作者：王平 史少峰 盧超

　　圍繞離散制造企業質量精細化管理的要求，引入物聯網的思想，借助于激光雕刻技術、圖像識別技術、條碼技術等，以產品號為主線，將現場質量檢驗與生產作業緊密集成，形成一個完整的質量信息采集體系，不僅實現了正向、實時的生產跟蹤、質量監控，還可以實現各類信息的逆向追溯，為質量分析、責任判定等提供支持。

　　離散制造業的生產具有不連續性，生產加工信息與產品本身的物理無關性導致實物流與信息流嚴重脫節，管理人員無法對生產過程進行實時監控和管理。傳統的質量信息采集和處理方式難以實現生產過程實時監控的目標，降低了質量控制的效果。先進管理思想的不斷涌現和信息技術的快速發展為企業精細化管理提供了有力支持，將物聯網(Internet of things，lOT)技術應用于質量信息采集過程中，重新設計并構建質量信息采集業務模型，并解決復雜環境下的圖像識別及數據傳輸等問題，對企業產品質量和管理水平的提升具有重要意義。

　　1、設計思路

　　1.1物聯網技術的引入

　　物聯網是通過射頻識別技術(RFID)、紅外感應技術、全球定位系統和激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把物品與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡技術。

　　物聯網技術已經滲透到了生活中的各個行業，在提高生活質量等方面起到了不可代替的作用，但在產品質量檢測方面的應用還基本處于空白狀態。當前離散制造企業質量信息的采集大都采用人工輸入和手動處理的方式，這種方式不僅耗費大量的工時，降低了生產、管理效率，而且容易：造成信息采集的滯后性和不準確性。將物聯網相：關技術引入到離散制造企業產品質量監管過程中，利用現代信息技術、網絡技術等對產品生產過程的貢量信息進行無間歇自動采集，在保證信息采集實時性的同時，還能夠實現數據采集的自動化、智能化處理，為生產過程監控和質量追溯提供實時數據支持。

　　1.2系統設計思路

　　要提高離散制造企業生產質量管理水平，就必須對生產過程中的在制品和關鍵/重要零部件進行實時跟蹤，以掌控生產節拍及相應生產物流信息，保障生產的有序高效運行;與此同時，采集在制品生產的過程數據和零部件數據，可以為產品質量追溯提供支持。系統總體設計思路是利用產品號標識監控產品的生產過程和物流過程，基本流程是應用激光雕刻技術將按一定規則生成的產品號雕刻在在制品或關鍵/重要零部件上，在不方便或無法通過雕刻進行信息記錄時可將打印的條形碼粘貼或系掛在零部件上，在產品生產、檢驗、試驗、驗收、入庫等各個環節利用PDA等設備對產品號、質量等信息進行采集、識別，實現產品生產過程信息的快速收集與實時監控。

　　質量控制作為企業經營過程的重要組成部分，貫穿于產品生命周期的全過程，與企業環境緊密相關，特別是計算機技術的快速發展，對質量管理的發展也有很大的影響，在該環境下的質量控制與傳統的質量控制在結構、運作機制、作用范圍等方面有很大的不同。因此，需要綜合運用質量管理、現代集成管理等相關理論與方法，借助于物聯網相關技術，對離散制造企業質量控制及管理模式進行研究和再設計。研究內容主要包含如下4個方面。

　　a.研究物聯網環境下離散制造企業質量管理需求。

　　以產品號為主線，基于BPR思想研究離散制造企業的質量控制活動，研究物聯網環境下企業質量管理的規律，通過對“載體一過程一活動一業務對象一數據”的深入分析，描述企業質量管理和控制的需求。

　　b.構建物聯網環境下質量信息采集業務模型。

　　以產品形成過程為主線，建立基于產品生產制造過程的質量信息采集模型。借助先進的技術手段完成產品形成全過程的質量信息的采集與處理，實現質量監控與持續改進的目標。

　　c.研究復雜環境下的圖像識別技術。

　　由于產品號是通過激光刻錄在產品的表面，導致在采集產品號圖像時可能受到油污、強弱光等不利因素的影響，因此需要研究復雜背景下的目標圖像識別技術，主要包括圖像預處理技術、圖像特征提取技術、目標識別技術和多分類器集成技術等。

　　d.研究基于SOCKET的PDA等采集設備與系統間數據傳輸技術。

　　由于離散制造企業加工場地的分散性，以及大型設備設施對信號的干擾影響，基于無線的通訊方式很難滿足快速、準確的要求，因此系統在處理PDA等自動采集設備與PC間數據傳輸時采用基于USB連接方式。基于實時性、可靠性、可擴展性等方面的要求，系統采用SOCKET通訊協議，應用XML定義客戶機服務器之間的消息和數據交換格式。

　　2、系統業務過程設計

　　離散制造企業生產過程復雜，生產數據多，且數據的收集、維護和檢索工作量大，為了能快速、準確地采集數據，還必須規范整個采集的過程。針對離散制造企業生產組織的特點，經過歸類分析，將產品質量信息的采集和處理主要劃分為如下6個基本環節。

　　a.產品號生成。

　　利用激光雕刻機將按照規則生成的產品號雕刻在在制品或關鍵/重要零部件上，或將按規則打印的條形碼粘貼或系掛在零部件上，解決人工編寫、刻錄、噴涂容易造成的重號、錯號等問題。產品號生成需具備自動生成、手工編輯、自動校正、錯重號報警等功能，能夠將本批次刻制的產品號準確地傳遞到后續工序或檢驗檢測點。

　　b.加工過程信息采集。

　　在待檢驗工位，檢驗員利用PDA、掃描儀等自動采集設備對產品號進行采集與識別，同時掃描工、檢驗人員工號及產品質量信息。如果檢驗員需要對某個質量因素進行超差處理，可使用PDA等對存儲有質量信息分類的條形碼進行掃描，并將超差處理方式存儲在系統中，與產品號自動關聯。系統根據產品號采集結果自動形成對在制品或關鍵/重要零部件加工進度及質量狀況的監控。

　　c.試驗信息采集。

　　對完工產品需要展開最終試驗。利用PDA等設備采集產品號，并通過USB或RS-232接口與試驗設備連接，實現試驗信息的自動采集。若試驗不合格，則自動記錄試驗中的不合格信息，便于返修和產品質量追溯。針對外場試驗，系統還需要提供試驗數據的導入、導出功能。

　　d.抽檢。

　　針對試驗合格的產品，按產品類型選擇不同的抽檢方案，并按抽檢方案組織和抽取試驗用產品。通過PDA等設備采集產品號信息，并記錄檢驗結果信息，對抽檢不合格的產品需維護不合格原因、修復措施以及修復的結果等信息，同時建立跟蹤、監控檔案。

　　e.包裝及校驗。

　　在包裝環節，對即將進行裝箱的產品號進行在線采集，并自動校驗所采集產品號是否在合格產品列表中，對不符合項進行報警。包裝完成后再對包裝箱箱號(預先用條形碼形式打出)進行在線掃描，建立箱號、產品號之間的關聯關系，便于后續管理和追蹤。

　　f.入庫及出廠發運。

　　在入庫及出廠發運環節，系統通過對包裝箱號信息的采集，自動關聯到包裝箱內產品的產品號信息，自動檢索產品整個生產過程的加工和檢驗信息，生成并打印產品合格證書及各類說明書材料。

　　3、系統實現關鍵技術研究

　　3.1 基于BP網絡的復雜背景下的圖像識別技術

　　由于待采集的產品號是通過激光雕刻在金屬表面，根據產品類型的不同，字體、大小不盡相同，且產品在各生產車間流轉，圖像采集時面臨油污、強弱光等復雜因素的影響，字符分割、字符識別方法的優劣直接影響到信息采集的準確性和及時性。針對采集到的圖像存在模糊、缺損、粘合或污跡干擾的情況，系統在傳統的基于投影分析字符分割法M1的基礎上采用遞歸回掃的辦法進行二次字符分割，并結合連通域分析，利用字符的固定高度和間距比例關系等先知知識，較好地解決了產品號在復雜背景下的字符切割問題。再選擇中值濾波、閾值分割、數學形態學處理、邊緣檢測、輪廓跟蹤、區域填充等預處理方法，將目標從復雜背景中分離出來。提取到目標的多種形狀特征后，剔除特征間的冗余，經優選后選取形狀參數特征，組成目標識別的特征向量，為目標識別提供有效數據。在上述研究的基礎上，深入研究基于神經網絡的目標識別技術，設計基于神經網絡的分類器。最后，考慮到單一分類器識別往往難以取得滿意的效果，提出一種改進的基于投票的多分類器集成算法，從而提高了目標識別的可靠性。

　　由于信息采集點分散，數目眾多，數據采集過程與生產過程存在時空上的交叉，傳統實現方式下的數據實時性、準確性將受到很大制約，因此系統采用數據采集與業務處理相分離的技術手段，在PDA上完成數據采集與部分信息的維護，在PC機上完成數據驗證、業務處理等其他功能。考慮到加工場地的分散性以及大型設備設施對信號的干擾影響，系統在PDA與PC之間通過USB接口連接，采用SOCKET的通訊協議，定義遵循XML標準的3種消息：WaitForInput、Datalnput、DataAccept，實現信息的快速采集。

　　4、系統應用情況

　　該系統已經成功應用于成都某兵器制造的生產線。系統的成功應用，使企業能及時準確地采集生產過程的質量信息，提高了質量管理的效率，降低了裝配差錯率，提高了生產線的整體生產效率和生產質量，提高了決策的及時性、科學性。隨著企業應用的深人，該系統計劃與企業其他信息系統進行集成應用，實現企業協作效率的提高和管理模式的改進。

　　5、結束語

　　物聯網的思想及相關技術的引入對企業管理模式的創新、業務流程的優化等產生了重大影響和促進。引人物聯網思想，借助于激光雕刻技術、圖像識別技術、條碼技術等，通過將質量管理與生產組織的充分融合，實現加工過程各類信息的標注和實時采集，對提高制造過程的柔性、可靠性和產品質量的可追溯性具有重要的作用，能夠為企業建立一個快速反映、有彈性、精細化的制造業環境，輔助企業各個層次的領導對生產過程進行實時監控，幫助質管人員快速收集和分析質量信息，為企業生產效率和產品質量的提升提供支持。物聯網環境下質量信息采集業務模型的設計及關鍵技術研究對離散制造企業質量管理系統的構建具有一定的參考意義和借鑒價值。