智能工位終端在戶外休閑用品智能制造行業(yè)的應(yīng)用研究

0 引 言

智能制造出現(xiàn)于 20 世紀(jì) 80 年代，起初是對智能技術(shù)的研究，隨著技術(shù)的發(fā)展，最終形成了智能系統(tǒng)。如今各個(gè)家提出一些關(guān)于產(chǎn)業(yè)升級智能制造的方針政策，如德國提出了“工業(yè) 4.0”智能制造概念之后，美國提出了“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”概念，中國結(jié)合國情，也提出了“中國制造 2025”方案 [1]。由此可知，制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的時(shí)刻即將到來。

近年來，受到勞動(dòng)力成本持續(xù)上升、服裝產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、消費(fèi)方式多元化等多重因素影響，我國服裝制造業(yè)一直難以擺脫產(chǎn)業(yè)低迷的困境 [2]。為了改變這一現(xiàn)狀，傳統(tǒng)服裝企業(yè)生產(chǎn)方式亟需從勞動(dòng)密集型向高科技型轉(zhuǎn)變。伴隨著全球制造業(yè)升級，各種自動(dòng)化、智能化設(shè)備的出現(xiàn)使得服裝智能制造成為可能 [3-10]。

本文將智能工位終端應(yīng)用于服裝生產(chǎn)過程，該終端可以對訂單以及工藝信息進(jìn)行展示并輔助控制服裝的自動(dòng)化生產(chǎn)。通過對該智能工位終端在服裝智能制造行業(yè)的應(yīng)用研究，對智能制造與服裝產(chǎn)業(yè)的融合發(fā)展以及服裝行業(yè)的升級轉(zhuǎn)型具有一定的意義。

1 智能工位終端系統(tǒng)

智能工位終端外形如圖 1 所示，該終端采用 Linux + Qt 4.8 系統(tǒng)。主控模塊選用荔枝派 Zero，該模塊基于 ARM Cortex-A7 CPU， 最高主頻可達(dá) 1.2 GHz， 可從板載 SPI NORFLASH 或者 TF 卡啟動(dòng)，具備常用的多種低速外設(shè)（UART，SPI，I2C，PWM，ADC）， 易使用， 支 持 C/C++，Lua，Python，NodeJS 等多種開發(fā)語言，直插面包板，可擴(kuò)展多種外設(shè)模塊 ；屏幕采用 AT070TN92 液晶屏，配合電容屏，方便工作人員觸摸操作智能工位終端，同時(shí)該屏幕能夠以圖文的方式展示工序文字、工序圖片，以及播放高清工序指導(dǎo)視頻 ；通過按鍵可以實(shí)現(xiàn)工作人員對智能工位終端的工藝展示、呼叫等功能的一鍵操作 ；刷卡區(qū)可以采集員工卡以及綁定在加工面料上的 RFID 卡信息，支持低頻卡以及高頻卡，同時(shí)支持針對射識別應(yīng)用的 ISO14443 和 ISO15693 國際標(biāo)準(zhǔn)。智能工位終端通過讀取加工面料上的卡號信息可以獲取工藝信息，通過讀取員工卡信息可以實(shí)現(xiàn)員工打卡以及生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)等功能，從而方便進(jìn)行生產(chǎn)信息管理。

2 控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成

智能工位終端系統(tǒng)電路板原理如圖 2 所示。其主要由主控制 CPU、電源模塊、用于 RFID 的 MCU 與 RFID 模塊、以太網(wǎng)通信接口、WiFi 模塊、4G 無線傳輸模塊、RS 485 通信接口、RS 232 通信接口、CAN 通信接口、USB 接口、I/O輸出擴(kuò)展接口、存儲模塊、音頻模塊、按鍵輸入模塊、LCD觸摸屏等組成。該終端系統(tǒng)負(fù)責(zé)大規(guī)模個(gè)性化定制服裝的生產(chǎn)工藝展示與指導(dǎo)，并通過采集 RFID 卡信息進(jìn)行服裝計(jì)件以及員工考勤，同時(shí)還可接入各種傳感器。其中，主控制 CPU 采用高性能 ARM 處理器 Cortex-A7，它是一款基于 ARMv7-A 架構(gòu)的應(yīng)用處理器，主頻可達(dá)到 800 MHz，是ARM 發(fā)布的有史以來功耗效率最高的應(yīng)用處理器 ；電源模塊支持 9 ～ 24 V 的寬輸入電壓，減小了電壓波動(dòng)對整個(gè)電路系統(tǒng)的影響，提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性 ；RFID 模塊可以采集低頻卡以及高頻卡信息，最終通過串口與主控制 CPU通信，該模塊的控制采用 STM32 系列的 32 位 MCU，該處理器基于 ARM Cortex-M 架構(gòu)，具有高性能、低成本、低功耗等特點(diǎn)，節(jié)約了主控制 CPU 的資源 ；智能工位終端同時(shí)支持 4G 無線傳輸、WiFi 以及以太網(wǎng)有線傳輸 3 種通信方式，可以比較靈活地與平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)通信 ；預(yù)留 RS 485，RS 232，CAN 等通信接口，可以接入各類傳感器來采集數(shù)據(jù) ；通過 USB 接口可以和 PC，U 盤等通信，用以傳輸文件 ；擴(kuò)展的 I/O 輸出接口可以用來控制外部繼電器 ；儲存模塊使用 SD 卡，它具有體積小、數(shù)據(jù)傳輸速度快、可熱插拔等優(yōu)良的特性，方便智能工位終端數(shù)據(jù)的存儲 ；音頻模塊通過LM4871 功率放大器驅(qū)動(dòng)喇叭播放智能工位終端中的工藝指導(dǎo)音頻信息 ；通過按鍵輸入模塊可以實(shí)現(xiàn)工作人員對智能工位終端的工藝展示、呼叫等功能的一鍵操作，配合 LCD 觸摸屏極大地方便了工作人員的操作，提高了智能工位終端的用戶友好性，同時(shí)LCD屏還能夠以圖文的方式展示工序文字、工序圖片以及播放高清工序指導(dǎo)視頻，可對工作人員進(jìn)行快速培訓(xùn)，提高生產(chǎn)效率。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)模塊如圖 3 所示，主要分為 4 個(gè)模塊 ：系統(tǒng)模塊、吊掛程序模塊、用戶交互程序進(jìn)程模塊、Web 端服務(wù)模塊。其中，系統(tǒng)模塊是本文設(shè)計(jì)的核心，因?yàn)槠渌K都要與該模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互。系統(tǒng)模塊與其他模塊的交互方式也各不相同，與吊掛程序是通過 WebSocket 進(jìn)行通信， 與 Web 服務(wù)端是通過 HTTP 協(xié)議進(jìn)行通信，與用戶界面是通過 Socket 協(xié)議進(jìn)行通信。

3.1 系統(tǒng)模塊

智能工位終端的系統(tǒng)模塊主要分為 5 個(gè)部分 ：用戶設(shè)置界面、普通產(chǎn)線界面、裁床界面、產(chǎn)線組檢界面和產(chǎn)線總檢界面。用戶設(shè)置界面主要用于設(shè)置網(wǎng)絡(luò)信息，如設(shè)備號、WiFi 登錄、員工登錄和靜態(tài) IP 設(shè)置等。普通產(chǎn)線界面包含該工位正在生產(chǎn)的款式工藝信息，如 ：員工號、工序名稱、款號、顏色、尺碼、訂單號、產(chǎn)量和工藝圖片等，如圖 4 所 示。裁床界面主要是一些裁片以及裁剪的信息數(shù)據(jù)。產(chǎn)線組檢界面主要是包含該流水線的每個(gè)工位的完成情況信息，如果某個(gè)工位的工序有誤可以進(jìn)行返修操作。產(chǎn)線組檢界面如圖 5 所示。產(chǎn)線總檢界面包含所有流水線的完成信息，如果某條流水線的某個(gè)工位的工序有誤可以進(jìn)行返修操作。產(chǎn)線總界面如圖 6 所示。

3.2 吊掛程序模塊

考慮到智能終端與服裝生成流水線的數(shù)據(jù)交互比較頻繁，本系統(tǒng)采用 WebSocket 進(jìn)行通信。WebSocket 是一種基于 TCP 的持久化協(xié)議，它不僅可以保持服務(wù)端和客戶端的雙向通信，還能保持長連接且支持多種語言和多種平臺。在數(shù)據(jù)協(xié)議方面，為了保證數(shù)據(jù)的有效傳輸，本系統(tǒng)采用 JSON協(xié)議對數(shù)據(jù)包進(jìn)行定義和封裝。

3.3 用戶交互程序進(jìn)程模塊

由于服裝生產(chǎn)流水線的運(yùn)行機(jī)制是通過讀取衣架上RFID 卡的信息出站和進(jìn)站，智能工位終端內(nèi)嵌有一個(gè) RFID讀卡器，用于讀取該衣架上的卡號信息，因此，從系統(tǒng)服務(wù)器申請訂單號、款號、路線圖、工藝路線和工藝視頻等信息。當(dāng)智能工位終端啟動(dòng)后，即啟動(dòng)讀卡程序，該程序可以保證讀卡器一直處于讀卡的狀態(tài)，當(dāng)衣架落下流水線的站位后會(huì)經(jīng)過該智能工位終端，則完成讀卡操作。這種讀卡機(jī)制可以準(zhǔn)確無誤地讀取衣架上的卡號信息，從而保證款式工藝的準(zhǔn)確下發(fā)。

3.4 Web 端服務(wù)模塊

Web 端的服務(wù)器根據(jù)款式工藝存有不同的工藝圖片，智能工位終端通過 HTTP 協(xié)議讀取 Web 端服務(wù)器的緩存來讀取工藝圖片，HTTP 是客戶端瀏覽器或其他程序與 Web 服務(wù)器之間的應(yīng)用層通信協(xié)議。在 Internet 的 Web 服務(wù)器上存放的都是超文本信息，客戶機(jī)需要通過 HTTP 協(xié)議傳輸所要訪問的超文本信息。由于流水線的站位比較多且刷卡比較頻繁，為了解決數(shù)據(jù)的高并發(fā)以及圖片加載過慢的問題，本系統(tǒng)采用 HTTP 協(xié)議進(jìn)行圖片的傳輸。當(dāng)界面有數(shù)據(jù)刷新時(shí)通過 Qt里的信號與槽的機(jī)制可以觸發(fā)從服務(wù)器讀取圖片的事件。

4 結(jié) 語

本文在我國傳統(tǒng)服裝制造企業(yè)信息化、智能化水平不高，急需轉(zhuǎn)型升級的背景下，將智能工位終端應(yīng)用于服裝生產(chǎn)過程。該終端通過 RFID 技術(shù)獲取訂單以及工藝信息，并通過顯示屏展示 ；通過與裁床和吊掛的信息交互輔助控制服裝的自動(dòng)化生產(chǎn)，并可對產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，提高了服裝生產(chǎn)企業(yè)的信息化管理以及智能制造水平，推動(dòng)了智能制造與服裝產(chǎn)業(yè)的融合。