基于信息流的智能装配及监控平台

白子龙 胡晓睿 钱佳慧

（中国兵器第二一○研究所，北京，100089）

1 基于信息流的智能装配监控需求分析

智能制造是一种高度网络连接、知识驱动的制造模式，它优化了企业全部业务和作业流程，实现生产力可持续增长、能源可持续利用、高经济效益目标。智能制造结合信息技术、工程技术和人类智慧，从根本上改变产品研发、制造、运输和销售过程，通过零排放、零事故制造提高人身安全、保护环境。在工业3.0的数字化制造时期，人们已经意识到数据信息是保障产品制造高效率、高质量、低成本而不可或缺的因素。工业4.0时代是在工业3.0充分解决了生产效率和产品质量的前提下，将人类长期积累的经验知识转变为数据和信息，使得装备能够动态感知、实时分析、自主决策、精准执行。工业4.0的主要任务是在解决质量问题的前提下充分解放人力、使得机器具有“思考”的能力，最终达到全面解放人类脑力的目标。未来的制造系统需要灵活的生产力，可持续和安全的竞争力，并能将数据充分利用起来。在一定程度上，几乎所有的数据都是有用的，将低层次数据转换成有用的高层次信息来提供智能服务、智能决策是制造业从自动化向智能化转型的关键。

在智能装配过程中，由于零部件的多样性、装配工艺过程繁琐，其装配过程的监测就显得特别重要。建立可覆盖装配全过程的数字化测量与监控网络，通过传感器、RFID、工业云网络等实时感知、监控、分析装配状态，并利用云计算、大数据等先进技术对收集到的海量数据进行系统分析，做出判断并下达相应指令，可以实现装配过程的描述、监控、跟踪和反馈，提高装配精度、效率、灵活性和质量。

2 基于信息流的智能装配监控平台架构

信息采集是信息流运行的起点，信息感知是信息的基础属性，也是采集信息的基本方法。采集到的可感知信息的质量，即信息的可靠性、及时性，决定着信息是否达到预定的目的和满足需要。在生产线装配监控中，信息流是监控策略的核心与纽带，只有对信息流进行理性的组织和分析，物流、资金流等才能有序运行。因此，如何采集、传递和共享信息，建立合理的信息流驱动装配模式，将企业的生产过程和各部门的职能合理调配，是装配监控策略所要解决的重点问题。

2.1 信息流融合框架（information flow framework）

信息技术和大数据的快速发展是智能制造时代产品全生命周期信息全过程记录的血液。目前，企业将制造过程信息化、数字化的意识已经越来越强，然而如何从海量的数据中提取对产品制造真正有用的信息仍然是一大难点，也是未来智能制造急需解决的问题。

本文提出的信息流融合框架涉及到五个模块，分别为数据来源、信息交互平台、数据生成、数据存储和信息应用。该信息流融合框架（如图1所示）认为所有的数据在某种特定环境下都有可能是有用的，因此尽可能的将信息存储在工业云中，并在某一生产环节时根据工艺需求提取其中有帮助的部分。该信息流融合框架的数据来源主要包括实验数据、专家积累经验等人工知识，还包括例如PLM、ERP、MES等企业现有的信息系统。通过信息交互平台（例如mySQL数据库构建平台、protégé本体管理工具等）对冗杂的数据进行挖掘管理，生成数据文件（例如SQL、XML等）存储在智能装配系统的数据存储器中，最后运用到实际生产设备中，对装配工作台进行工艺、故障检测等指导。

2.2 基于信息流的智能装配系统

图1 信息流融合框架

图2 基于信息流的智能装配系统工作流程

基于信息流的智能装配系统工作流程如图2所示，客户根据自己的需求进行个性化定制，该需求通过服务中心平台对订单进行分析并对工作人员进行任务分配。企业工业数据云利用工作人员唯一对应的RFID身份信息对其进行管理，智能装配控制中心是整个智能装配系统的信息控制中枢，基于专家经验、装配案例、实验数据等的装配知识库为该系统提供了大量的知识储备，在人工干预的基础上为后续的操作过程中提供指导。结合PLM系统输出的产品集合信息，在装配知识库的指导下，分别进行装配序列生成、工装夹具选择、装配路线确定、装配参数确定等步骤。在装配过程中，对智能感知元件进行数据记录和分析，以达到装配系统自感知、自分析、自决策的目的，最后对出厂产品进行质量检验，通过对不合格产品的数据分析检验总结出产品不合格原因，并将其总结得到的经验知识更新至装配知识库，在一定程度上实现自完善功能。

2.3 智能监控平台

本文基于Auto-ID的智能监控平台，通过对操作人员、产品材料、待装配零件、装配工具及自动化装配系统的唯一身份管理，使得物理世界的物体能够在信息系统里得到一一对应。智能监控平台通过对具有数字标识的对象（Objec t）进行实时可视化信息读取和反馈，再通过控制系统对其进行实时决策和实时管控（planning and control），其总体框架如图3所示，在装配系统空间内布有监控相机和扫码枪，带有身份信息的物体在经过扫码枪时，该智能监控平台实时记录操作人员、物料、装配设备的时间信息和空间位姿信息，另外在力传感器、监控相机等智能感知元件的辅助作用下，控制中心能够通过数据分析和决策来判断系统是否正常运行，防止误装、漏装及故障现象的发生。

3 结语

在制造企业内部，上下级之间计划指令的传达、各个部门之间的沟通等等都是信息流的表现形式。在装配操作过程完成后，代表操作结果的信息都将作用、反馈并融入到信息流中。本文针对装配生产过程，提出了基于信息流的装配系统和装配平台，可实现车间计划的优化排产与调度、生产全过程的数据信息集成与监控、控制中心的分析和决策，提高设备利用率。以制造执行系统为监控策略的工具，并运用信息流分析和决策的思想，使生产过程数据处理高效准确，提高了车间生产管理效率。

图3 智能监控平台