汽车制造数据采集软件系统设计

【摘要】在现代化、大规模的汽车生产行业中，由于生产质量数据属动态信息，不仅数据量大，而且内容庞杂，且由于数据不仅用于生产统计及质量监控等方面，同时还具有对整车终身质量跟踪等功能，必须保证数据准确。本系统设计基于串口通信技术，设计了一种车间实时数据采集系统。它结合多线程同步技术和数据库存储过程技术，能够完成实时监控、在制品跟踪以及车间生产计划的合理安排。实现了一种新的车间现场生产数据采集方式，为企业提高生产效率提供支持。

【关键词】质量监控;同步技术;实时采集

Abstract：In the modern，large-scale automobile production industry，due to production，quality data is dynamic information，not only the amount of data，but the content is complex，and because of this data not only for the production of statistics and quality control，etc.Therefore it must ensure data accuracy.A new job-shop real-time data collecting system based on serial communications is presented in this paper.The system combines multi-threads technology and database technology，to perform the functions of the real-time monitoring，the timely transfer of the materials and reasonable scheduling for production plan.A new job-shop real-time data collecting method is proposed and which improves the production efficiency.

Keywords：Quality control;Synchronous technology;Real-time acquisition

引言

在中国加入WTO、国内汽车市场进一步开放的大背景下，我国汽车制造企业面临着日益激烈的市场环境，其必然需要进行信息化建设[1]。虽然目前国内大部分汽车制造企业的信息化总体水平比较低，无论是在企业资源计划系统建设还是制造执行系统的应用方面，都存在信息化建设表面上的重视和实际应用不足的问题。对于汽车制造企业来说，其信息化水平的高低不仅对企业自身，也会对其关联企业的生产经营产生重大影响[2，3]。

就国内而言，MRPII、MIS已渐成熟和普及，而对制造执行层的MES软件开发与应用还相对薄弱。国内企业界和相关研究单位对MES的重视远远低于对ERP和车间自动化生产的重视程度。迄今为止，国内对MES系统的研究多数只停留在MES的思想、内涵及体系结构方面的问题上，在应用系统开发方面一般局限于MES单一功能或部分功能，多数只为解决生产中某个特定领域问题的专用MES（point MES），对车间层、单元层的研究大都着重控制模型的研究。基于上述背景，本系统设计了一个汽车制造数据采集软件系统。它结合多线程同步技术和数据库存储过程技术，能够完成实时监控、跟踪以及车间生产计划的合理安排。实现了一种新的车间现场生产数据采集方式，为企业提高生产效率提供支持。

1.系统设计

汽车制造数采软件以制造企业生产车间为研究对象，以制造现场的每道工序作为信息采集单元，通过串口技术读取工位的数据信息，并将信息上传至服务器，实现对生产的进一步监控[4-6]。

本系统采用三层的分布式结构，由控制层、执行层和管理层三部分组成。底层是控制层，由平行分布的RFID 数据采集终端组成，主要完成对制造现场的数据采集及任务下达;中间层是执行层，负责底层数据采集终端与调度程序的数据交流;上层是管理层，由具有生产管理权限的计算机和数据服务器组成，主要完成生产管理和数据存储，响应由执行层传来的底层数据采集终端的命令请求或向执行层下达到控制层的指令，上層管理层和中间层是通过串口连接的。系统的总体框架如图1所示。

图1 系统整体流程图

2.软件设计及数据库设计

本系统开发软件是 Microsoft Visual Stdio 2008，主要用于编写系统管理界面。硬件编程拟采用C语言，用于编写RFID接口程序。系统数据库采用SQL Server 2008。C#是一种安全的、稳定的、简单的，由C和C++衍生而来面向对象的编程语言。它继承了C和C++强大功能的同时去掉了一些复杂特性（例如没有宏和模板，不允许多重继承等）。本文将C#用于编写系统管理界面，原因在于在C#3.0中，可以用类似于SQL语句的语法从一个数据源中轻松地得到满足一定条件的对象集合，这样就方便了程序和数据库的连接，同时提高了效率。

2.1 串口通讯部分

串口通信的协议标准目前应用最广泛的是RS-232标准，RS-232标准已被内置于从微控制器到主机的多种类型计算机及其相连的设备中， 在工控系统及硬件设计中有着广泛的应用。RS-232通信接线原则：接收数据针脚与发送数据针脚相连，彼此交叉，信号对地相接。

软件设计时可以在程序中先设置好串口的常用属性，但在通常情况下，为了提高系统的通用性，一般需要在程序当中提供串口设置功能，具体包括：串口参数设置，如设置发送和接收串口、波特率。字节长度、校验位、停止位，并具有保存相关参数设置及恢复默认参数设置等。

2.2 RFID数据采集信息处理部分

RFID技术具有自动识别对象和采集信息、抗干扰能力强、适应环境能力强。存储量大、可重复利用等优点，可以弥补现有生产管理系统在数据采集方面的缺陷。通过有效的实时数据采集，实现对现有的生产过程管理系统提供实时准确的数据信息。具体表现在几个方面

在质量管理上，通过RFID进行实时数据采集，保证物料、设备、人力、工具等资源的正确使用，尤其是在混合装配生产线上，利用RFID识别零部件来确保物料被送到正确的位置，减少出错率，實现无纸化生产，从而保证产品的可靠性和高质量。在车间生产调度上，通过RFID对生产现场的设备和人员的实时跟踪，监控其工作状态。若当RFID系统采集到当前有设备处于空闲状态时，就可以及时将设备空闲状态信息反馈给生产计划管理层，便于生产排产模块能够及时的编排当前最优的生产计划，并将其返回给生产管理系统。在生产监控上，通过获取RFID的编号，可以从数据库中查出绑定有RFID标签的物料及在制品所在的位置，而且通过读写器实时采集信息实时获取在制品加工信息，从而实现对生产的实时监控。

该部分将重点研究基础数据管理、数据采集、在制品管理这几个模块。充分利用RFID技术的优势，实时采集生产车间生产过程的数据，设备运行状态等信息，对车间调度进行优化，是操作和加工得到合理的利用，通过对生产过程的实时跟踪与监控，实现对车间生产的整体控制。

2.3 数据库处理部分

对于管理信息系统软件的开发来说，除了以上的功能模块设计外，数据库设计是另一个重要的方面。数据库设计是指在现有数据管理系统的基础上建立数据库的过程，在关系型数据库规范化原理指导下，根据数据存储、访问的实际需求进行设计。设计步骤如下：首先，要对所开发的应用系统进行需求分析和数据分析;然后，将需求抽象为信息结构概念模型，并将概念模型转化为相应的数据模型;最后确定数据库在物理设备上的存储结构和存取方法。制造过程信息管理系统主要是对车间生产过程中所发生的物流和信息流进行管理与控制。

3.系统调试与测试

在本数据采集软件中，对试漏机COSMO LS1842与TOSOK PEG2100这两款机器数据的采集。

3.1 COSMO LS1842

LS-1842的3种输出形式如表1所示。在本数据采集软件中，输出采用的是ID 格式。检验和的值的计算，首先将ASCII代码全部相加，然后取上述和的2的补码。将25针串口数据线（25针转9针）母头连接cosmo 1842智云试漏机的25针串口，另一端连接USB转9针串口数据线并连接PC机X230，打开串口数据接收软件接收数据。

表1 LS-1842的3种输出形式

T/F：T格式     以固定长输出，只输出泄漏数据

ID/F：ID格式   以固定长输出，还输出极限值等

I/F：I 格式     以固定长输出，还输出极限值等

借助串口小助手，从工序中读取到的数据如图2所示，并用两台PC机，通过RS-232来模拟数据的通信，接收数据图如图3所示。

图2 串口读取数据           图3 串口接收数据

图4 TOSOK生产面板图

3.2 PEG2100

本装置为大画面高性能的多用途计量仪器，可同时使用32个频道（选择最多为96个频道）的电子测微检测器进行测量。与各种电子测微检测器、气动测微器（A/E转换）配合使用，可将精密零件的工件尺寸的测量结果单独显示或进行演算显示，通过I/O信号，还可以对自动化生产线作出回应。依靠本机的统计处理技能，能在画面上表示pareto图，管理图，Cp值等。另外，由于可以在电脑上保存数据，便于质量管理。其面板的数值显示如图4所示。

参考文献

[1]于东海，王媛.基于DAServer的制造车间生产状态显示系统[J].现代制造工程，2014（3）：35-37.

[2]蔡长青，张凯.基于虚拟仪器技术的整车测试数据采集系统[J].光机电信息，2008，25（11）：46-49.

[3]王加兴.离散制造车间数据采集及分析处理系统研究与开发[D].杭州：浙江大学，2010.

[4]吴梅磊.离散制造执行系统（MES）研究[D].山东：山东大学，2007：9-16.

[5]J.Smith，and S.Joshi，A Shop Floor Controller Class for Computer Integrated Manufacturing[J].International Journal of Computer Integrated Manufacturing，1995，5（8）：327-39.

[6]Grant Norris James.R.Hurley E-Business and ERP[M].ERP of China.

作者简介：林金萱（1981—），女，广东汕头人，硕士，实验室工程师，主要从事电气产品检测。