基于工业工程技术的车载儿童报警装置设计

李芯怡 郭思蔷 姜雪松

摘要：针对目前市场上的车载儿童报警装置的设计及生产，运用工业工程的并行工程技术，现代信息系统技术及持续改善技术对其进行改善。以适用性、可行性、易装配性为目的，将生产过程集成化处理，提出了一种更为合理，人性化，满足用户需求的新型车载儿童报警装置的设计方案。

Abstract： Aiming at the design and production of a car-based child-care alarm device in the market， the concurrent engineering technology of industrial engineering， modern information system technology and continuous improvement technology are used to improve it. With the purpose of applicability， feasibility and easy assembly， the production process is integrated， and a design scheme of a new type of car alarm device for children， which is more reasonable and humanized， is put forward to meet the needs of users.

关键词：工业工程技术;车载儿童报警;并行工程技术;持续改善

Key words： industrial engineering technology;car-based child-care alarm device;concurrent engineering technology;continuous improvement

中圖分类号：TB472                                        文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）27-0209-03

0  引言

随着经济和社会的进步，我国的制造业持续快速发展，建成了完整的产业体系。制造业的发展情况可以直接体现一个国家的综合实力水平，并且它在国民经济中也占有着主体地位。制造业可细分为多种分类，本文所述的车载报警装置属于汽车制造业。

夏天高温天气下，由于家长疏忽导致儿童被锁在车内的事故频频发生，所以研制出一款车载儿童报警装置是十分有必要的。随着汽车行业的快速发展，市面上也出现了许多车载儿童报警装置，各装置设计的报警检测条件也有所不同。公开发表文献中涉及车载儿童报警装置中的部分装置将车内是否有人作为装置唯一的检测条件[1];部分装置除了检测是否有人存在外，还增加了气体与温度的检测模块[2]。但车载儿童报警装置实际生产过程中可能会出现市场延误、生产效率低下、车载装置通用性差、实际使用效果不佳等问题，这些问题会极大地增加生产企业的成本，应用工业工程理论可以有效地解决这些问题。

1  工业工程理论基本介绍

工业工程是对人员、物料、设备、能源和信息所组成的集成系统进行设计、改善和实施的工程技术，它综合运用数学、物理学和社会科学的专门知识和技术，结合工程分析和设计的原理与方法，对该系统所取得的成果进行确定、预测和评价[3]，是一门集管理、经济和多种工程技术的交叉性学科，是以各种产业的整体系统作为研究对象，以解决管理效率、质量和成本问题为核心的工程技术体系[4]。简单地说，工业工程是改善效率、成本、质量的方法科学。在所有的生产活动中，都可以基于工业工程的原则设计一套系统化的科学技术方案来达到简化工作、降低成本、提高效率的目的[5]。

2  工业工程技术在车载儿童报警装置设计的应用

2.1 车载儿童报警装置的主要介绍

车载儿童报警装置是针对儿童设计的一款车载报警装置，通过装置设定的检测条件来判断是否报警，以达到在高温天气下及时解救车内被锁儿童的目的。装置设定的检测条件并不是唯一确定的，要综合考虑成本、可行度、检测效果等因素，除此之外，装置的报警方式也十分重要，是在危急情况下报警器直接发出报警声响引起周围人们的注意，还是由装置发送消息通知车主等。无论是检测条件的设定还是报警方式的确认，又或是装置的系统总体设计方案，都可以应用工业工程的相关理论进行设计。

2.2 并行工程技术在车载儿童报警装置设计中的应用

工业工程的并行工程技术是一种对产品及其生产全过程进行集成化处理的综合技术。在设计车载儿童报警装置时，要充分考虑其适用性、可行性及易装配性，上述考虑的这些问题不仅仅存在于某一生产环节中，而是贯穿产品的整个生命周期，所以应用工业工程的并行技术能够很好地解决这些问题。

2.2.1 适用性

在进行产品的设计时，都应该考虑到产品最终的用途，依据产品最终的用途来为产品选择最合理的设计方案。车载儿童报警装置是一种安装在车内的报警装置，为了达到报警准确这一目的，适用性这一理念将会贯穿装置生产的全过程，例如，装置设计时就要考虑是否适用于儿童、检测条件是否适用于车内环境等;装置生产时，需要选择合适的材料、配件以及科学的生产方法等。

2.2.2 可行性

由于产品的最终用途可直接决定产品的设计方案，所以设计者为了达到这一目标，可能会提出多种设计方案，或许在理论层面上每一种设计方案都是可行的，但是落实到生产过程中、使用效果上时，不一定每种设计方案都是可行的。车载儿童报警装置的最终用途是报警，那么报警条件的设定就尤为重要。部分装置将检测是否有人作为报警条件[6]，这个思路在产品设计阶段以及生产阶段是可行的，但是在实际使用过程中，报警条件过于单一，容易出现虚假报警的情况;部分装置在此基础上增加了气体和温度检测[7]，设计阶段考虑得十分全面，但实际使用过程中，气体浓度检测过程较为复杂，且气体浓度检测要求较为精准，所以对气体监测器的要求较高，这无形中增加了装置的成本。所以在设计一款车载儿童报警装置时，可行性在生产全过程也显得尤为重要。

2.2.3 易装配性

产品设计构思完成后，还需要为其选择合适的零部件，使用错误的零部件不仅会增加产品生产成本、影响产品功能的实现，还会给装配人员带来麻烦。由于是车载报警装置，所以尽可能要做到小巧轻便易安装，因为车内空间有限，且装置装配若是过于复杂，将会大大提高报警装置的成本。所以产品设计过程中，装配相关工作人员也应共同参与产品的设计过程，提出合理的意见，并且在报警装置的正常功能能够实现的前提下，尽可能降低装配难度。

仅仅在车载儿童报警装置的产品设计环节考虑装置的适用性、可行性与易装配性是不能够设计出符合要求的报警装置，因为各个生产环节都是相互联系的，在设计环节中虽然设计出了一种完美的产品，但是在生产过程中极有可能发生零部件装配效果不佳等问题，这将会直接影响到最终产品的质量，所以应用工业工程的并行技术能够将生产全过程进行有机结合成为一个系统，整个生产过程所考虑的问题都不仅仅只针对某一生产环节，而是针对整个生产系统。

2.3 现代信息系统技术在车载儿童报警装置设计中的应用

随着信息技术快速发展，工业工程在计算机和信息技术的领域也得到了应用。在大数据背景下，工业工程的现代信息系统技术将合作、多员与共享结合，因为顾客的需求是会随着社会环境的变化而变化的，这就要求企业善于借助网络技术获取全球资源[8]。工业工程可以将制造厂、供应商、用户等联结成一个网络，通过各种通讯网络推动经济全球化的发展。车载儿童报警装置作为一种产品，也是需要依据顾客的需求对设计方案做出适当的改变，所以企业和用户之间联结成网络后的信息反馈尤为重要。合理应用工业工程的现代信息系统技术，不仅能够加强企业与企业之间的共享合作，还能让企业获取到更多的用户反馈信息。

2.4 持续改善技术在车载儿童报警装置设计中的应用

持续改善是工业工程中十分重要的一部分，这一词最初来源于日本，指逐渐、持续地增加改善[9]。研发任何一种新产品，都是一个改善的过程，比如随着顾客需求的变化，产品也需要随着顾客需求的变化而变化;又或者随着科技水平的进步，产品也需要增添更多的功能来提高产品的竞争力等。车载儿童报警装置作为一种产品，持续改善是非常有必要的，比如单一的报警检测条件会降低报警的准确性，需要改善报警检测条件;装置进行报警时发出的声响仅仅只能引起路人的注意，无法第一时间通知车主对被困儿童进行救援，路人只能破窗救援，这将会增加车主的维修费用，所以需要改善装置为其增加通信系统，第一时间告知车主。持续改善技术的应用，不仅能提高车载儿童报警装置的报警准确性，还能使其越来越符合用户的需求。

3  基于工业工程理论设计的一种车载儿童报警装置

3.1 基于工业工程技术设计的车载儿童报警装置系统方案

如上文所述，设计车载儿童报警装置时，采用并行技术可以将产品及其生产过程进行集成化处理，那么在设计产品时，出现的所有问题都需要在集成化的基础上进行考虑。持续改善技术主要目的是改善产品使得产品更符合用户的需求，所以在进行新的产品设计时也应在集成化的基础上完成，图1为装置系统组成图。

依据工业工程技术设计的车载儿童报警装置具有检测系统、报警系统、太阳能蓄电系统，太阳能蓄电系统中包含太阳能电板与磷酸铁锂电池，太阳能电板只要在有光的情况即可进行蓄电，适用于车内较弱的光线，电池蓄电也可通过USB接口进行充电。

檢测系统中的车门落锁检测模块采用霍尔传感器来检测车门是否关闭[10]，相比起其他需要连接车辆内部的零部件进行检测的方法，此方法更为简单且可装配性强;热释电红外检测模块可用来检测是否有人存在;语音识别模块可用来识别儿童发出的特定声音，如儿童啼哭声、“救命”、热等词语，适用于儿童;温度监测模块用于检测车内温度，相比起其他复杂的检测方式，检测温度更具可行性。

报警系统对传统的声报警器进行了改善，在声报警器的基础上增添了GSM（Global System for Mobile Communications）通信系统，本系统采用的SIM900A无线模块，可以将报警信息发送至用户手机，及时通知用户车内有滞留儿童。

3.2 车载儿童报警装置的运行过程

车载儿童报警装置的运行过程如图2所示。车载儿童报警装置采用STM32F103型单片机作为装置的主控制器，主控制器统一对各系统进行调节、控制。车载儿童报警装置在车门落锁后会触发霍尔传感器，当霍尔传感器检测车门处于落锁状态时，主控制器控制太阳能蓄电系统与热释电红外检测模块开始工作。若热释电红外传感器没有检测到生命体征，主控制器不触发语音识别模块工作，仅控制太阳能蓄电系统进行工作;若热释电红外传感器检测到车内有人时，主控制器启动语音识别检测模块。若语音对比内容与设置内容匹配，则GSM通信系统向用户手机发送信息;若未检测到语音内容，主控制器控制温度监测模块开始工作。当温度监测器监测车内温度到达48°C时，GSM通信系统向用户发送信息。用户在收到信息后，可控制声报警器直接报警与否，若选择是，声报警器直接报警，若选择否，装置正常工作，声报警器不报警。在用户选择不报警后的五分钟内，若霍尔传感器感应到车门开启，则主控制器控制热释电红外检测系统工作，检测是否还有人存在，若无人存在，仅保留太阳能蓄电系统进行工作;若霍尔传感器感应车门在五分钟内一直处于落锁状态，主控制器控制声报警器直接报警。

4  结束语

本文分析了现有的车载儿童报警装置的设计方案，依据工业工程技术对其进行了改善，并在工業工程技术的理论下，提出了一种新的车载儿童报警装置的设计方案。装置在进行设计时，并行技术的使用尤为关键，将生产全过程集成化处理后，适用性、可行性、易装配性及持续改善技术就可作用于集成化处理后的生产系统，由此设计出的车载儿童报警装置更为合理且符合用户需求。车载儿童报警装置采用的各检测模块可行性强，语音识别模块可识别儿童因身体不适发出的特定声音，可突出装置对于儿童的适用性。本装置改善了传统的报警方式，在声报警器的基础上增加了GSM通信系统，为用户提供是否报警的选择，在保证儿童安全的同时又避免不必要的报警，满足用户现实需求。

工业工程能对产品设计及实施全过程进行管理，同时可以借助各种评价工具对产品进行系统评价，包括产品质量、产品设计等，通过产品分析评价的结果，改进产品生产工艺、优化组织结构，达到不断创新的目标[11]，所以在研发任何新的产品时，合理应用工业工程的知识能够使产品更贴近用户的需求且更具竞争力。

参考文献：

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[10]文师华，王晶，刘星宇，等.基于Arduino的车内儿童防误锁报警系统设计[J].电子设计工程，2019，27（01）：160-163.

[11]刘德兵.工业工程在电子产品生产管理中的应用[J].电子世界，2014（13）：176，178.

基金项目：哈尔滨市科技创新人才研究专项资金项目资助（项目编号：2016RQQXJ090）;中央高校基本科研业务费专项资金资助（项目编号：2572018BL05）;黑龙江省大学生创新创业训练计划项目（项目编号：201910225250）。

作者简介：李芯怡（1998-），女，广西柳州人，就读于东北林业大学工程技术学院，工业工程专业;姜雪松（通讯作者）（1979-），男，黑龙江佳木斯人，工学博士，副教授，研究方向为生产管理、制造系统工程及信息化、现代机械设计理论与方法。