存儲(chǔ)報(bào)廢汽車(chē)的車(chē)型信息，閱讀器能夠從電子標(biāo)簽中讀取車(chē)型信息[6-7]。托盤(pán)定位裝置指光電傳感器及其附屬裝置，主要用于確定拆解線(xiàn)中的托盤(pán)位置。

（3）工位終端和拆解指導(dǎo)自動(dòng)推送軟件：工位終端即臺(tái)式電腦，是拆解指導(dǎo)自動(dòng)推送軟件的運(yùn)行載體。拆解指導(dǎo)自動(dòng)推送軟件能夠獲取報(bào)廢汽車(chē)車(chē)型信息，并根據(jù)車(chē)型信息顯示相應(yīng)的拆解指導(dǎo)文件，幫助操作人員拆解汽車(chē)。

1.3 系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)利用RFID 電子標(biāo)簽的信息存儲(chǔ)功能，通過(guò)光電傳感器定位托盤(pán)在拆解線(xiàn)中的位置，在拆解工位讀取電子標(biāo)簽中的信息，推送相應(yīng)車(chē)型的拆解文件，實(shí)現(xiàn)一條拆解線(xiàn)拆解多種車(chē)型，同時(shí)將報(bào)廢汽車(chē)拆解過(guò)程可視化，便于操作人員迅速掌握不同車(chē)型報(bào)廢汽車(chē)在各個(gè)工位上的拆解操作，系統(tǒng)的工作流程如圖2所示。

圖2 報(bào)廢汽車(chē)拆解指導(dǎo)自動(dòng)推送系統(tǒng)流程圖

系統(tǒng)的工作主要包括以下步驟。

（1）在報(bào)廢汽車(chē)拆解線(xiàn)的初始工位，即工位A，操作人員將報(bào)廢汽車(chē)安放至拆解線(xiàn)中的托盤(pán)上，并且向粘著于托盤(pán)底部的RFID 電子標(biāo)簽寫(xiě)入車(chē)型信息。

（2）當(dāng)光電傳感器感應(yīng)到托盤(pán)到達(dá)工位B 后，傳感器將信號(hào)傳遞給RFID 閱讀器。閱讀器將會(huì)掃描托盤(pán)底部的電子標(biāo)簽，將獲取的車(chē)型信息傳送至拆解指導(dǎo)自動(dòng)推送軟件。軟件客戶(hù)端根據(jù)獲取的車(chē)型信息推送相應(yīng)車(chē)型在工位B 的拆解模型文件、拆解文本文件、模型配置文件和拆解補(bǔ)充文件，顯示拆解過(guò)程中所需的拆解設(shè)備、可拆卸的零部件、拆解過(guò)程的3D 動(dòng)作和拆解過(guò)程的文字說(shuō)明。

（3）拆解指導(dǎo)自動(dòng)推送軟件顯示拆解信息，指導(dǎo)操作人員完成工位B 的拆卸任務(wù)，隨后托盤(pán)進(jìn)入下一工位。位于其他工位的光電傳感器感應(yīng)到托盤(pán)后，報(bào)廢汽車(chē)拆解指導(dǎo)自動(dòng)推送系統(tǒng)在該工位的工作流程和在工位B 的工作流程相同，這里不再贅述。當(dāng)系統(tǒng)在工位H 的工作流程結(jié)束后，意味著一輛報(bào)廢汽車(chē)結(jié)束拆解。

2 拆解指導(dǎo)自動(dòng)推送軟件設(shè)計(jì)

拆解指導(dǎo)自動(dòng)推送軟件基于Visual C#進(jìn)行開(kāi)發(fā)，C#具有開(kāi)發(fā)周期短、自動(dòng)清理內(nèi)存和功能強(qiáng)大的類(lèi)庫(kù)等特點(diǎn)[8-9]。軟件客戶(hù)端由3 個(gè)模塊組成，包括拆解文件下載子模塊、車(chē)型校驗(yàn)子模塊與拆解指導(dǎo)文件加載子模塊，拆解指導(dǎo)自動(dòng)推送軟件的流程圖如圖3所示。

當(dāng)系統(tǒng)軟件開(kāi)始運(yùn)行后，車(chē)型校驗(yàn)子模塊接收來(lái)自RFID 閱讀器的車(chē)型信息，校驗(yàn)本地終端是否含有相應(yīng)車(chē)型的拆解文件以及拆解文件是否損壞，校驗(yàn)操作是通過(guò)自定義DismantlingFile 類(lèi)完成的。如果本地終端沒(méi)有相應(yīng)車(chē)型的拆解文件或拆解文件已損壞，拆解文件下載子模塊將連接拆解線(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，從數(shù)據(jù)庫(kù)中下載所需的拆解文件。

拆解文件中的拆解文本文件和拆解補(bǔ)充文件在數(shù)據(jù)庫(kù)中是以varbinary 形式存儲(chǔ)的，拆解文件下載子模塊通過(guò)Encoding 類(lèi)按照UTF8 的格式對(duì)二者進(jìn)行解碼。文件被保存為txt 格式，等待加載。模型配置文件被下載后，存放于本地終端，等待拆解模型文件的讀取。拆解模型文件由于占用存儲(chǔ)空間較大，其被存入數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，需要先進(jìn)行壓縮處理。拆解模型文件在數(shù)據(jù)庫(kù)中也是以varbinary 形式存儲(chǔ)的，拆解文件下載子模塊通過(guò)FileStream 類(lèi)將其轉(zhuǎn)為壓縮文件，然后通過(guò)自定義Rar 類(lèi)中的UnRar()方法調(diào)用WinRar 解壓軟件，將拆解模型文件轉(zhuǎn)為exe 可執(zhí)行文件格式。

圖3 拆解指導(dǎo)自動(dòng)推送軟件流程圖

當(dāng)本地終端存儲(chǔ)有相應(yīng)車(chē)型的拆解文件時(shí)，拆解文件加載子模塊會(huì)將拆解文本文件和拆解補(bǔ)充文件加載入后臺(tái)程序，并直接顯示在兩個(gè)richTextBox 控件中。同時(shí)拆解模型文件會(huì)被啟動(dòng)，自動(dòng)讀取模型配置文件中的信息，隨后自定義類(lèi)AppContainer 加載并顯示拆解模型文件。當(dāng)所有文件被拆解指導(dǎo)自動(dòng)推送軟件加載完成后，后臺(tái)程序中的Timer 定時(shí)器按照一定的時(shí)間間隔重復(fù)播放拆解模型文件。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

以一輛雪佛蘭報(bào)廢汽車(chē)的拆解為例，在報(bào)廢汽車(chē)拆解線(xiàn)的工位A，報(bào)廢汽車(chē)被安放至托盤(pán)，報(bào)廢汽車(chē)的車(chē)型信息被寫(xiě)入托盤(pán)底部的RFID 電子標(biāo)簽中。工位B 的光電傳感器感應(yīng)到托盤(pán)后，RFID 閱讀器讀取電子標(biāo)簽中的車(chē)型信息，發(fā)送給拆解指導(dǎo)自動(dòng)推送軟件，軟件客戶(hù)端根據(jù)車(chē)型信息向操作人員自動(dòng)推送相應(yīng)的拆解指導(dǎo)，拆解指導(dǎo)自動(dòng)推送軟件在工位B 的界面如圖4所示。工位B 的拆解任務(wù)完成后，托盤(pán)進(jìn)入下一工位，報(bào)廢汽車(chē)拆解指導(dǎo)自動(dòng)推送系統(tǒng)在其余工位的運(yùn)作流程與工位B 的相同。當(dāng)載有雪佛蘭報(bào)廢汽車(chē)的托盤(pán)從工位H 駛出后，報(bào)廢汽車(chē)拆解指導(dǎo)自動(dòng)推送系統(tǒng)便完成一輛報(bào)廢汽車(chē)的拆解和回收。

圖4 拆解指導(dǎo)自動(dòng)推送軟件界面

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）根據(jù)報(bào)廢汽車(chē)拆解線(xiàn)運(yùn)行的特點(diǎn)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用于報(bào)廢汽車(chē)拆解線(xiàn)，提出了一種多工位報(bào)廢汽車(chē)拆解指導(dǎo)自動(dòng)推送系統(tǒng)。該系統(tǒng)使拆解線(xiàn)針對(duì)具體車(chē)型的拆解更加靈活、柔性，相比傳統(tǒng)的拆解圖像或單一的文字指導(dǎo)形式，大大縮短了操作人員培訓(xùn)周期，提高了拆解線(xiàn)拆解指導(dǎo)的智能化水平。

（2）初步完成了報(bào)廢汽車(chē)拆解指導(dǎo)自動(dòng)推送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，但是系統(tǒng)仍然存在一些不足。拆解指導(dǎo)自動(dòng)推送軟件中播放的拆解模型文件缺乏回放、暫停等功能，系統(tǒng)無(wú)法對(duì)拆解線(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中的文件進(jìn)行及時(shí)地更新。以上問(wèn)題均是今后研究的方向。