一种生产线上产品质量数据实时采集系统的制作方法

本发明涉及数据实时采集系统领域，具体为一种生产线上产品质量数据实时采集系统。

背景技术：

目前，条码技术是应用最为成熟广泛的标识技术。条码技术出现于20世纪40年代，并于上世纪七、八十年代开始应用于工业领域，发展至今，条码技术已广泛应用于装配制造业中的物料标识，具备相当高的技术成熟度。其首次读取成功率大于98％，读取的差错率约为百万分之一，是一种成本低廉、信息采集速度快、读取准确率高、应用范围广的标识技术。

精益生产模式下，条码技术作为一种经济、实用的对象标识技术，被引入到生产现场用于生产要素标识(将打印出要素信息的条码纸贴附于在制品、零部件和完成品等对象物件上)，在生产过程中通过条码枪扫描条码获取详细的生产要素数据，并分析这些数据，掌握到生产现场的状态及产品的装配情况，利用条码技术可跟踪记录每一个产品的生产流程，辅助建立产品全生命周期跟踪监控体系，找到影响生产进程，制约装配质量的瓶颈环节。并通过生产数据的集成和统计分析，为计划制定、生产调度等提供依据。

例如，申请号为201710855286.，专利名称为一种用于盖板玻璃生产线产品质量实时监测系统及方的发明专利：

其利用显示模块将产线机器人与智能设备进行监视与控制，建立立体全方位的智能可视化车间模型，将工业化与信息化紧密结合，打通建设完成实效、实时的工业信息化互联网，使制造变成能充分采集制造进度、现场操作、质量检验、设备状态等生产现场信息化、可视化、精准化、生态化智造模式，并与车间制造执行系统实现数据集成和分析，关键生产环节实现基于模型的先进控制和实时监控。

但是，现有的生产线上产品质量数据实时采集系统存在以下缺陷：

(1)目前，受条码自身缺陷限制，其不足以满足精益生产方式下大量生产要素的自动识别和数据的实时采集：工业生产环境较为恶劣，条码容易受到油渍的污染、尖硬物品的划伤、高温高湿空气的侵蚀等损害，从而导致条码脱落变形或污损，导致条码信息读取成功率和准确率的直线下降；

(2)条码的读取条件较为苛刻，需要在较短的可视范围内进行近距离扫描，往往需要人工参与，不仅增加了装配工人的工作量，还影响到信息采集的可靠性，实时性和准确性；

(3)条码标签的信息存储量小，制作过程较繁琐需设置条码打印机，且条码制作完成后数据就被固化，不能在生产过程中随意添加、修改，因此无法记录生产过程中产生的实时数据。

技术实现要素：

为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种生产线上产品质量数据实时采集系统，能有效的解决背景技术提出的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种生产线上产品质量数据实时采集系统，包括生产管理层、数据采集层和对象识别层，所述生产管理层的信号端通过无线网络连接有工业以太网，所述生产管理层的输出端交互连接有数据采集层，所述数据采集层的信号端与对象识别层交互连接，所述数据采集层的内部设置有终端控制器，所述终端控制器的信号端连接有读写器和条码枪，所述生产管理层的交互端口连接有云服务平台。

进一步地，所述生产管理层的内部设置有服务器，所述服务器的信号端交互连接有管理终端，所述服务器的信号端与云服务平台交互连接。

进一步地，所述数据采集层的内部设置有射频识别系统，所述射频识别系统的内部设置有数据采集卡，所述数据采集卡的命令端连接有射频控制器，所述射频控制器的输入端连接有射频模块，所述射频模块的信号端连接有天线，所述射频控制器的输出端交互连接有驱动模块。

进一步地，所述射频控制器的输出端交互连接有电子标签，所述电子标签的内部设置有接收天线，所述接收天线的输出端通过控制芯片连接有存储器，所述存储器的交互端口连接有编码器，所述编码器的输出端通过调制器与接收天线相连接。

进一步地，所述服务器的信号端连接有服务器集群，所述服务器集群的内部设置有数据服务器和管理服务器，所述数据服务器的信号端连接有服务器第一节点，所述服务器第一节点的信号端交互连接有服务器第二节点，所述管理服务器的信号输出端通过无线访问点交互连接有专检采集点，所述专检采集点的信号端交互连接有无线接收节点，所述无线接收节点的输入端交互连接有无线传输模块，所述无线传输模块的信号输入端交互连接有数显卡尺。

进一步地，所述云服务平台的内部设置有云计算服务集群，所述云计算服务集群的信号端交互连接有混合云存储，所述云计算服务集群的输出端通过多态云网络交互连接有云平台支撑环境平台，所述云平台支撑环境平台的信号端交互连接有异构数据库。

进一步地，所述异构数据库的信号端交互连接有射频模块。

进一步地，所述对象识别层包括微控制器和以太网控制器，所述微控制器信号端交互连接有以太网控制器，所述以太网控制器的信号端通过以太网传输网络与生产管理层相连接，所述微控制器的信号端交互连接有人机交互平台。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明的生产线上产品质量数据实时采集系统，实现了生产过程可视化、透明化的功能，满足了精益生产对生产现场数据实时性、精确性的要求，能够及时有效地采集现场监控所需的生产数据，为上层应用和现场管理提供数据支持，实现物流与信息流的同步；

(2)本发明的生产线上产品质量数据实时采集系统，依托于对象标识层和数据采集层搭建的信息融合交互平台，实时收集制造现场各生产要素的相关状态信息，创建生产过程可视化监控界面，实现对生产现场的透明化管理；

(3)本发明的生产线上产品质量数据实时采集系统，采用时间序列友好的数据结构，提供高速读写性能和微秒级分辨率，大幅精减占用磁盘空间的大量无附加值数据点，满足海量数据接入处理对存储效率的要求。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的生产管理层模块示意图；

图3为本发明的数据采集层模块示意图；

图4为本发明的云服务平台模块示意图。

图中标号：

1-生产管理层；2-数据采集层；3-对象识别层；4-工业以太网；5-云服务平台；

101-服务器；102-管理终端；103-服务器集群；104-管理服务器；105-数据服务器；106-服务器第一节点；107-服务器第二节点；108-数显卡尺；109-无线接收节点；110-专检采集点；111-无线传输模块；

201-终端控制器；202-条码枪；203-读写器；204-射频识别系统；205-数据采集卡；206-射频控制器；207-驱动模块；208-射频模块；209-天线；210-电子标签；211-控制芯片；212-接收天线；213-调制器；214-编码器；215-存储器；

301-微控制器板；302-人机交互平台；303-以太网控制器；

501-云计算服务集群；502-多态云网络；503-云平台支撑环境平台；504-混合云存储；505-异构数据库。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图4所示，本发明提供了一种生产线上产品质量数据实时采集系统，包括生产管理层1、数据采集层2和对象识别层3，其特征在于：生产管理层1的信号端通过无线网络连接有工业以太网4，生产管理层1的输出端交互连接有数据采集层2，数据采集层2的信号端与对象识别层3交互连接，数据采集层2的内部设置有终端控制器201，终端控制器201的信号端连接有读写器203和条码枪202，生产管理层1的交互端口连接有云服务平台5，生产管理层1的内部设置有服务器101，服务器101的信号端交互连接有管理终端102，服务器101的信号端与云服务平台5交互连接。

本实施例中，数据采集层2由数据采集设备和终端控制器组成，它是生产现场数据与生产管理层信息交互的通道，主要实现生产实时信息的采集、融合和传输，终端控制器通过通信网络与上层管理系统实现实时信息交互，将现场采集到的数据上传至生产管理系统，并接收上层系统的指令，通过通信端口操控读写器、条码枪等数据采集设备工作，为了能够以最少的成本最优的效果来实现rfid电子标签的自动识别和远程读写，就需要充分考虑现场环境和天线配置，选择合理适当的位置布设信息采集点。

本实施例中，生产管理层1是装配过程监控管理功能的实现层，依托于对象标识层和数据采集层搭建的信息融合交互平台，实时收集制造现场各生产要素的相关状态信息，创建生产过程可视化监控界面，实现对生产现场的透明化管理。

数据采集层2的内部设置有射频识别系统204，射频识别系统204的内部设置有数据采集卡205，数据采集卡205的命令端连接有射频控制器206，射频控制器206的输入端连接有射频模块208，射频模块208的信号端连接有天线209，射频控制器206的输出端交互连接有驱动模块207。

射频控制器206的输出端交互连接有电子标签210，电子标签210的内部设置有接收天线212，接收天线212的输出端通过控制芯片211连接有存储器215，存储器215的交互端口连接有编码器214，编码器214的输出端通过调制器213与接收天线212相连接。

本实施例中，产品本体的标签内数据存储区可写入约定格式的数据，将标签绑定在标志物上，作为目标对象的电子标识；读写器203是读写标签数据的信息交互设备，可远程自动读取和写入标签数据，可同时操作多个标签，读写，203通过通信网络与数据管理系统进行交互，从而完成对电子标签的识别、读写、解码和管理；数据管理系统是采集到的标签数据与上层管理系统的信息交互通道，数据管理系统主要是通过读写器对标签进行数据读写操作，并完成标签数据信息的集成、存储、管理等现场数据的初步处理。

本实施例中，射频识别系统204利用无线电波能量进行非接触通讯的双向通信技术，通过耦合元件实现电子标签和读写器之间的无线连接，并依据时间先后顺序，传递能量和数据，从而实现读写器对电子标签的自动识别和数据交换功能。

服务器101的信号端连接有服务器集群103，服务器集群103的内部设置有数据服务器105和管理服务器104，数据服务器105的信号端连接有服务器第一节点106，服务器第一节点106的信号端交互连接有服务器第二节点107，管理服务器104的信号输出端通过无线访问点交互连接有专检采集点110，专检采集点110的信号端交互连接有无线接收节点109，无线接收节点109的输入端交互连接有无线传输模块111，无线传输模块111的信号输入端交互连接有数显卡尺108。

云服务平台5的内部设置有云计算服务集群501，云计算服务集群501的信号端交互连接有混合云存储504，云计算服务集群501的输出端通过多态云网络502交互连接有云平台支撑环境平台503，云平台支撑环境平台503的信号端交互连接有异构数据库505，异构数据库505的信号端交互连接有射频模块208。

本实施例中，云服务平台5提供云服务平台的计算、存储、网络等基础云环境，通过传感器、rfid、智能云终端等方式将质量数据经过技术工具层etl(extract-transform-load)数据清洗后，形成质量数据集输入核心服务层，驱动核心服务。

本实施例中，云服务平台5内部采用实时数据库和高级历史数据库两类，分别面向数据实时记录和数据处理存储，实时数据库系统满足制造实时数据对实时性，复杂性，可见性，时态一致性，数据短暂性，不可逆性等特征要求，能为实时应用(如质量管理中常见的控制反馈，实时预警等)提供正确而及时的数据响应，确保将可能存在的质量问题扼杀在萌芽状态，高级历史数据库技术采用时间序列友好的数据结构，提供高速读写性能和微秒级分辨率，大幅精减占用磁盘空间的大量无附加值数据点，满足海量数据接入处理对存储效率的要求。

对象识别层3包括微控制器301和以太网控制器303，微控制器301信号端交互连接有以太网控制器303，以太网控制器303的信号端通过以太网传输网络与生产管理层1相连接，微控制器301的信号端交互连接有人机交互平台302。

本实施例中，对象识别层3是实现生产过程可视化、透明化的基础。该层的功能就是对相关生产要素进行自动标识，以满足精益生产对生产现场数据实时性、精确性的要求，在充分考虑管理需求和实施成本的基础上，将rfid电子标签和条码有机结合，选择合适的生产要素进行标识，及时有效地采集现场监控所需的生产数据，为上层应用和现场管理提供数据支持，实现物流与信息流的同步。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。