专利名称：一种无线Andon系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种Andon (安灯)系统，尤其涉及一种无线Andon系统。
背景技术：
Andon系统(安灯系统)是一种可视化的管理工具，能够收集生产线的生产状态 和异常情况视觉信号，如机器停机、出现质量问题、工装故障、操作员的延误以及材料短缺 等，用这些视觉信号提醒工人及时采取相应措施，控制生产自主进行。因此，通过Andon系 统，企业可以做到相关生产信息可视化、信息传递快捷化、管理控制闭环化，从而提高生产 效率，降低生产成本。随着企业的竞争压力越来越大，随着人们对提高生产效率、降低生产成本、减少停 线时间的需求越来越迫切，Andon系统被逐渐广泛应用于许多行业，尤其是汽车行业的总 装、涂装、焊接、冲压等生产线上，用来帮助生产线上的工人在一定生产节拍内、完成质量可 靠的产品装配任务。在会议文章《AND0N(安顿)车间目视管理系统》中，介绍了一种Andon系统，该系 统采用集成现场工业总线、控制总线和以太网总线的混合三层体系结构，实现生产线信息 采集，采集的生产线信息反映生产线情况，从而指导工人工作。这种实现生产线信息采集的 Andon系统需要现场工业总线、控制总线和以太网总线，因此成本较高，工厂布线较为困难， 维护工作相应也比较困难。因此，有必要提供一种改进的Andon系统来克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种无线Andon系统，不仅能够通过无线网络及时反映生产 线情况，如生产状态、原料状态、质量状况以及设备状况，进而指导工人进行物料配送、设备 维护等工作，可减少停线时间，提高生产效率，而且无需现场工业总线、控制总线和以太网 总线，能够降低Andon的部署和维护成本。。为了实现上述目的，本发明提供了一种无线Andon系统，包括多个信息采集节点，分别位于生产线的对应关键位置上，以采集对应关键位置的 生产线信息，并发送所述生产线信息；协调器节点，与所述信息采集节点无线连接，用于建立和管理无线网络，通过建立 的无线网络接收所述信息采集节点发送的生产线信息，并转发所述生产线信息；主机，与所述协调器节点连接，用于接收所述协调器节点转发的生产线信息，对所 述生产线信息进行分析，并将分析结果进行广播、打印或显示，以指导工作人员工作。在本发明的一个实施例中，所述主机通过串口或USB接口与所述协调器节点连 接。在本发明的另一实施例中，所述信息采集节点通过传感器或键盘采集生产线信 肩、ο
在本发明的再一实施例中，所述协调器节点包括ZigBee无线通信网络建立单元，用于建立ZigBee无线通信网络；网络加入判断单元，与所述信息采集节点以及ZigBee无线通信网络建立单元连 接，用于根据所述信息采集节点发送的加入所述ZigBee无线通信网络建立单元建立的 ZigBee无线通信网络的加入请求，判断是否允许所述信息采集节点加入所述ZigBee无线 通信网络；生产线信息接收单元，与所述网络加入判断单元、所述信息采集节点以及主机连 接，用于当所述网络加入判断单元允许所述信息采集节点加入所述ZigBee无线通信网络 后，通过所述ZigBee无线通信网络接收所述信息采集节点发送的生产线信息，再将所述生 产线信息传输至主机；反馈信息回复单元，与所述主机以及所述信息采集节点连接，用于当所述主机接 收所述生产线信息完毕后，通过所述ZigBee无线通信网络向所述信息采集节点回复反馈 fn息ο在本发明的又一实施例中，所述系统还包括多个路由节点，用于分别向所述协调器节点发送加入所述ZigBee无线通信网络 的加入请求，待协调器节点允许加入所述ZigBee无线通信网络后，接收其他信息采集节点 发送的加入所述ZigBee无线通信网络的加入请求，根据所述其他信息采集节点发送的加 入请求将所述其他信息采集节点加入所述ZigBee无线通信网络，向所述协调器节点转发 所述其他信息采集节点采集的生产线信息或转发所述协调器节点回复的反馈信息至所述 其他信息采集节点。在本发明的再一实施例中，所述主机包括信息管理系统，所述信息管理系统与所 述协调器节点连接，用于接收所述协调器节点转发的生产线信息，分析所述生产线信息，并 将分析结果发送至在与所述信息管理系统连接的广播、主机显示器或与所述信息管理系统 连接的打印机上。与现有技术相比，本发明无线Andon系统能收集生产线信息，包括生产状态、原料 状态、质量状况以及设备状况等，这些生产线信息能准确地指导工人进行物料配送等工作， 拉动生产运作，从而减少停线时间，提高生产效率，为企业降低生产成本。另外，为企业减少成本，本发明无线Andon系统采用无线技术，能减少每个电子看 板节点的成本；不用工厂布线，减少了部署和维护的成本；容易扩展，升级简单。此外，本发明无线Andon系统的主机与协调器节点通过串口或USB接口物理连接， 协调器节点和信息采集节点体积小且相互之间无线连接，移动方便，容易部署。部署时，先 在生产线的对应关键位置放置信息采集节点，在合适的地方放置主机和协调器节点使信息 采集节点接入网络。最后，本系统可以引入路由节点，以扩展无线网络传输距离和无线网络节点数量。通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明 的实施例。
图1为本发明无线Andon系统一个实施例的组成示意图。
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图Ia为图1所示无线Andon系统中的信息采集节点的组成示意图。图Ib为图1所示无线Andon系统中的协调器节点的组成示意图。图2为本发明无线Andon系统另一实施例的组成示意图。图2a为图2所示无线Andon系统的路由节点的组成示意图
具体实施例方式现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。图1为本发明无线Andon系统的一个实施例的示意图。如图1所示，所述无线 Andon系统包括多个信息采集节点110、一个协调器节点120以及一个主机130。所述多个信息采集节点110分别位于生产线的容易出现缺料或容易出现故障等 关键位置上，以采集对应关键位置的生产线信息，并发送所述生产线信息，如生产状态、原 料状态、质量状况以及设备状况，这些信息能反映运行中的生产线是否出现原料不足、设备 故障等导致生产线不能正常运转，甚至停线的问题。所述协调器节点120，与所述信息采集节点110无线连接，用于建立无线网络，通 过建立的无线网络接收所述信息采集节点110发送的生产线信息，并转发所述生产线信 肩、O所述主机130通过串口或USB接口与所述协调器节点120连接，用于通过所述串 口或所述USB接口接收所述协调器节点120转发的生产线信息，对所述生产线信息进行分 析，并将分析结果进行广播、打印或显示，以指导工作人员工作。下面说明图1所示无线Andon系统采集生产线信息的过程，步骤是步骤S101，协调器节点120建立无线网络；步骤S102，每个信息采集节点110采集生产线关键位置上的生产线信息，并发送 所述生产线信息；步骤S103，协调器节点120通过建立的无线网络接收所述信息采集节点110发送 的生产线信息，并转发所述生产线信息；步骤S104，所述主机130通过串口或USB接口接收所述协调器节点120转发的生 产线信息，对所述生产线信息进行分析，并将分析结果进行广播、打印或显示，以指导工作 人员工作。由上可知，本发明无线Andon系统能收集生产线信息，包括生产状态、原料状态、 质量状况以及设备状况等，这些生产线信息能准确地指导工人进行物料配送等工作，拉动 生产运作，从而减少停线时间，提高生产效率，为企业降低生产成本。另外，为企业减少成本，本发明无线Andon系统采用无线技术，能减少每个电子看 板节点的成本；不用工厂布线，减少了部署和维护的成本；容易扩展，升级简单。此外，本发明无线Andon系统的主机130与协调器节点120通过串口或USB接口 物理连接，协调器节点120和信息采集节点110体积小且相互之间无线连接，移动方便，容 易部署。部署时，先在生产线的对应关键位置放置信息采集节点110，在合适的地方放置主 机130和协调器节点120，使信息采集节点110接入网络。在本系统中，所述主机130包括信息管理系统，所述信息管理系统接收所述协调 器节点120发送的生产线信息，分析所述生产线状态信息，并将分析结果发送至在与所述信息管理系统连接的广播、主机显示器或与所述信息管理系统连接的打印机上，以便广播 所述分析结果、通过所述主机显示器显示分析结果或通过打印机打印分析结果，从而指导 工作人员工作。在本发明中，所述主机130可以为一 PC机。如图la，所述信息采集节点110包括传感器111、键盘112、SOC无线芯片113、状 态灯114、射频电路115、天线116、电源117。SOC无线芯片113与传感器111以及键盘112 连接，状态灯114与SOC无线芯片113连接，射频电路115与SOC无线芯片113连接，天线 116与射频电路115，电源117与传感器111、键盘112、S0C无线芯片113、状态灯114、射频 电路115、天线116连接。传感器111位于生产线的容易出现缺料或容易出现故障等关键位置上，用于自动 检测生产线信息，键盘112用于手动输入生产线信息。电源117为整个节点供电。SOC无线 芯片113控制整个信息采集节点110正常工作。无线射频电路115和天线116收发无线信 号。状态灯114显示信息采集节点110的网络状态和工作状态。如图Ib，所述协调器节点120包括天线121、射频电路122、SOC无线芯片123、上 位机通信接口(串口和/或USB接口)124、状态灯125、电源126。天线121与所述信息采 集节点110的天线116无线连接，射频电路122与天线121连接，SOC无线芯片123与射频 电路122连接，上位机通信接口 124与SOC无线芯片123连接，状态灯125与SOC无线芯片 123连接，电源126与天线121、射频电路122、SOC无线芯片123、上位机通信接口 124、状态 灯125连接。需要说明的是，天线121、射频电路122、SOC无线芯片123、上位机通信接口 124、状态灯125、电源126集成在一块电路板上。其中，SOC无线芯片123控制整个协调器节点120正常工作，无线射频电路122和 天线121收发无线信号，上位机通信接口 124用于与主机130通信，状态灯125显示协调器 节点120的网络状态和工作状态，电源126为整个协调器节点120供电。另外，所述协调器节点120包括ZigBee无线通信网络建立单元，用于建立ZigBee无线通信网络，并在上电后初始 化ZigBee无线通信网络；网络加入判断单元，与所述信息采集节点110以及ZigBee无线通信网络建立单元 连接，用于根据所述信息采集节点Iio发送的加入所述ZigBee无线通信网络建立单元建立 的ZigBee无线通信网络的加入请求，判断是否允许所述信息采集节点110加入所述ZigBee 无线通信网络；生产线信息接收单元，与所述网络加入判断单元、所述信息采集节点110以及主 机130连接，用于当所述网络加入判断单元允许所述信息采集节点110加入所述ZigBee无 线通信网络后，通过所述ZigBee无线通信网络接收所述信息采集节点110发送的生产线信 息，再将所述生产线信息传输至主机130 ；反馈信息回复单元，与所述主机130以及所述信息采集节点110连接，用于当所述 主机130接收所述生产线信息完毕后，通过所述ZigBee无线通信网络向所述信息采集节点 110回复反馈信息。需要说明的是，所述信息采集节点110向所述协调器节点120发送加入请求是在 已上电，扫描频道寻找匹配的协调器节点，且找到匹配的协调器节点120后实现的。图2为本发明无线Andon系统的另一实施例的示意图。如图2所示，所述无线Andon系统包括多个信息采集节点110' ,110"、多个路由节点140、一个协调器节点120’ 以及一个主机130。所述多个信息采集节点110' ,110"和主机130分别与图1所述信息采集节点 110和主机130的功能相同。所述多个路由节点140分别与所述协调器节点120'以及一部分信息采集节点 110"无线连接，用于向所述协调器节点120'发送加入所述ZigBee无线通信网络的加入 请求，待加入所述ZigBee无线通信网络后，接收所述一部分信息采集节点110"发送的加 入所述ZigBee无线通信网络的加入请求，根据所述一部分信息采集节点110"发送的加 入请求将所述一部分信息采集节点110"加入所述ZigBee无线通信网络，向所述协调器 节点120'转发所述一部分信息采集节点110"采集的生产线信息或转发所述协调器节点 120'返回的反馈信息至信息采集节点110"。所述协调器节点120'与所述路由节点140、另一部分信息采集节点110'无线连 接，并通过通过串口或USB接口与主机130连接，用于建立ZigBee无线通信网络，根据所述 路由节点140或所述另一部分信息采集节点110'发送的加入请求判断是否允许所述路由 节点140或所述另一部分信息采集节点110'加入所述ZigBee无线通信网络，当允许所述 路由节点140或所述另一部分信息采集节点110'加入所述ZigBee无线通信网络时，接收 所述另一信息采集节点110'发送的生产线信息或者接收所述路由节点140转发的生产线 信息，待主机130接收所述生产线信息完毕后，通过所述ZigBee无线通信网络向所述另一 部分信息采集节点110'回复反馈信息，或经由所述路由节点140向所述一部分信息采集 节点110"回复反馈信息。下面说明图2所示无线Andon系统采集生产线信息的过程。步骤S201，协调器节点120'建立ZigBee无线通信网络；步骤S202，信息采集节点110'和路由节点140向所述协调器节点120‘发送加入 所述ZigBee无线通信网络的加入请求；步骤S203，协调器节点120'根据信息采集节点110'发送的加入请求判断是否 允许信息采集节点110'加入，协调器节点120'允许信息采集节点110'加入时，信息采 集节点110'采集生产线对应关键位置上的生产线信息，协调器节点120'通过ZigBee无 线通信网络无线接收信息采集节点110'发送的生产线信息，并通过串口或USB接口转发 生产线信息至主机130，主机130接收生产线信息完毕后，一方面协调器节点120'通过所 述ZigBee无线通信网络向信息采集节点110'回复反馈信息，另一方面主机对生产线信息 进行分析，并将分析结果进行广播、打印或显示，以指导工作人员工作；步骤S204，协调器节点120'根据路由节点140发送的加入请求判断是否允许路 由节点140加入，协调器节点120'允许路由节点140加入时，信息采集节点110"向路由 节点140发送加入所述ZigBee无线通信网络的加入请求，当路由节点140允许信息采集节 点110"加入时，信息采集节点110"采集生产线对应关键位置上的生产线信息，路由节点 140通过ZigBee无线通信网络无线接收信息采集节点110"发送的生产线信息，协调器节 点120'通过ZigBee无线通信网络无线接收路由节点140转发的生产线信息，并通过串口 或USB接口转发生产线信息至主机130，主机130接收生产线信息完毕后，一方面协调器节 点120'通过所述ZigBee无线通信网络向路由节点140回复反馈信息，路由节点140向信息采集节点110"转发反馈信息，另一方面主机对生产线信息进行分析，并将分析结果进行 广播、打印或显示，以指导工作人员工作。需要说明的是，所述路由节点140向所述协调器节点120'发送加入请求是在已 上电，扫描频道寻找匹配的协调器节点，且找到匹配的协调器节点后实现的。由上可以看出，相比于图1的无线Andon系统，图2的无线Andon系统增加了路由 节点140，路由节点140具有无线路由功能，用于信息中转，通过路由节点140可以连接更多 的信息采集节点，能扩展无线网络传输距离和无线网络节点数量。另外，多个路由节点140之间可以相互无线连接，并各自与对应的信息采集节点 110"连接，且至少一个路由节点140与所述协调器节点120’连接，从而进一步扩展无线网 络传输距离。在本实施例中，协调器节点120'、路由节点140和信息采集节点110'、110〃体 积小且相互之间无线连接，移动方便，容易部署和调整。部署时，先在生产线上的对应关键 位置放置信息采集节点110' ,110"，在合适的地方放置主机130和协调器节点120’，再逐 步放置和调整路由节点140使上述信息采集节点110' ,110"接入网络；若需要调整信息 采集节点110' ,110"、协调器节点120’以及主机130位置时，可先不必考虑联网需要而直 接将信息采集节点110' >110"、协调器节点120’以及主机130置于需要位置，再调整路 由节点140的位置使信息采集节点110' ,110"接入网络；若需增加信息采集节点110'、 110"，扩展网络，则同样先不考虑联网需要而进行设备部署，再通过调整路由节点140的 位置将信息采集节点110' ,110"接入网络。如图2a，所述路由节点140包括天线141、射频电路142、SOC无线芯片143、状态 灯144、电源145。天线141与所述信息采集节点110的天线116以及协调器节点120的天 线121连接，射频电路142与天线141连接，SOC无线芯片143，与射频电路142连接，状态 灯144与SOC无线芯片143连接，电源145，与天线141、射频电路142、SOC无线芯片143、 状态灯144连接。其中，SOC无线芯片143控制整个路由节点140正常工作，无线射频电路142和天 线141收发无线信号，状态灯144显示路由节点140的网络状态和工作状态，电源145为整 个路由节点140供电。以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施 例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。
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权利要求
一种无线Andon系统，包括多个信息采集节点，分别位于生产线的对应关键位置上，以采集对应关键位置的生产线信息，并发送所述生产线信息；协调器节点，与所述信息采集节点无线连接，用于建立和管理无线网络，通过建立的无线网络接收所述信息采集节点发送的生产线信息，并转发所述生产线信息；主机，与所述协调器节点连接，用于接收所述协调器节点转发的生产线信息，对所述生产线信息进行分析，并将分析结果进行广播、打印或显示，以指导工作人员工作。
2.如权利要求1所述的无线Andon系统，其特征在于，所述主机通过串口或USB接口与 所述协调器节点连接。
3.如权利要求1所述的无线Andon系统，其特征在于，所述信息采集节点通过传感器或 键盘采集生产线信息。
4.如权利要求1所述的无线Andon系统，其特征在于，所述协调器节点包括ZigBee无线通信网络建立单元，用于建立ZigBee无线通信网络；网络加入判断单元，与所述信息采集节点以及ZigBee无线通信网络建立单元连接，用 于根据所述信息采集节点发送的加入所述ZigBee无线通信网络建立单元建立的ZigBee无 线通信网络的加入请求，判断是否允许所述信息采集节点加入所述ZigBee无线通信网络；生产线信息接收单元，与所述网络加入判断单元、所述信息采集节点以及主机连接，用 于当所述网络加入判断单元允许所述信息采集节点加入所述ZigBee无线通信网络后，通 过所述ZigBee无线通信网络接收所述信息采集节点发送的生产线信息，再将所述生产线 信息传输至主机；反馈信息回复单元，与所述主机以及所述信息采集节点连接，用于当所述主机接收所 述生产线信息完毕后，通过所述ZigBee无线通信网络向所述信息采集节点回复反馈信息。
5.如权利要求4所述的无线Andon系统，其特征在于，还包括多个路由节点，用于分别向所述协调器节点发送加入所述ZigBee无线通信网络的加 入请求，待协调器节点允许加入所述ZigBee无线通信网络后，接收其他信息采集节点发送 的加入所述ZigBee无线通信网络的加入请求，根据所述其他信息采集节点发送的加入请 求将所述其他信息采集节点加入所述ZigBee无线通信网络，向所述协调器节点转发所述 其他信息采集节点采集的生产线信息或转发所述协调器节点回复的反馈信息至所述其他 信息采集节点。
6.如权利要求1所述的无线Andon系统，其特征在于，所述主机包括信息管理系统，所 述信息管理系统与所述协调器节点连接，用于接收所述协调器节点转发的生产线信息，分 析所述生产线信息，并将分析结果发送至在与所述信息管理系统连接的广播、主机显示器 或与所述信息管理系统连接的打印机上。
全文摘要
本发明公开了一种无线Andon系统，包括多个信息采集节点，分别位于生产线的对应关键位置上，以采集对应关键位置的生产线信息，并发送生产线信息；协调器节点，与信息采集节点无线连接，用于建立和管理无线网络，通过无线网络接收信息采集节点发送的生产线信息，并转发生产线信息；主机，与协调器节点连接，用于接收协调器节点转发的生产线信息，分析生产线信息，广播、打印或显示分析结果，以指导工作人员工作。本系统能及时收集生产线信息以指导工人进行物料配送等工作，系统内部无线连接，不用布线，能降低部署和维护成本，信息采集节点可以移动。另外，本系统可以设置多个路由节点，以扩展无线网络传输距离和无线网络节点数量。
文档编号G05B19/418GK101943908SQ20101029033
公开日2011年1月12日 申请日期2010年9月25日 优先权日2010年9月25日
发明者喻道远, 封杰, 张国军, 李晋航, 袁小东, 邵新宇, 钟小勇, 黄刚 申请人:华中科技大学