[发明专利]基于RFID和UWB的大型离散制造车间全息地图及实现方法

权利要求书

1.一种基于RFID和UWB的大型离散制造车间全息地图的实现方法，其特征是以PlantSimulation软件为基础平台，结合实时定位系统、数据采集系统以及数据库实现大型离散制造车间全息地图的构建，它包括以下步骤：

首先，构建大型离散制造车间物理模型，根据车间测量数据绘制车间二维布局图，准确反映车间生产要素布置情况；以车间二维布局图为基础，将生产要素三维模型导入PlantSimulation建立车间三维可视化场景，对制造车间全景进行全方位映射；以车间通道分布、连通情况为基础，建立车间区域间的拓扑连接图，反应制造车间中的空间约束；

其次，对生产要素信息进行封装，建立生产要素信息与三维模型的关联关系，描述生产要素在制造过程中的状态变化；以产品的生产工艺路线信息为基础，建立在制品及各类生产要素在工位间的加工逻辑；

最后，通过Socket接口实现服务器与车间全息地图间的通信，完成与实时定位模块与数据采集模块的集成，由数据采集模块和实时定位模块提供的实时数据对车间全息地图模型进行在线驱动，实时反映生产要素在车间中的位置和状态信息变化，全面映射制造车间整体运行情况，并提供定位服务功能；

所述的基于RFID和UWB的大型离散制造车间全息地图包括：

一车间数据采集模块（1），该数据采集模块（1）用于完成大型离散制造车间中生产要素属性数据、生产状态数据、制造过程数据、车间物流数据、车间环境数据等的实时采集，为车间全息地图的功能实现提供基础数据；

一实时定位模块（2），该实时定位模块（2）用于实时获取大型制造车间内物料、人员、工装、在制品、配送车辆等各类生产要素的实时位置信息，为定位追踪各类生产要素提供实时位置坐标数据；

一车间可视化模块（3），该车间可视化模块（3）用于完成大型离散制造车间布局、实体模型及生产过程在可视化界面中的映射，构建车间的三维可视化模型和制造过程的仿真模型，并通过与车间数据采集模块（1）和实时定位模块（2）的集成，实现车间生产数据、位置数据的实时可视化显示；

一全息地图服务模块（4），该全息地图服务模块（4）依托车间可视化模块（3）提供车间基础位置服务，在上位机端提供可视化的定位追踪、实时监控、信息推送、导航追溯等各类功能。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的车间数据采集模块（1）包括RFID数据采集模块、传感器数据采集模块和ZigBee无线通信模块，RFID数据采集模块由部署在车间工位区域的读写器、天线和附着在生产要素上的标签组成，读写器能实时读取其感知范围内的标签信息，采集生产要素属性数据和生产状态数据；传感器数据采集模块由部署在设备或车间的各类型传感器实时感知设备运行数据、检测数据及环境数据，并由ZigBee无线通信模块传输至上位机。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征是所述的生产要素包括设备、物料、人员、工装夹具、配送车辆和在制品。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的实时定位模块（2）包括基于RFID的区域定位模块和基于UWB的精确定位模块，RFID区域定位以有规律地部署在车间的RFID读写器和天线感知附着标签的生产要素，通过基于虚拟参考标签的LANDMARK算法获得定位目标的区域位置坐标；UWB精确定位以安装在车间的Ubisense读写器来接收待定位物体上附着的定位标签发射的UWB信号，并由Ubisense定位引擎平台通过TOA算法计算定位目标的精确位置坐标。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的车间可视化模块（3）包括车间三维模型、车间布局与三维模型的映射和制造过程仿真模型，以Plant Simulation平台为基础，集成车间数据采集模块（1）和实时定位模块（2），实现车间实体和车间数据的可视化。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的全息地图服务模块（4）以车间可视化模块（3）为基础，通过车间数据采集模块（1）和实时定位模块（2）提供的生产数据和位置数据对生产要素模型进行驱动，全面反应生产要素的实时位置和状态信息，提供可视化的定位追踪、实时监控、信息推送和导航追溯。