基于数据采集协处理器的制造车间个人电子看板系统

1.一种基于数据采集协处理器的制造车间个人电子看板系统，其特征是它包括：
一安装在设备终端的信息采集模块（1），它完成包括表征制造车间内物料位置信息的rfid射频信号、反映形貌特征及图像编码的图像信号、用于语音交流的音频信号、反映设备运转状态的振动信号、在线量仪设备所测量的质量信号和用于指示制造车间内环境信息的近场通讯信号的采集；
一数据采集协处理器（2），该数据采集协处理器（2）用于将信息采集模块（1）采集的各种电平信号分别进行滤波、整形，并整合成为有效数据，并按各自的特征进行逻辑筛选判别及动态存储，并以协处理器的内部存储容量为限进行动态更新；数据采集协处理器（2）对所采集的实时信号的处理策略为：由摄像头及麦克风采集的音频信号采用MPEG-4编码压缩方式；rfid射频信号采用EPCglobal协议进行数据压缩及过滤，消除同一数据的重复采集，并实时解析工位位置；振动信号、RF2401接口及近场通讯ZigBee接口均为实时字节传输模式，协处理器中采用校验位法保证数据的可靠性；在协处理器中，设置存储区域阀值，对处理后的信息进行先进先出式动态存储，保证存储区域内为实时信息；
一中央处理器（3），该中央处理器（3）在内部应用程序模块的控制下根据协处理器（2）送来的信息采集模块（1）采集的制造信息判断出当前所处的工位及加工工步，并将企业级应用系统所发送过来的各类数据进行匹配关联，按相关性的紧密程度形成有效的数据推送；
一显示模块（4），该显示模块用于显示企业级应用系统所推送的设计和工艺文档。
2.根据权利要求1所述的制造车间个人电子看板系统，其特征是信息采集模块（1）采集的实时信息均为高频次采样信息，具有数据量膨胀但数据处理方式雷同的特点，因此，所采集到的实时信息由数据采集协处理器模块处理并分类存储，在数据采集协处理器与通用中央处理模块之间建立通讯，中央处理模块只须调用最终的结果数据即可。
3.根据权利要求1所述的制造车间个人电子看板系统，其特征是中央处理器（3）采用socket通讯方式与企业级应用系统相连接，双向交互相应的数据，所述的企业级应用系统包括企业资源管理系统（ERP）、制造执行系统（MES）、产品数据管理（PDM）系统和计算机辅助工艺过程系统（CAPP），中央处理器（3）以工步为单位获取工艺过程信息，结合所采集到的实时制造数据自动匹配所处工位的实时加工工步，并向个人电子看板终端推送相关工步的制造文档信息并在显示模块中显示。

基于数据采集协处理器的制造车间个人电子看板系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种电子看板系统，尤其是一种制造车间中每个工位上使用的个人电子看板，具体地说是一种能对制造车间内的海量实时制造信息采集与高效准确地推送制造过程中的文档信息的基于数据采集协处理器的制造车间个人电子看板系统。
背景技术
[0002] 目前，随着计算机辅助技术与网络技术的发展，各制造企业的制造业信息化水平得到了空前的发展，然而制造业信息化的绝大部分成果体现在制造企业的管理环节与设计环节，在整个制造业的体系中，生产加工环节的信息化水平仍然有很大的上升空间。
[0003] 在目前各制造业企业的生产加工部门，相关生产信息的获取仍较多的依赖于人工录入，时效性差，且数据获取过程中的主观干扰因素较多，严重滞后于实际的生产流程，且容易形成数据孤岛。因此在制造企业的生产加工部门，亟需有完善的数据获取途径和方法，以克服上述弊端。在这种情况下，生产加工部门的“看得见管理”模式应运而生，在生产加工部门各个工位，采用电子显示屏动态显示着当前工位的产量信息，这便是制造车间内个人电子看板的初始形态。然而，这种个人电子看板的信息量单一，并不能完整地反映整个制造车间内的实际生产状态。
[0004] 随着射频识别技术（RFID）及无线传感网络等物联网技术的广泛应用，制造车间内的数据处理模式也随之有了较大的变革，制造车间内的物料可由RFID电子标签进行标识，从而动态追踪其位置信息；车间内的众多工装夹具以及测量设备均具有数字化接口，实现了生产装备的互联互通；最终通过无线传感网络将整个车间内环境信息，位置信息，产量信息及质量信息等融合为一整体，形成完整的制造物联网。
[0005] 智能终端及移动互联网的出现极大地改变了人们的交流方式，团队的运作方式，以及商业的交易方式等等，这必将会对制造企业生产加工部门的生产组织方式形成重大的影响。在传统的制造业生产加工部门中，信息流作为生产流程的主驱动力明显驱动力不足，相应的人流、物流有严重的滞后现象，且没有足够的信息反馈机制，智能终端及移动互联网在生产现场的应用可建立可靠的信息反馈机制，使得生长制造现场的信息流、人流、物流紧密快速地流转。
[0006] 鉴于此，在制造车间内构建合理完善的信息处理机制至关重要。
发明内容
[0007] 本发明的目的是针对现有的制造车间工位上的个人电子看板由于受数据处理速度的影响而信息量单一的问题，发明一种能完整反应整个制造过程信息且能实时显示的基于数据采集协处理器的制造车间个人电子看板系统。
[0008] 本发明的技术方案是：
[0009] 一种基于数据采集协处理器的制造车间个人电子看板系统，其特征是它包括：
[0010] 一安装在设备终端的信息采集模块1，它完成包括表征制造车间内物料位置信息的rfid射频信号、反映形貌特征及图像编码的图像信号、用于语音交流的音频信号、反映设备运转状态的振动信号、在线量仪设备所测量的质量信号和用于指示制造车间内环境信息的近场通讯信号的采集；
[0011] 一数据采集协处理器2，该数据采集协处理器2用于将信息采集模块1采集的各种电平信号分别进行滤波、整形，并整合成为有效数据，并按各自的特征进行逻辑筛选判别及动态存储，并以协处理器的内部存储容量为限进行动态更新；
[0012] 一中央处理器3，该中央处理器3在内部应用程序模块的控制下根据协处理器2送来的信息采集模块1采集的制造信息判断出当前所处的工位及加工工步，并将企业级应用系统所发送过来的各类数据进行匹配关联，按相关性的紧密程度形成有效的数据推送；
[0013] 一显示模块4，该显示模块用于显示企业级应用系统所推送的设计和工艺文档。
[0014] 信息采集模块1采集的实时信息均为高频次采样信息，具有数据量膨胀但数据处理方式雷同的特点，因此，所采集到的实时信息由数据采集协处理器模块处理并分类存储，在数据采集协处理器与通用中央处理模块之间建立通讯，中央处理模块只须调用最终的结果数据即可。
[0015] 数据采集协处理器2对所采集的实时信号的处理策略为：由摄像头及麦克风采集的音频信号采用MPEG-4编码压缩方式；rfid射频信号采用EPCglobal协议进行数据压缩及过滤，消除同一数据的重复采集，并实时解析工位位置；振动信号、RF2401接口及近场通讯ZigBee接口均为实时字节传输模式，协处理器中采用校验位法保证数据的可靠性；在协处理器中，设置存储区域阀值，对处理后的信息进行先进先出式动态存储，保证存储区域内为实时信息。
[0016] 中央处理器3采用socket通讯方式与企业级应用系统相连接，双向交互相应的数据，所述的企业级应用系统包括企业资源管理系统（ERP）、制造执行系统（MES）、产品数据管理（PDM）系统和计算机辅助工艺过程系统（CAPP），中央处理器（3）以工步为单位获取工艺过程信息，结合所采集到的实时制造数据自动匹配所处工位的实时加工工步，并向个人电子看板终端推送相关工步的制造文档信息并在显示模块中显示。
[0017] 本发明的有益效果：
[0018] 本发明能将外部设备所采集到的高频实时信息由数据采集协处理器模块处理并分类存储，在数据采集协处理器与通用中央处理模块之间建立输入/输出通道。个人电子看板通过内部应用程序与企业级系统集成互联，能够实时上传生产状态信息；并以工步为单位获取工艺过程信息，结合所采集到的实时制造数据自动匹配所处工位的实时加工工步，并推送相关工步的制造文档信息。本发明完整地展示了车间底层的生产状态，打通了制造车间生产现场的信息化瓶颈。
[0019] 本发明支持制造车间内的各类型实时数据的采集、传递，派发、显示与提交；实现制造车间内大规模的实时制造数据采集。
[0020] 本发明能够处理如下六种实时信息：1、表征制造车间内物料位置信息的rfid射频信息；2、反映形貌特征及图像编码的图像信息；3、用于语音交流的音频信息；4、反映设备运转状态的振动信息；5、在线量仪设备（如游标卡尺、三坐标测量机等）所测量的质量信息；6、用于指示制造车间内环境信息的近场通讯信息。这6种实时信息均由相应的各类外部设备采集，各类外部设备与数据采集协处理器直接通讯。这6类实时信息均为高频次采样信息，具有数据量膨胀但数据处理方式雷同的特点，因此，所采集到的6类实时信息由数据采集协处理器模块处理并分类存储，在数据采集协处理器与通用中央处理模块之间建立通讯，中央处理模块只须调用最终的结果数据即可。通过运行在硬件设备上的应用程序模块将6类实时信息进行整合，完整地可视化展示当前工位的生产状态信息，并基于6类实时信息将任意时刻的生产状态信息保存并备份为数据文件，并提交给企业级应用系统。表征状态信息的数据文件可用于场景重建。
[0021] 本发明是制造车间生产现场的实时状态信息采集接口以及管理意图、设计信息与生产任务的传输接口；对于制造车间生产现场的各个工位而言是工作信息的综合处理平台，各个工位的生产活动均可围绕着个人电子看板所采集或推送的信息而展开。
[0022] 同时，本发明与企业级应用系统互联互通，企业级应用系统能够通过企业内部网络将管理部门、设计部门的相关生产任务及生产过程中所需的文档资料、数据模型等发送至本发明所述的个人电子看板，并在显示模块中可视化展示。本发明中运行在硬件设备上的程序模块能够根据实时所采集到的制造信息判断出当前所处的工位及加工工步，并将企业级应用系统所发送过来的各类数据进行匹配关联，按相关性的紧密程度形成有效的数据推送。
附图说明
[0023] 图1是本发明的总体功能架构图。
[0024] 图2为本发明中硬件系统的电路原理图。
[0025] 其中图2-1为协处理器电原理图。
[0026] 图2-2为显示电路电原理图。
[0027] 图2-3为中央处理器的电原理图。
[0028] 图2-4为六种信号采集终端的电原理图中的五种信号采集电原理图。
[0029] 图2-5为六种信号采集终端中的近场通讯电原理图。
[0030] 图2-6为电源模块的电原理图。
[0031] 图2-7为外围电路。
[0032] 图3为本发明中协处理器的功能流程图。
[0033] 图4为本发明中内部应用程序模块的功能框架图。
具体实施方式
[0034] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
[0035] 如图1-4所示。
[0036] 一种基于数据采集协处理器的制造车间个人电子看板系统，总体功能架构如图1所示，电原理图如图2所示，它包括：
[0037] 一安装在设备终端的信息采集模块1，它完成包括表征制造车间内物料位置信息的rfid射频信号、反映形貌特征及图像编码的图像信号、用于语音交流的音频信号、反映设备运转状态的振动信号、在线量仪设备所测量的质量信号和用于指示制造车间内环境信息的近场通讯信号的采集；
[0038] 一数据采集协处理器2，该数据采集协处理器2用于将信息采集模块1采集的各种电平信号分别进行滤波、整形，并整合成为有效数据，并按各自的特征进行逻辑筛选判别及动态存储，并以协处理器的内部存储容量为限进行动态更新；数据采集协处理器2的功能及工作原理如图3所示。
[0039] 一中央处理器3，该中央处理器3在内部应用程序模块的控制下根据协处理器2送来的信息采集模块1采集的制造信息判断出当前所处的工位及加工工步，并将企业级应用系统所发送过来的各类数据进行匹配关联，按相关性的紧密程度形成有效的数据推送；
[0040] 一显示模块4，该显示模块用于显示企业级应用系统所推送的设计和工艺文档。如图1所示。
[0041] 具体实施时可将通用中央处理及存储模块3、实现相关信息采集的外部设备模块
1、数据采集协处理器模块2、显示模块4及运行于个人电子看板系统硬件设备中的应用程序模块等5个模块全部集成为一个完整的产品。其中，通用中央处理及存储模块、实现相关信息采集的外部设备模块、数据采集协处理器模块、显示模块等4个硬件模块集成布置于一个印刷电路板中，应用程序模块（可直接从企业应用系统调用或采用现有技术进行编写）在通用中央处理及存储模块中运行。
[0042] 参照附图2，图2共有七个部分组成，分别与信息采集模块1、协处理模块2、中央处理器3及显示模块对应。
[0043] 图2-3为通用中央处理及存储模块，采用ARM9系列AT91SAM9260处理器，搭载NAND闪存作为外部存储器。
[0044] 图2-4和图2-5为六种外部信号采集模块，集成了能够采集6种实时信息的外部设备，RFID模块采用EM4090芯片，麦克风模块采用CM6327A，摄像头模块采用PTC08，振动传感器采用RT1325 ，无线数字量仪采用RF2401接口，近场通讯采用ZigBee模块（如图2-5所示）。
6类外设的输入信号，经过滤波、整形处理接入协处理器模块（图2-1）。
[0045] 图2-1为协处理器模块，功能结构如图3所示。采用拓朗半导体所生产的EPM570T100可编程逻辑器件实现，完成滤波、整形、数据整合、逻辑筛选、动态存储等功能。
外部设备采所输出的电平信号通过有源滤波电路及施密特整形电路完成滤波、整形功能。
针对所处理的6类信号的数据整合及逻辑筛选采用如下策略：1.摄像头及麦克风信号采用MPEG-4编码压缩方式；2.RFID信息采用EPCglobal协议进行数据压缩及过滤，消除同一数据的重复采集，并实时解析工位位置；3.振动传感器、RF2401接口及近场通讯ZigBee接口均为实时字节传输模式，协处理器中采用校验位法保证数据的可靠性。在协处理器中，设置存储区域阀值，对上述6类信息进行先进先出式动态存储，保证存储区域内为实时信息。
[0046] 图2-2为显示模块，采用并口传输方式连接触摸显示屏。用于可显示企业应用系统所推送的设计、工艺文档。
[0047] 此外还有图2-6所示的电源模块和图2-7所示的外围电路模块。
[0048] 图2中所示的基于数据采集协处理器的制造车间个人电子看板系统包括电源模块
2-6、信号采集模块2-4、中央处理器2-3、显示模块2-2、协处理器模块2-1和外围电路2-7，信号采集模块2-4的输出端接协处理器模块2-1对应的信号输入端，协处理器模块2-1的信号输出端接中央处理器2-3的设备信号输入端，中央处理器2-3的显示信号输出端接显示模块
2-2对应的信号输入端，电源模块2-6为其余模块提供工作用电源。
[0049] 本发明的内部应用程序模块采用socket通讯方式与企业级应用系统相连接， 双向交互相应的数据。如附图4所示。
[0050] 内部应用程序模块将所采集到的6类实时信息整合为实时生产状态信息数据文件，实时生产状态信息数据文件包含以下内容“零件加工工位、零件完成状态、零件质量信息、成品零件外观、零件加工是环境信息”，并以流媒体文件传输方式上传至企业应用系统。
[0051] 内部应用程序模块从企业应用系统实时读取当前工位的相关设计文档及工艺文档等，在显示模块中显示。
[0052] 本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。