基于RFID和UWB的大型离散制造车间全息地图及实现方法技术

一种基于RFID和UWB的大型离散制造车间全息地图，包括车间数据采集模块（1）、实时定位模块（2）、车间可视化模块（3）、全息地图模块（4）。所述的车间数据采集模块（1）用于实时采集生产要素属性数据、生产状态数据、制造过程数据和车间环境数据；所述的实时定位模块（2）提供各类要素的实时位置坐标；所述的车间可视化模块（3）用于构建车间的三维可视化模型和制造过程的仿真模型。本发明专利技术可以有效提升有效提高大型离散制造车间的智能化管控水平，为车间生产人员和管理人员提供模型化、可视化的制造现场地图，对于大型离散制造车间智能化建设具有很高的应用推广价值。

Holographic map and implementation method of large discrete manufacturing workshop based on RFID and UWB

A large scale discrete manufacturing workshop holographic map based on RFID and UWB, including workshop data acquisition module (1), real time location module (2), workshop visualization module (3), holographic map module (4). The workshop data acquisition module (1) for real-time acquisition of production factors attribute data, process data and environmental data of manufacturing workshop status data, the real-time positioning module; (2) to provide real-time location coordinates of various elements of the workshop; the visualization module (3) simulation model for 3D visualization model and manufacturing the construction process of the workshop. The invention can effectively improve the improve the level of intelligent control of large discrete manufacturing workshop, provide on-site manufacturing model visualization and map production and management personnel, has very high application value for the construction of large-scale intelligent discrete manufacturing workshop.

【技术实现步骤摘要】
基于RFID和UWB的大型离散制造车间全息地图及实现方法
本专利技术涉及一种电子地图，尤其是一种基于室内实时定位技术的车间可视化系统，具体地说是一种基于RFID和UWB的大型离散制造车间位置服务系统及全息环境地图及实现方法。
技术介绍
目前，新一代信息通信技术的快速发展，正引发全球制造业发展理念、制造模式和技术体系的重大变革，传统的制造模式已经很难满足制造产品的复杂性和用户需求的多样性对研制周期提出的高效性需求，智能制造日益成为未来制造业发展的重要趋势和核心内容，作为智能车间的关键组成部分，建立智能化、透明化、可视化的新型车间地图意义重大。对于大型离散制造车间而言，其多从事混流生产，具有产品结构复杂、零部件众多、生产环节长、车间面积大等特点，当前的大型离散制造车间一般可视化水平较低，管理存在较大问题，原因多归结于车间数据采集困难、生产现场信息不透明、缺乏实时控制能力、车间可视化程度低等方面，该类问题已成为影响众多复杂产品延迟交付的关键问题之一。为此将室内实时定位技术引入到大型离散制造车间中，建立车间全息地图，以位置信息为核心为车间生产和管理人员提供各类基于定位的服务，全面提升大型离散制造车间的可视化和信息化管理水平。RFID和UWB技术的应用，为大型离散制造车间生产要素的实时定位和数据采集提供了有效的技术支持，使大型离散制造车间的实时管控成为可能。RFID和UWB技术能够有效地获取大型离散车间位置节点生产装配、物料配送等各类制造活动相关要素的实时位置、活动时间、运动轨迹和工作状态等信息，为制造系统提供实时、精确的现场数据，将这些数据在可视化界面中进行实时显示，便构成了大型离散制造车间全息地图。基于RFID和UWB的大型离散车间全息环境地图具有较大的应用价值：一是提供车间实时定位、查找追踪、轨迹追溯、定点导航等基本位置服务功能；二是基于RFID和UWB的复合定位方法，可实时获取车间中物料、人员、工具、在制品等各类制造要素的位置信息，全面提高车间的精细化管理水平；三是基于车间各类物料和配套零部件的实时位置、状态、运输/生产时间、行走路线等数据，可实现车间生产和物流活动的实时监控与动态调整，全面提升车间制造现场的可视化和可控性水平。鉴于此，设计实现一种可供车间生产和管理人员使用的大型离散制造车间全息地图，对全面提升车间管控能力、构建智能车间具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对目前大型离散制造车间存在的位置与生产数据获取困难、生产要素管理混乱、车间定位服务能力弱、制造现场可视化水平低等问题，提供一种基于RFID和UWB的大型离散制造车间全息地图，同时提供一种其实现方法，以位置信息为核心为车间生产和管理人员提供各类基于定位的服务，全面提升大型离散制造车间的可视化和信息化管理水平。本专利技术的技术方案之一是：一种基于RFID和UWB的大型离散制造车间全息地图，其特征是它包括：一车间数据采集模块1，该数据采集模块1用于完成大型离散制造车间中生产要素属性数据、生产状态数据、制造过程数据、车间物流数据、车间环境数据等的实时采集，为车间全息地图的功能实现提供基础数据；一实时定位模块2，该实时定位模块2用于实时获取大型制造车间内物料、人员、工装、在制品、配送车辆等各类生产要素的实时位置信息，为定位追踪各类生产要素提供实时位置坐标数据；一车间可视化模块3，该车间可视化模块3用于完成大型离散制造车间布局、实体模型及生产过程在可视化界面中的映射，构建车间的三维可视化模型和制造过程的仿真模型，并通过与车间数据采集模块1和实时定位模块2的集成，实现车间生产数据、位置数据的实时可视化显示；一全息地图服务模块4，该全息地图模块4依托车间可视化模块3提供车间基础位置服务，在上位机端提供可视化的定位追踪、实时监控、信息推送、导航追溯等各类功能。所述的车间数据采集模块1包括RFID数据采集模块、传感器数据采集模块和ZigBee无线通信模块，RFID数据采集模块由部署在车间工位区域的读写器、天线和附着在物料、人员、在制品等生产要素上的标签组成，读写器可实时读取其感知范围内的标签信息，采集生产要素属性数据和生产状态数据；传感器数据采集模块由部署在设备或车间的各类型传感器实时感知设备运行数据、检测数据及环境数据，并由ZigBee无线通信模块传输至上位机。所述的实时定位模块2包括基于RFID的区域定位模块和基于UWB的精确定位模块，RFID区域定位以有规律地部署在车间的RFID读写器和天线感知附着标签的生产要素，通过基于虚拟参考标签的LANDMARK算法获得定位目标的区域位置坐标；UWB精确定位以安装在车间的Ubisense读写器来接收待定位物体上附着的定位标签发射的UWB信号，并由Ubisense定位引擎平台通过TOA算法计算定位目标的精确位置坐标。所述的车间可视化模块3包括车间三维模型、车间布局与三维模型的映射、制造过程仿真模型，以PlantSimulation平台为基础，通过数据通信接口集成车间数据采集模块1和实时定位模块2，实现车间实体和车间数据的可视化。所述的全息地图服务模块4为地图上位机功能实现模块，该地图以车间可视化模块3为基础，通过车间数据采集模块1和实时定位模块2提供的生产数据和位置数据对生产要素模型进行驱动，全面反应生产要素的实时位置和状态信息，提供可视化的定位追踪、实时监控、信息推送、导航追溯等各类功能。本专利技术的技术方案之二是：一种基于RFID和UWB的大型离散制造车间全息地图的实现方法，其特征是以PlantSimulation软件为基础平台，结合实时定位系统、数据采集系统以及数据库实现大型离散制造车间全息地图的构建，它包括以下步骤：首先，构建大型离散制造车间物理模型，根据车间测量数据绘制车间二维布局图，准确反映车间生产要素布置情况；以车间二维布局图为基础，将生产要素三维模型导入PlantSimulation建立车间三维可视化场景，对制造车间全景进行全方位映射；以车间通道分布、连通情况为基础，建立车间区域间的拓扑连接图，反应制造车间中的空间约束；其次，对生产要素信息进行封装，建立生产要素信息与三维模型的关联关系，描述生产要素在制造过程中的状态变化；以产品的生产工艺路线信息为基础，建立在制品及各类生产要素在工位间的加工逻辑；最后，通过Socket接口实现服务器与车间全息地图间的通信，完成与实时定位模块与数据采集模块的集成，由数据采集模块和实时定位模块提供的实时数据对车间全息地图模型进行在线驱动，实时反映生产要素在车间中的位置和状态信息变化，全面映射制造车间整体运行情况，并提供定位服务功能。本专利技术的有益效果：1）本专利技术通过基于RFID和UWB的复合定位方法，实现了大型离散制造车间现场不同生产要素的实时定位及精细化管理。2）本专利技术将大型离散制造车间现场模型化并映射到全息地图中，集成了制造过程仿真模型，全面提高大型离散制造车间的可视化和信息化管理水平。3）本专利技术基于实时定位技术，可在上位机端提供可视化的定位追踪、实时监控、信息推送、导航追溯等各类位置服务功能。4）本专利技术为大型离散制造车间生产人员和管理人员提供模型化、可视化的制造现场地图，对于大型离散制造车间智能化建设具有很高的应用价值。附图说明图1是本专利技术的总体结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于RFID和UWB的大型离散制造车间全息地图，其特征是它包括：一车间数据采集模块（1），该数据采集模块（1）用于完成大型离散制造车间中生产要素属性数据、生产状态数据、制造过程数据、车间物流数据、车间环境数据等的实时采集，为车间全息地图的功能实现提供基础数据；一实时定位模块（2），该实时定位模块（2）用于实时获取大型制造车间内物料、人员、工装、在制品、配送车辆等各类生产要素的实时位置信息，为定位追踪各类生产要素提供实时位置坐标数据；一车间可视化模块（3），该车间可视化模块（3）用于完成大型离散制造车间布局、实体模型及生产过程在可视化界面中的映射，构建车间的三维可视化模型和制造过程的仿真模型，并通过与车间数据采集模块（1）和实时定位模块（2）的集成，实现车间生产数据、位置数据的实时可视化显示；一全息地图服务模块（4），该全息地图模块（4）依托车间可视化模块（3）提供车间基础位置服务，在上位机端提供可视化的定位追踪、实时监控、信息推送、导航追溯等各类功能。

【技术特征摘要】
1.一种基于RFID和UWB的大型离散制造车间全息地图，其特征是它包括：一车间数据采集模块（1），该数据采集模块（1）用于完成大型离散制造车间中生产要素属性数据、生产状态数据、制造过程数据、车间物流数据、车间环境数据等的实时采集，为车间全息地图的功能实现提供基础数据；一实时定位模块（2），该实时定位模块（2）用于实时获取大型制造车间内物料、人员、工装、在制品、配送车辆等各类生产要素的实时位置信息，为定位追踪各类生产要素提供实时位置坐标数据；一车间可视化模块（3），该车间可视化模块（3）用于完成大型离散制造车间布局、实体模型及生产过程在可视化界面中的映射，构建车间的三维可视化模型和制造过程的仿真模型，并通过与车间数据采集模块（1）和实时定位模块（2）的集成，实现车间生产数据、位置数据的实时可视化显示；一全息地图服务模块（4），该全息地图模块（4）依托车间可视化模块（3）提供车间基础位置服务，在上位机端提供可视化的定位追踪、实时监控、信息推送、导航追溯等各类功能。2.根据权利要求1所述的基于RFID和UWB的大型离散制造车间全息地图，其特征是所述的车间数据采集模块（1）包括RFID数据采集模块、传感器数据采集模块和ZigBee无线通信模块，RFID数据采集模块由部署在车间工位区域的读写器、天线和附着在生产要素上的标签组成，读写器能实时读取其感知范围内的标签信息，采集生产要素属性数据和生产状态数据；传感器数据采集模块由部署在设备或车间的各类型传感器实时感知设备运行数据、检测数据及环境数据，并由ZigBee无线通信模块传输至上位机。3.根据权利要求2所述的基于RFID和UWB的大型离散制造车间全息地图，其特征是所述的生产要素包括设备、物料、人员、工装夹具、配送车辆和在制品。4.根据权利要求1所述的基于RFID和UWB的大型离散制造车间全息地图，其特征是所述的实时定位模块（2）包括基于RFID的区域定位模块和基于UWB的精确定位模块，RFID区域定位以有规律地部署在车间的RFID读写器和天线感知附着标签的生产要素，通过基于虚拟参考标签的LANDMARK算法获得定位目标的区域位置坐标；UWB...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄少华，郭宇，李思国，吴旗，王益聪，葛妍娇，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32