侯曉靜，郭 慶，簡紅彬，朱紅娟（.天津冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系，天津0000；.霍尼韋爾（天津）有限公司，天津0050；.天津電子信息學(xué)院電子技術(shù)系，天津0050；.河北政法職業(yè)學(xué)院計算機(jī)系，河北石家莊050000）

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一種基于無線技術(shù)的安燈系統(tǒng)設(shè)計

侯曉靜1，郭 慶2，簡紅彬3，朱紅娟4
（1.天津冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系，天津300400；2.霍尼韋爾（天津）有限公司，天津300450；3.天津電子信息學(xué)院電子技術(shù)系，天津300350；4.河北政法職業(yè)學(xué)院計算機(jī)系，河北石家莊050000）

摘 要：隨著傳統(tǒng)制造業(yè)中加工成本的不斷增長，生產(chǎn)利潤越來越低，為了提高企業(yè)的整體利潤率，將無線安燈系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)中，以有效地提升生產(chǎn)效率，優(yōu)化企業(yè)管理流程，使生產(chǎn)過程相關(guān)信息更加透明化。無線安燈系統(tǒng)比傳統(tǒng)的有線系統(tǒng)更便于安裝，是精益化管理的有效工具，更便于精益化管理。

關(guān)鍵詞：Andon；無線模塊；可視化；看板管理

0　引言

安燈系統(tǒng)是現(xiàn)代企業(yè)的信息管理和控制系統(tǒng)，主要用于收集生產(chǎn)線上有關(guān)設(shè)備、物料、質(zhì)量及訂單排程等與生產(chǎn)相關(guān)的信息［1］，在發(fā)現(xiàn)問題后，通過預(yù)設(shè)程序處理，對分布在車間現(xiàn)場的聲光報警系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的信息提示，通過郵件或短信方式通知相關(guān)的負(fù)責(zé)人以及時解決問題。

安燈系統(tǒng)由于其特殊性和實用性，在汽車行業(yè)中使用得最廣泛，它來源于豐田生產(chǎn)方式，基于其“建立立即暫停制度以解決問題，從一開始就重視品質(zhì)管理的文化”的生產(chǎn)原則，是豐田用來實現(xiàn)生產(chǎn)管理的一種方法，目前，安燈系統(tǒng)已不僅僅在汽車制造中使用，在很多行業(yè)都有安燈的影子，本文就將安燈系統(tǒng)用于企業(yè)生產(chǎn)線之中，提高工作效率。

1　無線收發(fā)技術(shù)

無線通信技術(shù)廣泛應(yīng)用于小型無線網(wǎng)絡(luò)、無線遙控及遙測、工業(yè)數(shù)據(jù)采集、安防系統(tǒng)、身份識別、小型無線數(shù)據(jù)終端等系統(tǒng)中，通常情況下發(fā)射模塊可以通過改變工作電壓或調(diào)制信號的頻率及幅度來調(diào)整發(fā)射信號的傳輸距離［2］。

由于現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)車間面積越來越大，場地非常開闊，并且會有一些貨架和管道等障礙物，有線系統(tǒng)因為布線距離遠(yuǎn)，影響5S（現(xiàn)代企業(yè)管理模式：整理、整頓、清掃、清潔、素養(yǎng)），特別是在已經(jīng)架設(shè)好的生產(chǎn)線上安裝安燈系統(tǒng)，施工周期會很長，甚至影響到生產(chǎn)［3］。

無線系統(tǒng)工程造價與有線系統(tǒng)相當(dāng)，并且便于安裝及維護(hù)，所以可以優(yōu)先考慮無線系統(tǒng)，從而提高生產(chǎn)線的效率，使生產(chǎn)信息更加可視化。

2　無線安燈系統(tǒng)設(shè)計

2.1無線安燈系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

無線安燈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

無線安燈系統(tǒng)的硬件主要包括：單片機(jī)無線發(fā)射安燈按鈕盒及報警燈塔、單片機(jī)無線安燈接收盒、接收盒主機(jī)、數(shù)據(jù)庫主機(jī)、生產(chǎn)信息顯示看板、FTE網(wǎng)絡(luò)（容錯以太網(wǎng)）。

無線安燈按鈕發(fā)射盒安裝于生產(chǎn)線的各個重要工位，其通過20C51單片機(jī)進(jìn)行控制，每個無線發(fā)射安燈盒都可以通過硬件地址來定義生產(chǎn)線及工位。安燈盒主要包括設(shè)備工藝、物料計劃、生產(chǎn)計劃、質(zhì)量等方面的報警按鈕，每種報警對應(yīng)相應(yīng)的燈塔報警燈，當(dāng)有問題發(fā)生時，按下相應(yīng)的問題按鈕，相應(yīng)顏色的燈塔指示燈點亮。此時安燈盒內(nèi)置的無線發(fā)射模塊通過單片機(jī)的控制將相應(yīng)的生產(chǎn)信息定期地發(fā)射出去。

圖1　無線安燈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

無線接收盒在每條生產(chǎn)線或每個車間安裝一臺，具體可根據(jù)場地的尺寸及發(fā)射接收模塊的傳輸距離來確定接收盒的數(shù)量，一般可在直徑100～200 m的范圍內(nèi)安裝一臺無線接收盒。接收盒同樣采用20C51單片機(jī)進(jìn)行控制，可通過程序設(shè)定無線接收盒的接收頻率及接收距離。

接收主機(jī)通過串口與無線接收盒進(jìn)行通信，主機(jī)上安裝了現(xiàn)場生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)接收采集管理軟件。接收主機(jī)通過程序設(shè)定可以通過無線接收盒接收指定的生產(chǎn)線上各個工位的無線發(fā)射安燈按鈕盒上的生產(chǎn)信息，并將生產(chǎn)信息進(jìn)行處理，定期更新到Oracle數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中并進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)共享。接收盒主機(jī)的管理軟件是在Windows 7環(huán)境下采用VS2010開發(fā)的，主要包括程序參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)接收管理、數(shù)據(jù)分析管理等模塊。程序參數(shù)設(shè)置主要包括系統(tǒng)密碼設(shè)置，串口參數(shù)的設(shè)置，Oracle數(shù)據(jù)庫連接端口參數(shù)設(shè)置；數(shù)據(jù)接收管理包括對各個無線發(fā)射模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性分析、篩除因為干擾而產(chǎn)生的錯誤信息碼。排除掉非本接收機(jī)應(yīng)該接收的數(shù)據(jù)，并將有效的信息進(jìn)行分組存儲；數(shù)據(jù)分析管理主要包括對生產(chǎn)信息進(jìn)行實時的分析，對有報警的工位信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，識別報警的種類，并將報警信息與本機(jī)數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)工位的最后一次更新的信息進(jìn)行比較確認(rèn)，判斷是否與原有的信息一致，如果有變化則通過網(wǎng)絡(luò)對服務(wù)器中的Oracle數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更新，同時系統(tǒng)會將最后一次更新的信息保留在系統(tǒng)本機(jī)的數(shù)據(jù)庫中，用于下一次與接收到的信息進(jìn)行比較確認(rèn)，如有差異繼續(xù)對Oracle數(shù)據(jù)庫中的信息進(jìn)行更新，并將變化的信息保存在本機(jī)數(shù)據(jù)庫中。

數(shù)據(jù)庫主機(jī)安裝了Oracle數(shù)據(jù)庫，用于存儲各個產(chǎn)線接收盒主機(jī)更新的生產(chǎn)信息及生成報表，其通過FTE網(wǎng)絡(luò)將接收盒主機(jī)更新的信息存儲在Oracle數(shù)據(jù)庫中，并根據(jù)報警的時間、生產(chǎn)線、工位、錯誤類型等信息，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、記錄并生成相應(yīng)的報表，上位機(jī)軟件根據(jù)檢測到的數(shù)據(jù)庫更新信息，將相應(yīng)的錯誤信息轉(zhuǎn)換后顯示在生產(chǎn)線看板上，并可根據(jù)報警等級發(fā)送郵件或短信給對應(yīng)的負(fù)責(zé)人。

生產(chǎn)信息顯示看板是采用Dreamweaver軟件的編程實現(xiàn)的一些網(wǎng)頁界面，這樣可使顯示的信息更全面，更豐富。再通過計算機(jī)與Oracle數(shù)據(jù)庫鏈接，并將Oracle數(shù)據(jù)庫中的生產(chǎn)統(tǒng)計表等信息經(jīng)過處理后按照每條生產(chǎn)線的需求，將各種生產(chǎn)信息通過懸掛在生產(chǎn)線上的電視顯示出來，便于隨時觀察，更有利于精益化管理［4］。

2.2無線安燈系統(tǒng)主要的功能

2.2.1工位設(shè)備安燈管理

無線安燈發(fā)射盒被安裝在各個產(chǎn)線的重要工位，通過硬件地址設(shè)置定義生產(chǎn)線及工位編號，每個發(fā)射盒上有不同顏色的按鈕，根據(jù)軟件來定義相應(yīng)的報警類型，并與相應(yīng)的燈塔指示燈相對應(yīng)。當(dāng)某工位上的工藝或設(shè)備發(fā)生問題時作業(yè)員會按下相應(yīng)的設(shè)備按鈕，此時相應(yīng)設(shè)備的報警指示燈亮起閃爍，生產(chǎn)線組長就會看到安燈信號，并協(xié)助解決。另外無線接收安燈盒也會收到此工位的報警信息，并將報警信息與系統(tǒng)中的狀態(tài)進(jìn)行比較，如果與上一次不一致，就會對數(shù)據(jù)庫中的信息進(jìn)行更新，此時上位機(jī)系統(tǒng)檢測到相應(yīng)的報警信息后，會將相應(yīng)的工位狀態(tài)信息通過生產(chǎn)顯示看板顯示在安燈看板上，通過郵件或短信的方式通知相應(yīng)的設(shè)備管理人員及時進(jìn)行處理。當(dāng)設(shè)備被修復(fù)完成后，安燈按鈕被恢復(fù)，報警指示燈熄滅，無線接收盒接收到對應(yīng)的復(fù)位信號，與數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)比較并更新，上位機(jī)將相應(yīng)的報警信息更新恢復(fù)后顯示在生產(chǎn)看板上。

2.2.2質(zhì)量安燈管理

質(zhì)量安燈是在生產(chǎn)線的一些關(guān)鍵的工位上設(shè)置的無線安燈盒，此質(zhì)量安燈發(fā)射盒與工位設(shè)備安燈發(fā)射盒集成在一起，在無線安燈系統(tǒng)的上位機(jī)軟件系統(tǒng)中進(jìn)行區(qū)分。此種設(shè)計在硬件設(shè)計上與工位設(shè)備安燈是一樣的，通過軟件的定義和配置，實現(xiàn)不同安燈發(fā)射盒的不同的功能，這種設(shè)計將質(zhì)量安燈管理和工位設(shè)備安燈管理相統(tǒng)一，只是后臺通過配置來實現(xiàn)，從成本和效益上來說是更佳的選擇。另外也可以通過一套獨立的安燈發(fā)射盒來實現(xiàn)，其在按鈕的功能上會更豐富，例如加入質(zhì)量類別的選擇等，一般這種設(shè)計是在一些線別的終端安裝無線發(fā)射質(zhì)量安燈盒。質(zhì)量安燈主要是發(fā)現(xiàn)前端生產(chǎn)的質(zhì)量問題，并及時對問題進(jìn)行反饋，系統(tǒng)會根據(jù)接收到的報警類別通知前端人員及QA人員進(jìn)行協(xié)助解決。直到質(zhì)量問題解決后對應(yīng)的質(zhì)量安燈按鈕被復(fù)位，對應(yīng)的質(zhì)量報警消除。

2.2.3物料安燈管理

無線物料安燈主要是推動物料的拉動式管理，保證現(xiàn)場物料的及時供應(yīng)。與工位設(shè)備安燈和質(zhì)量安燈最大的不同在于，工位設(shè)備安燈和質(zhì)量安燈一般是按照生產(chǎn)線或工序來劃分的，物料安燈一般是按照物料供應(yīng)的方式來劃分的，并不是每個工位都設(shè)置安燈盒。由于物料供應(yīng)的模式是按照區(qū)域來供應(yīng)的，因此有可能幾條線的一部分工位都在同一個物料供應(yīng)區(qū)域，同一條線又可能處于不同的物料供應(yīng)區(qū)域，因此無線物料安燈按鈕要參考車間的物料供應(yīng)模式。無線物料安燈的安燈盒一般與工位設(shè)備及質(zhì)量安燈在硬件上沒有區(qū)別，在生產(chǎn)線上的物料安燈盒通常是和工位設(shè)備及質(zhì)量安燈盒集成在一起，主要通過軟件定義及配置進(jìn)行區(qū)分。另外在車間物料暫存區(qū)的物料貨架上也會單獨安裝一些專用的物料安燈盒，方便操作工在取物料的時候操作。如果產(chǎn)線出現(xiàn)需要備料或缺料的情況，操作人員會按下相應(yīng)的物料無線安燈按鈕，對應(yīng)工位的物料警示燈閃爍，并將物料信息通過無線發(fā)射模塊發(fā)送給無線安燈接收機(jī)，無線接收機(jī)經(jīng)過處理后將對應(yīng)的物料信息更新給Oracle數(shù)據(jù)庫，上位機(jī)會對相應(yīng)的信息進(jìn)行處理并發(fā)送相應(yīng)的物料信息到物料供應(yīng)人員，物料供應(yīng)人員會在物料暫存區(qū)取料送到相應(yīng)的產(chǎn)線及工位。如果暫存區(qū)出現(xiàn)缺料，供應(yīng)人員會按下對應(yīng)的缺料按鈕，相應(yīng)的缺料信息會通過無線信號發(fā)給無線接收機(jī)，無線接收主機(jī)再將對應(yīng)的數(shù)據(jù)更新到Server中的Oracle數(shù)據(jù)庫，上位機(jī)將對應(yīng)的信息處理后更新對應(yīng)倉庫的物料看板，物料庫房管理人員會在物料看板上查收到對應(yīng)的缺料情況，及時對物料進(jìn)行補充。這樣整個物料的供應(yīng)可以按照拉動的模式運行，確保物料的及時供應(yīng)。

2.2.4安燈報表系統(tǒng)

統(tǒng)計報表的主要作用是可以清楚地反映每個產(chǎn)線每天或每個班次發(fā)生的安燈事件的數(shù)量，通過分析這些數(shù)據(jù)可以了解影響生產(chǎn)效率的主要因素，并有針對性地進(jìn)行改善和提高。系統(tǒng)可以根據(jù)車間實際的需要生成對應(yīng)的報表，對物料、品質(zhì)、設(shè)備等信息進(jìn)行相應(yīng)的統(tǒng)計，并通過看板顯示出來。

2.2.5看板管理

看板是制造行業(yè)生產(chǎn)管理使用最多最有效的一種模式，看板的作用是將生產(chǎn)信息及時有效地顯示給相應(yīng)的人員，使生產(chǎn)過程相關(guān)信息更加透明化，一旦發(fā)生問題，立即暫停或減緩速度，就地改善，以提升生產(chǎn)力的理念。

3　結(jié)論

無線安燈系統(tǒng)的應(yīng)用可以有效推動精益化生產(chǎn)，提升生產(chǎn)管理水平［5-6］。建立快速、透明的拉動式生產(chǎn)管理模式，使生產(chǎn)效率得到有效的提高。

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侯曉靜（1980 -），通信作者，女，碩士研究生，講師，主要研究方向：應(yīng)用電子技術(shù)。E-mail：houxj411@126.com。

郭慶（1980 -），男，本科，工程師，主要研究方向：無線網(wǎng)絡(luò)。

簡紅彬（1978 -），男，碩士研究生，工程師，主要研究方向：汽車電子技術(shù)。

引用格式：侯曉靜，郭慶，簡紅彬，等.一種基于無線技術(shù)的安燈系統(tǒng)設(shè)計［J］.微型機(jī)與應(yīng)用，2016，35（10）：4-6.

Design of Andon system based on wireless technology

Hou Xiaojing1，Guo Qing2，Jian Hongbin3，Zhu Hongjuan4
（1.Department of Electrical Engineering，Tianjin Metallurgical Vocation-Technology Institute，Tianjin 300400，China；2.Honeywell（Tianjin）Co.，Ltd.，Tianjin 300450，China；3.Department of Electronic Technology，Tianjin Electronic Information Technology Institute，Tianjin 300350，China；4.Department of Computer，Hebei Politics and Law Vocation institute，Shijiazhuang 050000，China）

Abstrac t：W ith the continuous growth of the traditionalmanufacturing and processing cost，profit of production becomesmore and more low.In order to improve the enterprise′s overall profit rate，wireless Andon is used in modern manufacturing enterprises in awide range of applications. W ireless Andon can effectively improve production efficiency，optimize business processes，and make the production process information more transparent.W ireless Andon is more convenient to be installed than traditional wired system，it is an effective tool of lean management，and it is more convenient to lean management.

Key words：Andon；wirelessmodule；visualization；kanban management

作者簡介：

收稿日期：（2016-02-26）

中圖分類號：TN98

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.19358 /j.issn.1674-7720.2016.09.002