基于5G物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能工裝盤點(diǎn)系統(tǒng)

蘇慶雙，王 輝，趙 巖，李 超

（1.上海飛機(jī)制造有限公司，上海200000；2.江蘇金陵智造研究院有限公司，江蘇 南京210000）

對(duì)于生產(chǎn)制造行業(yè)，工裝資產(chǎn)是維持企業(yè)正常運(yùn)作的保障條件，企業(yè)每年都會(huì)投入大量的人力和資金去購買各種工裝產(chǎn)品，因此需要對(duì)這些工裝產(chǎn)品進(jìn)行全面細(xì)致的管理[1]。

飛機(jī)制造工裝種類多、數(shù)量大，傳統(tǒng)的人工工裝盤點(diǎn)方式展現(xiàn)出很多弊端，主要表現(xiàn)為以下三個(gè)方面，其一，需投入大量人力物力以及時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入和核對(duì)；其二，人工錄入信息容易因?yàn)槿藶樵驅(qū)е沦Y產(chǎn)數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)錯(cuò)亂，影響生產(chǎn)；其三，人工盤點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致信息更新不及時(shí)，同時(shí)人員變動(dòng)會(huì)使得資產(chǎn)的移動(dòng)和調(diào)配顯現(xiàn)出滯后和對(duì)賬不清的情況[2]。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的企業(yè)開始使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行資產(chǎn)盤點(diǎn)。國網(wǎng)新疆機(jī)房基于RFID射頻識(shí)別技術(shù)管理了5個(gè)機(jī)房、400余個(gè)機(jī)柜，近3000臺(tái)設(shè)備，通過資產(chǎn)智能盤點(diǎn)，真正做到了賬實(shí)相符，實(shí)現(xiàn)了資產(chǎn)全生命周期管理[3]。國網(wǎng)四川自貢供電公司采用RFID技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)安全、快速、準(zhǔn)確的資產(chǎn)盤點(diǎn)，有效解決了固定資產(chǎn)管理中的賬實(shí)不符、賬卡物不一致等問題，實(shí)現(xiàn)了“資產(chǎn)-設(shè)備”對(duì)應(yīng)、價(jià)值與實(shí)物的統(tǒng)一管理[4]。集美大學(xué)圖書館建立了中國第一家RFID館藏管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)入庫歸類整理、自動(dòng)借還、固定資產(chǎn)盤點(diǎn)、安全保密等功能，提高了圖書館的服務(wù)水平[5]。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，很好的解決了工裝信息需要人工錄入的問題，但在大面積多區(qū)域的飛機(jī)制造生產(chǎn)環(huán)境中，工人手持RFID設(shè)備進(jìn)行工裝盤點(diǎn)的情況仍然存在，這便產(chǎn)生了效率慢、人工成本高的問題。為解決此問題，本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，依托于5G高速度低延時(shí)的特性，以自動(dòng)巡航機(jī)器人為載體，設(shè)計(jì)了一套智能工裝盤點(diǎn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由工裝巡檢機(jī)器人和工裝盤點(diǎn)平臺(tái)兩部分組成，巡檢機(jī)器人搭載RFID讀卡設(shè)備，能夠執(zhí)行自動(dòng)工裝盤點(diǎn)任務(wù)；工裝盤點(diǎn)平臺(tái)對(duì)機(jī)器人上傳的工裝信息進(jìn)行資產(chǎn)分析和統(tǒng)計(jì)，并在顯示大屏上實(shí)現(xiàn)盤點(diǎn)數(shù)據(jù)的可視化展示。

1 智能工裝盤點(diǎn)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

以物聯(lián)網(wǎng)RFID技術(shù)為主要信息采集手段，將每個(gè)工裝進(jìn)行唯一編碼，搭建工廠工裝資產(chǎn)數(shù)據(jù)庫。通過移動(dòng)機(jī)器人對(duì)標(biāo)簽數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化、自動(dòng)化采集，并利用可視化數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工裝資產(chǎn)的智能化管控[6-7]。系統(tǒng)總體架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

接入層為系統(tǒng)接入外部設(shè)備的功能模塊，包括協(xié)議轉(zhuǎn)換器和自動(dòng)巡檢機(jī)器人軟件系統(tǒng)。協(xié)議轉(zhuǎn)換器將網(wǎng)絡(luò)攝像頭的視頻通過GB/T28181協(xié)議上傳至數(shù)據(jù)中臺(tái)；自動(dòng)巡檢機(jī)器人軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)載控制器、RFID設(shè)備、升降桿的信息交互，并通過網(wǎng)絡(luò)接口上傳至數(shù)據(jù)中臺(tái)。

數(shù)據(jù)中臺(tái)為系統(tǒng)的核心功能模塊，提供核心應(yīng)用服務(wù)，其中包括流媒體服務(wù)平臺(tái)、數(shù)據(jù)交互服務(wù)平臺(tái)、數(shù)據(jù)庫。流媒體服務(wù)平臺(tái)接收接入層推送的視頻流信息，并分發(fā)給前端調(diào)用；數(shù)據(jù)交互服務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡檢機(jī)器人軟件系統(tǒng)與前端的信息交互。

業(yè)務(wù)層為系統(tǒng)所能實(shí)現(xiàn)的功能，包括視頻預(yù)覽、機(jī)器人狀態(tài)數(shù)據(jù)顯示、報(bào)表管理、現(xiàn)場遙控、調(diào)度指令、機(jī)載設(shè)備控制。

展示層為業(yè)務(wù)層的前端顯示途徑，包括電腦、Pad、展示大屏、手機(jī)。

1.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

智能工裝盤點(diǎn)系統(tǒng)以5G網(wǎng)絡(luò)為中心，構(gòu)建高速、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)交互通道。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖2所示。其中，服務(wù)器安裝在公網(wǎng)服務(wù)器中，提供必要的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和視頻推流；5G CPE為機(jī)器人和攝像頭提供互聯(lián)網(wǎng)。

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

2 關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 工裝信息采集和位置判別

自動(dòng)巡檢機(jī)器人上安裝RFID探測器，在工裝上安裝能接收信息探測器的電子標(biāo)簽，每個(gè)電子標(biāo)簽中記錄了工裝詳細(xì)信息。機(jī)器人在車間內(nèi)固定的巡航路線上自主移動(dòng)，當(dāng)機(jī)器人經(jīng)過電子標(biāo)簽時(shí)，RFID探測器讀取到標(biāo)簽的編號(hào)，并獲取到探測器與標(biāo)簽之間的距離值RSSI。自動(dòng)巡檢機(jī)器人配備激光定位裝置，不間斷的為機(jī)器人提供位置坐標(biāo)，結(jié)合三點(diǎn)定位原理，電子標(biāo)簽的位置坐標(biāo)即可被確定。定位原理圖如圖3所示。

圖3 電子標(biāo)簽定位原理圖

式中：（x，y）為電子標(biāo)簽的位置坐標(biāo)；（x1，y1），（x2，y2），（x3，y3）分別表示連續(xù)三個(gè)探測點(diǎn)的機(jī)器人坐標(biāo)值；RSSI1，RSSI2，RSSI3分別表示連續(xù)三個(gè)探測點(diǎn)的機(jī)器人與電子標(biāo)簽之間的距離值。

根據(jù)式（1）可計(jì)算出電子標(biāo)簽的位置坐標(biāo)，將此坐標(biāo)值與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫中工裝正確位置區(qū)域做比對(duì)，即可判別工裝是否誤擺、丟失或移位。

2.2 現(xiàn)場取證

在發(fā)現(xiàn)工裝誤擺、丟失、移位等非正?，F(xiàn)象時(shí)，除了要將異常數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳外，現(xiàn)場拍照或錄像取證是必不可少的。機(jī)器人搭載網(wǎng)絡(luò)攝像頭，將現(xiàn)場視頻實(shí)時(shí)推送到數(shù)據(jù)中臺(tái)，供終端軟件調(diào)用。

視頻推流方案架構(gòu)如圖4所示，其中，終端層為一系列網(wǎng)絡(luò)攝像頭設(shè)備，通過GB/T28181協(xié)議注冊(cè)服務(wù)；服務(wù)層包含SIP中心信令管理服務(wù)和流媒體服務(wù)，實(shí)現(xiàn)信令管理和視頻推流；應(yīng)用層調(diào)用服務(wù)層的網(wǎng)絡(luò)接口，實(shí)現(xiàn)攝像頭設(shè)備管理、視頻預(yù)覽、現(xiàn)場截圖、錄像等功能。

圖4 視頻推流方案架構(gòu)圖

2.3 工裝盤點(diǎn)平臺(tái)設(shè)計(jì)

工裝盤點(diǎn)平臺(tái)用于接收自動(dòng)巡檢機(jī)器人上傳的工裝位置數(shù)據(jù)，通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，將處理的結(jié)果展現(xiàn)在前端界面上，從而提升工裝盤點(diǎn)的效率和便捷性；同時(shí)工裝盤點(diǎn)平臺(tái)還可以向機(jī)器人發(fā)送指令數(shù)據(jù)，控制機(jī)器人執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)。裝盤點(diǎn)平臺(tái)分采用B/S結(jié)構(gòu)，用于服務(wù)器的管理以及工裝盤點(diǎn)報(bào)表的統(tǒng)計(jì)分析與展示。

3 應(yīng)用

智能工裝盤點(diǎn)系統(tǒng)應(yīng)用于上海飛機(jī)制造有限公司總裝車間，對(duì)車間的工裝進(jìn)行自動(dòng)盤點(diǎn)，利用智能分析算法，真正做到了賬實(shí)相符，實(shí)現(xiàn)了工裝的位置跟蹤和全生命周期管理。采用人工方式進(jìn)行工裝盤點(diǎn)，周期為數(shù)日到數(shù)周，容易出現(xiàn)人為盤點(diǎn)誤差；并且需要數(shù)分鐘到幾小時(shí)的時(shí)間定位資產(chǎn)，人工盤點(diǎn)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，準(zhǔn)確率低。采用智能工裝盤點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行工裝盤點(diǎn)，可進(jìn)行實(shí)時(shí)盤點(diǎn)，盤點(diǎn)準(zhǔn)確率高達(dá)100%，并可對(duì)盤點(diǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與展示，實(shí)現(xiàn)管理操作全自動(dòng)化，無需人工干預(yù)。

4 結(jié)束語

總之，傳統(tǒng)的人工工裝盤點(diǎn)存在諸多問題。上文中的基于5G物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能工裝盤點(diǎn)系統(tǒng)能夠有效地解決人工工裝盤點(diǎn)存在的各種問題，并且該系統(tǒng)還可以進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析以及個(gè)性化展示，可以為使用者提供有力的幫助。同時(shí)，該系統(tǒng)已經(jīng)在上海飛機(jī)制造有限公司總裝車間進(jìn)行了實(shí)踐應(yīng)用，通過實(shí)踐結(jié)果可知該系統(tǒng)可以進(jìn)行可進(jìn)行實(shí)時(shí)盤點(diǎn)，其盤點(diǎn)準(zhǔn)確率高達(dá)100%，并且還能夠?qū)崿F(xiàn)操作全自動(dòng)化，有效的節(jié)約了人力物力，可以進(jìn)行推廣。