自动化生产线系统设计分解

/自动化生产线管理系统V1.0设计说明书书目TOC\o"1-3"\h\z1引言 31.1开发背景 31.2条码技术和RFID技术的对比 42系统整体设计说明 52.1系统简介 52.2系统总体框架设计 6系统总体架构 6网络拓扑结构 92.3系统运行流程设计 92.4系统设计方案 11 统一规范的编码体系 11 基础信息平台 12 生产线RFID设备配置方案 12 生产线自动识别实现方案 132.5系统设备介绍 152.5.1RFID电子标签 152.5.2RFID固定读写器 152.5.3RFID手持机 173系统功能介绍 193.1生产过程限制 193.2工厂支配及作业管理 203.3质量管理/SPC分析 213.4报表中心 234参考资料 241引言1.1开发背景随着经济的全球化发展趋势，传统密集型加工制造业，如服装、电子等行业，单品制造费用越来越高，加工利润越来越低，为提升企业的整体利润率，优化企业管理流程，通过信息化改造来提升生产效率成为有效的手段之一。在传统的制造企业的生产流程中，大部份生产模式以单件流生产模式为主，这种生产线模式的最大缺点是通常在某些瓶颈工序会积压大量半制成品，假如工序繁复且生产环节多，这种现象将更加严峻。目前在传统加工企业的管理中一般存在着如下问题：

整体生产效率低下，现场管理无从下手；生产过程数据量大，生产线积压严峻，不能形成自动化流转和自动化采集数据；须要手工录入大量数据，精确率和工作效率较低，牢靠性不能保证；可控性差，对加工进度的驾驭不精确，生产现场状态监控实力不足；质量损耗严峻，返修率过高，无法进行质量追溯；订单生产进度和车间在制品、完工数据等不清楚，无法精确计算成本；经营数据的分析和统计无法做到精确刚好，难以挖掘出有价值的信息以指导将来生产支配。这些问题减弱了管理人员对生产周期的预料、限制及应变实力，已越来越难以应付定单规格多，且交货期短的市场要求。自动化生产线管理系统V1.0（简称生产线管理系统），运用RFID电子标签作为信息载体，以局域网、互联网为信息渠道，建立一套完整的信息化管理系统，能够对整个生产线管理的每个环节进行全程的记录，实现在制品的自动识别和实时管理，从而实现对企业生产线上的物流和信息流的实时跟踪，提高企业生产管理的工作效率和服务水平。1.2条码技术和RFID技术的对比国内生产制造企业在建立和不断完善质量体系的过程中，迫切要求产品生产线有一套清楚、完整、便于存取和检索的质量记录。目前基于条码的生产管理系统，使各种质量分析和限制得以便利地实现。传统的条码系统有其优点，也有明显的缺点，如易污染、折损、须要停止等待逐个扫描等，批量识读效率不高，无法满足快速精确的需求。和传统条形码识别技术相比，RFID技术有本质上的优势：快速、远距离扫描条形码一次只能有一个条形码受到扫描；RFID读写器可远距离同时识别读取多个RFID标签。可重复运用条形码印刷上去之后就无法更改，RFID标签则可以重复地新增、修改、删除RFID标签内储存的数据，便利信息的更新。穿透性和无屏障阅读在被覆盖的状况下，RFID能够穿透纸张、木材和塑料等非金属或非透亮的材质，并能够进行穿透性通信。而条形码扫描机必需在近距离而且没有物体阻挡的状况下，才可以识读条形码。抗污染实力和耐久性传统条形码的载体是纸张，因此简洁受到污染，但RFID对水、油和化学药品等物质具有很强抗拒性。同时由于条形码是附于塑料袋或外包装纸箱上，所以特殊简洁受到折损；RFID标签是将数据存在芯片中，因此可以免受污损。体积小型化、形态多样化RFID在读取上并不受尺寸大小和形态限制，不需为了读取精确度而协作纸张的固定尺寸和印刷品质。同时RFID标签更可往小型化和多样形态发展。数据的记忆容量大一维条形码的容量是50Bytes，二维条形码最大的容量可储存2至3000字符，RFID最大的容量则有数兆Bytes。平安性由于RFID承载的是电子式信息，其数据内容可经由密码爱惜，使其内容不易被伪造及变造。因此，RFID技术不只是条码技术的简洁替换，它在制造业中的应用将变更加工制造企业的生产经营方式，为众多企业提高了生产过程管理水平，提高了生产效率，使得以前难以定量考核的管理数据得以便利快捷的获得，从而优化了生产过程管理。2系统整体设计说明2.1系统简介目前制造企业在面临着诸多问题，如何解决车间生产线的数据实时的反馈，保证数据的真实性和解决问题的刚好性；如何保证流水线的畅通，如何解决在制品的积累以及如何刚好发觉瓶颈工序；如何保障出口成衣能够准时交货等因素始终困扰着企业管理者。为了提高生产过程透亮化和企业综合信息化建设，达到提高效率和降低成本的目的，公司迫切须要一套符合生产线管理的限制管理系统，解决生产现场状态监控实力不足、工位之间协调实力差、现场操作和配料缺乏有效指导、质量数据录入滞后等问题。基于RFID技术的自动化生产线管理系统成为解决上述问题的有效方案之一，通过接受RFID技术，本系统能够自动采集生产数据和设备状态数据，为生产管理者供应生产线全部工序环节的“实时数据”，并且能够结合各工序设备的工艺特点和相关的工艺、质量指标参数，进行各生产重要环节的工艺参数和设备运行参数等生产信息的在线监测和分析，帮助企业实现生产过程中半成品工序、成品工序的计量、仓储的出入库管理的自动化和信息化集成，从而做到对生产操作进行自动实时跟踪，可有效地对各生产岗位进行监督、对产品质量的稳定性和工艺参数的执行率进行监督。同时通过和企业已有ERP系统的结合，刚好查询每一个订单的生产状况，使企业的管理者及选购 ，物流等部门能够实时监控任何一个订单的生产状况，为生产排期、物料选购 、海关报关及物流运输等环节供应调度依据。本系统接受电子工票取代传统的纸质工票，为生产流水线上的每一个单品工件运用一张RFID标签，在每个工位上安装一台RFID数据采集终端。当工人每完成一次作业时，系统通过RFID采集设备自动将工件的信息干脆发送到电脑系统，系统自动完成计件工资计算和各种生产统计工作，为企业供应一套完整的解决方案。本系统可以高效精确地解决了生产车间在制品水平监控等问题，并且刚好将生产进度、员工表现、车位状态、在制品数量等各方面的综合信息进行数据共享，帮助管理者从系统平台获得实时生产数据，分析生产瓶颈并提高生产效率，在收发等各个环节和每道工序跟踪产品生产的完整过程，防止错误的发生。同时电子标签为管理人员、公司高层和车间一线工人建立了一个连接渠道，将每一件产品的生产过程数据实时、精确地反馈到每一层级的管理人员，大大提高了生产效率，节约人力、纸张、沟通时间，提高企业的生产效率和管理决策实力。2.2系统总体框架设计系统总体架构本系统是将生产过程接受RFID刷卡方式完成工序流转和数据采集，解决生产过程限制的问题，同时基于以往实施ERP和MES系统的成功阅历，完成从选购 、库存、销售到财务核算的整套信息系统规划，实现销售、选购 、库存、生产、财务、质量、成本、设备、工艺、人员管理的有机整合，实现公司全面信息化和无纸化。系统总体结构和组成如下图所示：系统总体结构和组成生产过程化管理是精细化管理的基本要求，RFID生产线管理系统从生产的最小单位和粒度记录生产过程信息，通过对生产过程的参和者及产品进行精细化管理，完成生产过程数字化，从而在生产过程数字化的基础之上进行数据分析、挖掘，获得产能分析，产能趋势，风险预料，生产质量及效率评估等。通过过程化管理能够把车间生产过程依据员工、工序、时间、设备等维度的信息统一管理起来，在此基础上得到特殊精确的生产支配，排班支配，进度跟踪，风险预料等，同时通过详细的生产过程化数据，进行产品质量追溯，在制品工艺过程分析，制定合理的工时/工价。系统总体架构图如下所示：系统设计接受如下三层架构：图4系统架构图第一层是设备层，主要包括：RFID读写器、RFID手持机、RFID标签、RFID打印机、RFID读卡器等设备。其次层是管理软件层，主要完成数据采集、数据处理、数据统计、数据查询等功能。领导查询系统主要实现各种报表的汇总查询功能。第三层是数据库管理层，主要完成数据的存储、数据限制等功能。网络拓扑结构系统网络拓扑结构如下所示：系统网络设计能够做到：1）分层设计，保证系统牢靠，数据平安；2）选择最合适的网络结构，保证性价比最高；3）分布式计算，降低对办公网络及计算机系统负载压力；4）标准设计，便利网络监控和错误定位。2.3系统运行流程设计生产线流程示意图如下所示：设计流程如下：配料部门依据生产支配单领料；把相同部位的依据尺码、布层、颜色等规则组合起来，并把依据单录入并打印出的扎单捆绑在每一组配套上，扎单上记录有该产品的属性，以及工序号、扎单号和件数等信息；以及记录各工位工作量信息。车间到部门领取捆成品，依据生产流程把相同扎单号的配套组合在一起，并徒手递送到对应的工位上；完成后，工人完全依靠扎单上的信息来进行生产操作，以保证都是遵照支配好的工序、由相同属性的成品组成的。工位上的工人领到产品后进行规定工序的操作，操作完成后在扎单存根上签上工号，同时剪下扎单上的以作为核算计件工资的凭证；配扎工把前道工序完成的半成品收集起来，再次和相同扎号的其他部位衣片配套捆绑，手工传送到下一道工序；重复操作4、5步骤，直至全部工序完成，成品包装并入库。2.4系统设计方案本系统是为规范产品识别追踪而构建的信息监管平台。系统基于统一的物料编码规范，运用先进的RFID识别技术和计算机的数据库管理查询相结合，自动识别产品信息，实现物料在各个流程环节中的“一物一码”，真正做到全程的实时跟踪和监控，并为管理层供应实时精确的报表分析，管理层可以实时了解一线生产动态，发觉生产瓶颈，优化工序从而缩短生产周期。统一规范的编码体系因为在各个不同的生产环节、不同的物料之间须要进行信息转换和连接，为了能够进行全程监管生产线过程，必需建立统一规范的物料编码体系，在任何一个环节都能够正确地追踪到物料的位置和状态。制定统计规范的编码体系，可以对生产线进行牢靠的管理；同时，也便于对于物料的实时跟踪管理。统一编码体系遵循三大规范：惟一性RFID生产线管理系统可以针对每个物料都实现识别和跟踪，属于单品级管理，因此必需保证不同环节所接受的编码是惟一的。本系统接受多级赋码管理机制，不仅可以在不同环节之间可以进行编码转换，而且可以确保在整个生产线中的唯一特性。保密性编码内容不包含详细的产品信息，其缘由为：一方面可以提高识别时读取的效率和精确性，另一方面管理和记录的内容是企业以及政府相关部门的重要信息。牢靠性编码的生成和读取相对简洁好用，既考虑长度、读取率，还要考虑可纠错性、避开误读、读错。

基础信息平台基础信息平台是整个系统的基础平台，通过系统平台可以将生产车间产生的各种数据进行集中存储、数据分析处理，是其他子系统的基础平台。基础信息平台担负着整套系统的静态基础数据、动态记录的存储和处理，统计报表、实时数据调整和查校等功能。中心的建立依靠于其他子系统的成功建设，平台的工作要在一个相对较长的时间内进行逐步架构和完善。生产线RFID设备配置方案在生产车间的流水线上安装RFID设备，RFID设备包括RFID读写器、RFID标签。RFID读写器和计算机系统通过以太网连接。在生产线的半成品上安装RFID标签，当生产线工人完成半成品加工后，通过RFID读写器读取生产线上的半成品信息，并将信息传输到系统数据库。生产线RFID设备安装示意图如下所示：系统依据生产线工位配置RFID设备，每一个生产工位安装一套RFID读写设备，生产工位的设置如下：1）依据在制品的组装要求，生成生产工位；2）将RFID标签中的在制品代码和生产工位绑定，然后将标签和在制品绑定；3）当在制品进行多径选择时，读写器读取标签中的在制品代码，并依据生产线上工位的信息，确定下一个工位。生产线自动识别实现方案生产过程限制的要求是依据在制品信息，动态地确定在制品组装路途和组装方式，使企业管理层能够实时地发觉在制品生产和生产线运转状态。系统主要由流水线、RFID数据采集系统、在制品和工位几个部分组成。当在制品在流水线上移动时，实时检测到在制品状态信息，到达工位后由工人取下进行零配件组装，完成后再放回流水线，直到完成全部工序。并且能够依据限制系统设定的组装路途和组装方式，生成路径选择指令和组装提示。生产工位自动识别实现示意图如下所示：图9生产工位自动识别实现示意图生产线自动识别实现方案为：1）每种工序的物料在发放时，配上一张智能卡；

2）每个工人都配有一张工卡；3）在每个工位上安装一台RFID读写器；

4）工人在加工时先读一下自己的工卡，每完成一道工序后将物料上的智能卡在RFID读写器上读取一次，系统实时和管理后台交换数据，完成一个工单后换下一个工单的物料卡。RFID数据采集系统主要包括一个带有双天线的RFID读写器，每个在制品都和一个RFID标签进行绑定。技术实施方案如下图所示：当绑定有RFID标签的在制品以先后依次经过天线１和天线２时，将触发２次RFID标签读写事务，以读写器代号和工位代号作为关键字的RFID标签读写事务，通过对事务产生的相关数据的记录和处理，来推断在制品的完成状况及各个工位的运转状况。运用RFID自动识别技术实现生产线管理的功能为：1）系统自动记录每个工人在哪些时段在做哪些工单，耗时多久2）生产线上每一个工序运用工位读写器自动完成后道工序的数量获得；

3）员工可以通过自助刷卡终端来查询自己全天的生产记录；

4）系统实时统计并计算出每个组、每个工位、每个工序的生产进度状况，赐予管理者的工人调配供应最佳精确的生产数据，供应工作效率，削减人力资源奢侈。

2.5系统设备介绍2.5.1RFID电子标签RFID电子标签接受高性能的智能型芯片，接受半导体编码器进行编码，内置激光工艺刻录的64位二进制，全球唯一编码的硅晶片，具有超强的抗冲击，防静电，防腐蚀，防水，防尘，耐磨擦等性能。RFID电子标签性能参数表如下：序号项目技术参数1协议标准符合ISO18000-6B/EPCC1G2标准2工作频率902~928MHz3工作模式R/W(可读写)4存储容量64位ID号，216字节用户存储空间5读写距离≥5米6安装方式金属表面7工作温度-20℃～70℃8产品规格130mm×60mm×25mm9产品特点吸附力强，安装便利，运用寿命长2.5.2RFID固定读写器RFID读写器和天线相结合，通过向车辆标签发送并接收电磁波信号自动读取天线视场内车辆标签上的数据，并进行车辆标签合法性推断。具有Wiegand26或Wiegand34、RS485、RS232等丰富的数据输出接口。RFID固定式读写器RFID读写器遵循ISO18000-6B协议，是双端口、高性能、高牢靠的UHF读写器，能满足多种应用需求。该读写器有四个主要特点，一是具有选择读取单一车辆标签中的部分或全部数据信息的实力；二是在无需开包和排序的状况下，具有选择读取多个车辆标签中的部分或全部数据信息的实力；三是依据用户定义准则，具有选出或滤除特定车辆标签的实力；四是可适应高速移动物体。RFID读写器特征：可以读/写符合ISO18000-6B标准的车辆标签完善的串行、网络和韦根接口具有选择读取单一车辆标签中的部分或全部数据信息的实力具有选择读取多个车辆标签中的部分或全部数据信息的实力依据用户定义准则，具有选出或滤除特定车辆标签的实力支持固件更新RFID读写器技术参数：序列项目技术参数1尺寸316x230x70mm2工作温度-10℃～+60℃3存储温度-5℃～+40℃4湿度范围-20%～+95%5工作频段902～928MHz6空气接口ISO18000-6B7数字接口4TTL输入,4TTL输出8数据速率32Kbps9最大读标签距离5m（和天线配置相关）10最大写标签距离为同等条件下读标签距离的70%11天线接口2个N接头12通讯接口RS232&10/100MEthernet13电源100V～240VAC2.5.3RFID手持机在特定的生产线上，假如工位不固定，可以运用RFID手持机进行在制品信息的读取，可以在1.5米内识别在制品的信息。RFID固定式读写器

特性企业必需的耐用性：可承受各种环境下的日常运用；多种可选读取方式：可选支持一维、二维条码扫描，可选RFID低频、高频等多种频段协议读取方式；多种通讯模块传输方式可选：GPRS/Zigbee/WiFi/433M/蓝牙模块；触屏和可选的键盘功能：允许接受多种方式输入数据，充分发挥应用程序功能，满足用户的偏好；时尚的设计：易于手持，可最大限度的减轻用户的运用乏累感；坚实耐用的结构符合IP64密封标准的外壳：坚实耐用的结构，可运用户在极端的环境下的正常运用，爱惜您的投资，显著削减停机时间和降低修理成本；支持标准卡和扩展卡：支持SD卡可扩展功能。物理参数序列项目技术参数1尺寸240mm×90mm×40mm2重量0.52kg～0.95kg（和配置相关）3外壳材料PC+ABS4LCD3.5寸TFTQVGA，触摸屏5工作温度-10℃～+50℃6储存温度-20℃～+70℃7工作湿度20%～90%（无凝露）8工作频段902MHz～928MHz/920MHz～925MHz9符合协议ISO18000-6B/6C10读取距离1.5m（和标签配置相关）11写入距离1m（和标签配置相关）12操作系统WindowsCE5.013通讯接口USBHost，USBslave14无线通讯接口Wi-Fi、GPRS、蓝牙，可选15存储卡最大支持2GMicroSD卡16连续工作时间典型工作场合18小时17待机时间约20天18电源Input：100V～240VACOutput：5V/3ADC3系统功能介绍3.1生产过程限制功能说明如下：派工单批次执行状况：驾驭批次生产支配的执行进程，以及各批次在生产线上的分布状况；生产线状态：生产线不同区域在制品信息；在制品状态：各个在制品在生产线上的状态；生产节拍：驾驭各关重工位和整个生产线的生产节拍。3.2工厂支配及作业管理本模块分三大功能，说明如下派工支配干脆下达到生产现场每日将本系统的派工支配自动下载到信息系统；将派工支配及成车状态配置信息下发到现场