基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的離散制造企業(yè)質(zhì)量信息采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　圍繞離散制造企業(yè)質(zhì)量精細(xì)化管理的要求，引入物聯(lián)網(wǎng)的思想，借助于激光雕刻技術(shù)、圖像識(shí)別技術(shù)、條碼技術(shù)等，以產(chǎn)品號(hào)為主線，將現(xiàn)場質(zhì)量檢驗(yàn)與生產(chǎn)作業(yè)緊密集成，形成一個(gè)完整的質(zhì)量信息采集體系，不僅實(shí)現(xiàn)了正向、實(shí)時(shí)的生產(chǎn)跟蹤、質(zhì)量監(jiān)控，還可以實(shí)現(xiàn)各類信息的逆向追溯，為質(zhì)量分析、責(zé)任判定等提供支持。

　　離散制造業(yè)的生產(chǎn)具有不連續(xù)性，生產(chǎn)加工信息與產(chǎn)品本身的物理無關(guān)性導(dǎo)致實(shí)物流與信息流嚴(yán)重脫節(jié)，管理人員無法對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。傳統(tǒng)的質(zhì)量信息采集和處理方式難以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)監(jiān)控的目標(biāo)，降低了質(zhì)量控制的效果。先進(jìn)管理思想的不斷涌現(xiàn)和信息技術(shù)的快速發(fā)展為企業(yè)精細(xì)化管理提供了有力支持，將物聯(lián)網(wǎng)（Internet of things，lOT）技術(shù)應(yīng)用于質(zhì)量信息采集過程中，重新設(shè)計(jì)并構(gòu)建質(zhì)量信息采集業(yè)務(wù)模型，并解決復(fù)雜環(huán)境下的圖像識(shí)別及數(shù)據(jù)傳輸?shù)葐栴}，對(duì)企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和管理水平的提升具有重要意義。

　　1、設(shè)計(jì)思路

　　1.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引入

　　物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）、紅外感應(yīng)技術(shù)、全球定位系統(tǒng)和激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

　　物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)滲透到了生活中的各個(gè)行業(yè)，在提高生活質(zhì)量等方面起到了不可代替的作用，但在產(chǎn)品質(zhì)量檢測方面的應(yīng)用還基本處于空白狀態(tài)。當(dāng)前離散制造企業(yè)質(zhì)量信息的采集大都采用人工輸入和手動(dòng)處理的方式，這種方式不僅耗費(fèi)大量的工時(shí)，降低了生產(chǎn)、管理效率，而且容易：造成信息采集的滯后性和不準(zhǔn)確性。將物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)引入到離散制造企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)管過程中，利用現(xiàn)代信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)過程的貢量信息進(jìn)行無間歇自動(dòng)采集，在保證信息采集實(shí)時(shí)性的同時(shí)，還能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集的自動(dòng)化、智能化處理，為生產(chǎn)過程監(jiān)控和質(zhì)量追溯提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支持。

　　1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

　　要提高離散制造企業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量管理水平，就必須對(duì)生產(chǎn)過程中的在制品和關(guān)鍵/重要零部件進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，以掌控生產(chǎn)節(jié)拍及相應(yīng)生產(chǎn)物流信息，保障生產(chǎn)的有序高效運(yùn)行;與此同時(shí)，采集在制品生產(chǎn)的過程數(shù)據(jù)和零部件數(shù)據(jù)，可以為產(chǎn)品質(zhì)量追溯提供支持。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路是利用產(chǎn)品號(hào)標(biāo)識(shí)監(jiān)控產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和物流過程，基本流程是應(yīng)用激光雕刻技術(shù)將按一定規(guī)則生成的產(chǎn)品號(hào)雕刻在在制品或關(guān)鍵/重要零部件上，在不方便或無法通過雕刻進(jìn)行信息記錄時(shí)可將打印的條形碼粘貼或系掛在零部件上，在產(chǎn)品生產(chǎn)、檢驗(yàn)、試驗(yàn)、驗(yàn)收、入庫等各個(gè)環(huán)節(jié)利用PDA等設(shè)備對(duì)產(chǎn)品號(hào)、質(zhì)量等信息進(jìn)行采集、識(shí)別，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)過程信息的快速收集與實(shí)時(shí)監(jiān)控。

　　質(zhì)量控制作為企業(yè)經(jīng)營過程的重要組成部分，貫穿于產(chǎn)品生命周期的全過程，與企業(yè)環(huán)境緊密相關(guān)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)質(zhì)量管理的發(fā)展也有很大的影響，在該環(huán)境下的質(zhì)量控制與傳統(tǒng)的質(zhì)量控制在結(jié)構(gòu)、運(yùn)作機(jī)制、作用范圍等方面有很大的不同。因此，需要綜合運(yùn)用質(zhì)量管理、現(xiàn)代集成管理等相關(guān)理論與方法，借助于物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)，對(duì)離散制造企業(yè)質(zhì)量控制及管理模式進(jìn)行研究和再設(shè)計(jì)。研究內(nèi)容主要包含如下4個(gè)方面。

　　a.研究物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下離散制造企業(yè)質(zhì)量管理需求。

　　以產(chǎn)品號(hào)為主線，基于BPR思想研究離散制造企業(yè)的質(zhì)量控制活動(dòng)，研究物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下企業(yè)質(zhì)量管理的規(guī)律，通過對(duì)“載體一過程一活動(dòng)一業(yè)務(wù)對(duì)象一數(shù)據(jù)”的深入分析，描述企業(yè)質(zhì)量管理和控制的需求。

　　b.構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下質(zhì)量信息采集業(yè)務(wù)模型。

　　以產(chǎn)品形成過程為主線，建立基于產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程的質(zhì)量信息采集模型。借助先進(jìn)的技術(shù)手段完成產(chǎn)品形成全過程的質(zhì)量信息的采集與處理，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量監(jiān)控與持續(xù)改進(jìn)的目標(biāo)。

　　c.研究復(fù)雜環(huán)境下的圖像識(shí)別技術(shù)。

　　由于產(chǎn)品號(hào)是通過激光刻錄在產(chǎn)品的表面，導(dǎo)致在采集產(chǎn)品號(hào)圖像時(shí)可能受到油污、強(qiáng)弱光等不利因素的影響，因此需要研究復(fù)雜背景下的目標(biāo)圖像識(shí)別技術(shù)，主要包括圖像預(yù)處理技術(shù)、圖像特征提取技術(shù)、目標(biāo)識(shí)別技術(shù)和多分類器集成技術(shù)等。

　　d.研究基于SOCKET的PDA等采集設(shè)備與系統(tǒng)間數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。

　　由于離散制造企業(yè)加工場地的分散性，以及大型設(shè)備設(shè)施對(duì)信號(hào)的干擾影響，基于無線的通訊方式很難滿足快速、準(zhǔn)確的要求，因此系統(tǒng)在處理PDA等自動(dòng)采集設(shè)備與PC間數(shù)據(jù)傳輸時(shí)采用基于USB連接方式?；趯?shí)時(shí)性、可靠性、可擴(kuò)展性等方面的要求，系統(tǒng)采用SOCKET通訊協(xié)議，應(yīng)用XML定義客戶機(jī)服務(wù)器之間的消息和數(shù)據(jù)交換格式。

　　2、系統(tǒng)業(yè)務(wù)過程設(shè)計(jì)

　　離散制造企業(yè)生產(chǎn)過程復(fù)雜，生產(chǎn)數(shù)據(jù)多，且數(shù)據(jù)的收集、維護(hù)和檢索工作量大，為了能快速、準(zhǔn)確地采集數(shù)據(jù)，還必須規(guī)范整個(gè)采集的過程。針對(duì)離散制造企業(yè)生產(chǎn)組織的特點(diǎn)，經(jīng)過歸類分析，將產(chǎn)品質(zhì)量信息的采集和處理主要?jiǎng)澐譃槿缦?個(gè)基本環(huán)節(jié)。

　　a.產(chǎn)品號(hào)生成。

　　利用激光雕刻機(jī)將按照規(guī)則生成的產(chǎn)品號(hào)雕刻在在制品或關(guān)鍵/重要零部件上，或?qū)匆?guī)則打印的條形碼粘貼或系掛在零部件上，解決人工編寫、刻錄、噴涂容易造成的重號(hào)、錯(cuò)號(hào)等問題。產(chǎn)品號(hào)生成需具備自動(dòng)生成、手工編輯、自動(dòng)校正、錯(cuò)重號(hào)報(bào)警等功能，能夠?qū)⒈九慰讨频漠a(chǎn)品號(hào)準(zhǔn)確地傳遞到后續(xù)工序或檢驗(yàn)檢測點(diǎn)。

　　b.加工過程信息采集。

　　在待檢驗(yàn)工位，檢驗(yàn)員利用PDA、掃描儀等自動(dòng)采集設(shè)備對(duì)產(chǎn)品號(hào)進(jìn)行采集與識(shí)別，同時(shí)掃描工、檢驗(yàn)人員工號(hào)及產(chǎn)品質(zhì)量信息。如果檢驗(yàn)員需要對(duì)某個(gè)質(zhì)量因素進(jìn)行超差處理，可使用PDA等對(duì)存儲(chǔ)有質(zhì)量信息分類的條形碼進(jìn)行掃描，并將超差處理方式存儲(chǔ)在系統(tǒng)中，與產(chǎn)品號(hào)自動(dòng)關(guān)聯(lián)。系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)品號(hào)采集結(jié)果自動(dòng)形成對(duì)在制品或關(guān)鍵/重要零部件加工進(jìn)度及質(zhì)量狀況的監(jiān)控。

　　c.試驗(yàn)信息采集。

　　對(duì)完工產(chǎn)品需要展開最終試驗(yàn)。利用PDA等設(shè)備采集產(chǎn)品號(hào)，并通過USB或RS-232接口與試驗(yàn)設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)信息的自動(dòng)采集。若試驗(yàn)不合格，則自動(dòng)記錄試驗(yàn)中的不合格信息，便于返修和產(chǎn)品質(zhì)量追溯。針對(duì)外場試驗(yàn)，系統(tǒng)還需要提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、導(dǎo)出功能。

　　d.抽檢。

　　針對(duì)試驗(yàn)合格的產(chǎn)品，按產(chǎn)品類型選擇不同的抽檢方案，并按抽檢方案組織和抽取試驗(yàn)用產(chǎn)品。通過PDA等設(shè)備采集產(chǎn)品號(hào)信息，并記錄檢驗(yàn)結(jié)果信息，對(duì)抽檢不合格的產(chǎn)品需維護(hù)不合格原因、修復(fù)措施以及修復(fù)的結(jié)果等信息，同時(shí)建立跟蹤、監(jiān)控檔案。

　　e.包裝及校驗(yàn)。

　　在包裝環(huán)節(jié)，對(duì)即將進(jìn)行裝箱的產(chǎn)品號(hào)進(jìn)行在線采集，并自動(dòng)校驗(yàn)所采集產(chǎn)品號(hào)是否在合格產(chǎn)品列表中，對(duì)不符合項(xiàng)進(jìn)行報(bào)警。包裝完成后再對(duì)包裝箱箱號(hào)（預(yù)先用條形碼形式打出）進(jìn)行在線掃描，建立箱號(hào)、產(chǎn)品號(hào)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，便于后續(xù)管理和追蹤。

　　f.入庫及出廠發(fā)運(yùn)。

　　在入庫及出廠發(fā)運(yùn)環(huán)節(jié)，系統(tǒng)通過對(duì)包裝箱號(hào)信息的采集，自動(dòng)關(guān)聯(lián)到包裝箱內(nèi)產(chǎn)品的產(chǎn)品號(hào)信息，自動(dòng)檢索產(chǎn)品整個(gè)生產(chǎn)過程的加工和檢驗(yàn)信息，生成并打印產(chǎn)品合格證書及各類說明書材料。

　　3、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)研究

　　3.1 基于BP網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜背景下的圖像識(shí)別技術(shù)

　　由于待采集的產(chǎn)品號(hào)是通過激光雕刻在金屬表面，根據(jù)產(chǎn)品類型的不同，字體、大小不盡相同，且產(chǎn)品在各生產(chǎn)車間流轉(zhuǎn)，圖像采集時(shí)面臨油污、強(qiáng)弱光等復(fù)雜因素的影響，字符分割、字符識(shí)別方法的優(yōu)劣直接影響到信息采集的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。針對(duì)采集到的圖像存在模糊、缺損、粘合或污跡干擾的情況，系統(tǒng)在傳統(tǒng)的基于投影分析字符分割法M1的基礎(chǔ)上采用遞歸回掃的辦法進(jìn)行二次字符分割，并結(jié)合連通域分析，利用字符的固定高度和間距比例關(guān)系等先知知識(shí)，較好地解決了產(chǎn)品號(hào)在復(fù)雜背景下的字符切割問題。再選擇中值濾波、閾值分割、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)處理、邊緣檢測、輪廓跟蹤、區(qū)域填充等預(yù)處理方法，將目標(biāo)從復(fù)雜背景中分離出來。提取到目標(biāo)的多種形狀特征后，剔除特征間的冗余，經(jīng)優(yōu)選后選取形狀參數(shù)特征，組成目標(biāo)識(shí)別的特征向量，為目標(biāo)識(shí)別提供有效數(shù)據(jù)。在上述研究的基礎(chǔ)上，深入研究基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)識(shí)別技術(shù)，設(shè)計(jì)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分類器。最后，考慮到單一分類器識(shí)別往往難以取得滿意的效果，提出一種改進(jìn)的基于投票的多分類器集成算法，從而提高了目標(biāo)識(shí)別的可靠性。

　　由于信息采集點(diǎn)分散，數(shù)目眾多，數(shù)據(jù)采集過程與生產(chǎn)過程存在時(shí)空上的交叉，傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式下的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性將受到很大制約，因此系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)采集與業(yè)務(wù)處理相分離的技術(shù)手段，在PDA上完成數(shù)據(jù)采集與部分信息的維護(hù)，在PC機(jī)上完成數(shù)據(jù)驗(yàn)證、業(yè)務(wù)處理等其他功能?？紤]到加工場地的分散性以及大型設(shè)備設(shè)施對(duì)信號(hào)的干擾影響，系統(tǒng)在PDA與PC之間通過USB接口連接，采用SOCKET的通訊協(xié)議，定義遵循XML標(biāo)準(zhǔn)的3種消息：WaitForInput、Datalnput、DataAccept，實(shí)現(xiàn)信息的快速采集。

　　4、系統(tǒng)應(yīng)用情況

　　該系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于成都某兵器制造的生產(chǎn)線。系統(tǒng)的成功應(yīng)用，使企業(yè)能及時(shí)準(zhǔn)確地采集生產(chǎn)過程的質(zhì)量信息，提高了質(zhì)量管理的效率，降低了裝配差錯(cuò)率，提高了生產(chǎn)線的整體生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量，提高了決策的及時(shí)性、科學(xué)性。隨著企業(yè)應(yīng)用的深人，該系統(tǒng)計(jì)劃與企業(yè)其他信息系統(tǒng)進(jìn)行集成應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)企業(yè)協(xié)作效率的提高和管理模式的改進(jìn)。

　　5、結(jié)束語

　　物聯(lián)網(wǎng)的思想及相關(guān)技術(shù)的引入對(duì)企業(yè)管理模式的創(chuàng)新、業(yè)務(wù)流程的優(yōu)化等產(chǎn)生了重大影響和促進(jìn)。引人物聯(lián)網(wǎng)思想，借助于激光雕刻技術(shù)、圖像識(shí)別技術(shù)、條碼技術(shù)等，通過將質(zhì)量管理與生產(chǎn)組織的充分融合，實(shí)現(xiàn)加工過程各類信息的標(biāo)注和實(shí)時(shí)采集，對(duì)提高制造過程的柔性、可靠性和產(chǎn)品質(zhì)量的可追溯性具有重要的作用，能夠?yàn)槠髽I(yè)建立一個(gè)快速反映、有彈性、精細(xì)化的制造業(yè)環(huán)境，輔助企業(yè)各個(gè)層次的領(lǐng)導(dǎo)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，幫助質(zhì)管人員快速收集和分析質(zhì)量信息，為企業(yè)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的提升提供支持。物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下質(zhì)量信息采集業(yè)務(wù)模型的設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)研究對(duì)離散制造企業(yè)質(zhì)量管理系統(tǒng)的構(gòu)建具有一定的參考意義和借鑒價(jià)值。