智能工位終端在戶外休閑用品智能制造行業(yè)的應用研究

0 引 言

智能制造出現(xiàn)于 20 世紀 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)型升級的時刻即將到來。

近年來，受到勞動力成本持續(xù)上升、服裝產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、消費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用于服裝生產(chǎn)過程，該終端可以對訂單以及工藝信息進行展示并輔助控制服裝的自動化生產(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 1.2 GHz， 可從板載 SPI NORFLASH 或者 TF 卡啟動，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視頻 ；通過按鍵可以實現(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，同時支持針對射識別應用的 ISO14443 和 ISO15693 國際標準。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現(xiàn)員工打卡以及生產(chǎn)統(tǒng)計等功能，從而方便進行生產(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)負責大規(guī)模個性化定制服裝的生產(chǎn)工藝展示與指導，并通過采集 RFID 卡信息進行服裝計件以及員工考勤，同時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)的應用處理器，主頻可達到 800 MHz，是ARM 發(fā)布的有史以來功耗效率最高的應用處理器 ；電源模塊支持 9 ～ 24 V 的寬輸入電壓，減小了電壓波動對整個電路系統(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，節(jié)約了主控制 CPU 的資源 ；智能工位終端同時支持 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行數(shù)據(jù)通信 ；預留 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)動喇叭播放智能工位終端中的工藝指導音頻信息 ；通過按鍵輸入模塊可以實現(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視頻，可對工作人員進行快速培訓，提高生產(chǎn)效率。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)的軟件設(shè)計模塊如圖 3 所示，主要分為 4 個模塊 ：系統(tǒng)模塊、吊掛程序模塊、用戶交互程序進程模塊、Web 端服務模塊。其中，系統(tǒng)模塊是本文設(shè)計的核心，因為其他模塊都要與該模塊進行數(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 進行通信， 與 Web 服務端是通過 HTTP 協(xié)議進行通信，與用戶界面是通過 Socket 協(xié)議進行通信。

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工位的完成情況信息，如果某個工位的工序有誤可以進行返修操作。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工位的工序有誤可以進行返修操作。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)包進行定義和封裝。

3.3 用戶交互程序進程模塊

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

3.4 Web 端服務模塊

Web 端的服務器根據(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 服務器之間的應用層通信協(xié)議。在 Internet 的 Web 服務器上存放的都是超文本信息，客戶機需要通過 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)議進行圖片的傳輸。當界面有數(shù)據(jù)刷新時通過 Qt里的信號與槽的機制可以觸發(fā)從服務器讀取圖片的事件。

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化生產(chǎn)，并可對產(chǎn)量進行統(tǒng)計，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，推動了智能制造與服裝產(chǎn)業(yè)的融合。