实时缝制数据采集及生产管理系统研究

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1引言

在传统的缝制加工制造中，由于网络的不健全，对于生产线上的数据信息还是靠人工采集、手工输入等方式。手工输入无法随时进行，不能实时更新系统中的生产数据，滞后情况严重，不利于生产的顺利进行，制约了产能的进一步提高。对于大部分缝制加工企业来说，执行层（生产车间）信息化是一个薄弱的环境，执行层的生产信息不能准确及时的反映到企业的管理层，管理层没有准确的信息作为支撑，就不能对实时加工情况作出及时的相应及调整，这样大大削弱了企业的市场应变能力。而随着“私人定制”需求的日益增加，订单规格数量将会变多，交货时间也要求越来越短，这种信息化不准确不及时的企业也再难满足市场的需求。那么应该如何破开这种困境了？随着信息产业的发展，互联网和物联网的兴起和应用，可以有效的解决生产过程中的这种数据不能准时采集的问题。

2传统的数据采集及生产管理系统

传统的数据采集及生产管理系统是1台计算机控制多台缝纫设备，工作站即计算机通过多串口卡用RS232（或者RS485）连接N台缝制设备控制系统，由于串口线缆越长，干扰越大，成本也越高，而串口卡插口的数量有限制这些因素，该系统只能实现局部小范围的管理控制。随着现代生产规模的不断扩大，更加不能适用于对于整个生产线乃至于整个车间或者多个车间的数据采集和生产管理。而随着互联网以及物联网的普及，让各种数据采集可以更大范围的实现，从而以此为基础衍生出各种数据采集以及生产管理的系统。本文就是介绍一种基于RFID的实时缝制数据采集及生产管理系统。

3系统主要功能以及工作流程

基于RFID的实时缝制数据采集及生产管理系统主要实现对物料从采购入库到缝制加工的信息和状态的采集，通过对采集到的物料的加工信息合理调配生产资源，达到高效利用生产资源的目的；并且通过该系统严格管控产品原材料的使用并且可从源头对产品进行追溯，最大程度提高生产加工效率，避免生产过程中的浪费。系统的主要工作流程可以分为物料入厂、缝制加工、产品出厂。3.1物料入厂管理。进入缝制加工厂的物料可以是原始裁剪好的布料也可以是经过缝制加工的半成品，这些统称为入厂物料，这些物料必须粘贴有RFID电子标签。物料入厂管理主要完成两个主要任务就是对入厂的物料信息进行正确采集，并为物料标注当前加工状态；物料入厂管理可以准确采集当前物料的数量以及状态信息，增加对物料入厂的管控，并且对出厂成品率提供准确的基数。物料入厂的具体流程：1）在本批次物料入厂之前，上一工段的系统将本批次物料信息传递给当前工厂的数据采集和生产管理系统中；2）物料入厂，进入数字化生产线之前，用手持式RFID阅读器读取每件上架的物料信息；3）根据阅读器反馈的物料信息和上一工段传送的物料信息进行比对，若无差错，即可确认接收该物料，使该物料进入数字化生产线的吊挂物流线，开始进行该物料的生产管理；反之，则可及时针对出错物料进行解决，避免了因物料运送失误造成的缝制加工以及之后的一系列错误。3.2缝制加工管理。物料在缝制加工过程中可以根据工艺要求，将缝制加工分为几个工序，在每个工序安装一个RFID阅读器，当物料完成了当前工序后将物料的信息中计入完成工序的序号，以此表示物料当前的加工状态。该信息也给吊挂物流线的分流提供了依据，完成了工序的继续传输至下一工序，而没有完成的物料继续在当前的物流线中运行，等待加工。具体流程图1所示。3.3物料出厂管理该批次物料在完成缝制加工准备出厂时，需要在出厂时进行信息比对，通过出厂通道，RFID阅读区读取物料信息，与入厂管理时的物料信息进行比对，查看物料数量以及加工信息是否满足出厂要求。如果出现错误，则系统提示工作人员进行现场解决；若是未发现错误则顺利出厂，并由物流车发送到指定地点。

4系统总体设计方案

基于RFID的实时缝制数据采集及生产管理系统主要实现主控单元对分布的信息采集节点的产品流通监测信息的汇聚和传送，以便主控单元根据信息对生产作出调整。系统主要由主站机和N个信息采集子站机构成。该系统的网络结构图如图2所示。主站机由由主站采集节点与计算机通过RS232或者RS485进行连接。主站机主要功能是接收各个子站机返回的物料信息和状态，将该信息反馈回计算机中的数据采集系统中进行归类，达到实时监控缝制车间生产线运行状态的目的。再根据管理系统的预先设置的任务数据和物流数据，对生产线上的运行情况进行合理调配和管控，并发送任务指令给各个站机进行执行。此系统中考虑到计算机与主站采集节点的距离较近，故采用的RS232串口进行两者之间的信息交换。信息采集子站机分散布局在缝制加工厂的各个区域，根据距离和分布的情况，可以选择无线或者有线网络通信方式。本系统采用无线网络通信方式连接各个子机节点与主节点。子站机主要功能是通过RFID阅读器获取当前物料的状态并通过无线网络反馈回主站机。主站机是由计算机和路由器构成，用于完成对采集到的信息和状态进行处理，并发送相应的执行命令给各个子站机；而各个子站机的设计考虑到功能需求，需要包括如下几个功能模块：RFID数据采集模块、核心处理器模块。子站机硬件结构体系如图3所示。4.1RFID数据采集模块的设计。RFID数据采集模块[3]主要包括了电子标签（TAG）、阅读器组成。无线射频识别技术(RadioFrequencyIden-tification，简称:RFID)是一种非接触式的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合(电感或电磁耦合)或雷达反射的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。考虑到应用在缝制生产管理上，选用一种桌面式高频RFID读写器[2]，工作频率在840-960MHz，可以对符合ISO18000-6B、EPCCLASS1G26C标准的电子标签进行读写操作，支持RS232、RS485、TCP、WIFI等多种用户接口。通过调整输出功率，可以将典型读取距离扩大至3m。完全满足缝制物料在物流过程中的自动识别。电子标签可以选用Higgs®-3IC含800bitsNVROM的芯片，这种芯片支持EPCGen2(v1.2.0)和ISO/IEC18000-6C，可以和桌面式高频读写器配合使用。4.2核心处理器模块的设计。核心处理器模块主要实现如下功能：1）接收采集模块传递来的物料信息；2）根据软件设置以及当前工位加工情况，对信息进行标注；3）连接电子看板，将信息反映在看板上以供操作人员能实时了解生产线的情况；4）通过无线通讯将生产线情况反馈回主站机；5）通过无线通讯接收由主站机发送的指令，对生产线的设备动作进行干预和调配；核心处理器模块[1]选用三星的S3C2416芯片，该芯片是低功耗、高性能、低成本的SAMSUNGARM9处理器，内核为ARM926EJ。最具性价比优势的芯片，是目前市面上2440的最优替代品。以S3C2416芯片为核心的核心板采用DDR2内存颗粒，支持多个种类的NANDFlash。拥有丰富的内部资源和接口，其运行主频可达400MHz。核心处理模块还包括DM9000网卡芯片,10/100Mbps以太网口，RJ45接口。方便与主站机进行数据通讯。

5实时缝制数据采集及生产管理系统软件设计

5.1数据采集及生产管理系统软件的功能模块。系统软件主要完成以下功能：1.物料入厂管理：接收来自生产调度或者上一工段系统发送的本批次物料的各种信息，包括本批次物料数量、已完成状态、下一工段加工任务以及要求完成时间等信息；在物料实际入厂时，根据物料入厂子站机发送的实际通过RFID读写器读取的物料数据，与接收的信息进行比对，对有问题的物料及其编号通过无线通讯传送至子站机，在子站机电子看板或者计算机显示器上显示物料出错报警信息，方便工作人员进行追溯；2.生产线生产管理：根据物料电子标签中记录的信息以及加工任务，合理安排工序，保证生产线上设备协调平衡运行；3.物料出厂管理：通过出厂通道，RFID阅读区读取物料信息，与入厂管理时的物料信息进行比对，查看物料数量以及加工信息是否满足出厂要求；4.系统运行状态显示：在电子看板上及时反映当前运行情况，方便工作人员进行操作；5.生产线生产数据的备份：对每日每台生产设备的生产情况进行记录，包括运行状态、时间、加工完成合格率等，为管理整个生产线提供基础数据，方便管理层针对生产线的加工情况进行分析，从而把控整个生产的节奏。6.设备故障分析及预测：包括历史故障查询、故障时间分布、故障概率分布、故障概率趋势、全部设备故障对比图等。5.2数据采集及生产管理系统软件的工作流程。系统从物料入厂开始，对物料进行编码，并将相对应的电子标签固定在每个物料上，并将每个物料的信息录入子站点。随后在该批次物料的录入完成后子站点将进厂物料信息打包给主站机。主站机接到本批次物料后对其进行分析、核对并反馈回处理数据，属于本批次正常的物料，允许进入下一工序；而不符合的物料则剔出重新处理。通过入厂检测的物料入厂进入各个工序进行加工；在加工过程中，主站机实时接收各子站机加工情况以及物料缝制加工完成情况来分析和控制吊挂物流是否将物料传送至下一工序；待到任务要求的加工都执行完成后在出厂时进行物料出厂比对，从而判定是否允许出厂。具体的工作流程如图4所示。

6结束语

目前，我司研制的基于RFID的实时缝制数据采集及生产管理系统已在浙江小型服装加工厂进行试用。

作者:袁敏娟 曾云翔 单位:绵阳市维博电子有限责任公司