周晓芳 胡翔



基于光载无线交换机的智能机器人月饼自动化包装线数据通信平台*

周晓芳1胡翔2,3

（1.广西职业技术学院 2.重庆三峡学院 3.广州飞瑞敖电子科技股份有限公司）

为实现月饼自动化包装过程的信息化管理，提出集有线通信和无线通信于一体、以光载无线交换机为网络传输核心的智能机器人月饼自动化包装线数据通信平台。介绍智能机器人月饼包装线的工作流程以及数据通信平台的搭建；并提出包括生产视频监控、物流信息管理、人员信息管理、车辆信息管理、仓储数据管理、生产环境监测、产品追朔管理和生产云服务等8大模块的月饼自动化包装线功能结构方案。

光载无线交换机；数据通信平台；智能机器人月饼包装线

0 引言

月饼是中华民族传统小吃之一，也是中秋节的经典文化食品，深受人们的喜爱。近年来随着月饼市场需求量的增加，月饼生产制作迫切需要实现全自动化；同时，不易统一的原材料和产品规格的多样性，极大地阻碍了月饼生产包装环节的自动化。为满足月饼的市场需求量和更好地解决月饼包装环节自动化问题，东莞市李群自动化技术有限公司提出一种柔性化的智能机器人解决方案，设计了我国首条智能机器人月饼包装线，初步实现了月饼包装过程的自动化[1]。

我国首条智能机器人月饼包装线已初步应用，但对月饼自动化包装过程中涉及的数据感知、数据处理和生产过程优化等内容，目前尚无有效的研究成果；对月饼生产的原材料、生产设备和产品的质量状况也没有较好的跟踪方法、控制渠道和共享手段[2-5]。随着大数据时代和工业4.0的到来，工业生产过程数据的可追溯性已逐渐成为食品质量安全和品质保证的重要标志。

为实现对月饼生产包装的自动化、智能化和信息化管理，保障月饼质量的安全，本文基于光载无线交换机建立集有线和无线通信于一体的月饼智能机器人包装线数据通信平台。通过对月饼包装线区域大范围的无线网络信号全覆盖，构建基于物联网通信技术的月饼包装智能信息化管理方案，从而更好地满足月饼自动化生产过程中ERP和MES的要求。

1　智能机器人月饼自动化包装线

我国首条智能机器人月饼自动化包装线[1]采用工业机器人、微电子、计算机智能算法和图像传感器等技术，通过多个工业机器人协同作业，在流水线传送带的跟踪管理和智能视觉处理系统的双重配合下，实现月饼分拣、月饼盒方位调整、月饼装盒、干燥剂装盒、月饼合盖、月饼装箱与封箱等工艺，初步实现了智能机器人月饼自动化包装线的高速、自动化和控制管理智能化。

智能机器人月饼自动化包装线根据实际生产规模的需要，可以有若干个工作站和若干个工艺段，可包含多台Apollo机器人和Artemis机器人。Apollo智能机器人是驱控一体化的并联型机器人，主要应用于高速分拣领域。Artemis智能机器人是拥有4个自由度的串联机器人，其机构比较简单、工作稳定可靠，广泛应用于自动化搬运、货物装配和机械焊接等场合。

2　月饼自动化包装线数据通信平台

为实现大范围的无线网络信号全覆盖，本文构建集有线通信和无线通信为一体的月饼自动化包装线数据通信平台，其结构如图1所示[6]。此系统平台主要采用分布式的网络数据存储方式，可在控制中心区域建立中心数据库，各分区域建立相应的分支数据库且实时与中心数据库同步。采用局域网专线进行互联，实现生产数据的集中管理和集中控制。系统物联网终端设备主要有传感器、生产监视器、生产信息显示屏和手持终端等。系统平台中加入视频监控和报警警戒功能模块，可实现生产安防的功能。本系统平台的通信核心为光载无线交换机，其主要采用模拟光纤的通信技术和射频交换技术实现WiFi信号的远距离传输和控制，能够较大范围地应用于工业生产生活中，相比传统路由器而言，具有更加快速、稳定和范围广等特点。

图1 月饼自动化包装线数据通信平台结构

月饼自动化生产时，大量的数据会实时传输与更新，数据的稳定和大范围高效传输将成为矛盾。为了大范围传输，通常会在系统平台中使用若干个“中继器”设备，这样不仅增加系统通信的复杂度，还使系统的稳定性受到严重威胁。光载无线交换机由于具有如下3个特性，很好地解决这一矛盾。

1）信号源的本地化特性[7-8]，光载无线交换机作为系统核心，WiFi信号源可通过本地中央管理机房产生，从而可在本地对无线信号进行集中管理。

2）通信信号能够实现混合远距离传输控制[9-12]，常规的WiFi信号、2G信号和3G信号等可以混合进行同步传输和控制，大大加快了无线网络的搭建和部署，使包装线上的多种传感器信号混合传输变得简单快捷。

3）带宽实现了可重构的特性[13]，当系统出现紧急情况时，光载无线交换机能够实时调配无线带宽，从而解决网络拥塞现象。

月饼包装线数据通信平台的稳定、高效和可靠，不仅取决于光载无线交换机的特性，还依赖于数据库的可靠性。月饼自动化包装线数据通信平台的数据量非常庞大，本文选择oracle数据库作为数据存储管理的中心，并实时做好数据的共享和减少数据冗余，同时对数据库的管理人员严格划分等级和相应权限，保证数据的完整性和唯一性。本平台的数据库权限方案逻辑图如图2所示，数据库管理系统设置一个中心管理员管理个分管，每个分管又可管理个下级分管，这种模式称为1：：模式。通过这种模式，平台数据库能够实现以中心管理员为核心的星形数据库网络拓扑结构。其中，中心管理员的权限最高，分管权限次之，即从中心向外部的权限依次递减。

图2 数据库权限方案逻辑图

光载无线交换机的使用和数据库的可靠管理，实现了月饼自动化包装线的高度智能化，保证生产过程的高效与高品质。

3 月饼自动化包装线系统

本文通过把生产视频监控、物流信息管理、人员信息管理、车辆信息管理、仓储数据管理、生产环境监测、产品追朔管理和生产云服务等功能集成于一体，设计了基于光载无线交换机的月饼自动化包装线系统，其功能框图如图3所示。

图3 月饼自动化包装线系统功能框图

1）生产视频监控

为监控月饼自动化包装线全过程，需要在包装线的每个环节安装高清摄像头。工业级摄像头对视频信息的传输通常分为有线、WiFi和ZigBee等传输方式[14]。由于使用光载无线交换机通信，信号能够实现混合远距离传输控制，方便各种摄像头接入包装线系统。当视频数据占用一定的存储空间后，将定期删除，以保证视频监控功能的长期稳定运行。

2）物流信息管理

月饼生产包装后，需要物流运输。采用RFID卡、二维码和条形码等方式记录月饼进出数量、物流地点和物流预计时间等数据，可保证物流信息的完整性、正确性。所有的物流信息通过月饼自动化包装线数据通信平台实时传输到控制后台，后台管理人员可实时管理这些物流信息[15]。

3）人员信息管理

为保证月饼自动化包装线系统的正常运行，需要若干不同职责和级别的管理人员现场作业。本文将每个员工的身份信息（姓名、年龄、性别、工种、部门、职责、权限、上级领导、考勤等）作为管理依据。这些身份信息录入到员工管理数据库，每个员工佩戴身份信息识别卡。身份信息识别卡可以通过RFID卡、二维码、人脸识别和指纹识别等方式实现，并把这些信息实时共享在光载无线系统中。

4）车辆信息管理

本文的车辆不仅是产品物流车辆，也可以是工厂的厂车、生产线的搬运车、叉车等。根据包装线的实际需求，把这些车辆分为若干类，不同类别有不同的标识，并在这些车辆上安装GPS定位系统，通过移动运营网络，实时上报车辆的地理位置数据给包装线的数据控制中心。本文采用GPS开发模块编写程序，可直接与月饼自动化包装线数据通信平台对接，这样就可通过车辆地理位置信息方便快捷地安排车辆路线，保证物流作业的顺利、高效。

5）仓储数据管理

仓储数据管理的传统方案有很多，本文采用自动化货物仓储管理方案[16]。自动化仓储数据管理可实现货架自动识别仓库中的货物种类和数量，并对不同种类的货物提供不同的仓储环境。本月饼自动化包装线主要用红外反射传感器、开关霍尔传感器、RFID技术和重量检测传感器等，把检测的信息通过数据融合处理，作为产品的种类和数量检测手段。仓库管理人员把产品的种类和数量信息发布在月饼自动化包装线数据通信平台上，进行实时跟踪处理。

6）生产环境监测

在月饼自动化包装过程中，需要实时对环境进行监测。监测的主要数据有：生产安全性数据、食品卫生条件数据、食品仓储环境数据等。本文通过光载无线交换机搭建集有线和无线为一体的多传感器监测网络，实现不同传感器实时监测生产线生产环境的数据，多传感器网络拓扑图如图4所示。

图4 多传感器网络拓扑图

7）产品追朔管理

产品追朔管理涉及到原材料追朔、半成品追朔和待销售成品追朔等，其中原材料追朔最为复杂。原材料的品种较多，要对每种原材料进行编号标识，以便统一管理。将每一种进货原材料、半成品以及销售成品的相关信息（原材料进货时间、进货批次、进货数量、审核员工号、半成品批次、销售成品批次等）输入数据库，当产品出现质量问题时，可通过数据库对这些信息进行查询，从而方便分析问题的原因。

8）生产云服务

生产云服务可借助第三方云服务平台实现，如通过机智云、阿里云等，使销售渠道变得更宽。把月饼销售信息直接推送到顾客手机上和超市管理员电脑上，可减少月饼销售的中间环节。为快速构造搭建云服务平台，通过互联网注册申请“机智云”账号而获得云服务功能。

4　结语

基于光载无线交换机的月饼自动化包装线数据通信平台的成功搭建，不仅给月饼包装自动化、智能化提供了一套完整的解决方案，还提高了包装线无线网络的覆盖和信息混合传输。其他工业生产线也可以参照本文的月饼自动化包装线数据通信平台来设计和搭建，值得进一步深入研究。

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Data Communication Platform for Intelligent Robot Moon CakeAutomatic Packaging Line Based on Optical Wireless Switch

Zhou Xiaofang1Hu Xiang2, 3

(1.Guangxi Vocationgal & Technical College 2. Chongqing Three Gorges University 3. Guangzhou FRO Electronic Technology Co., Ltd.)

In order to realize the information management of the automatic packaging process of moon cake, this paper proposes a intelligent robot moon cake packaging line data communication platform which integrates wired communication and wireless communication, and takes the core of optical wireless switch as the core of network transmission. This paper focuses on the analysis of the working flow of the intelligent robot mooncake packaging line and the construction of the data communication platform of the packaging line and the advantages of the optical switch in the information management platform. The paper introduces the production of video surveillance, logistics information management, personnel information management, vehicle information Management, storage data management, production environment monitoring, product management, production cloud service eight modules of the moon cake packaging line information platform functional structure program.

Optical Wireless Switch; Data Communication Platform; Intelligent Robot Moon Cake Packaging Line

周晓芳，女，1980年生，研究生在读，讲师，主要研究方向：软件工程。E-mail: 285633680@qq.com

广东省科技计划项目（2015B090901060）