基于實(shí)時(shí)信息驅(qū)動(dòng)的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)

鞏高鑠， 高 琦， 張銳杰

(山東大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院， 山東 濟(jì)南 250061)

預(yù)制構(gòu)件又稱預(yù)制混凝土構(gòu)件，是構(gòu)成裝配式建筑的基礎(chǔ)，該類產(chǎn)品采用工廠化的方式在現(xiàn)場(chǎng)施工前預(yù)先生產(chǎn)完成，運(yùn)輸至工地通過可靠的方式連接形成裝配式建筑。與傳統(tǒng)的現(xiàn)澆施工方式相比，裝配式建造方式具有工期短、質(zhì)量高、成本低、污染小等優(yōu)點(diǎn)[1]，在近年來得到快速發(fā)展。預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)階段作為裝配式建筑建造過程中的關(guān)鍵階段，對(duì)于其過程的管控至關(guān)重要，然而目前大部分預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)資料仍采用紙質(zhì)形式傳遞，難以及時(shí)采集與跟蹤，導(dǎo)致生產(chǎn)過程的透明化程度低，生產(chǎn)狀態(tài)難以準(zhǔn)確監(jiān)控，生產(chǎn)計(jì)劃的執(zhí)行情況無(wú)法得到及時(shí)反饋。

目前，對(duì)于預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程的研究主要是針對(duì)生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)[2]、生產(chǎn)布局設(shè)計(jì)[3,4]及生產(chǎn)質(zhì)量管控[5,6]等生產(chǎn)技術(shù)方面的研究，對(duì)于裝配式建筑信息化技術(shù)的研究主要圍繞BIM(Building Information Modeling)技術(shù)與RFID(Radio Frequency Identification)技術(shù)展開。如潘敏華等[7,8]研究了利用BIM技術(shù)在裝配式建筑設(shè)計(jì)階段提高了建筑設(shè)計(jì)的效率；董娜等[9,10]研究了利用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)施工過程的模擬、跟蹤及管理；齊寶庫(kù)等[11]探討了BIM在裝配式建筑的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工及運(yùn)維階段之間的信息協(xié)同管理；對(duì)RFID技術(shù)的研究主要實(shí)現(xiàn)了對(duì)預(yù)制構(gòu)件的追蹤定位與質(zhì)量追溯[5,12]。在機(jī)械制造業(yè)領(lǐng)域，利用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控已取得了諸多的研究成果。如劉檢華等[13,14]系統(tǒng)地研究了離散產(chǎn)品裝配實(shí)時(shí)可視化監(jiān)控技術(shù)；尹超[15]等研究了生產(chǎn)車間作業(yè)執(zhí)行情況動(dòng)態(tài)監(jiān)控與調(diào)度系統(tǒng)；劉明周[16]等研究了生產(chǎn)車間運(yùn)行駕駛艙，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)運(yùn)行的多層次監(jiān)控。在裝配式建筑領(lǐng)域，信息化技術(shù)主要應(yīng)用于對(duì)建筑的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維階段的管理，而對(duì)于預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)階段的信息化管理相關(guān)技術(shù)的研究與應(yīng)用較少，尚未有效解決在預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)階段在生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)控及生產(chǎn)計(jì)劃準(zhǔn)確執(zhí)行方面存在的問題。

因此，為解決上述問題，結(jié)合預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于實(shí)時(shí)信息驅(qū)動(dòng)的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)通過現(xiàn)場(chǎng)RFID設(shè)備實(shí)時(shí)采集生產(chǎn)進(jìn)度信息，以此為基礎(chǔ)指導(dǎo)工人操作并實(shí)時(shí)采集反饋信息，以信息流驅(qū)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)過程和生產(chǎn)進(jìn)度的實(shí)時(shí)監(jiān)控及基于生產(chǎn)信息流的閉環(huán)控制。

1 預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

1.1 預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程分析

預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程從訂單到發(fā)貨主要經(jīng)歷接收訂單、深化設(shè)計(jì)、制定計(jì)劃、工廠生產(chǎn)、入庫(kù)、發(fā)貨等幾個(gè)階段，預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)主要針對(duì)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程中的工廠生產(chǎn)階段。流水線的生產(chǎn)組織形式是當(dāng)下預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的主要方式，因此，生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)將主要圍繞流水線形式展開研究。

預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程實(shí)質(zhì)上就是物流與信息流在工廠內(nèi)不同設(shè)備、不同人員、不同部門之間流動(dòng)的過程，以流水線形式為例，典型的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程如圖1所示。

圖1 預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)業(yè)務(wù)流程

對(duì)預(yù)制構(gòu)件工廠生產(chǎn)環(huán)節(jié)的監(jiān)控也就是對(duì)與生產(chǎn)車間相關(guān)的物流與信息流的監(jiān)控，主要包括對(duì)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程中的模臺(tái)、構(gòu)件、物料、模具等物品的物流狀態(tài)、線上及線下操作人員的工作狀態(tài)、工位設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)等內(nèi)容進(jìn)行采集與顯示，通過采集到的狀態(tài)信息驅(qū)動(dòng)工位操作任務(wù)的精準(zhǔn)下發(fā)、設(shè)備控制指令精準(zhǔn)執(zhí)行，并采集任務(wù)執(zhí)行情況反饋，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料準(zhǔn)備情況、工位任務(wù)指令完成情況、工廠生產(chǎn)計(jì)劃完成情況等狀態(tài)的監(jiān)控。

1.2 生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)功能需求分析

通過對(duì)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)廠家生產(chǎn)過程進(jìn)行調(diào)查與分析，結(jié)合常見生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)特點(diǎn)，總結(jié)得到預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程中對(duì)于生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的具體需求如下：

(1)工位操作任務(wù)精準(zhǔn)執(zhí)行。確保各個(gè)工位的工人及設(shè)備準(zhǔn)確接收到當(dāng)前的操作任務(wù)，并及時(shí)將執(zhí)行結(jié)果反饋至系統(tǒng)。

(2)生產(chǎn)物流狀態(tài)信息采集。實(shí)時(shí)獲取模臺(tái)及構(gòu)件的位置及加工狀態(tài)，監(jiān)控生產(chǎn)物料的供應(yīng)狀態(tài)，并以可視化的形式展示。

(3)設(shè)備及人員狀態(tài)信息采集。實(shí)時(shí)獲取設(shè)備的工作狀態(tài)、運(yùn)行模式及人員工作狀態(tài)，并以可視化的形式展示。

(4)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程信息存儲(chǔ)。存儲(chǔ)所有預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程關(guān)鍵監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程信息可追溯。

(5)生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動(dòng)分析。分析生產(chǎn)過程所記錄的數(shù)據(jù)，如產(chǎn)量、工時(shí)數(shù)據(jù)，提供必要的生產(chǎn)管理決策支持?jǐn)?shù)據(jù)。

1.3 系統(tǒng)功能方案設(shè)計(jì)

為滿足生產(chǎn)過程監(jiān)控的需求，設(shè)計(jì)了預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)，共包含四個(gè)功能模塊：生產(chǎn)調(diào)度管理模塊、生產(chǎn)要素監(jiān)控模塊、統(tǒng)計(jì)分析模塊及系統(tǒng)維護(hù)模塊，系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

1.3.1 生產(chǎn)調(diào)度管理

在預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)中，生產(chǎn)調(diào)度管理功能模塊包括了生產(chǎn)控制與物料控制兩部分，其中生產(chǎn)控制功能是多項(xiàng)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，通過該功能驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)線工人及設(shè)備的生產(chǎn)過程，同時(shí)，通過該功能采集到的反饋信息作為系統(tǒng)其它多個(gè)模塊的數(shù)據(jù)來源之一，驅(qū)動(dòng)其他模塊運(yùn)行。

(1)生產(chǎn)控制

生產(chǎn)控制功能主要包括面向工人的工單下發(fā)與反饋功能及面向設(shè)備的設(shè)備控制與反饋功能。工單下發(fā)功能通過工位智能終端設(shè)備向工人推送當(dāng)前在產(chǎn)模臺(tái)正在操作工序所需的各類信息，包括圖紙類信息及數(shù)據(jù)類信息，操作工人依據(jù)相應(yīng)的信息完成操作，并在工序完成時(shí)通過智能終端設(shè)備進(jìn)行反饋，工序的完成狀態(tài)、完成時(shí)間、操作人員信息將被反饋并存儲(chǔ)至系統(tǒng)；設(shè)備控制功能通過設(shè)備控制接口實(shí)時(shí)向自動(dòng)化設(shè)備發(fā)送動(dòng)作指令及加工所需的數(shù)據(jù)(如設(shè)備所支持格式的電子圖紙，構(gòu)件尺寸參數(shù)，鋼筋尺寸參數(shù)等)，設(shè)備完成動(dòng)作后自動(dòng)向系統(tǒng)反饋工序的完成狀態(tài)及完成時(shí)間。該功能的工作流程如圖3所示。

圖3 生產(chǎn)控制工作流程

(2)物料控制

物料控制功能準(zhǔn)時(shí)將工位的物料需求信息下發(fā)至物料準(zhǔn)備工位智能終端，操作工人按照物料需求進(jìn)行備料，并在完成后通過終端進(jìn)行反饋，系統(tǒng)自動(dòng)檢查模臺(tái)對(duì)應(yīng)構(gòu)件在當(dāng)前工位的物料齊備性，當(dāng)物料未齊備時(shí)可向線下物料準(zhǔn)備工位及當(dāng)前線上操作工位報(bào)警。在物料準(zhǔn)備的同時(shí)，系統(tǒng)可對(duì)物料的數(shù)量進(jìn)行監(jiān)控，將實(shí)時(shí)物料數(shù)量顯示于物料管理人員終端，當(dāng)物料數(shù)量低于安全庫(kù)存時(shí)，系統(tǒng)及時(shí)報(bào)警并提示進(jìn)行物料采購(gòu)。該功能的工作流程如圖4所示。

圖4 物料控制流程

1.3.2 生產(chǎn)要素監(jiān)控

生產(chǎn)要素監(jiān)控功能模塊實(shí)時(shí)獲取生產(chǎn)過程中涉及的模臺(tái)、構(gòu)件、人員、設(shè)備四大主要要素的狀態(tài)信息，并以圖形化的形式顯示于中控平臺(tái)上。該功能以生產(chǎn)控制功能為基礎(chǔ)，通過RFID讀寫器、工位智能終端及生產(chǎn)設(shè)備獲取數(shù)據(jù)，該功能的主要數(shù)據(jù)流程如圖5所示。

圖5 生產(chǎn)要素監(jiān)控功能數(shù)據(jù)流程

通過該功能主要可獲取四種生產(chǎn)要素的八種狀態(tài)信息，包括模臺(tái)位置、模臺(tái)對(duì)應(yīng)構(gòu)件工序、構(gòu)件工序完成狀態(tài)、人員工作狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行模式、設(shè)備能耗及設(shè)備其它運(yùn)行參數(shù)，具體如表1所示。

表1 預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)監(jiān)控狀態(tài)

1.3.3 統(tǒng)計(jì)分析

統(tǒng)計(jì)分析功能模塊以生產(chǎn)控制模塊所采集的完成情況反饋數(shù)據(jù)以及生產(chǎn)要素監(jiān)控系統(tǒng)所采集的生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，將系統(tǒng)所記錄的各類數(shù)據(jù)加以分析計(jì)算得到生產(chǎn)信息統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以圖表形式匯總并顯示于中控平臺(tái)及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)看板中，為生產(chǎn)線操作工人及生產(chǎn)管理人員提供決策依據(jù)，及時(shí)調(diào)度生產(chǎn)。

2 預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于實(shí)時(shí)信息驅(qū)動(dòng)的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)主要由五層組成，包括現(xiàn)場(chǎng)層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層、功能層及用戶層，如圖6所示。

圖6 預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

(1)現(xiàn)場(chǎng)層是監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)，包括工位智能終端、RFID讀寫器、RFID標(biāo)簽、PLC監(jiān)控模塊等硬件設(shè)備。現(xiàn)場(chǎng)層通過RFID獲取模臺(tái)、預(yù)制構(gòu)件狀態(tài)數(shù)據(jù)；通過PLC(Programmable Logic Controller)監(jiān)控模塊實(shí)時(shí)獲取生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)；通過工位智能終端獲取操作人員工作狀態(tài)數(shù)據(jù)的方式采集生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)。

(2)數(shù)據(jù)層為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)監(jiān)控提供支撐，對(duì)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如人員數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、物料數(shù)據(jù)等進(jìn)行分類封裝與存儲(chǔ)，同時(shí)對(duì)生產(chǎn)過程中的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，對(duì)歷史狀態(tài)數(shù)據(jù)與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)層連接生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)層與業(yè)務(wù)層，一方面完成數(shù)據(jù)的采集與存儲(chǔ)，另一方面完成數(shù)據(jù)向業(yè)務(wù)層進(jìn)而向功能層的上傳，最終實(shí)現(xiàn)可視化監(jiān)控。

(3)業(yè)務(wù)層位于系統(tǒng)架構(gòu)的中間位置，是功能層與數(shù)據(jù)層之間的紐帶。業(yè)務(wù)層采用模塊化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的高內(nèi)聚性與低耦合性。功能模塊主要包括觸發(fā)事件數(shù)據(jù)流處理、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)融合、工單與計(jì)劃推送服務(wù)以及其它一些支持功能等共八大模塊，模塊通過設(shè)置接口的方式支持功能層的運(yùn)作，功能層可通過調(diào)用業(yè)務(wù)層模塊的功能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。

(4)功能層是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的核心，實(shí)現(xiàn)了通過調(diào)用相應(yīng)業(yè)務(wù)層模塊處理現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)并以可視化方式呈現(xiàn)至系統(tǒng)用戶層，用以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能。功能層主要包括生產(chǎn)調(diào)度與控制、生產(chǎn)過程要素監(jiān)控、生產(chǎn)過程統(tǒng)計(jì)報(bào)表與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理四大模塊。功能層及業(yè)務(wù)層通過系統(tǒng)集成接口與外部ERP(Enterprise Resource Planning)系統(tǒng)及生產(chǎn)計(jì)劃系統(tǒng)完成系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的交互。

(5)用戶層是系統(tǒng)的最高層，由操作工人、車間調(diào)度人員、高層管理人員及施工方人員組成，用戶通過中控平臺(tái)、手機(jī)、工位智能終端、電子看板等媒介實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)的交互，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)狀態(tài)的監(jiān)控和生產(chǎn)任務(wù)的下發(fā)、執(zhí)行與反饋。

3 預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)以現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)通常具有數(shù)據(jù)來源多、數(shù)量多、種類多、關(guān)聯(lián)復(fù)雜的特點(diǎn)，為保證系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜數(shù)據(jù)的有效采集與管理和系統(tǒng)各功能模塊對(duì)數(shù)據(jù)的高效調(diào)用，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)模型，如圖7所示。

圖7 數(shù)據(jù)庫(kù)物理模型

4 生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 模臺(tái)位置信息采集單元模型

對(duì)于預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程的監(jiān)控，其實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)在于對(duì)模臺(tái)所在位置信息的采集?？紤]到RFID在工業(yè)領(lǐng)域的成熟應(yīng)用，監(jiān)控功能的實(shí)現(xiàn)以RFID掃描器為硬件基礎(chǔ)。

為實(shí)現(xiàn)由RFID實(shí)時(shí)掃描數(shù)據(jù)到模臺(tái)位置數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，建立了一種基于實(shí)時(shí)RFID掃描信息驅(qū)動(dòng)的預(yù)制構(gòu)件模臺(tái)位置信息采集單元模型，通過系統(tǒng)采集觸發(fā)點(diǎn)產(chǎn)生的實(shí)時(shí)信息，推斷出模臺(tái)當(dāng)前所處的位置狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)模臺(tái)位置的監(jiān)控，同時(shí)完成模臺(tái)加工過程信息的記錄。該信息采集單元模型由“觸發(fā)點(diǎn)”“事件”和“狀態(tài)”三個(gè)部分組成，如圖8所示。被監(jiān)控模臺(tái)將依次經(jīng)過觸發(fā)點(diǎn)，觸發(fā)點(diǎn)間的過渡過程為模臺(tái)所處的某一狀態(tài)，觸發(fā)點(diǎn)上傳模臺(tái)的經(jīng)過信息形成實(shí)時(shí)信息流，以此信息流驅(qū)動(dòng)，得到模臺(tái)位置及狀態(tài)信息。

圖8 模臺(tái)位置信息采集單元模型

(1)觸發(fā)點(diǎn)

觸發(fā)點(diǎn)代表設(shè)置于工位入口與出口的RFID掃描器，掃描器在模臺(tái)經(jīng)過時(shí)被觸發(fā)從而產(chǎn)生事件。觸發(fā)點(diǎn)擁有兩種類型：工位入口觸發(fā)點(diǎn)與工位出口觸發(fā)點(diǎn)，觸發(fā)點(diǎn)與掃描器一一對(duì)應(yīng)，觸發(fā)點(diǎn)掃描器擁有唯一編號(hào)。

(2)事件信息

事件信息是一種瞬時(shí)產(chǎn)生的信息，由觸發(fā)點(diǎn)在特定時(shí)刻產(chǎn)生，用以記錄觸發(fā)點(diǎn)所傳遞的信息，事件信息是驅(qū)動(dòng)模臺(tái)位置狀態(tài)信息發(fā)生變化的唯一要素。事件信息擁有四種屬性，分別為“觸發(fā)點(diǎn)類型”“掃描器ID”“標(biāo)簽ID”和“掃描時(shí)間”。

(3)狀態(tài)信息

狀態(tài)是一種具有持續(xù)性的信息，記錄了模臺(tái)當(dāng)前所處的位置狀態(tài)，每個(gè)狀態(tài)信息擁有四種屬性，分別為“所在位置類型”“位置ID”“標(biāo)簽ID”和“狀態(tài)持續(xù)時(shí)間”，其中，“位置ID”與其觸發(fā)事件信息中的“掃描器ID”一一對(duì)應(yīng)。

模臺(tái)在生產(chǎn)線上涉及到的位置狀態(tài)類型包括兩種：停留狀態(tài)與移動(dòng)狀態(tài)。停留狀態(tài)對(duì)應(yīng)靜態(tài)加工工位，如自動(dòng)劃線、安裝模具、布料等需要模臺(tái)靜止進(jìn)行加工的工位；移動(dòng)狀態(tài)對(duì)應(yīng)動(dòng)態(tài)加工工位，如清理模臺(tái)、自動(dòng)吸塵、自動(dòng)拉毛等需要模臺(tái)移動(dòng)進(jìn)行加工的工位。狀態(tài)的轉(zhuǎn)換由事件產(chǎn)生，狀態(tài)模型的圖形化表示如表2所示。

表2 狀態(tài)模型

注：圓點(diǎn)表示由觸發(fā)點(diǎn)所產(chǎn)生的事件，圓點(diǎn)顏色表示產(chǎn)生事件的觸發(fā)點(diǎn)類型，白色表示工位入口觸發(fā)點(diǎn)，黑色表示工位出口觸發(fā)點(diǎn)，虛線圓點(diǎn)表示當(dāng)前狀態(tài)結(jié)束時(shí)即將發(fā)生的事件；事件后圖形代表狀態(tài)，方塊表示停留狀態(tài)，倒三角表示移動(dòng)狀態(tài)

4.2 實(shí)時(shí)信息驅(qū)動(dòng)的模臺(tái)位置監(jiān)控流程

實(shí)時(shí)信息驅(qū)動(dòng)的模臺(tái)位置監(jiān)控流程是在信息采集單元模型的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的信息采集及模臺(tái)位置狀態(tài)判斷的流程，通過該流程實(shí)現(xiàn)由RFID掃描事件信息驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)模臺(tái)位置狀態(tài)信息的獲取，具體流程如圖9所示。

圖9 信息流驅(qū)動(dòng)的模臺(tái)位置監(jiān)控流程

5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

濟(jì)南某預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)任務(wù)繁多，同時(shí)所生產(chǎn)構(gòu)件種類多、數(shù)量多、涉及項(xiàng)目多，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)管理水平的要求較高，而企業(yè)目前大部份文檔仍采取紙質(zhì)文檔及手寫的方式進(jìn)行傳遞與記錄，從而導(dǎo)致信息存在記錄錯(cuò)誤、丟失、損毀、傳遞效率低、難以統(tǒng)計(jì)等問題。因此，為解決企業(yè)在生產(chǎn)過程中存在的問題，基于上文對(duì)于系統(tǒng)功能架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)的研究，開發(fā)了預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于MyEclipse平臺(tái)，利用Java語(yǔ)言編寫，采用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)為提高系統(tǒng)在多個(gè)平臺(tái)下的性能，采用客戶端/服務(wù)器(Client/Server，C/S)與瀏覽器/服務(wù)器(Browser/Server，B/S)混合架構(gòu)進(jìn)行開發(fā)。該系統(tǒng)通過面向不同部門多種形式的界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集，同時(shí)實(shí)現(xiàn)各工位生產(chǎn)任務(wù)的實(shí)時(shí)下發(fā)與生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)可視化監(jiān)控。

圖10為工位智能終端界面，可實(shí)現(xiàn)各個(gè)工序任務(wù)單的實(shí)時(shí)下發(fā)以及工序完成情況的實(shí)時(shí)反饋，包括包括任務(wù)名稱標(biāo)題欄、圖紙顯示區(qū)域、構(gòu)件信息顯示區(qū)域、加工參數(shù)顯示區(qū)域以及當(dāng)前模臺(tái)號(hào)、當(dāng)前構(gòu)件選擇及當(dāng)前用時(shí)等信息?，F(xiàn)場(chǎng)工人可查看當(dāng)前工序任務(wù)名稱、接受任務(wù)單圖紙、查看加工參數(shù)、查看任務(wù)完成進(jìn)度等，實(shí)時(shí)為工人操作提供準(zhǔn)確指導(dǎo)，確保工序任務(wù)的執(zhí)行。同時(shí)，當(dāng)該工序任務(wù)完成時(shí)，工人通過“當(dāng)前構(gòu)件完成”按鈕進(jìn)行確認(rèn)，將完成信息反饋至中控平臺(tái)。

圖10 工位智能終端界面

圖11為生產(chǎn)車間現(xiàn)場(chǎng)看板，該看板設(shè)置于生產(chǎn)車間內(nèi)，包括計(jì)劃產(chǎn)量完成情況統(tǒng)計(jì)、生產(chǎn)線狀態(tài)情況統(tǒng)計(jì)以及今日項(xiàng)目產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)三個(gè)模塊，現(xiàn)場(chǎng)工人及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)管理人員可通過該看板查看當(dāng)前產(chǎn)量、生產(chǎn)進(jìn)度、節(jié)拍、產(chǎn)能、今日在產(chǎn)項(xiàng)目以及項(xiàng)目完成進(jìn)度等信息。該看板實(shí)現(xiàn)了對(duì)統(tǒng)計(jì)分析功能所產(chǎn)生信息的實(shí)時(shí)顯示，幫助生產(chǎn)相關(guān)人員直觀了解生產(chǎn)狀態(tài)，及時(shí)掌握生產(chǎn)進(jìn)度。

圖11 車間現(xiàn)場(chǎng)看板界面

圖12為生產(chǎn)要素監(jiān)控界面，包含生產(chǎn)線總覽、構(gòu)件狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)、人員狀態(tài)四個(gè)選項(xiàng)卡，該界面顯示于中控平臺(tái)中，通過點(diǎn)擊各選項(xiàng)卡進(jìn)入各個(gè)生產(chǎn)要素的監(jiān)控界面，以可視化形式為管理人員提供包括模臺(tái)位置、構(gòu)件、設(shè)備、人員等生產(chǎn)要素的實(shí)時(shí)監(jiān)控信息。

圖12 生產(chǎn)要素監(jiān)控界面

6 結(jié) 語(yǔ)

本文針對(duì)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程的特點(diǎn)，分析了預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程信息化管理的需求，提出了預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的軟件架構(gòu)、硬件架構(gòu)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并對(duì)軟件各功能進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)通過RFID芯片、讀寫器、自動(dòng)化設(shè)備及工位終端進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集與推送，并結(jié)合模臺(tái)位置信息采集及工序狀態(tài)信息采集技術(shù)，以實(shí)時(shí)信息驅(qū)動(dòng)預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。最終將系統(tǒng)應(yīng)用于濟(jì)南市某預(yù)制構(gòu)件制造企業(yè)，取得了較好的應(yīng)用效果。下一步的研究工作將以目前的監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)計(jì)劃為核心，研究預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)資源的智能調(diào)度，更好地發(fā)揮監(jiān)控系統(tǒng)的作用，提高生產(chǎn)效率及資源的利用率。