离散生产过程信息采集的设计与实现

摘 要本文通过对离散型企业生产过程的分析，设计了一种新型的数据信息采集系统，在生产过程中有效地实现了数据信息采集。这种信息采集系统融合了嵌入式开发技术，ZigBee无线传输技术，RFID技术。实际的组网联调测试结果表明该系统具有可行性并可在实际生产过程中应用。

【关键词】离散生产过程 信息采集 嵌入式系统ZigBee 无线传输 RFID技术

有学者称：“信息是将整个企业结构联合起来的粘合剂”这句话非常简洁地指出了信息对企业的重要性。目前在大中型的离散制造企业中，管理信息化和设计信息化已得到一定的应用并取得了较好的效益。但是对于大部分离散制造企业，车间信息化是一个薄弱环节，车间生产信息很难准确及时地反馈到企业的管理层，极大地影响了企业决策的及时性和科学性。

随着工业4.0时代的到来，信息采集设备在生产制造业得到了广泛应用。其共同特点为数据无线传输，免布线，同时又提供了高效获取生产过程数据信息的方法。本设计根据北京天地玛珂电液控制系统有限公司对现代化车间管理的需求，结合实际情况，提出了基于多种信息采集方式的生产过程信息管理系统，并成功运行，取得了较为满意的效果。

1 离散型制造业及数据采集方式

1.1 离散型制造业的特点

离散行业是指制造中的一类企业，相对于流程型行业而言其主要的特点是非管道式物料输送，工艺流程更新较快，工艺柔性较大，自动化水平相对较低。在产品设计、需求处理和市场需求等方面变动较多。对于这类企业而言，及时并准确地采集其产品生产过程中的各种数据，对数据进行分析汇总，是影响企业生产管理和产品质量的重要环节。

1.2 数据信息采集方式

根据离散制造业的特点在信息采集过程中采用多种采集技术综合应用的方式。对于高速大流量远距离传输的数据采用无线WIFI数据传输技术，该技术传输距离远，覆盖范围大。基于IEEE802.11b的无线网络单个AP覆盖范围可达到10000平方米，传输距离可达100M，速率最高可达到11M，在实际应用中具有较明显的通信传输速度优势。

对于区域范围内小范围多节点的数据采集使用基于ZigBee无线传输技术及RFID技术制作的数据采集终端，ZigBee短距离无线通信具有低功耗，节点扩充能力强的特点。采用TI公司最新的第二代芯片CC2530，所设计的传感器节点在视野好的室外距离传输可达400M以上。同时借助RFID高效、可靠的技术实时实时数据采集。

2 系统总体设计

2.1 系统硬件结构

系统的硬件部分是由服务器、WIFI路由器、WinCE嵌入式终端、Zigbee采集终端等组成。其系统硬件组成结构如图1所示。

2.2 系统软件结构

系统软件的开发工具选用Microsoft Visual Studio和SQL Server。其中后台数据管理基于WEB开发，动态监控界面基于WinForm平台开发，嵌入式数据采集终端基于WinCE系统开发。为确保生产过程信息能够共享，需要把车间数据采集系统与其他管理系统的数据集成。系统通过数据库的开放及提供web service接口供企业的其他管理系统共享采集的数据。

3 系统运行

3.1 基础数据录入

在系统运行前需将系统所需基础数据录入至系统中。如项目信息，工单信息，工艺工时，人员信息等基本信息。

3.2 数据信息采集

员工进入生产线工位时刷员工IC卡，通过信息采集终端将读取的IC卡信息传输至WinCE设备，设备在数据库中查找到对应员工信息后将信息返回，节点收到信息后在液晶上显示确认。信息确认后采集设备自动将员工工作内容相关信息录入至服务器，直至工作结束后停止信息的采集。除采集人员相关之外信息采集终端还会采集产品检测信息、设备信息、温湿度等信息。对于采集设备无法提取的信息员工需登陆WEB系统通过用户名及密码登陆系统并录入信息。

3.3 系统运行

由于数据采集的实时性，自动信息采集终端除为信息系统提供基础数据外也可用根据数据的变化提取相关信息制作实时的生产信息看板用于实时的查看现场的工作情况，如图2所示，通过采集系统可实时查看控制器生产线各工序实时工作状态、完成数量、设备运行状况、温湿度以及工单进度及等信息。

其次通过对采集数据的分析汇总可实现对员工工作内容及工作量统计、项目工单的进度查询、设备利用率、产品生产过程的质量追溯等。为生产管理者提供有效的参考依据。

4 结论

对于离散型企业生产过程信息的采集，该系统灵活的运用了多种数据采集方式，实现了对车间的实时监控，通过对所采集数据的整理在生产计划安排产，员工绩效考核，设备利用率统计等方面为企业生产管理者提供了准确的数据支撑。大幅度提高了生产效率。

参考文献

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[2]张洋洋，陈进. 基于RFID的离散制造车间实时数据采集系统的设计与实现[J].江南大学学报，2013，12（1）：54-58.

[3]徐靖林.基于IEEE802.11b/g协议标准的WLAN网卡的设计与实现[D].太原：中北大学，2009

[4]Texas Instruments Incorporated.CC2530 User's Guide [EB] http：///product/cc2530

作者简介

高洋（1989-），男，辽宁省锦州市人。现为北京天地玛珂电液控制系统有限公司信息化专员。研究方向为生产过程信息化。

作者单位

北京天地玛珂电液控制系统有限公司 北京市 100036