一种基于无线技术的安灯系统设计

侯晓静，郭 庆，简红彬，朱红娟（.天津冶金职业技术学院电气工程系，天津0000；.霍尼韦尔（天津）有限公司，天津0050；.天津电子信息学院电子技术系，天津0050；.河北政法职业学院计算机系，河北石家庄050000）



一种基于无线技术的安灯系统设计

侯晓静1，郭 庆2，简红彬3，朱红娟4
（1.天津冶金职业技术学院电气工程系，天津300400；2.霍尼韦尔（天津）有限公司，天津300450；3.天津电子信息学院电子技术系，天津300350；4.河北政法职业学院计算机系，河北石家庄050000）

摘 要：随着传统制造业中加工成本的不断增长，生产利润越来越低，为了提高企业的整体利润率，将无线安灯系统广泛应用于现代生产企业中，以有效地提升生产效率，优化企业管理流程，使生产过程相关信息更加透明化。无线安灯系统比传统的有线系统更便于安装，是精益化管理的有效工具，更便于精益化管理。

关键词：Andon；无线模块；可视化；看板管理

0　引言

安灯系统是现代企业的信息管理和控制系统，主要用于收集生产线上有关设备、物料、质量及订单排程等与生产相关的信息［1］，在发现问题后，通过预设程序处理，对分布在车间现场的声光报警系统进行相应的信息提示，通过邮件或短信方式通知相关的负责人以及时解决问题。

安灯系统由于其特殊性和实用性，在汽车行业中使用得最广泛，它来源于丰田生产方式，基于其“建立立即暂停制度以解决问题，从一开始就重视品质管理的文化”的生产原则，是丰田用来实现生产管理的一种方法，目前，安灯系统已不仅仅在汽车制造中使用，在很多行业都有安灯的影子，本文就将安灯系统用于企业生产线之中，提高工作效率。

1　无线收发技术

无线通信技术广泛应用于小型无线网络、无线遥控及遥测、工业数据采集、安防系统、身份识别、小型无线数据终端等系统中，通常情况下发射模块可以通过改变工作电压或调制信号的频率及幅度来调整发射信号的传输距离［2］。

由于现代企业的生产车间面积越来越大，场地非常开阔，并且会有一些货架和管道等障碍物，有线系统因为布线距离远，影响5S（现代企业管理模式：整理、整顿、清扫、清洁、素养），特别是在已经架设好的生产线上安装安灯系统，施工周期会很长，甚至影响到生产［3］。

无线系统工程造价与有线系统相当，并且便于安装及维护，所以可以优先考虑无线系统，从而提高生产线的效率，使生产信息更加可视化。

2　无线安灯系统设计

2.1无线安灯系统的结构组成

无线安灯系统结构如图1所示。

无线安灯系统的硬件主要包括：单片机无线发射安灯按钮盒及报警灯塔、单片机无线安灯接收盒、接收盒主机、数据库主机、生产信息显示看板、FTE网络（容错以太网）。

无线安灯按钮发射盒安装于生产线的各个重要工位，其通过20C51单片机进行控制，每个无线发射安灯盒都可以通过硬件地址来定义生产线及工位。安灯盒主要包括设备工艺、物料计划、生产计划、质量等方面的报警按钮，每种报警对应相应的灯塔报警灯，当有问题发生时，按下相应的问题按钮，相应颜色的灯塔指示灯点亮。此时安灯盒内置的无线发射模块通过单片机的控制将相应的生产信息定期地发射出去。

图1　无线安灯系统结构

无线接收盒在每条生产线或每个车间安装一台，具体可根据场地的尺寸及发射接收模块的传输距离来确定接收盒的数量，一般可在直径100～200 m的范围内安装一台无线接收盒。接收盒同样采用20C51单片机进行控制，可通过程序设定无线接收盒的接收频率及接收距离。

接收主机通过串口与无线接收盒进行通信，主机上安装了现场生产信息数据接收采集管理软件。接收主机通过程序设定可以通过无线接收盒接收指定的生产线上各个工位的无线发射安灯按钮盒上的生产信息，并将生产信息进行处理，定期更新到Oracle数据库系统中并进行网络共享。接收盒主机的管理软件是在Windows 7环境下采用VS2010开发的，主要包括程序参数设置、数据接收管理、数据分析管理等模块。程序参数设置主要包括系统密码设置，串口参数的设置，Oracle数据库连接端口参数设置；数据接收管理包括对各个无线发射模块的数据进行有效性分析、筛除因为干扰而产生的错误信息码。排除掉非本接收机应该接收的数据，并将有效的信息进行分组存储；数据分析管理主要包括对生产信息进行实时的分析，对有报警的工位信息进行数据分析，识别报警的种类，并将报警信息与本机数据库中对应工位的最后一次更新的信息进行比较确认，判断是否与原有的信息一致，如果有变化则通过网络对服务器中的Oracle数据库进行更新，同时系统会将最后一次更新的信息保留在系统本机的数据库中，用于下一次与接收到的信息进行比较确认，如有差异继续对Oracle数据库中的信息进行更新，并将变化的信息保存在本机数据库中。

数据库主机安装了Oracle数据库，用于存储各个产线接收盒主机更新的生产信息及生成报表，其通过FTE网络将接收盒主机更新的信息存储在Oracle数据库中，并根据报警的时间、生产线、工位、错误类型等信息，对数据进行分析、记录并生成相应的报表，上位机软件根据检测到的数据库更新信息，将相应的错误信息转换后显示在生产线看板上，并可根据报警等级发送邮件或短信给对应的负责人。

生产信息显示看板是采用Dreamweaver软件的编程实现的一些网页界面，这样可使显示的信息更全面，更丰富。再通过计算机与Oracle数据库链接，并将Oracle数据库中的生产统计表等信息经过处理后按照每条生产线的需求，将各种生产信息通过悬挂在生产线上的电视显示出来，便于随时观察，更有利于精益化管理［4］。

2.2无线安灯系统主要的功能

2.2.1工位设备安灯管理

无线安灯发射盒被安装在各个产线的重要工位，通过硬件地址设置定义生产线及工位编号，每个发射盒上有不同颜色的按钮，根据软件来定义相应的报警类型，并与相应的灯塔指示灯相对应。当某工位上的工艺或设备发生问题时作业员会按下相应的设备按钮，此时相应设备的报警指示灯亮起闪烁，生产线组长就会看到安灯信号，并协助解决。另外无线接收安灯盒也会收到此工位的报警信息，并将报警信息与系统中的状态进行比较，如果与上一次不一致，就会对数据库中的信息进行更新，此时上位机系统检测到相应的报警信息后，会将相应的工位状态信息通过生产显示看板显示在安灯看板上，通过邮件或短信的方式通知相应的设备管理人员及时进行处理。当设备被修复完成后，安灯按钮被恢复，报警指示灯熄灭，无线接收盒接收到对应的复位信号，与数据库的数据比较并更新，上位机将相应的报警信息更新恢复后显示在生产看板上。

2.2.2质量安灯管理

质量安灯是在生产线的一些关键的工位上设置的无线安灯盒，此质量安灯发射盒与工位设备安灯发射盒集成在一起，在无线安灯系统的上位机软件系统中进行区分。此种设计在硬件设计上与工位设备安灯是一样的，通过软件的定义和配置，实现不同安灯发射盒的不同的功能，这种设计将质量安灯管理和工位设备安灯管理相统一，只是后台通过配置来实现，从成本和效益上来说是更佳的选择。另外也可以通过一套独立的安灯发射盒来实现，其在按钮的功能上会更丰富，例如加入质量类别的选择等，一般这种设计是在一些线别的终端安装无线发射质量安灯盒。质量安灯主要是发现前端生产的质量问题，并及时对问题进行反馈，系统会根据接收到的报警类别通知前端人员及QA人员进行协助解决。直到质量问题解决后对应的质量安灯按钮被复位，对应的质量报警消除。

2.2.3物料安灯管理

无线物料安灯主要是推动物料的拉动式管理，保证现场物料的及时供应。与工位设备安灯和质量安灯最大的不同在于，工位设备安灯和质量安灯一般是按照生产线或工序来划分的，物料安灯一般是按照物料供应的方式来划分的，并不是每个工位都设置安灯盒。由于物料供应的模式是按照区域来供应的，因此有可能几条线的一部分工位都在同一个物料供应区域，同一条线又可能处于不同的物料供应区域，因此无线物料安灯按钮要参考车间的物料供应模式。无线物料安灯的安灯盒一般与工位设备及质量安灯在硬件上没有区别，在生产线上的物料安灯盒通常是和工位设备及质量安灯盒集成在一起，主要通过软件定义及配置进行区分。另外在车间物料暂存区的物料货架上也会单独安装一些专用的物料安灯盒，方便操作工在取物料的时候操作。如果产线出现需要备料或缺料的情况，操作人员会按下相应的物料无线安灯按钮，对应工位的物料警示灯闪烁，并将物料信息通过无线发射模块发送给无线安灯接收机，无线接收机经过处理后将对应的物料信息更新给Oracle数据库，上位机会对相应的信息进行处理并发送相应的物料信息到物料供应人员，物料供应人员会在物料暂存区取料送到相应的产线及工位。如果暂存区出现缺料，供应人员会按下对应的缺料按钮，相应的缺料信息会通过无线信号发给无线接收机，无线接收主机再将对应的数据更新到Server中的Oracle数据库，上位机将对应的信息处理后更新对应仓库的物料看板，物料库房管理人员会在物料看板上查收到对应的缺料情况，及时对物料进行补充。这样整个物料的供应可以按照拉动的模式运行，确保物料的及时供应。

2.2.4安灯报表系统

统计报表的主要作用是可以清楚地反映每个产线每天或每个班次发生的安灯事件的数量，通过分析这些数据可以了解影响生产效率的主要因素，并有针对性地进行改善和提高。系统可以根据车间实际的需要生成对应的报表，对物料、品质、设备等信息进行相应的统计，并通过看板显示出来。

2.2.5看板管理

看板是制造行业生产管理使用最多最有效的一种模式，看板的作用是将生产信息及时有效地显示给相应的人员，使生产过程相关信息更加透明化，一旦发生问题，立即暂停或减缓速度，就地改善，以提升生产力的理念。

3　结论

无线安灯系统的应用可以有效推动精益化生产，提升生产管理水平［5-6］。建立快速、透明的拉动式生产管理模式，使生产效率得到有效的提高。

参考文献

［1］辛玉军.安灯系统的作用与建立方式［J］.企业管理，2010，31（6）：67-68.

［2］杨丰瑞，董志明.第五代移动通信系统的研究分析［J］.电子技术应用，2015，41（2）：23-25.

［3］姜乐水.浅谈无线局域网（WLAN）技术［J］.信息技术与信息化，2012，37（10）：17-19

［4］李洪彪，廖玲俐.基于W i-Fi数据传输的安灯系统设计及应用［J］.自动化与仪器仪表，2015，35（4）：3-5.

［5］陈自卫，贺强，喻永成.基于单片机和LabVIEW的通信系统电能管理控制［J］.微型机与应用，2015，34（5）：64-67.

［6］郭涛，常建宏，马杰昱.安灯系统在卷包机台的应用［J］.中国设备工程，2014，19（11）：60-63.

侯晓静（1980 -），通信作者，女，硕士研究生，讲师，主要研究方向：应用电子技术。E-mail：houxj411@126.com。

郭庆（1980 -），男，本科，工程师，主要研究方向：无线网络。

简红彬（1978 -），男，硕士研究生，工程师，主要研究方向：汽车电子技术。

引用格式：侯晓静，郭庆，简红彬，等.一种基于无线技术的安灯系统设计［J］.微型机与应用，2016，35（10）：4-6.

Design of Andon system based on wireless technology

Hou Xiaojing1，Guo Qing2，Jian Hongbin3，Zhu Hongjuan4
（1.Department of Electrical Engineering，Tianjin Metallurgical Vocation-Technology Institute，Tianjin 300400，China；2.Honeywell（Tianjin）Co.，Ltd.，Tianjin 300450，China；3.Department of Electronic Technology，Tianjin Electronic Information Technology Institute，Tianjin 300350，China；4.Department of Computer，Hebei Politics and Law Vocation institute，Shijiazhuang 050000，China）

Abstrac t：W ith the continuous growth of the traditionalmanufacturing and processing cost，profit of production becomesmore and more low.In order to improve the enterprise′s overall profit rate，wireless Andon is used in modern manufacturing enterprises in awide range of applications. W ireless Andon can effectively improve production efficiency，optimize business processes，and make the production process information more transparent.W ireless Andon is more convenient to be installed than traditional wired system，it is an effective tool of lean management，and it is more convenient to lean management.

Key words：Andon；wirelessmodule；visualization；kanban management

作者简介：

收稿日期：（2016-02-26）

中图分类号：TN98

文献标识码：A

DOI：10.19358 /j.issn.1674-7720.2016.09.002