基于UWB技术的智能制造货物定位跟踪及追溯管理系统的制作方法

本发明涉及货物生产全流程定位跟踪及追溯技术领域，特别是涉及一种基于uwb技术的智能制造货物定位跟踪及追溯管理系统。

背景技术：

智能制造货物定位跟踪及追溯管理作为工业互联网系统的一部分，在企业生产管理中起着越来越重要的作用，保证了货物生产各个环节数据录入和跟踪定位，确保企业及时准确地掌握货物的生产过程和库存的真实数据，合理保持和控制企业生产线管理和库存。通过该系统还可方便地对智能制造全流程货物的位置、货物状态等进行管理和优化，有利于提高货物生产中的追溯管理，同时提高智能制造生产过程和仓储管理的工作效率。

目前，大多数生产企业的货物生产过程和仓储管理存在很多问题，生产过程普遍采用人工、手工操作方式进行记录，仓储出入库数据需要仓库管理人员进行盘点记录，因此作业方式效率非常低，工作质量和货物生产责任也无法保证，生产数据也无法及时在货物生产系统中体现。仓储盘点耗费大量的时间及人力成本，同时增加了企业生产和仓库管理成本，严重制约企业的转型升级和快速发展。现有技术中产品定位跟踪通常采用的是gps定位，但是其无法达到厘米级的定位，在寻找货物时仍然不是很方便。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于uwb技术的智能制造货物定位跟踪及追溯管理系统，能够对生产过程和仓储的货物进行智能化管理，提高效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于uwb技术的智能制造货物定位跟踪及追溯管理系统，包括手持终端、定位系统和信息处理系统，所述手持终端包括标识读取装置和uwb信号发射装置，所述标识读取装置用于读取贴在货物上的标识得到货物信息，并发送至信息处理系统；所述uwb信号发射装置用于向所述定位系统中的定位基站发出uwb信号；所述信息处理系统将所述定位基站收到的uwb信号进行解析，得到手持终端的位置信息，并根据定位补偿的方式得到货物位置，并将货物位置与货物信息映射绑定。

所述定位基站之间通过发送同步信息完成时间同步，各个定位基站收集手持终端上的uwb信号发射装置所发出的uwb信号，并将接收到的时间戳打包发送至信息处理系统。

所述uwb发射装置安装在手持终端的底部，并周期性发射信号。

所述信息处理系统采用的定位补偿方式得到货物位置为(x+r*cosθ,y+r*sinθ)，其中，x，y分别为手持终端的位置信息的横坐标和纵坐标，r为手持终端读取货物时的读取距离，θ为手持终端顶部矢量方向与尾部右侧地平线的夹角。

所述信息处理系统在货物智能制造流程中的关键节点进行定位跟踪的同时还辅助以时间节点，则形成t时刻的坐标系(t，x+r*cosθ，y+r*sinθ)，根据时间统计结果实现货物整个生产过程中的追溯。

所述信息处理子系统中的数据处理单元结合半成品/原材料货物信息、制造加工过程货物位置信息与货物状态信息，在时间轴上生成货物坐标信息，综合判断货物当前状态，包括原材料货物状态及位置、半成品货物状态及位置、成品货物入库/出库/移库位置和状态，同时将仓库内货物的实时位置与预置位置进行比较，在不一致时发出报警信号。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明通过智能手持终端上安装的rfid和二维码读取模块，读取放置于货物(含原材料、半成品和成品)上的rfid或二维码获得货物信息，同时手持终端上的uwb定位装置周期性发送定位信号，定位系统采用tdoa技术定位手持终端，通过定位补偿算法，根据手持终端的当前位置(x、y坐标系)则可自动计算出货物位置坐标，实现了货物的精确定位和跟踪溯源，定位精度达到厘米级。通过信息关联计算可获取货物位置信息、状态信息、库存信息、时间信息等，减少人工录入数据引入的效率低下和错误，在此基础上实现货物智能制造过程中的定位跟踪和溯源理。实践表明，相比单纯的rfid进行货物状态识别和仓储统计，该系统具有全流程定位跟踪、定位效果好、性价比高等优点。

附图说明

图1是本发明的系统图；

图2是本发明中智能制造货物管理流程图；

图3是本发明中智能制造仓储过程定位跟踪和追溯流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种基于uwb技术的智能制造货物定位跟踪及追溯管理系统，包括手持终端、定位系统和信息处理系统。

其中，手持终端设有rfid读取设备或二维码读取设备，其用于读取货物上的rfid卡或者二维码。rfid读取设备或二维码读取设备通过算法能够准确识别货物信息，并将该货物信息发送至信息处理系统。手持终端还外置有uwb高精度定位标签，该uwb定位标签周期性发射uwb信号，发送频率nhz。本实施方式中的手持终端内的各个模块通过本身自带的锂电池进行供电，电压是5v。

定位基站之间通过发送同步信息完成各个基站的时间同步，各个定位基站收集智能手持终端上uwb信号发射装置所发出的uwb信号，采用tdoa方式，并将接收到的时间戳打包，通过信息传输设备发送至信息处理系统。

信息处理子系统首先将各个定位基站发送的uwb信号进行解算，采用tdoa方式计算出手持终端的精确位置信息；其次通过定位补偿算法，根据手持终端的当前位置(x，y坐标系)则可自动计算出货物位置坐标位于(x+r*cosθ,y+r*sinθ)，θ为手持终端顶部矢量方向与尾部右侧地平地的夹角，r为智能手持终端读取货物时的读取距离。

值得一提的是，在货物智能制造流程中的关键节点进行定位跟踪的同时还可以辅助以时间节点，则可以形成t时刻的坐标系(t，x+r*cosθ，y+r*sinθ)，根据时间统计结果，可以实现货物整个生产过程中的追溯。

信息处理子系统中的数据处理单元结合半成品/原材料货物信息、制造加工过程货物位置信息与货物状态信息，在时间轴上生成货物坐标信息，综合判断货物当前状态，包括原材料货物状态及位置、半成品货物状态及位置、成品货物入库/出库/移库位置和状态等，同时将仓库内货物的实时位置与预置的位置进行比较，不一致将发出报警信号。信息处理子系统中的数据库内包含原材料/半成品/成品货物的位置信息、状态信息、库存信息、时间信息等。信息处理子系统中的业务处理单元可根据货物当前状态、业务量、实际业务需求进行处理操作。

由此可见，本发明提出的一种基于uwb技术的智能制造货物定位跟踪及追溯管理系统，解决了现有的人工参与制造流程管控和仓库管理容易出现错误问题，通过智能手持终端+uwb高精度定技术将货物的整个智能制造流程进行了详细监管，业务流程变得简单，可大大提升货物管理的自动化水平，节省成本。本发明提出的系统比传统rfid系统有比较大的性能提升，为智能制造和工业4.0发展奠定了良好的基础。

下面通过一个具体的实施流程进一步说明本发明，如图2和图3所示包括以下步骤：

步骤一：原材料生产前定位跟踪

原材料仓库收到生产车间指令后，根据生产车间订单指令(包括型号、规格、数量、交货期)准备原材料货物，货物从原材料仓库出库时进行读取定位跟踪和货物信息判断，是否为所需货物，同时在生产车间放下原材料货物后进行读取货物信息并定位跟踪更新货物信息。

原材料货物中rfid和二维码，需要包括的信息包括：该货物型号、数量、原材料仓库货位号等信息，其中原材料货物货位号表示货物即将放置在生产线上的位置区域号，如图2所示，此时货物状态是预生产状态。

步骤二：半成品货物生产完毕的rfid/二维码标签生成、绑定和更新

原材料进行生产车间后进入生产过程，半成品货物生产完毕后，使用手持智能终端对半成品rfid或者二维码进行读取，同时在平台数据库进行新数据写入，包括：从数据库中将生产制造的原材料信息，半成品的货物型号、生产时间等信息写入到半成品货物的rfid或者二维码相关联的数据库中，信息写入完毕。本成品到达指定后续加工区域后，需使用智能手持终端在半成品货物的存放区域进行标签读取完成半成品货物重新定位，更新后台数据库。

步骤三：生产半成品货物加工变成成品货物的跟踪定位，rfid/二维码标签信息更新

半成品货物在进行精加工的各个环节，都需要在每个环节的t时刻使用智能手持终端对货物进行精准定位跟踪，同时在后台数据库添加加工过程中的各流程数据信息，此时生产的成品货物可支持追溯管理。

步骤四：成品货物入库

成品货物生产完毕进入仓库后，使用智能手持终端读取货物信息，库存信息做相应添加，完成对货物进行t时刻的入库精准定位跟踪，更新后台数据库。

步骤五：成品货物出库

当有业务需求需要货物出库时，货物出库时使用智能手持终端读取货物信息，库存信息做相应减少，完成对货物进行t时刻的出库精准定位跟踪，更新后台数据库。

步骤六：货物电子标签卡回收

货物出库时，在仓库出口处由工作人员将货物rfid标签回收，该rfid标签可以重新擦除并录入新的货物信息，二维码标签则跟着货物发送到各地，便于完成产品的溯源。

在六个步骤中，使用智能手持终端的时刻，智能手持终端的uwb定位标签都会被唤醒，然后周期性发射uwb信号，发送频率nhz，定位手持终端的定位，辅助以本发明提出的定位补偿算法，则可以进行货物的定位跟踪；智能手持终端的rfid和二维码读取模块用来准确识别货物信息，并将该信息和定位跟踪信息在信息处理子系统完成绑定或者映射。

信息处理子系统中算法首先将各个定位基站发送的uwb信号进行解算，采用tdoa方式计算出智能手持终端的精确位置信息；其次通过定位补偿算法，根据手持终端的当前位置(x、y坐标系)则可自动计算出货物位置坐标位于(x+r*cosθ，y+r*sinθ),θ智能手持终端顶部矢量方向与尾部右侧地平线的夹角，r为智能手持终端读取货物时的读取距离。

不难发现，本发明提出的智能仓库管理系统，首先通过高精度定位系统，精确定位到智能手持终端，进而通过补偿算法定位到货物位置，定位精度可达到厘米级，完全可以区分货物的不同仓储区域。其次，该系统读取货物入库和出库时的信息时，通过算法并结合手持终端位置信息，综合判断出货物状态信息，完成业务流程上的出入库、货物管理等问题。