（上海市嘉定區(qū)安亭鎮(zhèn)人民政府，上海 201805）

0 引言

1913 年，福特發(fā)明了人類歷史上第一條流水線，自此以后人們對生產(chǎn)線的研究就沒有停止過。發(fā)展至今，自動化生產(chǎn)線在工業(yè)制造領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，這種生產(chǎn)方式大大提高了工業(yè)制造的效率，但是由于自動化生產(chǎn)線的控制方式大部分是預(yù)先設(shè)置的，所以存在生產(chǎn)靈活性不足的缺點。如果把整個生產(chǎn)線做成一個閉環(huán)，使生產(chǎn)線可以感知、分析、決策并執(zhí)行，就可以實現(xiàn)生產(chǎn)線的智能化。

2005年，國際電信聯(lián)盟（ITU）在信息社會世界峰會上以報告的形式給出了物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）的概念，“通過二維碼識讀設(shè)備、射頻識別（RFID）裝置，紅外感應(yīng)器，全球定位系統(tǒng)和激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品和互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)[1]”。近幾年隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起，對物聯(lián)網(wǎng)的研究和應(yīng)用非常廣泛，如共享汽車、智能物流、無人駕駛等。

由此可見，自動化生產(chǎn)線的研究已經(jīng)比較成熟，而且物聯(lián)網(wǎng)的研究與應(yīng)用也取得了較大進展。本文通過把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)線上，從而實現(xiàn)生產(chǎn)線的智能化，不但極大地提高了生產(chǎn)效率，而且為生產(chǎn)線的管理提供了便利[2]。

1 智能生產(chǎn)線工作流程簡介

圖1 主生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)

將一個產(chǎn)品的完整加工流程分為若干個基本的工序，每一個加工模塊完成一道工序，加工模塊在加工過程中重復(fù)地完成某一個操作；通過一條主生產(chǎn)線串連所有的加工模塊，并且傳遞待加工的物料[3]。同時，主生產(chǎn)線在各加工模塊處分支出一條支生產(chǎn)線，供物料或產(chǎn)品進出加工模塊，而且支生產(chǎn)線可以起到為各加工模塊進行緩沖任務(wù)的作用。

如圖1所示，待加工物料庫里有四種型號的物料A、B、C、D，這四種物料需要經(jīng)過各自不同的加工流程，也就是需要經(jīng)過不同的加工模塊組合才能完成加工。待加工物料放置于托盤上，如圖2所示，托盤上裝有電子標(biāo)簽，在物料上線時將物料型號信息寫入電子標(biāo)簽，主生產(chǎn)線將托盤自動傳遞至各個加工模塊，主生產(chǎn)線上的各個加工模塊位置處安裝有RFID讀寫器，通過讀取托盤上的電子標(biāo)簽里的信息確定該物料是否需要在本加工模塊上加工。如果需要，則托盤從主生產(chǎn)線上傳遞到對應(yīng)的支生產(chǎn)線上，再進入加工模塊進行加工；否則，托盤被傳遞至下一個加工模塊，如圖3所示。

圖2 支生產(chǎn)線

2 射頻識別（RFID）數(shù)據(jù)采集

射頻識別（RFID）技術(shù)具有體積小、容量大、可重復(fù)使用、讀寫快速等特點，且不怕油污、灰塵、高溫等惡劣環(huán)境，所以在工業(yè)可以達(dá)到很好的識別效果。目前射頻識別（RFID）技術(shù)在我國的應(yīng)用很廣泛，2009年我國RFID產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模達(dá)110億元，相比2008年增長36.8%，已用于物流、城市交通、工業(yè)生產(chǎn)等方面[4]。本文將射頻識別（RFID）技術(shù)應(yīng)用在智能化生產(chǎn)線中，用以實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的無人化采集與處理[5]。

如圖4所示，在上線模塊，待加工物料被放置在托盤上，RFID讀寫器將待加工物料型號信息寫入電子標(biāo)簽，每個物料型號都對應(yīng)一種預(yù)設(shè)的加工流程[6]。在每個加工模塊位置處，PLC通過RFID讀寫器自動獲取到達(dá)該加工模塊的物料型號信息，同時將新的信息寫入到電子標(biāo)簽里。這些物料型號信息用于確定該物料是否需要在本加工模塊上加工。RFID讀寫器固定在主生產(chǎn)線上加工模塊處，通過以太網(wǎng)與PC相連，從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時傳輸[7]。PC機根據(jù)得到的待加工物料的型號信息，通過PLC控制主生產(chǎn)線上的待加工物料進入某一個加工模塊或者繼續(xù)傳送至下一個加工模塊。物料包裝下線后，電子標(biāo)簽里的信息將清除，在下一個物料上線時重新寫入新的信息，以實現(xiàn)電子標(biāo)簽的重復(fù)利用。

圖3 生產(chǎn)線工作流程

圖4 數(shù)據(jù)采集

圖5 數(shù)據(jù)處理

如圖5所示，系統(tǒng)首先對實時采集到的信息數(shù)據(jù)進行簡單的預(yù)處理，然后將數(shù)據(jù)存入到生產(chǎn)過程相關(guān)信息數(shù)據(jù)庫里。數(shù)據(jù)庫里的信息一方面用于PC機通過PLC控制主生產(chǎn)線上的物料的加工流程；另一方面用于遠(yuǎn)程監(jiān)測。

3 遠(yuǎn)程監(jiān)控

如圖6所示，遠(yuǎn)程監(jiān)控主要由三層完成：底層為感知層，中層為接入層，上層為服務(wù)管理層。

圖6 遠(yuǎn)程監(jiān)控

感知層：主要包括RFID等各類型感應(yīng)設(shè)備，其功能是采集對生產(chǎn)線的工作狀態(tài)信息數(shù)據(jù)。

接入層：主要通過現(xiàn)有的移動通信網(wǎng)（GSM/GPRS）將來自感知層的信息傳遞到互聯(lián)網(wǎng)中。

服務(wù)管理層：遠(yuǎn)程服務(wù)器通過互聯(lián)網(wǎng)從各網(wǎng)關(guān)節(jié)點接收信息，完成數(shù)據(jù)解析、處理、存儲、查詢、統(tǒng)計、圖表繪制等功能，并通過網(wǎng)關(guān)節(jié)點發(fā)送控制指令至生產(chǎn)線完成遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置，使得客戶端在任何時間地點，通過登陸遠(yuǎn)程服務(wù)器，就可在線實時監(jiān)測信息和遠(yuǎn)程設(shè)置參數(shù)，實現(xiàn)了客戶端對生產(chǎn)線的遠(yuǎn)程監(jiān)測與控制功能[8～10]。

4 結(jié)論

隨著德國 “工業(yè)4.0”以及“中國制造2025”的提出，制造業(yè)已經(jīng)邁入了“智能”的新時代，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是智能制造的核心技術(shù)，將會有廣泛的應(yīng)用 。

本文將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)線上，可以使生產(chǎn)線具備自判斷、自決策功能，同時可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，達(dá)到真正的“智能化”。如圖7所示，采用了本文所研究技術(shù)的智能生產(chǎn)線樣機取得了良好的實際效果，不但極大地提高了生產(chǎn)效率，而且為生產(chǎn)線的管理提供了遠(yuǎn)程監(jiān)控的能力。

圖7 智能生產(chǎn)線樣機

[1]International Telecommunication Union UIT.ITU Internet Reports2005:The Internet of Things[R].2005．

[2]薛鵬.縫制設(shè)備監(jiān)管系統(tǒng)中生產(chǎn)線管理的設(shè)計與實現(xiàn)[D].西安:西安電子科技大學(xué),2013:4-6.

[3]譚杰.基于RFID的生產(chǎn)線物料監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[J].計算機應(yīng)用研究,2006(7):119-125.

[4]盧濤.美、歐、日、韓等國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略及其對我國的啟示[J].科技進步與對策,2012(4):47-51.

[5]徐尉.基于物聯(lián)網(wǎng)/傳感網(wǎng)的智能節(jié)能系統(tǒng)[J].計算機研究與發(fā)展,2010(47):366-371.

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[7]孔祥云.乳化炸藥生產(chǎn)過程安全監(jiān)控集成系統(tǒng)研發(fā)[D].杭州:杭州電子科技大學(xué),2011:39-45.

[8]孫彥景.基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)信息化系統(tǒng)研究與設(shè)計[J].計算機研究與發(fā)展,2011(48):326-331.

[9]孫玉硯.一種面向3G接入的物聯(lián)網(wǎng)安全架構(gòu)[J].計算機研究與發(fā)展,2010(47):327-332.

[10]魏星.工業(yè)遠(yuǎn)程控制與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)—基于RFID-GSM技術(shù)的遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)[D].內(nèi)蒙古:內(nèi)蒙古科技大學(xué),2011:7-14.