智慧工厂管理系统技术方案V.docx
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智慧工厂管理系统技术方案V
智慧工厂管理项目
产线RTLS系统
苏州新导智能科技有限公司
2018-1-18
V1.2
一、
关于新导
苏州新导智能科技有限公司（Xindoo）坐落于苏州市高新区，是专业从事室内无线定位产品研发及解决方案的高科技公司。
公司主要业务：
自主研发XD-RTLS无线实时定位系统，销售高精度定位软、硬件产品，并提供室内外精准定位、精准导航等一系列解决方案。
XD-RTLS定位系统可实现3D空间定位、2D平面定位、1D线性定位，实时定位精度最高可达0.1米，典型环境可达0.5米；可靠性和抗干扰性显著提升，能够帮助系统集成商、终端用户实现不同的定位业务需求。
公司拥有以多名博士领衔、以研发经验丰富的硕士为基本构成的研发团队，在对XD-RTLS系统和产品不断完善、提高的同时，为各种不同的定位应用定制开发专业且实用的解决方案。
公司产品应用和潜在应用涵盖了企业事业单位、高端安保、军事反恐、智慧社区、停车场管理、仓储物流、医疗、养老、港口码头、教育、电力、展会、旅游景区、金融、建筑、工业、机器人、无人机、虚拟现实（AR或VR）、监狱管理、矿井安全管理等各个领域。
公司以“坦诚做人，科学做事”为企业核心理念，坚持以满足客户需求为主，聚焦于行业应用解决方案，不断跟踪分析和吸收消化国内外先进技术，因地制宜将世界领先的科技成果应用到产品和工程实践中，为客户提供一流的产品和服务，力争将公司打造成为全球精确定位行业第一品牌！
竞争优势
苏州新导智能科技有限公司的前身背景为智能化系统集成公司，并具有深厚的行业经验与项目管理能力，特别是需求分析、系统集成、项目管理等经验。
同时，也有别于目前某些单一物联网智能设备制造商、单纯的硬件设备厂商，或传统的弱电集成商。
从2012年开始，新导智能转型聚焦于智慧物联网整体产品与解决方案提供商，专业聚焦于物联网垂直领域的智慧养老、智能制造、智慧医疗、智慧校园等深度应用，并进行智能硬件研发、供应链整合、软件研发、软硬件深度集成、产品研发与生产等方面的能力提升。
所以，新导智能专注于传统智能化与智慧物联领域的交叉，充分结合不同领域的行业最佳业务实践，为养老机构服务商、生产制造或供应链企业、医疗或学校等行业客户，以及为以上客户提供服务的弱电集成商提供最佳的一站式智慧物联（IOT）产品与整体解决方案。
我们竞争优势主要体现在以下几个方面：
二、概述
2.1项目概述
当前XXX在滁州的生产基地主要承载了集团家电生产制造的核心功能，人员管理、产线工具如循环车、物料箱等除主要还是依靠传统的人员进行现场管理的方式，这种方式不但需要监管人员亲临现场，而且并不能从根本上解决人员管理问题，比如车间、厂房、办公楼等分布较分散，监管人员需要不断巡视各车间；人员较多时，并不能对每个人员起到监管作用。
随着企业规模扩大，人员越来越多，且分散工作，随之而来的问题是：
如何管理好每个车间人员？
如何才能确认该人员是否按时到岗？
如何收集每个工人的有效工作时间？
如何知道当前人员的分布及分工情况？
如何收集产线移动小车司机每天的送料循环次数？
如何了解并优化配送时间？
如何收集产线数据从而为KPI绩效提供数据决策依据？
如何监测并采集移动对象的数据？
如何从数据分析中找出瓶颈和原因，从而进行业务流程和效率优化？
如何在遇到责任事故时，如何查看人员历史轨迹信息，为责任的判断提供依据？
如何提高监管人员的工作效率，并管理好企业内部每个人员和外来人员？
……
诸如以上种种问题，对XXX绩效管理、工业4.0战略等等都至关重要。
本工业生产定位解决方案采用新导智能自主研发的UWB高精度定位系统，通过在工厂内部布设光纤、网络或wifi无线网络连接基站，大范围覆盖，对工厂内员工、物资、周转车等实行精确定位，精度高达厘米级。
系统可实现历史轨迹查询、电子围栏报警、导航管理、生产调度等功能，节约管理成本，提高生产率，助力工业4.0。
环境图
●定位目标：
生产线工人、移动小车、料箱工具等
●定位精度：
最高可达1-10cm,常规环境下1m左右。
2.2UWB介绍
超宽带（UltraWide-Band，UWB）是一种新型的无线通信技术，根据美国联邦通信委员会的规范，UWB的工作频带为3.1~10.6GHz，系统-10dB带宽与系统中心频率之比大于20%或系统带宽至少为500MHz。
UWB信号的发生可通过发射时间极短（如2ns）的窄脉冲（如二次高斯脉冲）通过微分或混频等上变频方式调制到UWB工作频段实现。
超宽带的主要优势有，低功耗、对信道衰落（如多径、非视距等信道）不敏感、抗干扰能力强、不会对同一环境下的其他设备产生干扰、穿透性较强（能在穿透一堵砖墙的环境进行定位），具有很高的定位准确度和定位精度。
该技术采用TDOA（到达时间差原理），利用UWB技术测得定位标签相对于两个不同定位基站之间无线电信号传播的时间差，从而得出定位标签相对于四组定位基站的距离差。
使用TDOA技术不需要定位标签与定位基站之间进行往复通信，只需要定位标签只发射或只接收UWB信号，故能做到更高的定位动态和定位容量。
传输层分为无线传输网和有线传输网，无线传输网通过WIFI信道为定位基站提供数据传输链路，有线传输网通过有线以太网（如POE）方式为定位基站提供数据传输链路，并且有线传输网还为无线传输网提供数据传输链路。
服务层由UWB定位引擎软件、UWB定位系统管理软件、对内和对外接口软件组成，这些软件部署在系统服务层服务器。
UWB定位引擎软件实现定位数据的解算，得到定位标签的坐标；UWB定位系统管理软件实现定位网、通信网、无线传输网的管理及维护功能，并作为应用层到感知层的数据交换桥梁；对内接口软件给我司自有系统应用软件提供数据接口；对外接口软件给第三方应用提供数据接口。
网络层分为互联网和局域网，局域网由用户方部署。
应用层包括系统应用软件和应用层对外接口软件，系统应用软件实现定位显示、轨迹回放等基础功能及应用定位数据的电子围栏、巡检、过程管理、考勤分析等拓展功能；应用层对外接口软件提供接口以便用户使用本系统的数据。
三、需求分析
目前XXX滁州工厂生产线可移动对象的数据采集，主要还是传统的现场人为观察与监督，缺少必要的科技手段对可移动对象如产线工人、循环铲车、物料推车等的位置信息进行实时采集，在制定绩效管理、效率优化时缺少必要的数据决策来源，所以通过本RTLS（RealTimeLocationSystem）的实施，达到以下主要目标：
1）工厂可移动对象位置数据的实时采集、监测与分析；
如工人的有效工作时间、工作效率
2）从收集的海量数据分析中，找出管理瓶颈和疼点；
如轨道循环车拥堵的原因？
驾驶员工作效率统计等
如物料箱输送的优化与实时性？
等
3）进行业务流程和工作效率的优化；
针对XXX以上管理的难题，根据XXX对内部可移动对象管理的要求（工人有效工时统计、MilkRun每班次循环次数统计、循环车交通拥堵原因、物料箱位置跟踪与快速查找、等功能。
），结合了先进的无线宽带技术，为XXX定制一套科学、实用的基于OneNetwork的RTLS系统，最终实现XXX移动资产的数字化与透明化管理。
通过损失根源分析与效率优化最终提高生产力。
四、方案设计
为实现XXX本RTLS项目的功能与目标，目前在4条产线上达到信号全覆盖。
该信号全覆盖不是指单纯一个设备信号覆盖，而是指在产线的任何地方（指定定位区域），都能够同时接收到4个UWB定位基站的信号，这种状态才叫信号全覆盖。
由于给的图纸只是产线平面图，没有建筑结构与机械设备标高等信息，目前设计只是初步设计，在实际施工环节最终设备数量会和实际数量有所偏差。
就目前图纸看，4条产线的结构与布局其中3条基本类似，总量460个的定位基站目前是1-3号产线每条产线95个，4号产线115个。
二楼60个。
由于3条产线的结构与布局基本类似，以下重点描述1号和4号生产线，以及二楼产线。
其他产线参考即可，故不再赘述。
4.1二楼产线区域设计思路
二楼产线长约75M，宽约25M
图中区域每个操作台需要4个定位基站，其中公共走道可以共用，共计16个定位基站。
图中区域，需要6个定位基站。
图中通道区域需要8台定位基站。
图中区域由于设备比较密集，目前需要需要16台定位基站。
图中区域需要6个定位基站。
图中区域需要8个定位基站。
4.2产线1-3#区域设计思路
图中区域需要15台定位基站，空白区域设备较少，主要集中在机械设备附近。
图中区域设备较多，需要约25台定位基站。
该区域设备机械设备也比较多，但是空白区域也比较多，定位基站数量约是30台。
该区域面积较大，设备也比较多，需要定位基站约30台。
4.3产线4#区域设计思路
该区域主要是工位，在功能要求上是重点，定位基站需要20台。
该区域面积较小，但是机械设备比较多，需要20台定位基站。
该区域面积较小，机械设备数量也不是很多，20个定位基站即可。
该区域是物料车区域，需要15台定位基站.
该区域工位较多，按照需求，需要放置20台定位基站。
该区域主要是传送装置，机械设备不是特别高，所以，20台定位基站即可。
4.4定位基站统计
具体定位设备数量统计表如下：
序号
所在区域或楼层
定位基站
定位标签
所需要网络端口数
2楼车间
1
室内区域
60
60
1楼车间
2
1#产线区域
95
95
3
2#产线区域
95
95
4
3#产线区域
95
95
5
4#产线区域
115
115
合计
460
460
五、系统介绍
XD-RTLS系统是采用先进的无线定位技术，能在极短时间内完成定位测距，同时采用无线激活方式，实现精确定位和低功耗完美结合，既可以实现高精度的实时定位又可以切换到超低功耗的区域定位。
能够帮助终端用户实现不同的定位业务需求，灵活配置，即使客户的应用场景有较大差异，系统仍然能够通过灵活的结构变化，满足现场的实际功能需求，并最大限度帮助客户节省投入，获取最高性价比。
XD-RTLS系统采用多种无线宽带定位技术，在启用测量宽带窄脉冲信号的到达时间差来计算终端的位置，能获取最高实现普通亚米级的位置精度；与基于信号强度的RFID、Wi-Fi定位系统不同，即使在复杂工程环境中，用户仍然能够可重复地获取高精度定位。
在启用区域触发定位时，可以以房间为单位，实现到达房间感应定位标签。
极大的降低标签的使用功耗，可长时间佩戴，实现长时间不用充电。
作为物联网区域位置服务的强有力支撑平台，XD-RTLS系统能够使大多数领域的用户实现系统快速部署；系统的智能化、可视化特性，大大提高了企业、机关的运行效率，降低了过程管理风险。
5.1系统构架
XD-RTLS系统支持灵活的网络架构，从而实现不同应用环境下定位功能。
一个典型的定位网络由四部分构成：
定位基站（Anchor）、移动终端（Tag）、数据传输通道（DataChannel）、定位引擎服务器（LocationEngine）。
其中定位基站分布于场景区域的几何边缘，并对该区域进行信号覆盖；移动终端附着在定位对象表面；当终端进入基站的信号覆盖范围内，即自动与基站建立联系；基站依据内置规则完成TDOA数据的获取，并通过数据传输通道发送至定位引擎服务器，进而计算出移动终端的实际位置；定位引擎服务器支持大容量标签网络的原始数据获取、位置解算与坐标输出。
XD-RTLS系统架构原理图
5.2系统功能
5.2.1人员管理
5.2.1.1人员录入
人员可通过本软件将计划在工厂的人员信息录入系统，提交领导审批后在系统中存档，人员可从记录中选择进行录入。
5.2.1.2绑定处理
●人员终端发放，系统自动获取人员终端ID；
●将人员终端与人员绑定：
将指定的人员信息和其佩戴的人员终端进行绑定，在系统中显示的人员终端即代表佩戴该人员终端的人员。
5.2.1.3出入验证
出入验证是指对人员出入进行检查核对的功能。
出入验证有如下功能：
●发现人员在规定时间未到达；
●发现人员是否超期未离开；
●统计内部滞留人数；
●配置人员的出入权限。
5.2.1.4出入授权
进行人员进入单位的区域权限设置，授权后的出入人员可以按照规定进入有效区域。
5.2.1.5人员信息
人员管理对所有人员列表进行管理，可以添加或者编辑人员信息，人员状态如黑名单，重要人员等。
5.2.2轨迹回放
●移动轨迹是平滑显示的；
●可以锁定一个人员终端，按时间段播放，显示移动过程（可选择有轨迹或无轨迹）；
●可以锁定一张地图，按时间段播放显示移动过程（可选择有轨迹或无轨迹）；
●轨迹回放过程中可以显示各类报警和声音效果；
●可以全屏播放；
●可以保存某一段轨迹录像；
●可以保存某一段数据，可调用播放；
●可进行多窗口回放。
5.2.3记录查询
记录查询主要用于管理人员了解内部员工和外来访客当前在工厂的情况，或者用于查询某个具体人员的详细信息。
在记录查询功能如下：
●按条件对人员在工厂历史进行查询；
●系统存储的历史在工厂记录；
●根据各种条件对历史在工厂记录进行过滤查询；
●查询结果导出为EXCEL表格或者文本。
5.2.4人员分类
主要用于对人员进行不同类型分类管理，并可对分类中的人员信息进行编辑、删除。
5.2.5人员组管理
人员组主要是管理统一访问权限的一类客户。
5.2.6系统监控
●在地图上显示图标对应于人员终端绑定的人或物；
●对人员终端进行实时监控，并在地图中显示人员终端的当前位置；
●人员终端分组，用不同的图标显示；
●定位过程中能实时看到图标平滑移动；
●搜索人员姓名并显示状态：
●可跟踪指定的人员终端，地图随着人员终端的移动自动切换；
●将鼠标移到人员图标上可以看到图标的信息和状态；
●点击图标后可以显示人员的详细信息；
●可以手动切换地图，查看指定地图上的所有人员终端的活动情况；
●地图可以放大和缩小，调整到合适的大小；
5.3实施方式
XD-RTLS系统为了实现快速部署，采用有线基站和交换机相结合的方式。
基站采用POE网络供电，基站与交换机采用星型连接方式，充分利用智能化专网原有网络布线。
这种方式极大减少布线，又节省网络交换机，使整个系统架构大大简化、降低了施工难度、对原有装修、装饰破坏较小。
定位基站硬件部分
●定位基站便于安装，采用室外立杆壁挂、室内壁挂和吸顶3种安装方式。
●定位基站安装后，维护人员可以通过指示灯状态判别定位基站的状态。
●定位基站根据需求可以采用POE供电和单独电源供电。
●定位基站运行稳定可靠。
终端硬件部分
●人员终端设备佩戴方便。
●人员终端可选择采用无线充电方式，便于方便快捷充电。
●人员终端具备自动休眠，及运动唤醒功能。
●人员终端运行稳定可靠。
实施配合要求
为满足工厂对技术人员的实时精确定位管理需求，在考虑本系统的同进，需要同步整体考虑本工厂人员进出流线以及相应的管理设施。
建议从以下几点进行考虑：
1、区分内部技术人员类别；
2、配置相应管理设备设施，如在指定点登记发卡。
3、配置相应联网通讯系统设备，如光缆敷设至各区域集中的接线箱内，并在接线箱内配置POE交换机等设备。
5.4系统技术特点
●基于精确的时间测距原理，受环境变化影响小。
采用多种无线频段调频，保证良好的穿透性的同时又能获得良好的精度要求。
●具有定位精度高特点，通过对本项目实际情况的分析及从整体经济性考虑，系统完全满足本项目的定位精度要求。
●具有良好的抗干扰性，在复杂环境下如人体遮挡、机房能保证定位精度要求。
●具有无缝组网功能，具备在大容量基站覆盖下，灵活切换。
●具有布置简单，设备具备自动入网功能，终端入网小于2秒。
●具有区域唤醒功能，可实现只在需要的区域内定位，其余自动休眠，大幅度延长定位终端的工作时间。
●具有地图索引功能，从Google地图或XX地图上能够快速切换到定位区域。
●具有区域内标签自动统计功能，并能输出到多媒体发布看板显示。
●具有区域告警功能，可实现非法进入或离开告警。
●具有视频联动功能，可接入海康、大华等标准的ONVIF的网络摄像机。
●具有轨迹回放功能，能根据多种检索条件搜寻轨迹，可实现单目标和多目标同时回放。
5.5产品介绍
定位系统主要包括有：
1）定位基站：
XD-RU1000-I（室内型）/XD-RU1000-O（室外型）
支持大容量、高精度TDOA定位；
支持高精度TDOA定位；
注：
以上图片仅供参考，以实物为准。
型号
XD-RU1000系列/I/O（室内/室外）
信号灵敏度
-92db@500M 6.8Mbps模式
工作体制
802.15.4a
工作频率
4GHz – 6.5GHz
通讯接口
Ethernet 100 base TX
保密性
128位硬件加密
电源
POE或DC 5~12V
温度
-20–70度
湿度
0-95% （无冷凝）
2）定位终端：
XD-TU-1000无线定位终端（下图为我公司标准版定位终端。
）
注：
以上图片仅供参考，以实物为准。
型号
XD-TU1000-C/W（卡式/腕带式）
射频功率
-41.3dbm
信号灵敏度
-92db@500M 6.8Mbps模式
位置刷新率
1/60~10Hz
工作时间
1HZ/24H//1000mAh（根据该项目需求）
工作频率
4GHz – 6.5GHz
保密性
128位硬件加密
温度
-20–70度
湿度
0-95% （无冷凝）
3）平台软件：
其中配置工具、监控软件根据各种应用领域定制
注：
以上图片仅供参考，以实物为准。
型号
RTLSV2.6-平台软件
通讯模式
TCP/IP UDP
解算速度
0.5ms/Blink
承受能力
2000Blink/S
开放端口数
3
分析功能
终端静态误差分析等多种分析技术
主要功能
实时定位\实时运动轨迹追踪\地图导入功能\地图放大缩小\标签再编辑功能\标签查询\区域报警等
4）定位引擎软件：
包括定位引擎及配置工具；
提供实时定位结果（包括标签实时X、Y坐标，标签实时电量，定位时间戳）\提供定位数据推送接口\提供引擎配置接口\提供硬件远程控制接口（硬件配置、重启、工作状态查询）。
六、
平台数据分析功能（定制开发）
整个业务系统由两个部分组成：
人员管理系统服务器和人员管理系统录入机。
人员管理系统服务器负责数据的统一存储，后台数据处理。
人员管理系统录入机实现具体的业务操作。
具体业务包括：
人员录入，查询、人员管理、人员终端管理功能，数据都存储在服务器上。
系统主要功能如下：
6.1、针对循环车与叉车司机
6.1.1循环车所处位置实时监控
在车间的虚拟室内电子地图上实时显示监视区域内所有岗位工人、循环车与料箱等移动对象的实时位置，可动态掌握区域内循环车与司机的数量和实时分布情况。
6.1.2循环车与司机的快速查找定位
输入循环车编码或叉车司机工牌号等任意信息，即可快速定位要查找的叉车或司机的实时所在地点。
6.1.3未按规定路线报警
循环车或岗位工人在某段时间的行走轨迹，一旦发现该对象偏离规定的位置（电子围栏）或预定规定的行走路线超过一定时间，发出报警提醒信息。
6.1.4循环车拥堵报警
在一定时间内，一旦车间内固定的循环车行驶路上上的循环车数量超过指定数量（即发生交通堵塞现象）时，系统触发预警提醒。
6.1.5叉车运行检测
在规定的循环车行走路线上，通过不同颜色（如红黄绿）显示车间路线的交通拥堵状况，从而检测车间内的实时交通状况。
6.1.6KPI数据分析
通过收集循环车路线、工时、位置等数据，了解每个循环周期的效率，从而为KPI制定提供数据分析与依据（需定制开发）
6.1.8叉车司机工作效率分析
通过收集循环车的司机每个循环的工时、每天循环取货次数等数据的收集与分析，为制定有效的作业SOP或KPI提供数据决策依据，从而最终提高司机的工作效率（需定制开发）
6.2针对车间工人
6.2.1工人所处位置实时监控
在车间的虚拟室内电子地图上实时显示监视区域内所有岗位工人的实时位置，可动态掌握区域内工人的数量和实时分布情况。
6.2.2车间作业人员的快速查找定位
输入车间岗位人员的工牌号等任意信息，即可快速定位要查找的所监测车间区域内的人员实时所在地点。
5.2.3自动人员点名
可定时自动进行人员清点，具体呈现进入人数、离开人数、停留人数。
6.2.4未按规定路线报警
岗位工人在某段时间的行走轨迹，一旦发现该对象偏离规定的位置（电子围栏）或预定规定的行走路线超过一定时间，发出报警提醒信息。
6.2.5机器人作业联动
特定的生产线机器人或高度自动化装置区，人员一旦进入特定的区域内，系统自动触发报警提醒，同时通过与机器人的联动开发，给出机器人作业停止信号，从而提高安全生产管理水平（本功能需与机器人系统进行集成开发）。
6.2.6工人绩效数据分析
通过系统全天候记录工人在岗有效工作时间，从而评估不同班次工人之间的有效工时，从而比较不同班次之间的工人工作绩效，为标准SOP指导或绩效管理提供数据决策依据。
6.3针对料箱等移动对象
6.3.1料箱所处位置实时监控
在车间的虚拟室内电子地图上实时显示监视区域内料箱等移动对象的实时位置，可动态掌握区域内移动对象的数量和实时分布情况。
6.3.2料箱快速查找定位
输入料箱编码等任意信息，即可快速定位要查找的车间所希查询的料箱所在地点。
6.3.3料箱未按规定放置报警
按照sop不同类型的料箱应该放置在不同的岗位或正确的位置，一旦发现作业人员错误的放置了错误的料箱，则系统自动触发报警提醒。
6.2.8料箱位置分析
通过从实时检测料箱从仓库输送到车间的数量，以及长线上料箱位置与数量的分布，可以了解物料输送的多少或频次，避免重复劳动，提高工作效率
6.2.9其他功能
总之，通过位置、时间等信息的数据采集与分析，为XXX的工业4.0提供数据决策依据
七、管理配置
7.1地图管理
主要用于自定义室内地图归属及地图属性信息的维护。
7.2机构管理
机构配置是指对内部部门结构及人员信息的管理配置，系统首次使用前，通常会将内部部门及人员信息通过EXCEL批量导入到系统。
7.3用户管理
用户管理可设定各种用户权限，用户登录系统后根据自己的权限进行相应的操作和浏览符合权限的内容。
●地图如果已经划分区域，可设定各个人员终端进出各区域的条件。
●人员终端管理：
监控人员终端工作状态，查询历史记录。
7.4角色管理
角色配置可将菜单使用权限以及功能使用权限出入权限等打包成角色，方便超级用户对普通用户授权。
7.5菜单管理
用于编辑系统功能的添加及显示顺序的编辑。
7.6字典管理
用于编辑系统功能的添加及显示顺序的编辑。
7.7基站管理
基站管理是指系统对定位基站的操作和管理。
7.8终端管理
终端管理是系统使用到的人员终端进行管理。
系统首次使用时，通常需要批量将人员终端信息录入到系统备用。
7.9终端归属
终端归属是指标明终端所属机构。
7.10告警、声音维护
●触发告警，弹出页面
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