智能工位终端在户外休闲用品智能制造行业的应用研究

0 引 言

智能制造出现于 20 世纪 80 年代，起初是对智能技术的研究，随着技术的发展，最终形成了智能系统。如今各个家提出一些关于产业升级智能制造的方针政策，如德国提出了“工业 4.0”智能制造概念之后，美国提出了“工业互联网”概念，中国结合国情，也提出了“中国制造 2025”方案 [1]。由此可知，制造业转型升级的时刻即将到来。

近年来，受到劳动力成本持续上升、服装产业结构调整、消费方式多元化等多重因素影响，我国服装制造业一直难以摆脱产业低迷的困境 [2]。为了改变这一现状，传统服装企业生产方式亟需从劳动密集型向高科技型转变。伴随着全球制造业升级，各种自动化、智能化设备的出现使得服装智能制造成为可能 [3-10]。

本文将智能工位终端应用于服装生产过程，该终端可以对订单以及工艺信息进行展示并辅助控制服装的自动化生产。通过对该智能工位终端在服装智能制造行业的应用研究，对智能制造与服装产业的融合发展以及服装行业的升级转型具有一定的意义。

1 智能工位终端系统

智能工位终端外形如图 1 所示，该终端采用 Linux + Qt 4.8 系统。主控模块选用荔枝派 Zero，该模块基于 ARM Cortex-A7 CPU， 最高主频可达 1.2 GHz， 可从板载 SPI NORFLASH 或者 TF 卡启动，具备常用的多种低速外设（UART，SPI，I2C，PWM，ADC）， 易使用， 支 持 C/C++，Lua，Python，NodeJS 等多种开发语言，直插面包板，可扩展多种外设模块 ；屏幕采用 AT070TN92 液晶屏，配合电容屏，方便工作人员触摸操作智能工位终端，同时该屏幕能够以图文的方式展示工序文字、工序图片，以及播放高清工序指导视频 ；通过按键可以实现工作人员对智能工位终端的工艺展示、呼叫等功能的一键操作 ；刷卡区可以采集员工卡以及绑定在加工面料上的 RFID 卡信息，支持低频卡以及高频卡，同时支持针对射识别应用的 ISO14443 和 ISO15693 国际标准。智能工位终端通过读取加工面料上的卡号信息可以获取工艺信息，通过读取员工卡信息可以实现员工打卡以及生产统计等功能，从而方便进行生产信息管理。

2 控制系统硬件构成

智能工位终端系统电路板原理如图 2 所示。其主要由主控制 CPU、电源模块、用于 RFID 的 MCU 与 RFID 模块、以太网通信接口、WiFi 模块、4G 无线传输模块、RS 485 通信接口、RS 232 通信接口、CAN 通信接口、USB 接口、I/O输出扩展接口、存储模块、音频模块、按键输入模块、LCD触摸屏等组成。该终端系统负责大规模个性化定制服装的生产工艺展示与指导，并通过采集 RFID 卡信息进行服装计件以及员工考勤，同时还可接入各种传感器。其中，主控制 CPU 采用高性能 ARM 处理器 Cortex-A7，它是一款基于 ARMv7-A 架构的应用处理器，主频可达到 800 MHz，是ARM 发布的有史以来功耗效率最高的应用处理器 ；电源模块支持 9 ～ 24 V 的宽输入电压，减小了电压波动对整个电路系统的影响，提高了控制系统的稳定性 ；RFID 模块可以采集低频卡以及高频卡信息，最终通过串口与主控制 CPU通信，该模块的控制采用 STM32 系列的 32 位 MCU，该处理器基于 ARM Cortex-M 架构，具有高性能、低成本、低功耗等特点，节约了主控制 CPU 的资源 ；智能工位终端同时支持 4G 无线传输、WiFi 以及以太网有线传输 3 种通信方式，可以比较灵活地与平台进行数据通信 ；预留 RS 485，RS 232，CAN 等通信接口，可以接入各类传感器来采集数据 ；通过 USB 接口可以和 PC，U 盘等通信，用以传输文件 ；扩展的 I/O 输出接口可以用来控制外部继电器 ；储存模块使用 SD 卡，它具有体积小、数据传输速度快、可热插拔等优良的特性，方便智能工位终端数据的存储 ；音频模块通过LM4871 功率放大器驱动喇叭播放智能工位终端中的工艺指导音频信息 ；通过按键输入模块可以实现工作人员对智能工位终端的工艺展示、呼叫等功能的一键操作，配合 LCD 触摸屏极大地方便了工作人员的操作，提高了智能工位终端的用户友好性，同时LCD屏还能够以图文的方式展示工序文字、工序图片以及播放高清工序指导视频，可对工作人员进行快速培训，提高生产效率。

3 系统软件设计

系统的软件设计模块如图 3 所示，主要分为 4 个模块 ：系统模块、吊挂程序模块、用户交互程序进程模块、Web 端服务模块。其中，系统模块是本文设计的核心，因为其他模块都要与该模块进行数据的交互。系统模块与其他模块的交互方式也各不相同，与吊挂程序是通过 WebSocket 进行通信， 与 Web 服务端是通过 HTTP 协议进行通信，与用户界面是通过 Socket 协议进行通信。

3.1 系统模块

智能工位终端的系统模块主要分为 5 个部分 ：用户设置界面、普通产线界面、裁床界面、产线组检界面和产线总检界面。用户设置界面主要用于设置网络信息，如设备号、WiFi 登录、员工登录和静态 IP 设置等。普通产线界面包含该工位正在生产的款式工艺信息，如 ：员工号、工序名称、款号、颜色、尺码、订单号、产量和工艺图片等，如图 4 所 示。裁床界面主要是一些裁片以及裁剪的信息数据。产线组检界面主要是包含该流水线的每个工位的完成情况信息，如果某个工位的工序有误可以进行返修操作。产线组检界面如图 5 所示。产线总检界面包含所有流水线的完成信息，如果某条流水线的某个工位的工序有误可以进行返修操作。产线总界面如图 6 所示。

3.2 吊挂程序模块

考虑到智能终端与服装生成流水线的数据交互比较频繁，本系统采用 WebSocket 进行通信。WebSocket 是一种基于 TCP 的持久化协议，它不仅可以保持服务端和客户端的双向通信，还能保持长连接且支持多种语言和多种平台。在数据协议方面，为了保证数据的有效传输，本系统采用 JSON协议对数据包进行定义和封装。

3.3 用户交互程序进程模块

由于服装生产流水线的运行机制是通过读取衣架上RFID 卡的信息出站和进站，智能工位终端内嵌有一个 RFID读卡器，用于读取该衣架上的卡号信息，因此，从系统服务器申请订单号、款号、路线图、工艺路线和工艺视频等信息。当智能工位终端启动后，即启动读卡程序，该程序可以保证读卡器一直处于读卡的状态，当衣架落下流水线的站位后会经过该智能工位终端，则完成读卡操作。这种读卡机制可以准确无误地读取衣架上的卡号信息，从而保证款式工艺的准确下发。

3.4 Web 端服务模块

Web 端的服务器根据款式工艺存有不同的工艺图片，智能工位终端通过 HTTP 协议读取 Web 端服务器的缓存来读取工艺图片，HTTP 是客户端浏览器或其他程序与 Web 服务器之间的应用层通信协议。在 Internet 的 Web 服务器上存放的都是超文本信息，客户机需要通过 HTTP 协议传输所要访问的超文本信息。由于流水线的站位比较多且刷卡比较频繁，为了解决数据的高并发以及图片加载过慢的问题，本系统采用 HTTP 协议进行图片的传输。当界面有数据刷新时通过 Qt里的信号与槽的机制可以触发从服务器读取图片的事件。

4 结 语

本文在我国传统服装制造企业信息化、智能化水平不高，急需转型升级的背景下，将智能工位终端应用于服装生产过程。该终端通过 RFID 技术获取订单以及工艺信息，并通过显示屏展示 ；通过与裁床和吊挂的信息交互辅助控制服装的自动化生产，并可对产量进行统计，提高了服装生产企业的信息化管理以及智能制造水平，推动了智能制造与服装产业的融合。