吳智勇 安華

摘要：針對(duì)電子裝備生產(chǎn)企業(yè)物料中心信息系統(tǒng)覆蓋不足、軟件支撐能力薄弱等問(wèn)題，提出一種新的物料出入庫(kù)智能指示系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息流對(duì)物料出入庫(kù)環(huán)節(jié)的覆蓋。構(gòu)建平庫(kù)管理數(shù)據(jù)庫(kù)，將物資系統(tǒng)生成的物料出入庫(kù)清單實(shí)時(shí)傳遞給上位機(jī)軟件，實(shí)現(xiàn)物料出庫(kù)信息在線提取與狀態(tài)辨識(shí)以及物料入庫(kù)庫(kù)位智能分配，數(shù)據(jù)庫(kù)同時(shí)進(jìn)行在線動(dòng)態(tài)更新。基于485總線實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與單片機(jī)的多機(jī)通信，通過(guò)亮燈方式讓業(yè)務(wù)人員直觀獲知工作指令，準(zhǔn)確快速地完成物料出入庫(kù)任務(wù)。

關(guān)鍵詞：物料;上位機(jī);單片機(jī);485總線;多機(jī)通信

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1008-1739（2021）09-55-4Design on Intelligent Indication System for Material in and out-of-warehouse

WU Zhiyong， AN Hua

（The 54th Research Institute of CETC， Shijiazhuang 050081， China）

Abstract： A new intelligent indication system for material in and out-of-warehouse is proposed to overcome the problems ofinsufficient coverage of the material centre information system of electronic equipment manufacturers and weak software supportcapabilities. Firstly， a warehouse management database is built. Secondly， the material in and out-of-warehouse list generated by thematerial system is transferred to the host computer software in real time to realize online extraction and status identification of materialout-of-warehouse information and intelligent distribution of material in-warehousing locations. and the database is updated online. Afterthat. the multi-machine communication between the host computer and the single-chip computer is realized based on the 485 bus.Finally， the operators are intuitively informed of the work instructions through the method of lighting， and the task of material in andout-of-warehouse c an be completed accurately and quickly.

Keywords： material; host computer; single-chip computer; 485 bus; multi-machine communication

0引言

原材料、輔料以及各類(lèi)備品備件是我國(guó)科研產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)的重要載體和裝備制造的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是裝備制造企業(yè)正常生產(chǎn)的物質(zhì)保障[1]。隨著電子裝備領(lǐng)域多樣化需求模式的產(chǎn)生，電子設(shè)備更加趨向于多品種小批量的生產(chǎn)模式。因此，提高物料出入庫(kù)的快速性和準(zhǔn)確性對(duì)于保障物料中心業(yè)務(wù)人員的作業(yè)效能、提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率具有重要意義[2-3]。

目前我國(guó)電子裝備科研和生產(chǎn)任務(wù)十分繁重，項(xiàng)目研制周期短、產(chǎn)品種類(lèi)多、原材料、配套件、半成品等數(shù)量不斷增加，對(duì)物料出入庫(kù)管理提出了越來(lái)越高的要求。傳統(tǒng)的平庫(kù)存儲(chǔ)雖然可以適應(yīng)日益增長(zhǎng)的多品種小批量的生產(chǎn)模式需要，但物料中心庫(kù)房管理員為完成物料出入庫(kù)任務(wù)，需手動(dòng)記錄貨架庫(kù)位號(hào)，識(shí)別庫(kù)位速度慢且難以進(jìn)行斷點(diǎn)控制。不僅約束了供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)的運(yùn)行效率，還對(duì)提升產(chǎn)品綜合交付能力形成了很大阻礙。

針對(duì)目前電子裝備生產(chǎn)企業(yè)物料中心信息系統(tǒng)覆蓋不足、軟件支撐能力薄弱等問(wèn)題，本文研究設(shè)計(jì)了一種新的物料出入庫(kù)智能指示系統(tǒng)，以適應(yīng)制造業(yè)精益化生產(chǎn)的要求。

1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

從物資管理理論出發(fā)，通過(guò)與信息化相結(jié)合的方法開(kāi)展物料出入庫(kù)智能指示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究工作，系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

首先對(duì)平庫(kù)庫(kù)位布局進(jìn)行分析，構(gòu)建平庫(kù)庫(kù)位管理數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)研究并設(shè)計(jì)物料出入庫(kù)智能指示系統(tǒng)的軟硬件體系框架?；谖锪现行钠綆?kù)特點(diǎn)，考慮在貨架改造升級(jí)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)軟硬件的動(dòng)態(tài)自適應(yīng)升級(jí)。

其次完成單片機(jī)與上位機(jī)軟件編程工作，研制物料出入庫(kù)指示系統(tǒng)軟件，基于物資管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)物料出庫(kù)信息在線提取與狀態(tài)辨識(shí)，進(jìn)而完成物料出庫(kù)指示系統(tǒng)開(kāi)發(fā);研制物料入庫(kù)指示系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)平庫(kù)庫(kù)位管理數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)用于物料入庫(kù)的庫(kù)位在線智能分配及數(shù)據(jù)庫(kù)在線動(dòng)態(tài)更新，進(jìn)而完成物料入庫(kù)指示系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。

最后完成物料出入庫(kù)硬件設(shè)施布局，實(shí)現(xiàn)包括單片機(jī)改造、指示燈及開(kāi)關(guān)布局、安裝布線等硬件設(shè)施的搭建，形成物料出入庫(kù)智能指示系統(tǒng)。

2硬件設(shè)計(jì)

2.1單片機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)

單片機(jī)以其集成度高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、應(yīng)用靈活、處理能力強(qiáng)、速度快及可靠性高等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)控制和產(chǎn)品自動(dòng)化等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[4-5]。

單片機(jī)選用STC12系列的STC12C5A60S2，該類(lèi)單片機(jī)加密性強(qiáng)且運(yùn)行高速，內(nèi)設(shè)有增強(qiáng)型805 1內(nèi)核，1個(gè)時(shí)鐘周期等于1個(gè)機(jī)器周期，速度是傳統(tǒng)8051單片機(jī)的6-12倍，可實(shí)現(xiàn)在線編程而無(wú)需編程器，具備AD、DA、PWM等功能，LQFP40封裝的40引腳，最多可以36個(gè)通用I/O口。

為更好地將該類(lèi)型單片機(jī)應(yīng)用于本文提出的物料出入庫(kù)指示系統(tǒng)中，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行改造，具體包括：

①增加電阻R1，R2，R3，R4，R5，5個(gè)電阻型號(hào)均為1206-204，且另一端飛線至負(fù)極引腳。

②增加電阻R6，R7，R8，R9，4個(gè)電阻型號(hào)為RJ14-201，另一端分別接在單片機(jī)板的P15，P14，PII，PIO口。

③增加電阻Rll，電阻型號(hào)為RJ14-4 70，連接單片機(jī)與繼電器。

④貼裝102電容C1，C2，C3，C4。

⑤增加引線L1，C7正極引出+5V。

單片機(jī)引腳應(yīng)用如圖2所示，其中P0.2口控制SM16703P串行燈，P2.2口控制LED塔燈，P1.O，P1.1，P1.4，P1.5，P1.6口控制按鍵開(kāi)關(guān)，P1.2或P1.3口控制485通信。

2.2貨架布局設(shè)計(jì)

物料出入庫(kù)智能指示系統(tǒng)硬件布局圖如圖3所示，以單個(gè)貨架為單位，每一個(gè)貨架均安裝一組控制指示單元，包含單片機(jī)板、指示燈、按鍵開(kāi)關(guān)以及LED塔燈，通過(guò)總線與電腦主機(jī)連接。系統(tǒng)包含上位機(jī)軟件和單片機(jī)軟件。

為便于安裝和布線，控制總線采用485方式;按鍵采用模擬電路方式，在單片機(jī)內(nèi)部進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，占用4個(gè)單片機(jī)ADC口;指示燈選用SM16703P串行LED，僅占用1個(gè)單片機(jī)1/0口。

貨架指示燈串聯(lián)如圖4所示，考慮到貨架的層數(shù)升級(jí)情況，每個(gè)貨架的第一層第一個(gè)庫(kù)位布置有第一個(gè)指示燈，呈“S”形向上增加。同時(shí)為實(shí)現(xiàn)軟件的動(dòng)態(tài)自適應(yīng)升級(jí)，單片機(jī)及上位機(jī)軟件程序要求實(shí)現(xiàn)貨架層數(shù)在線調(diào)整功能。

3軟件設(shè)計(jì)

3.1單片機(jī)軟件系統(tǒng)

單片機(jī)軟件編程應(yīng)按照上位機(jī)軟件和單片機(jī)規(guī)格—p設(shè)置相應(yīng)接口功能和收發(fā)指令。在此基礎(chǔ)上，同上位機(jī)軟件互相配合，實(shí)現(xiàn)亮燈指示功能、通信功能以及動(dòng)態(tài)升級(jí)功能。單片機(jī)軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖5所示。

單片機(jī)軟件系統(tǒng)運(yùn)行流程如下：

①接收上位機(jī)的亮燈指令。上位機(jī)指令包括單片機(jī)地l止、與該單片機(jī)地址對(duì)應(yīng)的貨架層數(shù)以及需存取物料的位置。判斷上位機(jī)指令中的地址信息是否與單片機(jī)地址一致。若是，則使該貨架的指定位置的指示燈保持常亮狀態(tài)，同時(shí)該貨架塔燈保持常亮狀態(tài)。

②判斷是否已存取物資，若已完成存取任務(wù)，對(duì)應(yīng)的指示燈滅，且將已完成存取物資的位置進(jìn)行存儲(chǔ)。當(dāng)該貨架中應(yīng)存取物資任務(wù)全部完成時(shí)，貨架塔燈滅。

⑧接收上位機(jī)詢(xún)問(wèn)指令，判斷上位機(jī)指令中的地址信息是否與單片機(jī)地址一致。若是，則將存儲(chǔ)的所有已完成存取任務(wù)的位置信息全部發(fā)送給上位機(jī)。

3.2上位機(jī)軟件系統(tǒng)

上位機(jī)軟件界面如圖6所示。物料出庫(kù)時(shí).物料中心工作人員可在該界面中輸入查找值，系統(tǒng)將自動(dòng)抓取物資管理系統(tǒng)中的“物料出入庫(kù)信息”并顯示在軟件界面上，將這些值按照從小到大進(jìn)行排序后，生成表格（可保存本地，可打?。?，對(duì)應(yīng)貨架位置的指示燈亮起，點(diǎn)亮的位置的物料是需要取走的，完成任務(wù)后點(diǎn)擊按鈕，燈滅，同時(shí)在Excel庫(kù)位表中標(biāo)記為完成（背景色由白色變?yōu)榫G色），并保存。物料入庫(kù)時(shí)，工作人員可在該界面輸入物料類(lèi)型，系統(tǒng)將利用數(shù)據(jù)庫(kù)信息找尋距離工作人員合適且最近的庫(kù)位，對(duì)應(yīng)庫(kù)位的指示燈亮起，物料存放于亮燈的庫(kù)位中，存放后點(diǎn)擊按鈕，燈滅，同時(shí)該放人物料的庫(kù)位信息將在平庫(kù)庫(kù)位管理數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行存儲(chǔ)。

3.3多機(jī)通信方案設(shè)計(jì)

在由上位機(jī)和單片機(jī)構(gòu)成的多機(jī)串行通信系統(tǒng)中，采用主從式結(jié)構(gòu)[6]，只有一臺(tái)上位機(jī)作為主機(jī)，主機(jī)主動(dòng)發(fā)送命令或數(shù)據(jù)，一切都由主機(jī)控制。另外要求各從機(jī)之間不能相互通信，即使有信息交換也必須通過(guò)主機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)。

上位機(jī)軟件同單片機(jī)通信流程及通信協(xié)議如圖7所示，具體包括以下步驟：

①啟動(dòng)上位機(jī)軟件。

②輪流與下位機(jī)通信確認(rèn)通信狀態(tài)良好。具體規(guī)則為：與下位機(jī)輪流通信，先發(fā)送下位機(jī)地址碼，延時(shí)100 ms后繼續(xù)發(fā)送指令碼“11”，等待下位機(jī)回復(fù)。下位機(jī)應(yīng)回復(fù)“自身地址+11”。

③按照關(guān)鍵字在物資管理系統(tǒng)中搜索出庫(kù)信息。

④下載出庫(kù)標(biāo)簽。

⑤將出庫(kù)信息發(fā)送至下位機(jī)。具體規(guī)則為：與需出庫(kù)的下位機(jī)輪流通信，先發(fā)送下位機(jī)地址碼，延時(shí)100 ms后繼續(xù)發(fā)送指令碼“22”，繼續(xù)發(fā)送出庫(kù)信息包括層數(shù)和位置信息，如第2層第5個(gè)物料盒則發(fā)送“02，05”。

⑥輪流詢(xún)問(wèn)下位機(jī)狀態(tài)，并更新出庫(kù)信息。具體規(guī)則為：輪流詢(xún)司下位機(jī)，先發(fā)送下位機(jī)地址碼，延時(shí)IOO ms后繼續(xù)發(fā)送指令碼“33”，等待下位機(jī)回復(fù)。下位機(jī)應(yīng)回復(fù)“自身地址+33+已完成出庫(kù)信息”。如已完成第2層第5個(gè)物料盒則發(fā)送“02，05”。無(wú)需出庫(kù)的，則直接回復(fù)“自身地址+3 3+FF”，收到出庫(kù)信息后將對(duì)應(yīng)表格行背景色進(jìn)行改變。

4結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)提升我國(guó)電子裝備生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品綜合交付能力的重大需求，圍繞如何將信息流與物流有機(jī)結(jié)合這個(gè)關(guān)鍵的科學(xué)問(wèn)題，詳細(xì)闡述了物料出入庫(kù)智能指示系統(tǒng)中物資管理系統(tǒng)、上位機(jī)、單片機(jī)以及電路的協(xié)同通信技術(shù)，并最終實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)對(duì)物料出入庫(kù)環(huán)節(jié)的覆蓋，完成對(duì)物料出庫(kù)信息的抓取及指示系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，完成用于物料入庫(kù)的庫(kù)位在線智能分配及指示系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，搭建包括指示燈、開(kāi)關(guān)、單片機(jī)以及485總線在內(nèi)的物料出入庫(kù)指示平臺(tái)。本文提出的物料出入庫(kù)智能指示系統(tǒng)能有效提升物料出入庫(kù)的信息化、智能化水平，提升電子裝備制造企業(yè)的社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)力。

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