白子龍 胡曉睿 錢佳慧

（中國兵器第二一○研究所，北京，100089）

1 基于信息流的智能裝配監(jiān)控需求分析

智能制造是一種高度網(wǎng)絡連接、知識驅(qū)動的制造模式，它優(yōu)化了企業(yè)全部業(yè)務和作業(yè)流程，實現(xiàn)生產(chǎn)力可持續(xù)增長、能源可持續(xù)利用、高經(jīng)濟效益目標。智能制造結(jié)合信息技術(shù)、工程技術(shù)和人類智慧，從根本上改變產(chǎn)品研發(fā)、制造、運輸和銷售過程，通過零排放、零事故制造提高人身安全、保護環(huán)境。在工業(yè)3.0的數(shù)字化制造時期，人們已經(jīng)意識到數(shù)據(jù)信息是保障產(chǎn)品制造高效率、高質(zhì)量、低成本而不可或缺的因素。工業(yè)4.0時代是在工業(yè)3.0充分解決了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，將人類長期積累的經(jīng)驗知識轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)和信息，使得裝備能夠動態(tài)感知、實時分析、自主決策、精準執(zhí)行。工業(yè)4.0的主要任務是在解決質(zhì)量問題的前提下充分解放人力、使得機器具有“思考”的能力，最終達到全面解放人類腦力的目標。未來的制造系統(tǒng)需要靈活的生產(chǎn)力，可持續(xù)和安全的競爭力，并能將數(shù)據(jù)充分利用起來。在一定程度上，幾乎所有的數(shù)據(jù)都是有用的，將低層次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成有用的高層次信息來提供智能服務、智能決策是制造業(yè)從自動化向智能化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。

在智能裝配過程中，由于零部件的多樣性、裝配工藝過程繁瑣，其裝配過程的監(jiān)測就顯得特別重要。建立可覆蓋裝配全過程的數(shù)字化測量與監(jiān)控網(wǎng)絡，通過傳感器、RFID、工業(yè)云網(wǎng)絡等實時感知、監(jiān)控、分析裝配狀態(tài)，并利用云計算、大數(shù)據(jù)等先進技術(shù)對收集到的海量數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)分析，做出判斷并下達相應指令，可以實現(xiàn)裝配過程的描述、監(jiān)控、跟蹤和反饋，提高裝配精度、效率、靈活性和質(zhì)量。

2 基于信息流的智能裝配監(jiān)控平臺架構(gòu)

信息采集是信息流運行的起點，信息感知是信息的基礎屬性，也是采集信息的基本方法。采集到的可感知信息的質(zhì)量，即信息的可靠性、及時性，決定著信息是否達到預定的目的和滿足需要。在生產(chǎn)線裝配監(jiān)控中，信息流是監(jiān)控策略的核心與紐帶，只有對信息流進行理性的組織和分析，物流、資金流等才能有序運行。因此，如何采集、傳遞和共享信息，建立合理的信息流驅(qū)動裝配模式，將企業(yè)的生產(chǎn)過程和各部門的職能合理調(diào)配，是裝配監(jiān)控策略所要解決的重點問題。

2.1 信息流融合框架（information flow framework）

信息技術(shù)和大數(shù)據(jù)的快速發(fā)展是智能制造時代產(chǎn)品全生命周期信息全過程記錄的血液。目前，企業(yè)將制造過程信息化、數(shù)字化的意識已經(jīng)越來越強，然而如何從海量的數(shù)據(jù)中提取對產(chǎn)品制造真正有用的信息仍然是一大難點，也是未來智能制造急需解決的問題。

本文提出的信息流融合框架涉及到五個模塊，分別為數(shù)據(jù)來源、信息交互平臺、數(shù)據(jù)生成、數(shù)據(jù)存儲和信息應用。該信息流融合框架（如圖1所示）認為所有的數(shù)據(jù)在某種特定環(huán)境下都有可能是有用的，因此盡可能的將信息存儲在工業(yè)云中，并在某一生產(chǎn)環(huán)節(jié)時根據(jù)工藝需求提取其中有幫助的部分。該信息流融合框架的數(shù)據(jù)來源主要包括實驗數(shù)據(jù)、專家積累經(jīng)驗等人工知識，還包括例如PLM、ERP、MES等企業(yè)現(xiàn)有的信息系統(tǒng)。通過信息交互平臺（例如mySQL數(shù)據(jù)庫構(gòu)建平臺、protégé本體管理工具等）對冗雜的數(shù)據(jù)進行挖掘管理，生成數(shù)據(jù)文件（例如SQL、XML等）存儲在智能裝配系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲器中，最后運用到實際生產(chǎn)設備中，對裝配工作臺進行工藝、故障檢測等指導。

2.2 基于信息流的智能裝配系統(tǒng)

圖1 信息流融合框架

圖2 基于信息流的智能裝配系統(tǒng)工作流程

基于信息流的智能裝配系統(tǒng)工作流程如圖2所示，客戶根據(jù)自己的需求進行個性化定制，該需求通過服務中心平臺對訂單進行分析并對工作人員進行任務分配。企業(yè)工業(yè)數(shù)據(jù)云利用工作人員唯一對應的RFID身份信息對其進行管理，智能裝配控制中心是整個智能裝配系統(tǒng)的信息控制中樞，基于專家經(jīng)驗、裝配案例、實驗數(shù)據(jù)等的裝配知識庫為該系統(tǒng)提供了大量的知識儲備，在人工干預的基礎上為后續(xù)的操作過程中提供指導。結(jié)合PLM系統(tǒng)輸出的產(chǎn)品集合信息，在裝配知識庫的指導下，分別進行裝配序列生成、工裝夾具選擇、裝配路線確定、裝配參數(shù)確定等步驟。在裝配過程中，對智能感知元件進行數(shù)據(jù)記錄和分析，以達到裝配系統(tǒng)自感知、自分析、自決策的目的，最后對出廠產(chǎn)品進行質(zhì)量檢驗，通過對不合格產(chǎn)品的數(shù)據(jù)分析檢驗總結(jié)出產(chǎn)品不合格原因，并將其總結(jié)得到的經(jīng)驗知識更新至裝配知識庫，在一定程度上實現(xiàn)自完善功能。

2.3 智能監(jiān)控平臺

本文基于Auto-ID的智能監(jiān)控平臺，通過對操作人員、產(chǎn)品材料、待裝配零件、裝配工具及自動化裝配系統(tǒng)的唯一身份管理，使得物理世界的物體能夠在信息系統(tǒng)里得到一一對應。智能監(jiān)控平臺通過對具有數(shù)字標識的對象（Objec t）進行實時可視化信息讀取和反饋，再通過控制系統(tǒng)對其進行實時決策和實時管控（planning and control），其總體框架如圖3所示，在裝配系統(tǒng)空間內(nèi)布有監(jiān)控相機和掃碼槍，帶有身份信息的物體在經(jīng)過掃碼槍時，該智能監(jiān)控平臺實時記錄操作人員、物料、裝配設備的時間信息和空間位姿信息，另外在力傳感器、監(jiān)控相機等智能感知元件的輔助作用下，控制中心能夠通過數(shù)據(jù)分析和決策來判斷系統(tǒng)是否正常運行，防止誤裝、漏裝及故障現(xiàn)象的發(fā)生。

3 結(jié)語

在制造企業(yè)內(nèi)部，上下級之間計劃指令的傳達、各個部門之間的溝通等等都是信息流的表現(xiàn)形式。在裝配操作過程完成后，代表操作結(jié)果的信息都將作用、反饋并融入到信息流中。本文針對裝配生產(chǎn)過程，提出了基于信息流的裝配系統(tǒng)和裝配平臺，可實現(xiàn)車間計劃的優(yōu)化排產(chǎn)與調(diào)度、生產(chǎn)全過程的數(shù)據(jù)信息集成與監(jiān)控、控制中心的分析和決策，提高設備利用率。以制造執(zhí)行系統(tǒng)為監(jiān)控策略的工具，并運用信息流分析和決策的思想，使生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)處理高效準確，提高了車間生產(chǎn)管理效率。

圖3 智能監(jiān)控平臺