面向生產(chǎn)車間的智能物料盒系統(tǒng)研究

面向生產(chǎn)車間的智能物料盒系統(tǒng)研究

摘要：本文面向生產(chǎn)車間設(shè)計一套具有物料數(shù)量自動計數(shù)、信息監(jiān)測、缺料預(yù)警、出入庫智能記錄與打印以及物料信息共享等功能的智能物料盒系統(tǒng)。該系統(tǒng)可嵌入現(xiàn)有物資管理系統(tǒng)，解決原始物料出入庫管理依賴人工計數(shù)的問題，同時可以在生產(chǎn)現(xiàn)場實時監(jiān)控物料使用情況。通過對物料的自動計數(shù)與物料信息的電子化追蹤，提高了物料計數(shù)與物料信息查詢的效率。關(guān)鍵詞自動計數(shù)實時監(jiān)測缺料預(yù)警信息共享1.引言近年來我國工業(yè)轉(zhuǎn)型升級進(jìn)行得如火如荼，在中國制造2025實現(xiàn)科技強(qiáng)國的背景下，制造業(yè)對智能化的要求越來越高。物料出庫入庫所耗費的大量的時間和人力成本，是產(chǎn)品生產(chǎn)制造領(lǐng)域普遍關(guān)注、亟待解決的難題[1]。在裝備生產(chǎn)領(lǐng)域，高效的物料管理是提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的必需手段。現(xiàn)有物料管理系統(tǒng)中，龐雜的物料出入庫管理依賴人工方式，出錯率高，實時性差[2]。人工計數(shù)速度慢、效率低、準(zhǔn)確度低且配料錯誤率高；紙質(zhì)出庫入庫記錄查詢效率低；物料庫存信息查詢、更新實時性低；缺料預(yù)警不及時，影響生產(chǎn)周期；物料可追蹤性差，易產(chǎn)生多余物[3]。因此，立足于裝備生產(chǎn)一線，本文提出了可自動計數(shù)、實時監(jiān)測與預(yù)警的智能物料盒系統(tǒng)。2.智能物料盒設(shè)計智能物料盒的硬件結(jié)構(gòu)主要包含稱重傳感器、信號放大、A/D轉(zhuǎn)換、微控制器（MCU）、顯示和按鍵、存儲模塊以及通信接口等部分電路構(gòu)成，如圖1所示。稱重傳感器把物料重量轉(zhuǎn)化為輸出電壓V0，經(jīng)信號放大電路放大128倍后輸出電壓V，通過A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送入MCU，經(jīng)過MCU計算處理后編程相應(yīng)的計數(shù)值，進(jìn)行顯示或數(shù)據(jù)通信[4]。圖1智能物料盒系統(tǒng)MCU是硬件電路的核心部分[5][6]，與其他電路電氣連接后，對其進(jìn)行編程實現(xiàn)如下任務(wù)：采集重量信號，經(jīng)數(shù)字濾波、軟件增益調(diào)整及線性調(diào)整后，計算出物料重量，根據(jù)物料的重量及單重，計算物料的數(shù)量；通過按鍵操作，處理相應(yīng)的功能，如“物料盒清零”、“重量校準(zhǔn)”、“采樣單重”、“缺料報警”等功能，通過按鍵對顯示屏進(jìn)行翻頁操作，將“物料名稱”、“物料數(shù)量”、“物料規(guī)格”以及“產(chǎn)品工號”等物料信息實時顯示；MCU可以通過通信接口電路將物料信息上傳到網(wǎng)絡(luò)總線，同時接收來自網(wǎng)絡(luò)總線的命令；物料盒的基本參數(shù)出廠前都已經(jīng)初始化在存儲模塊中，出廠定制參數(shù)也可將保存在存儲模塊中。3.智能物料盒系統(tǒng)3.1系統(tǒng)概述智能物物料盒具有通信功能，可以將智能物料盒組網(wǎng)使用，實現(xiàn)不同種類物料的統(tǒng)一管理。如圖2所示，分別將智能物料盒在庫房貨架、庫房點料臺和生產(chǎn)現(xiàn)場移動電車等三個地點用現(xiàn)場總線的方式組網(wǎng)，然后通過網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備實現(xiàn)與以太網(wǎng)形式的生產(chǎn)信息協(xié)同網(wǎng)絡(luò)（以下簡稱協(xié)同網(wǎng)絡(luò)）的連通；與系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相連的現(xiàn)場看板、庫管計算機(jī)和物料信息打印機(jī)等設(shè)備可以查看物料信息、發(fā)送操作命令和打印出入庫單等操作。圖2智能物料盒系統(tǒng)3.2應(yīng)用場景分別將智能物料盒在庫房貨架、庫房點料臺盒生產(chǎn)現(xiàn)場移動臺車等三種應(yīng)用場景。圖3庫房存儲貨架和點料臺將智能物料盒組網(wǎng)后放置于庫房貨架，如圖3左圖，用于存儲各類規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)件、電子元器件，可實現(xiàn)物料實時顯示、缺料預(yù)警等功能，且其可與生產(chǎn)MES系統(tǒng)實現(xiàn)動態(tài)對接，雙向數(shù)據(jù)同步交互，實現(xiàn)數(shù)據(jù)透明化準(zhǔn)確存儲。將智能物料盒放置于庫房點料臺，如圖3右圖，供操作者從庫房領(lǐng)料時使用。物料盒最小精度可計量0.1g物料，且設(shè)有分立和四合一兩種模式，連接物料管理網(wǎng)絡(luò)平臺，可完成物料自動計數(shù)、物料出入庫信息實時記錄、查詢等。領(lǐng)料人員完成點料工作后，可通過智能物料盒按鈕打印出入信息。圖4移動物料盒臺車如圖4所示，將智能物料盒放置于移動臺車，供操作者生產(chǎn)現(xiàn)場使用。臺車應(yīng)用電池供電，通過無線/有線方式與物料網(wǎng)絡(luò)管理平臺通信。物料盒可跟隨臺車在生產(chǎn)現(xiàn)場任意移動，可通過物料自動顯示實現(xiàn)生產(chǎn)物料跟蹤、防止多余物的產(chǎn)生。3.3系統(tǒng)功能

物料信息數(shù)據(jù)建立：根據(jù)不同物料名稱、批次號、所屬產(chǎn)品工號、代號等方式建立物料信息數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)物料信息的電子化記錄；多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作：物料盒管理系統(tǒng)的通信層包含了現(xiàn)場總線和以太網(wǎng)等多種網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)將智能物料盒、觸摸顯示屏以及管理計算機(jī)等連通為一個信息互通的有機(jī)體；物料信息打?。喝霂毂怼⒊鰩毂?、庫存量等信息均可打?。晃锪闲畔⒍嗟毓蚕恚嚎梢栽趲旃苡嬎銠C(jī)、現(xiàn)場信息看板、辦公室等多處調(diào)看物料信息。5.結(jié)語通過智能物料盒系統(tǒng)在生產(chǎn)單位的應(yīng)用，實現(xiàn)了在原始物料出入庫計數(shù)難的問題，彌補了現(xiàn)有物資系統(tǒng)的不足。系統(tǒng)投入使用后，使生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量得到了提升。傳統(tǒng)生產(chǎn)方式用到多種多樣的設(shè)備，另一方面當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日益進(jìn)步，通過網(wǎng)絡(luò)將各種生產(chǎn)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)，將網(wǎng)絡(luò)的觸手進(jìn)行下延，在今后一段時間成為生產(chǎn)智能化的一個重要方向。參考文獻(xiàn)

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