专利名称：智能物料匹配控制系统及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种物料匹配控制系统及其应用，属于车间物料匹配控制领域。
背景技术：
随着市场需求多样化、个性化的转变，离散型制造业生产模式已由大批量生产模式转变为小批量、多品种生产模式。现今的生产模式带来的问题是车间生产物料急剧增加，要保障正常生产和产品质量，就必须对大量的物料零件进行管理，包括物料出入库、物料配送、物料匹配等。物料匹配，即在工位上核对物料零件与产品型号是否匹配。传统生产模式下，生产物料种类有限，产品型号较少，生产现场工人尚能满足生产要求。现今生产模式下，生产物料种类和数量繁多，产品型号也较多，人工物料匹配已远远不能满足生产要求，极易造成错装、漏装零件，引发严重的质量问题。因此，对生产中大量的物料进行高效、智能的管理，避免人工物料操作的弊端以提高生产效率，正成为企业越来越迫切的需求。·在专利文献200720087736. 2中，公开了一种多品种混流生产线边物料匹配装置。该装置应用于生产线边，对待装配的物料进行识别和匹配，以减少误装率，提高效率。该装置局限于生产线边的应用，且只针对物料装配过程中的识别和匹配，功能不够强大，而且使用也不够灵活。RFID技术一种非接触式识别技术。当今，RFID技术在身份识别、仓库管理、物流配送、汽车制造等领域已得到广泛应用。RFID技术是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术还可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。因此，RFID技术可以工作于环境恶劣的工业环境，并识别数量众多、种类繁杂的物料。但现有的RFID系统中，读写器大多通过有线的传输方式与主机相连，从而限制了其使用的范围和灵活性，难以适应复杂多变的工业环境。而ZIGBEE技术作为一种短距离、低功耗的无线通信技术，具有近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本等特点。ZIGBEE技术可以轻松地嵌入各种设备，使设备以较低的功耗和成本实现无线通信的功能。因此，将ZIGBEE技术与RFID技术相结合，可以实现对工业环境中大量物料信息的无线实时采集，帮助工人实现物料的智能匹配、智能调度和智能操作，从而实现物料的智能化管理。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种无线智能物料匹配控制系统，其能及时获取生产中的各种物料信息，如物料编码、物料数量、物料状态、物料位置和物料用途等，进行智能物料匹配，以确保物料被正确装卸和正确使用，并对不正确的操作发出警报信息。实现本发明的目的所采用的具体技术方案如下一种智能物料匹配控制系统，其特征在于，包括服务器、协调器节点、路由节点以及设置在工位上的物料匹配节点，其中，
每个工位上设置均有所述物料匹配节点，其用于采集工位上的生产信息；所述路由节点与所述物料匹配节点连接通信，所述协调器节点分别与所述路由节点和所述服务器连接通信，所述服务器上的生产信息通过协调器节点和路由节点后传输到所述物料匹配节点，该物料匹配节点对采集的生产信息与所述传输的服务器上的相应的生产信息进行对比匹配，获得匹配结果，以完成物料匹配或配送。作为本发明的改进，所述的物料匹配节点包括控制处理模块、RFID数据采集模块和ZIGBEE无线通信模块，其中，所述RFID数据采集模块用于采集工位上的生产信息，所述ZIGBEE无线通信模块用于将所述采集的生产信息发送到所述路由节点，或用于接收所述路由节点上传输的服务器上的生产信息，所述控制处理模块用于存储两类生产信息并进行对比匹配。作为本发明的改进，所述的物料匹配节点还包括输入模块和输出模块，其中所述输入模块用于确定采集的工位上的生产信息的类型，所述输出模块用于将匹配结果输出显
/Jn ο作为本发明的改进，所述工位上的生产信息包括物料信息、产品信息和/或操作人员信息。作为本发明的改进，所述服务器上的生产信息为物料信息。作为本发明的改进，一个路由器节点与多个所述物料匹配节点连接通信。作为本发明的改进，一个协调器节点与多个路由器节点连接通信。本发明的目的之二在于还提供一种利用上述的智能物料匹配控制系统进行物料匹配的方法，具体包括如下步骤(I)物料匹配节点采集工位上的产品信息，并通过路由器节点发送至协调器节占.(2)协调器节点收到产品信息后，将其发送至服务器，并向所述物料匹配节点回复应答信息；(3)服务器接收到产品信息后，根据该产品信息导出该工位所需物料信息，并传送至协调器节点，该协调器节点将所需物料信息回发至该工位上的物料匹配节点；(4)工位物料匹配节点缓存收到的物料信息，并将其与采集到的物料信息匹配，获得匹配结果。本发明的目的之三在于还提供一种利用上述的智能物料匹配控制系统进行物料配送的方法，具体包括如下步骤(I)工位先向服务器发送请求下载配送物料清单的命令，该命令由物料匹配节点先发送至协调器节点，并经协调器节点传输至服务器；(2)服务器导出该工位所需配送的物料清单，并将其发送至协调器节点，协调器节点将配送物料清单回发至该工位上的物料匹配节点；(3)该工位物料匹配节点将接收的清单缓存，并采集拣入线边库存的物料信息，并将采集的物料信息与缓存的物料清单匹配；若匹配异常，进行报警，并将拣错的物料取出，若匹配正常，物料匹配节点继续采集拣入的物料信息，并与缓存的清单匹配，直至完成配送。本发明中的服务器通过USB或RS232和协调器通信，能接收从物料匹配节点发来的信息，并进行相应的处理，有时需将处理的结果回发至物料匹配节点。服务器安实现对物料信息的接收、转换、存储和分析。本发明中的协调器节点组织建立无线传感网络，接受路由节点和物料匹配节点(普通节点)加入无线网络，并对无线网络进行维护，接收来自物料匹配节点的生产信息，并将其传输至服务器，同时接收来自服务器处理的结果，并将其发送至指定物料匹配节点。本发明中的路由节点具有无线路由 功能，能够接受物料匹配节点加入无线网络，转发信息，维持无线网络的稳定和畅通，扩展无线网络传输距离，扩展网络节点数量。本发明中的物料匹配节点能够采集和传输生产线上的有关信息，如物料信息、产品型号等；物料匹配节点能够接收服务器发来的物料信息；物料匹配节点具有一定的信息处理能力，并能将信息处理的结果以一定的形式表达出来。物料匹配节点采集信息时，首先启动RFID数据采集模块，继采集信息之后，控制处理模块将采集的信息缓存在FLASH中，并通过ZIGBEE无线通信模块将采集信息发送出去；物料匹配节点通过ZIGBEE无线通信模块接收物料信息，并缓存在FLASH中；物品匹配节点还具有一定的信息处理能力，首先通过ZIGBEE无线通信模块接收由服务器发来的物料信息并缓存，再通过RFID数据采集模块采集物料信息，控制处理模块将缓存的物料信息与采集的物料信息对比匹配，能将信息处理的结果通过触控面板显示给操作人员，或通过LED灯和报警装置发出错误报警提示。本发明为企业提供智能物料匹配控制系统，及时收集生产现场信息，包括人员信息、工具信息、设备状态、物料信息以及产品信息等，能进行智能物料匹配，保证产品质量；能及时准确地指导工人进行物料配送工作，改善生产运作，减少因缺料造成的停产，提高生产效率，降低企业生产成本；能辅助工人准确地进行物料出库、半成品/成品入库等工作，以减少领错料、漏料的情况和提高半成品/成品入库工作效率，改善车间物流，使生产更加平稳化。本发明采用无线传感网络技术，服务器通过USB或RS232与协调器通信，路由节点、物料匹配节点体积较小且采用无线方式联网，可以减少物料匹配节点的成本，不用工业布线，容易扩展，升级简单，设备容易调整部署，可移动，可重复利用，减少了部署和维护的成本。
图I为本发明系统结构示意图。图2为本发明物料匹配节点结构示意图。图3为本发明的智能物料匹配流程图。图4为本发明的物料配送流程图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。现今生产模式下生产线物料、零件数量巨大，要保障生产，物料控制是必不可少的。要保证产品质量就必须对这些物料与产品型号对比匹配，人工对比匹配远远不能满足生产需求，容易造成错装、漏装零件，引发严重的质量问题；生产线还可能出现物料配送不及时，原料不足等问题，从而导致生产线不能正常运转，甚至停产。因此需要及时收集影响生产运作的现场信息，如物料信息、产品信息、人员信息、设备信息、工具信息等。因此，在生产线的每个工位上，部署一个物料匹配节点，及时采集生产现场信息，并及时将所采集的信息发送至协调器节点。系统需要一台服务器和一个协调器，二者通过RS232或USB接口通信。为保证无线网络稳定、畅通，或需要扩展系统时，根据车间大小、节点位置在相应位置部署路由节点即可。如图I所示，本发明的智能物料匹配控制系统包括一台服务器、一个协调器节点、若干个路由节点、若干个物料匹配节点。服务器用于物料信息管理，其中存储各工位上的产品的物料信息，可以实现对物料信息的接收、转换、存储和分析。服务器通过USB或RS232和协调器通信，接收从物料匹配节点发来的生产信息，进行相应的处理，并将处理结果传输至协调器，由协调器下发至物料匹配节点。协调器节点组织建立无线传感网络，接受路由节点和物料匹配节点加入无线网 络，并维护网络中的这些节点。协调器能接收来自物料匹配节点的生产现场信息，也能接收服务器传来的数据。协调器节点通过RS232或USB与服务器通信，将收到的生产现场信息传输给服务器，供服务器存取和分析处理；将服务器传来的数据发送至物料匹配节点。路由节点具有无线路由功能，能够接受物料匹配节点加入无线网络，转发信息，维持无线网络的稳定和畅通，扩展无线网络传输距离，扩展网络节点数量。物料匹配节点结构如图2所示，物料匹配节点主要由控制处理模块、RFID数据采集模块、ZIGBEE无线通信模块、输入模块(如触控面板)、输出模块(如LED灯、报警装置)以及供电模块等组成。物料匹配节点能够采集生产信息，如物料信息、产品型号信息等，物料匹配节点先启动RFID数据采集模块，然后将采集的生产信息传输至控制处理模块，再由控制处理模块将生产信息分类缓存在FLASH内。物料匹配节点能够传输生产信息。在发送生产信息或命令时，物料匹配节点首先启动ZIGBEE无线通信模块，并接收由控制处理模块发送来的生产信息或命令，然后由射频天线发送出去；在接收服务器反馈的物料信息时，ZIGBEE无线通信模块接收由服务器发来的物料信息并将其传输至控制处理模块，由控制处理模块将其缓存在FLASH内。物料匹配节点还具有一定的信息处理能力，首先物料匹配节点接收来自服务器的物料信息，并将其缓存在FLASH内，接着RFID数据采集模块采集物料信息，并传输至控制处理模块，控制处理模块将采集的物料信息与缓存在FLASH的物料信息对比匹配，并将信息处理的结果通过触控面板显示给操作人员，或通过LED灯和报警装置发出错误报警提示。如图3所示，智能物料匹配流程如下。当生产线相应工位上需要核对产品型号与关节物料是否匹配时，该工位操作人员在物料匹配节点触控面板上按物料匹配按钮。物料匹配节点启动RFID数据采集模块，采集该工位的生产信息，包括产品信息、关键物料信息等，并将采集的信息传输至控制处理模块，由控制处理模块分类缓存在FLASH内。物料匹配节点将采集的产品信息通过无线网络发送至协调器节点。协调器节点收到产品信息后，将其发送至服务器，并向物料匹配节点回复应答信
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服务器接收到产品信息后，根据该产品信息导出该工位所需关键物料信息，并传送至协调器，协调器将该信息回发至该工位物料匹配节点。该工位物料匹配节点收到协调器传来的关键物料信息后，将其缓存，并将收到的关键物料信息与采集到的关键物料信息匹配。若匹配正常，节点启动绿灯；若匹配异常，节点启动红灯和报警装置，并在触控面板上显示匹配异常的关键物料信息，操作人员根据显示信息再次取关键物料并采集其信息，然后匹配，匹配正常则启动绿灯。如图4所示，利用该匹配控制系统进行物料配送流程如下。当生产线相应工位上需要核对产品型号与关节物料是否匹配时，该工位操作人员在物料匹配节点触控面板上按物料配送按钮。
物料匹配节点控制处理模块生成下载配送物料清单指令，并将该指令通过无线网络发送至协调器节点。协调器节点收到指令后，将其发送至服务器，并向物料匹配节点回复应答信息。服务器收到指令后，导出该工位所需配送的物料清单，并将其发送至协调器，协调器将配送物料清单回发至该工位物料匹配节点。该工位物料匹配节点将接收的清单缓存，并启动RFID数据采集模块，采集拣入线边库存的物料信息，并将采集的信息与缓存的清单匹配。若匹配正常，触控面板上显示待拣入物料信息；若匹配异常，启动红灯和报警装置报警，并在触控面板上显示拣错的物料信息，将拣错的物料取出。物料匹配节点继续采集拣入物料信息，并与缓存的清单匹配，直至触控面板不在显示待拣物料时，方完成配送。物料出库流程，半成品/成品入库流程类似物料配送流程。物料匹配节点首先下载出库单或者入库单，然后启动RFID数据采集模块，采集拣出或拣入的物料信息，并将采集的信息与出库单或入库单匹配。若匹配正常，则启动绿灯；若匹配出错，显示拣入错误的物料信息，将拣错的物料取出，继续拣料，直至流程结束。本发明的匹配系统具有灵活性，“智能物料匹配控制系统”的各设备体积较小，且通过无线方式连接，移动方便，容易调整部署，也易于扩展升级。部署时，先在工位上放置物料匹配节点，在合适的地方放置主机和协调器节点，再逐步放置和调整路由节点使上述设备接入网络。若需要调整设备位置时，可先不必考虑联网需要而按其他需要调整设备位置，再调整路由节点位置使其接入无线传感网络。若需增加设备，扩展无线传感网络，则同样先不考虑联网需要进行设备部署，再通过调整路由节点将其接入无线传感网络。
权利要求
1.一种智能物料匹配控制系统，其特征在于，包括服务器、协调器节点、路由节点以及设置在工位上的物料匹配节点，其中， 每个工位上设置均有所述物料匹配节点，其用于采集工位上的生产信息； 所述路由节点与所述物料匹配节点连接通信，所述协调器节点分别与所述路由节点和所述服务器连接通信，所述服务器上的生产信息通过协调器节点和路由节点后传输到所述物料匹配节点，该物料匹配节点对采集的生产信息与所述传输的服务器上的相应的生产信息进行对比匹配，获得匹配结果，以完成物料匹配或配送。
2.根据权利要求I所述的智能物料匹配控制系统，其特征在于，所述的物料匹配节点包括控制处理模块、RFID数据采集模块和ZIGBEE无线通信模块，其中，所述RFID数据采集模块用于采集工位上的生产信息，所述ZIGBEE无线通信模块用于将所述采集的生产信息发送到所述路由节点，或用于接收所述路由节点上传输的服务器上的生产信息，所述控制 处理模块用于存储两类生产信息并进行对比匹配。
3.根据权利要求2所述的智能物料匹配控制系统，其特征在于，所述的物料匹配节点还包括输入模块和输出模块，其中所述输入模块用于确定采集的工位上的生产信息的类型，所述输出模块用于将匹配结果输出显示。
4.根据权利要求1-3之一所述的智能物料匹配控制系统，其特征在于，所述工位上的生产信息包括物料信息、产品信息和/或操作人员信息。
5.根据权利要求1-4之一所述的智能物料匹配控制系统，其特征在于，所述服务器上的生产信息为物料信息。
6.根据权利要求1-5之一所述的智能物料匹配控制系统，其特征在于，一个路由器节点与多个所述物料匹配节点连接通信。
7.根据权利要求1-6之一所述的智能物料匹配控制系统，其特征在于，一个协调器节点与多个路由器节点连接通信。
8.一种利用权利要求1-7之一所述的智能物料匹配控制系统进行物料匹配的方法，具体包括如下步骤 (1)物料匹配节点采集工位上的产品信息，并通过路由器节点发送至协调器节点； (2)协调器节点收到产品信息后，将其发送至服务器，并向所述物料匹配节点回复应答信息； (3)服务器接收到产品信息后，根据该产品信息导出该工位所需物料信息，并传送至协调器节点，该协调器节点将所需物料信息回发至该工位上的物料匹配节点； (4)工位物料匹配节点缓存收到的物料信息，并将其与采集到的物料信息匹配，获得匹配结果。
9.一种利用权利要求1-7之一所述的智能物料匹配控制系统进行物料配送的方法，具体包括如下步骤 (1)工位先向服务器发送请求下载配送物料清单的命令，该命令由物料匹配节点先发送至协调器节点，并经协调器节点传输至服务器； (2)服务器导出该工位所需配送的物料清单，并将其发送至协调器节点，协调器节点将配送物料清单回发至该工位上的物料匹配节点； (3)该工位物料匹配节点将接收的清单缓存，并采集拣入线边库存的物料信息，并将采集的物料信息与缓存的物料清单匹配；若匹配异常，进行报警，并将拣错的物料取出，若匹配正常，物料匹 配节点继续采集拣入的物料信息，并与缓存的清单匹配，直至完成配送。
全文摘要
本发明公开了一种智能物料匹配控制系统，其特征在于，包括服务器、协调器节点、路由节点以及设置在工位上的物料匹配节点，其中，每个工位上设置均有所述物料匹配节点，其用于采集工位上的生产信息；所述路由节点与所述物料匹配节点连接通信，所述协调器节点分别与所述路由节点和所述服务器连接通信，所述服务器上的生产信息通过协调器节点和路由节点后传输到所述物料匹配节点，该物料匹配节点对采集的生产信息与所述传输的服务器上的相应的生产信息进行对比匹配，获得匹配结果，以完成物料匹配或配送。本发明还公开了上述智能物料匹配控制系统的应用。本发明操作简单，部署方便、灵活，可重复利用，基于无线传感网络技术，易于维护和扩展。
文档编号G06Q10/08GK102708442SQ201210114048
公开日2012年10月3日 申请日期2012年4月18日 优先权日2012年4月18日
发明者万云龙, 何非, 喻道远, 张国军, 朱海平, 邵新宇, 钟小勇 申请人:华中科技大学