基于5G物聯網技術的智能工裝盤點系統

蘇慶雙，王 輝，趙 巖，李 超

（1.上海飛機制造有限公司，上海200000；2.江蘇金陵智造研究院有限公司，江蘇 南京210000）

對于生產制造行業，工裝資產是維持企業正常運作的保障條件，企業每年都會投入大量的人力和資金去購買各種工裝產品，因此需要對這些工裝產品進行全面細致的管理[1]。

飛機制造工裝種類多、數量大，傳統的人工工裝盤點方式展現出很多弊端，主要表現為以下三個方面，其一，需投入大量人力物力以及時間進行數據錄入和核對；其二，人工錄入信息容易因為人為原因導致資產數據庫出現錯亂，影響生產；其三，人工盤點會導致信息更新不及時，同時人員變動會使得資產的移動和調配顯現出滯后和對賬不清的情況[2]。

隨著科學技術的發展，越來越多的企業開始使用物聯網技術進行資產盤點。國網新疆機房基于RFID射頻識別技術管理了5個機房、400余個機柜，近3000臺設備，通過資產智能盤點，真正做到了賬實相符，實現了資產全生命周期管理[3]。國網四川自貢供電公司采用RFID技術手段，實現安全、快速、準確的資產盤點，有效解決了固定資產管理中的賬實不符、賬卡物不一致等問題，實現了“資產-設備”對應、價值與實物的統一管理[4]。集美大學圖書館建立了中國第一家RFID館藏管理系統，實現入庫歸類整理、自動借還、固定資產盤點、安全保密等功能，提高了圖書館的服務水平[5]。

物聯網技術的應用，很好的解決了工裝信息需要人工錄入的問題，但在大面積多區域的飛機制造生產環境中，工人手持RFID設備進行工裝盤點的情況仍然存在，這便產生了效率慢、人工成本高的問題。為解決此問題，本文基于物聯網技術，依托于5G高速度低延時的特性，以自動巡航機器人為載體，設計了一套智能工裝盤點系統。該系統由工裝巡檢機器人和工裝盤點平臺兩部分組成，巡檢機器人搭載RFID讀卡設備，能夠執行自動工裝盤點任務；工裝盤點平臺對機器人上傳的工裝信息進行資產分析和統計，并在顯示大屏上實現盤點數據的可視化展示。

1 智能工裝盤點系統總體設計

1.1 系統總體架構圖

以物聯網RFID技術為主要信息采集手段，將每個工裝進行唯一編碼，搭建工廠工裝資產數據庫。通過移動機器人對標簽數據進行智能化、自動化采集，并利用可視化數據管理平臺，實現對工裝資產的智能化管控[6-7]。系統總體架構圖如圖1所示。

圖1 系統總體架構圖

接入層為系統接入外部設備的功能模塊，包括協議轉換器和自動巡檢機器人軟件系統。協議轉換器將網絡攝像頭的視頻通過GB/T28181協議上傳至數據中臺；自動巡檢機器人軟件系統實現對機載控制器、RFID設備、升降桿的信息交互，并通過網絡接口上傳至數據中臺。

數據中臺為系統的核心功能模塊，提供核心應用服務，其中包括流媒體服務平臺、數據交互服務平臺、數據庫。流媒體服務平臺接收接入層推送的視頻流信息，并分發給前端調用；數據交互服務平臺實現自動巡檢機器人軟件系統與前端的信息交互。

業務層為系統所能實現的功能，包括視頻預覽、機器人狀態數據顯示、報表管理、現場遙控、調度指令、機載設備控制。

展示層為業務層的前端顯示途徑，包括電腦、Pad、展示大屏、手機。

1.2 系統網絡拓撲圖

智能工裝盤點系統以5G網絡為中心，構建高速、穩定的數據交互通道。系統網絡拓撲圖如圖2所示。其中，服務器安裝在公網服務器中，提供必要的數據轉發和視頻推流；5G CPE為機器人和攝像頭提供互聯網。

圖2 系統網絡拓撲圖

2 關鍵技術研究

2.1 工裝信息采集和位置判別

自動巡檢機器人上安裝RFID探測器，在工裝上安裝能接收信息探測器的電子標簽，每個電子標簽中記錄了工裝詳細信息。機器人在車間內固定的巡航路線上自主移動，當機器人經過電子標簽時，RFID探測器讀取到標簽的編號，并獲取到探測器與標簽之間的距離值RSSI。自動巡檢機器人配備激光定位裝置，不間斷的為機器人提供位置坐標，結合三點定位原理，電子標簽的位置坐標即可被確定。定位原理圖如圖3所示。

圖3 電子標簽定位原理圖

式中：（x，y）為電子標簽的位置坐標；（x1，y1），（x2，y2），（x3，y3）分別表示連續三個探測點的機器人坐標值；RSSI1，RSSI2，RSSI3分別表示連續三個探測點的機器人與電子標簽之間的距離值。

根據式（1）可計算出電子標簽的位置坐標，將此坐標值與后臺數據庫中工裝正確位置區域做比對，即可判別工裝是否誤擺、丟失或移位。

2.2 現場取證

在發現工裝誤擺、丟失、移位等非正?，F象時，除了要將異常數據進行上傳外，現場拍照或錄像取證是必不可少的。機器人搭載網絡攝像頭，將現場視頻實時推送到數據中臺，供終端軟件調用。

視頻推流方案架構如圖4所示，其中，終端層為一系列網絡攝像頭設備，通過GB/T28181協議注冊服務；服務層包含SIP中心信令管理服務和流媒體服務，實現信令管理和視頻推流；應用層調用服務層的網絡接口，實現攝像頭設備管理、視頻預覽、現場截圖、錄像等功能。

圖4 視頻推流方案架構圖

2.3 工裝盤點平臺設計

工裝盤點平臺用于接收自動巡檢機器人上傳的工裝位置數據，通過對數據進行分析處理，將處理的結果展現在前端界面上，從而提升工裝盤點的效率和便捷性；同時工裝盤點平臺還可以向機器人發送指令數據，控制機器人執行相應的任務。裝盤點平臺分采用B/S結構，用于服務器的管理以及工裝盤點報表的統計分析與展示。

3 應用

智能工裝盤點系統應用于上海飛機制造有限公司總裝車間，對車間的工裝進行自動盤點，利用智能分析算法，真正做到了賬實相符，實現了工裝的位置跟蹤和全生命周期管理。采用人工方式進行工裝盤點，周期為數日到數周，容易出現人為盤點誤差；并且需要數分鐘到幾小時的時間定位資產，人工盤點費時費力，準確率低。采用智能工裝盤點系統進行工裝盤點，可進行實時盤點，盤點準確率高達100%，并可對盤點數據的統計與展示，實現管理操作全自動化，無需人工干預。

4 結束語

總之，傳統的人工工裝盤點存在諸多問題。上文中的基于5G物聯網技術的智能工裝盤點系統能夠有效地解決人工工裝盤點存在的各種問題，并且該系統還可以進行數據統計分析以及個性化展示，可以為使用者提供有力的幫助。同時，該系統已經在上海飛機制造有限公司總裝車間進行了實踐應用，通過實踐結果可知該系統可以進行可進行實時盤點，其盤點準確率高達100%，并且還能夠實現操作全自動化，有效的節約了人力物力，可以進行推廣。