[发明专利]基于UWB的数字化制造车间物料实时配送系统

说明书

技术领域

本发明属于先进制造与自动化技术领域，涉及一种基于超宽带无线技术(Ultra Wideband，UWB)的数字化制造车间物料实时配送方法和系统。

背景技术

在数字化制造车间的生产过程中，物料配送是非常重要的环节。随着市场需求的个性 化发展，企业的生产模式已经由单一品种大批量生产转变为多品种小批量生产，特别是随 着准时生产(Just-in-time，JIT)理念逐步被制造企业采纳与推广应用，“近零库存生产”、 “即需即送”的物料配送模式已成为制造企业降低库存成本、提高生产效益的关键手段之 一。这使得数字化制造车间的物料配送变得日益繁重和复杂，如何保证车间生产所需的各 种物料资源在正确的时间、以正确的数量、运送到正确的加工位置已成为数字化制造车间 物料配送亟待解决的瓶颈问题。

在传统的制造车间中，由于缺乏对车间物料配送的管理和配送小车的实时定位跟踪技 术的支持，车间物料配送一直存在如下难题：

1)车间物料配送大多数是凭借配送人员的经验，缺乏对车间物料配送任务和配送 路径规划与导引，车间物料配送没有科学依据。

2)缺乏数字化制造车间的实时定位和跟踪的有效方法和手段，物料配送小车的实 时定位与跟踪无法实现，导致对物料配送过程的可视化监控无法完成。

由于以上两个问题的存在，车间物料配送经常出现配送不及时、配送出错，使生产过 程出现等待甚至中断，从而影响生产进度，延误交货期，打乱车间作业计划的执行，难以 满足JIT的需求。

超宽带无线技术的出现和快速发展，为数字化制造车间配送小车实时定位提供了技 术与实现手段，从而使数字化制造车间物料实时配送成为可能。UWB技术是通过发送和接 收具有纳秒或纳秒级以下的极窄的脉冲来传输数据，从而具有Ghz量级的带宽。该技术具 有传输速率高、功耗低、抗多径效果好、安全性高和系统复杂度低等优点，在无线定位应 用上有很大的技术优势。利用超宽带无线技术进行定位，精度上可达厘米级，同时超宽带 信号还有极强的穿透能力，完全能够满足室内精确定位的要求。UWB技术由于以上诸多优 点，英国剑桥大学研制的超宽带实时定位系统已经用于英国Sellafield核电站，为员工 提供定位服务；Harry K.H.Chow已将UWB技术应用于仓库作业管理，实现对仓库作业过 程进行监控；唐恩科技已将UWB技术应用于室内人员的定位，仓储定位管理系统，，生产 自动化辅助系统；但如何采用UWB技术实现数字化制造车间配送小车实时定位，从而实现 车间物料实时配送还未见研究与应用，但上述研究成果对本发明的实施与应用提供了很好 的借鉴。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于超宽带无线技术(Ultra Wideband，UWB)的数字化 制造车间物料实时配送系统。通过数字化制造车间可视化精确布局模块完成车间制造资源 的布局，进而在采用超宽带无线技术对物料配送小车进行实时定位跟踪的基础上，提出并 建立数字化制造车间物料实时配送路径规划方法与模型，实现配送小车的物料配送路径的 实时规划与导航，最终达到对数字化车间物料配送任务实时监控的目标。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

基于UWB的数字化制造车间物料实时配送系统，包括数字化制造车间可视化精确布 局模块、数字化制造车间物料实时配送与监控模块。所述数字化制造车间可视化精确布局 模块在车间统一的坐标系下，对车间的制造资源(包括加工设备、库存单元、UWB设备、 配送小车等)进行简化，按照实际的尺寸和相对位置进行规划与布置，加工设备分行排列， 设备间的横向和纵向间距确定，通道的位置与尺寸固定。通过对车间制造资源向计算机映 射，实现物理制造车间布局的数字化与可视化。

所述数字化制造车间物料实时配送与监控模块主要包括两个子模块：物料配送小车 路径规划和导航子模块、物料配送小车实时定位与跟踪子模块：

所述物料配送小车路径实时规划和导航子模块，根据数字化制造车间规划的物料配送 任务，物料配送小车路径实时规划和导航子模块以该次配送任务的配送路径最短为目标， 建立数字化制造车间物料配送路径规划决策模型，并采用分支定界算法对模型进行解算， 确定配送任务的最短配送距离、配送小车和最优的配送路径。当物料配送开始时，规划的 配送路径即时的显示在数字化制造车间可视化精确布局平台上，为车间物料配送人员提供 配送任务路径导航。