一种基于RFID的机械制造车间生产进程信息采集系统技术方案

本发明专利技术属于机械制造技术领域，公开了一种基于RFID的机械制造车间生产进程信息采集系统，包括：RFID采集模块、图像采集模块、中央控制模块、无线通信模块、数据匹配模块、数据判断模块、数据存储模块、报警模块、显示模块。本发明专利技术是通过RFID采集模块和数据判断模块，不需要人工统计生产的工件、数量、时间，大大减少了车间班组的监控的负担；同时通过图像采集模块对包含了机械制造车间的工件状态信息乃至设备状态信息的图像进行采集，不需要人工统计和填表，保证数据的真实性，大大降低了成本，提高了生产管理效率。

A RFID based information acquisition system for production process in machinery manufacturing workshop

The invention belongs to the field of mechanical manufacturing technology, and provides an information collection system for the production process of mechanical manufacturing workshop based on RFID, including RFID acquisition module, image acquisition module, central control module, wireless communication module, data matching module, data judgment module, data storage module, alarm module, display module. Block. The invention is through the RFID acquisition module and the data judgment module, which does not need the workpiece, quantity and time produced by manual statistics, and greatly reduces the burden of monitoring in the workshop group. At the same time, the image acquisition module is used to collect the image of the workpiece state information and even the state information of the machine manufacturing workshop. It is necessary to manually statistics and fill in the form to ensure the authenticity of the data, which greatly reduces the cost and improves the efficiency of production management.

【技术实现步骤摘要】
一种基于RFID的机械制造车间生产进程信息采集系统
本专利技术属于机械制造
，尤其涉及一种基于RFID的机械制造车间生产进程信息采集系统。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：机械制造指从事各种动力机械、起重运输机械、化工机械、纺织机械、机床、工具、仪器、仪表及其他机械设备等生产的工业部门。机械制造业为整个国民经济提供技术装备。机械产品是指机械厂家向用户或市场所提供的成品或附件如汽车、发动机、机床等都称为机械产品.任何机械产品按传统的习惯都可以看作由若干部件组成部件又可分为不同层次的子部件(也称分部件或组件)直至最基本的零件单元。然而，现有机械制造加工要搜集到准确的生产实际信息需要耗费大量的时间，特别是传统的加工设备上一般都没有数据采集装置，因此制约了类似企业生产管理水平的提高，导致生产效率低下；同时生产状态信息不能准确有效地采集，就不能实现整个生产流程的闭环控制，影响生产效率的提升，制约了企业的管理水平。数据匹配中，数据突发性与测量实时性就存在矛盾关系，这是激光测速仪信号处理电路存在的一个问题。测量精度是激一个重要指标。传统上采用FPGA与DSP相结合的方式采集与处理数据，能够很好地解决数据处理的精度问题。但是数据在FPGA与DSP之间的流动会耗费大量的时间，且增加数据暴露在外界的机会，数据可靠性下降。所以测量精度与测量时间、数据可靠性之间存在矛盾，这是信号处理中存在的又一问题。据统计，装配成本约占产品设计总费用的50％-60％，如何在给定产品设计方案的前提下，寻找满足几何约束以及其它约束条件(工艺、装配成本等)的合理可行的装配序列，是非常有意义的工作。装配序列规划问题的本质是一个NP组合优化难题，传统的装配序列规划的方式有两种：一是基于装配工程师的知识以及经验，这种方法受设计者的知识局限性和主观性影响较大，尤其是对于复杂零件的装配工艺，设计出的装配序列常常不是最优的，甚至是不可行的。二是图搜索算法，但当产品零件数目较多时，将会出现装配序列组合爆炸的问题。近年来，现代智能优化计算方法开始应用到装配序列规划当中，例如遗传算法、蚁群算法、模拟退火算法和粒子群算法等，为复杂产品的装配序列求解提供了新的思路。但是，遗传算法对初始种群的质量和大小依赖性较强，要求初始种群中的可行装配序列的比例较大，最终可能得不到最优装配序列，甚至有可能不收敛。蚁群算法在进行装配序列规划时需要指定基础零件，并且信息素残留系数和转移概率公式中参数选择难度较大，算法的收敛速度不理想，容易陷入局部最优解。模拟退火算法对解空间的拓展不够好，不容易搜索到最有效的区域，所以搜索效率比较低，且种群多样性差，难以得到最优装配序列。粒子群算法具有规则简单，收敛速度快，可调参数少等特点，但对于离散的优化问题处理不佳，容易陷入局部最优。综上所述，现有技术存在的问题是：现有机械制造加工要搜集到准确的生产实际信息需要耗费大量的时间，特别是传统的加工设备上一般都没有数据采集装置，因此制约了类似企业生产管理水平的提高，导致生产效率低下；同时生产状态信息不能准确有效地采集，就不能实现整个生产流程的闭环控制，影响生产效率的提升，制约了企业的管理水平。传统采用FPGA与DSP相结合的方式采集与处理数据，数据流动会耗费大量时间，数据可靠性下降。解决上述技术问题的难度和意义：本专利技术实现指定时间节点上的工件加工状态、工件数量、工件尺寸等各类生产过程信息的自动采集，使其通过实际数据和服务器数据匹配的方法将所采集的图像信息处理转换为工件状态信息，而不是直接根据图像信息进行简单的尺寸和颜色判断，不需要人工统计和填表，保证数据的真实性，大大降低了成本，提高了生产管理效率。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于RFID的机械制造车间生产进程信息采集系统。本专利技术是这样实现的，一种基于RFID的机械制造车间生产进程信息采集系统，包括：RFID采集模块，与中央控制模块连接，用于通过将RFID读卡器安装在各加工设备的加工位置旁，将RFID卡放入待加工工件的容器上，当工件进入加工设备，并进入到RFID读卡器的感应距离以内时，RFID读卡器读取到工件容器上的RFID卡信息；图像采集模块，与中央控制模块连接，用于通过摄像头对加工工件图像进采集；中央控制模块，与RFID采集模块、图像采集模块、无线通信模块、数据匹配模块、数据判断模块、数据存储模块、报警模块、显示模块连接，用于控制各个电器元件正常工作；无线通信模块，与中央控制模块连接，用于通过无线方式将采集信息发给工作人员客户端；数据匹配模块，与中央控制模块连接，用于将加工工件与检验标准进行匹配；数据判断模块，与中央控制模块连接，用于判断加工工件任务是否完成；所述中央控制模块还用于对生产进程的机械制造品装配序列进行优化；具体包括：根据待装配产品各零部件之间的几何关系、配合关系以及运动约束关系，构建三维空间装配干涉矩阵，获取可行的产品装配序列；对待装配产品的装配序列进行迭代求解，获取的计算结果即为最优装配序列；所述数据匹配模块包括：采样频率产生模块，输入为频率缓存模块的反馈采样频率信号采样频率状态量，输出时钟信号给AD采样模块；窗函数模块，通过14位的数字信号和采样频率状态量与FFT模块相连，输入为所述AD采样模块生成的12位的数字信号，输出为14位的经过截取的数字信号和反应此刻采样频率的状态量，此状态量将跟随此运算周期的数据经过各模块；FFT模块，输入为窗函数截取的14位数字信号，输出为信号的频谱数据与运算、表明运算开始与结束时刻的运算状态信息；功率谱模块，通过频谱数据、FFT运算状态信息和采样频率状态量与FFT模块相连，通过功率谱和采样频率状态量与峰值序号模块相连，用于输入为FFT模块的频谱数据与运算、运算状态信息，输出为信号的功率谱数据；中心序号峰值序号模块，读取FFT运算状态信息与FFT模块相连，输出功率谱峰值序号和采样频率状态量与系数模块连接；输入为功率谱模块的功率谱数据与FFT模块运算状态信息，输出为功率谱幅值最高处的中心峰值序号；系数模块，通过读取FFT运算状态信息与FFT模块连接，输出多普勒频率与USB控制输出模块和频率反馈模块连接；输入为功率谱中心序号峰值序号与FFT模块的运算状态信息，输出为多普勒频率；USB控制模块，输入为系数模块的多普勒频率数据，输出为USB控制信号；频率反馈模块，通过功率谱峰值序号连接峰值序号模块，通过状态信息与FFT模块连接，输出反馈采样频率信息采样频率状态量与频率缓存模块连接；输入为中心序号模块的功率谱中心序号系数模块的多普勒频率与FFT模块运算状态信息，输出为将要采取下一周期的采样频率信息状态量；USB控制模块包括：USB协议自适应模块；频率缓存模块，通过状态信息与FFT模块连接，输出反馈采样频率与频率产生模块连接；输入为FFT模块运算状态信息与频率反馈模块的反馈采样频率数据采样频率状态量，输出为缓存后的反馈采样频率状态量；所述的系数模块中系数即为频谱分辨率Δf＝fs/N，其中N是确定的，根据与峰值序号同时到达的采样频率状态量，知道此周期峰值序号对应采样频率fs，根据此采样频率，系数模块为功率谱峰值序号乘以相应的系数，得到多普勒频率；所述的电源连接装置包括至少本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于RFID的机械制造车间生产进程信息采集系统，其特征在于，所述基于RFID的机械制造车间生产进程信息采集系统包括：RFID采集模块，与中央控制模块连接，用于通过将RFID读卡器安装在各加工设备的加工位置旁，将RFID卡放入待加工工件的容器上，当工件进入加工设备，并进入到RFID读卡器的感应距离以内时，RFID读卡器读取到工件容器上的RFID卡信息；图像采集模块，与中央控制模块连接，用于通过摄像头对加工工件图像进采集；中央控制模块，与RFID采集模块、图像采集模块、无线通信模块、数据匹配模块、数据判断模块、数据存储模块、报警模块、显示模块连接，用于控制各个电器元件正常工作；无线通信模块，与中央控制模块连接，用于通过无线方式将采集信息发给工作人员客户端；数据匹配模块，与中央控制模块连接，用于将加工工件与检验标准进行匹配；数据判断模块，与中央控制模块连接，用于判断加工工件任务是否完成；所述中央控制模块还用于对生产进程的机械制造品装配序列进行优化；具体包括：根据待装配产品各零部件之间的几何关系、配合关系以及运动约束关系，构建三维空间装配干涉矩阵，获取可行的产品装配序列；对待装配产品的装配序列进行迭代求解，获取的计算结果即为最优装配序列；所述数据匹配模块包括：采样频率产生模块，输入为频率缓存模块的反馈采样频率信号采样频率状态量，输出时钟信号给AD采样模块；窗函数模块，通过14位的数字信号和采样频率状态量与FFT模块相连，输入为所述AD采样模块生成的12位的数字信号，输出为14位的经过截取的数字信号和反应此刻采样频率的状态量，此状态量将跟随此运算周期的数据经过各模块；FFT模块，输入为窗函数截取的14位数字信号，输出为信号的频谱数据与运算、表明运算开始与结束时刻的运算状态信息；功率谱模块，通过频谱数据、FFT运算状态信息和采样频率状态量与FFT模块相连，通过功率谱和采样频率状态量与峰值序号模块相连，用于输入为FFT模块的频谱数据与运算、运算状态信息，输出为信号的功率谱数据；中心序号峰值序号模块，读取FFT运算状态信息与FFT模块相连，输出功率谱峰值序号和采样频率状态量与系数模块连接；输入为功率谱模块的功率谱数据与FFT模块运算状态信息，输出为功率谱幅值最高处的中心峰值序号；系数模块，通过读取FFT运算状态信息与FFT模块连接，输出多普勒频率与USB控制输出模块和频率反馈模块连接；输入为功率谱中心序号峰值序号与FFT模块的运算状态信息，输出为多普勒频率；USB控制模块，输入为系数模块的多普勒频率数据，输出为USB控制信号；频率反馈模块，通过功率谱峰值序号连接峰值序号模块，通过状态信息与FFT模块连接，输出反馈采样频率信息采样频率状态量与频率缓存模块连接；输入为中心序号模块的功率谱中心序号系数模块的多普勒频率与FFT模块运算状态信息，输出为将要采取下一周期的采样频率信息状态量；USB控制模块包括：USB协议自适应模块；频率缓存模块，通过状态信息与FFT模块连接，输出反馈采样频率与频率产生模块连接；输入为FFT模块运算状态信息与频率反馈模块的反馈采样频率数据采样频率状态量，输出为缓存后的反馈采样频率状态量；所述的系数模块中系数即为频谱分辨率Δf＝fs/N，其中N是确定的，根据与峰值序号同时到达的采样频率状态量，知道此周期峰值序号对应采样频率fs，根据此采样频率，系数模块为功率谱峰值序号乘以相应的系数，得到多普勒频率；所述的电源连接装置包括至少一个连接外部电源的电源输入电路和至少一个连接负载的负载输出电路；所述的蓄电装置包括连接蓄电池的蓄电池充放电电路。...

【技术特征摘要】
1.一种基于RFID的机械制造车间生产进程信息采集系统，其特征在于，所述基于RFID的机械制造车间生产进程信息采集系统包括：RFID采集模块，与中央控制模块连接，用于通过将RFID读卡器安装在各加工设备的加工位置旁，将RFID卡放入待加工工件的容器上，当工件进入加工设备，并进入到RFID读卡器的感应距离以内时，RFID读卡器读取到工件容器上的RFID卡信息；图像采集模块，与中央控制模块连接，用于通过摄像头对加工工件图像进采集；中央控制模块，与RFID采集模块、图像采集模块、无线通信模块、数据匹配模块、数据判断模块、数据存储模块、报警模块、显示模块连接，用于控制各个电器元件正常工作；无线通信模块，与中央控制模块连接，用于通过无线方式将采集信息发给工作人员客户端；数据匹配模块，与中央控制模块连接，用于将加工工件与检验标准进行匹配；数据判断模块，与中央控制模块连接，用于判断加工工件任务是否完成；所述中央控制模块还用于对生产进程的机械制造品装配序列进行优化；具体包括：根据待装配产品各零部件之间的几何关系、配合关系以及运动约束关系，构建三维空间装配干涉矩阵，获取可行的产品装配序列；对待装配产品的装配序列进行迭代求解，获取的计算结果即为最优装配序列；所述数据匹配模块包括：采样频率产生模块，输入为频率缓存模块的反馈采样频率信号采样频率状态量，输出时钟信号给AD采样模块；窗函数模块，通过14位的数字信号和采样频率状态量与FFT模块相连，输入为所述AD采样模块生成的12位的数字信号，输出为14位的经过截取的数字信号和反应此刻采样频率的状态量，此状态量将跟随此运算周期的数据经过各模块；FFT模块，输入为窗函数截取的14位数字信号，输出为信号的频谱数据与运算、表明运算开始与结束时刻的运算状态信息；功率谱模块，通过频谱数据、FFT运算状态信息和采样频率状态量与FFT模块相连，通过功率谱和采样频率状态量与峰值序号模块相连，用于输入为FFT模块的频谱数据与运算、运算状态信息，输出为信号的功率谱数据；中心序号峰值序号模块，读取FFT运算状态信息与FFT模块相连，输出功率谱峰值序号和采样频率状态量与系数模块连接；输入为功率谱模块的功率谱数据与FFT模块运算状态信息，输出为功率谱幅值最高处的中心峰值序号；系数模块，通过读取FFT运算状态信息与FFT模块连接，输出多普勒频率与USB控制输出模块和频率反馈模块连接；输入为功率谱中心序号峰值序号与FFT模块的运算状态信息，输出为多普勒频率；USB控制模块，输入为系数模块的多普勒频率数据，输出为USB控制信号；频率反馈模块，通过功率谱峰值序号连接峰值序号模块，通过状态信息与FFT模块连接，输出反馈采样频率信息采样频率状态量与频率缓存模块连接；输入为中心序号模块的功率谱中心序号系数模块的多普勒频率与FFT模块运算状态信息，输出为将要采取下一周期的采样频率信息状态量；USB控制模块包括：USB协议自适应模块；频率缓存模块，通过状态信息与FFT模块连接，输出反馈采样频率与频率产生模块连接；输入为FFT模块运算状态信息与频率反馈模块的反馈采样频率数据采样频率状态量，输出为缓存后的反馈采样频率状态量；所述的系数模块中系数即为频谱分辨率Δf＝fs/N，其中N是确定的，根据与峰值序号同时到达的采样频率状态量，知道此周期峰值序号对应采样频率fs，根据此采样频率，系数模块为功率谱峰值序号乘以相应的系数，得到多普勒频率；所述的电源连接装置包括至少一个连接外部电源的电源输入电路和至少一个连接负载的负载输出电路；所述的蓄电装置包括连接蓄电池的蓄电池充放电电路。2.如权利要求1所述基于RFID的机械制造车间生产进程信息采集系统，其特征在于，所述USB协议自适应模块根据主机当前运行USB协议类型来报告USB设备类型，包括以下步骤：①USB设备插入USB主机端口，该USB主机发送请求设备描述的命令，通过读取USB设备模式寄存器来判断所述USB主机当前运行的USB协议；②无论USB设备是高速类型还是低速类型，如果所述USB主机当前运行的USB协议为低速USB协议类型时，设备描述符中报告所述USB设备为低速USB设备；如果所述USB主机当前运行的USB协议为高速USB协议类型时，设备描述符中报告所述USB设备为高速USB设备；③所述USB主机发送分配设备地址的命令，所述USB设备接收该地址并设置该唯一地址；④所述USB主机发送请求配置描述的命令，通过读取所述USB设备模式寄存器来判断所述USB主机当前运行的USB协议；⑤如果所述USB主机当前运行的USB协议为低速USB协议类型时，描述符中包大小的字段内容为低速USB协议类型传输包的大小；如果所述USB主机当前运行的USB协议为高速USB协议类型时，描述符中包大小的字段内容为高速USB协议类型传输包的大小；上述高速USB设备定义为：USB设备相对与其连接的USB主机类型为高；上述低速USB设备定义为：USB设备与其连接的USB主机类型相同；当所述低速USB协议类型是USB1.1协议，高速USB协议类型是USB2.0协议时，步骤②相应为：无论USB设备是USB1.1设备还是USB2.0设备，如果所述USB主机当前运行的USB协议为USB1.1协议时，设备描述符中报告所述USB设备为USB1.1设备；如果所述USB主机当前运行的USB协议为USB2.0协议时，设备描述符中报告所述USB设备为USB2.0设备；步骤⑤相应为：如果所述USB主机当前运行的USB协议为USB1.1协议时，描述符中包大小的字段内容为64B；如果所述USB主机当前运行的USB协议为USB2.0协议时，描述符中包大小的字段内容为512B；所述电源管理模块的动态电源管理的方法由动态电源管理框架实现，所述动态电源管理框架包括脚本层、虚拟文件接口层、设备动态电源管理策略层和设备驱动层；所述脚本层提供用于对动态电源管理框架进行控制的脚本，通过脚本层所提供的脚本能启动/关闭具体设备的动态电源管理，或者获取设备电源管理的相关信息；所述虚拟文件接口层提供与脚本命令相对应的接口，以供脚本调用，包括整个动态电源管理框架的虚拟文件接口以及各个电源管理设备的文件接口；所述设备动态电源管理策略层提供各电源管理设备的策略接口，以供虚拟文件接口层调用；所述设备驱动层提供与各电源管理设备动态电源管理相关的驱动；所述电源管理策略具体如下：1)用指数平均算法预测下一时间片[ti，t(i+1)]的CPU空闲时间tidle；2)判断tidle是否小于[t(i+1)-ti]*20％，如果是转步骤3)，否则转步骤4)；3)令down_skip＝0，将CPU频率提高到最大频率值，增大sampling_down_factor的值...

【专利技术属性】
技术研发人员：周红，刘光蓉，
申请(专利权)人：武汉轻工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42