第一篇：浅析RFID医院婴儿智能防盗系统设计的论文
根据美国“失踪与受虐儿童援助中心”统计，从1983年到2002年间，美国有217个婴儿被诱拐，在这个总数中，100个婴儿是从医院(57个是从母亲的病房)被盗走的。事实证明，医院内新生儿被盗事件与是否采用母婴同室方式并没有太大的关联。近年来，国内一些医院的婴儿被盗案件也能很容易地从公开媒体上查询到，例如2007年，杭州市第四人民医院产妇汤某婴儿被盗;2008年8月南宁市梁某新生婴儿在卫生院被冒牌医生盗走，至今没有破案。新生儿对于其家庭来说相当重要，一旦在医院被盗或被更换，将给包括医院、受害人及其家庭在内的当事各方带来灾难性的后果。继而出现“医闹”事件，在社会上造成不良影响，影响医院正常工作的运行，同时也给本来就比较紧张的医患关系“雪上加霜”。如何有效避免这种问题的出现，在此设计一种基于射频识别技术的婴儿智能防盗系统，能够防止婴儿在医院内被盗，有效保护婴儿的安全，也保障了各方权益。
1婴儿智能防盗系统简介
婴儿智能防盗系统借助射频识别技术(RadioFre-quencyIdentification，RFID)，在婴儿身上佩戴对人体无害的，能发射RF射频信号的智能电子标签。婴儿电子标签定时发射具有惟一ID信息给婴儿防盗系统，系统据此对婴儿所在位置进行实时监控和追踪，同时对企图盗窃婴儿的行为及时报警提示。RFID工作原理如图1所示，标签(即射频卡)进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(PassiveTag，无源标签或被动标签)，或者主动发送某一频率的信号(ActiveTag，有源标签或主动标签);解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。
2系统组成及架构
基于RFID射频识别技术的婴儿智能防盗系统由以下几部分组成：婴儿防盗标签及腕带，读卡器，出口监视器，计算机控制系统。
当每一位带有防盗标签的婴儿进出时都会发射出惟一的ID编号，控制计算机能随时显示进出婴儿的信息。当非正常或暴力开门时，门磁开关信号被输入到门禁控制器内，门禁控制器输出报警信号，以声光信号报警。
2.1防盗系统硬件设计
(1)婴儿防盗标签及腕带。系统的核心是婴儿防盗标签设计，它是一个小巧的射频发射器，从戴上标签的瞬间开始，电子防盗标签就不断地自动发射出信号，以便系统随时进行监控。如未经授权，任何试图取下或破坏标签的行为会触发报警。考虑到婴儿治疗、洗澡等需要较远距离的识别，系统设计采用有源标签。有源标签主要由电源、微控制器和RF发射组成。微控制器用于控制RF芯片的工作模式和频段，同时产生标签的内码，传送给RF芯片发射出去。有源标签射频部分主要由RF专用芯片组成。与标签配套使用的腕带可以进行调节以适应不同婴儿，但不可重复使用。由于新生婴儿在出生后的数天内会因迅速失去体内多余的水分而减轻体重，腕带还可以随时根据婴儿体重变化而调整。婴儿防盗标签可以重复使用，采用防水设计，可进行清洗，无任何过敏反应。
(2)读卡器设计。读卡器向防盗标签提供射频能量，从防盗标签中读出数据，完成数据信息处理，并实现应用操作以及高层交互应用。虽然因频率范围、通信协议、数据传输方式的不同，各种读卡器会有很大的区别和差异，但是所有的读卡器在上述功能上是很相似的。由于是远距离控制，读卡距离不能太远也不能太近，要使卡片一进入感应的范围就被识别。要求距离读卡器读卡全向范围稳定，具有明确的边界，读卡范围在3m以内;卡片不受人体影响，不能被人体屏蔽;卡片角度的转换对读卡距离影响小，读卡不存在死脚。综合各方面考虑选用低频系统，CryptagCensus系列感应射频识别产品能满足需求，发射频率为153kHz，接收频率为115kHz。对人体无辐射伤害，对心脏患者、孕妇、心脏起搏器、助听器等特殊人群和设备均无影响。接受到的数据通过RS485总线以及计算机网络传送到服务器，然后进行实时的监控以及后台数据处理。
(3)出口监视器。出口监视器安装在受控区域(例如妇产科病区)各出口附近而且不断发射出射频信号。一旦携带防盗标签的婴儿进入某个出口监视器的发射区域，接收到出口监视器信号的防盗标签就立即通过接收器向控制计算机发送报警信息。系统不断监控出口监视器的工作状态，并可在设备出错或遭到破坏时及时报警。监视器的监控范围在2～3m范围可调。
(4)计算机控制系统。计算机控制系统包括通信网关和防盗系统中的各种服务器以及终端计算机。通信网关安装在妇产科病区各楼层的弱电间，用于采集、处理本楼层各读卡器和出口监视器的数据，管理本楼层各读卡器和出口监视器的工作，同时以TCP/IP与服务器以及医院的局域网相连，包括门禁系统、保安室以及计算机中心等监控报警装置。
2.2防盗系统软件设计
婴儿智能防盗管理软件系统主要用于实现对电子标签的维护与管理，门禁控制系统和自动报警系统的管理，以及婴儿防盗标签及腕带信息的读取、分析、统计等功能。
标签维护模块主要负责婴儿防盗标签及腕带的发放、回收以及系统维护(更换电池，故障登记等)。
信息管理模块主要负责母婴资料维护(输入、修改母婴资料)、婴儿跟踪(记录婴儿移动，包括时间、位置、原因等)、用户管理、工作状态(系统部件工作状态显示，各类标签工作状态记录)以及报表打印(可生成手环发放记录、巡查记录、婴儿数据、产妇出院等报表)。
门禁控制模块主要负责门禁系统的管理、门禁控制器管理、实时监控、权限管理。门禁系统管理又包含了通信配置、修改操作员密码、数据库设置、数据库管理、操作日志等方面。门禁控制器管理由控制器、门参数、电参数、外联动组、临时时间组、特殊时间组等方面组成。通过实时监控可实时查看正常读卡事件、异常读卡事件、普通事件、报警事件等信息。并且可以手动设置门的状态(休眠、常开、安全、密码)，从而使门保持在门卫设置的状态下，手动控制指定的点就可使该点处于打开或者关闭状态。权限管理包含单元管理、标签管理、门禁权限组，设置系统的单元资料信息和系统的使用人员资料信息，以及定义门权限组。
3系统主要功能及测试
防盗系统设计能否实际使用，必须经过实际测试以及将来使用过程中的种种考验。下面就系统的主要功能以及部分测试做一简要介绍。
(1)全面监控功能。系统具有防止婴儿错抱和偷盗行为，电子标签如恶意拆除或经过出口时会立即报警。同时系统主动地定期检测所有系统组件是否运行正常，防止各种原因引起的失效。
(2)主动防护功能。所有防盗标签每隔15s向控制主机发出信息，确保每个标签工作正常，为所有婴儿提供最大程度的安全保护。特别的，当某个标签电量过低时，系统能主动报警提示更换电池，无需定期进行逐个检查。
(3)防破坏功能。每个婴儿电子标签都会定时向系统发出信号，使得系统可以及时了解每个标签的工作情况，为所有婴儿提供最大程度的安全保护。
(4)报警服务能力。出口监视器监测范围可调整。通过与门禁系统配合，一旦报警发生，则自动关闭大门(需电磁门配合)，防止与其他射频设备互相干扰。在实际测试中，用假想的婴儿模型代替实际婴儿，通过给婴儿身体外包裹不同材料的“襁褓”(棉质，化纤、金属等)，测试系统的灵敏度。
(5)惟一电子编码。每个电子标签都有惟一编码，不会重复导致混乱。防止“夹带”，婴儿不会被混在正常出院的婴儿中带走。
婴儿智能防盗系统是物联网技术在医院管理中的一项重要应用，是RFID技术同医疗行业结合的产物，系统将对大型综合医院的妇产科或妇幼医院的母婴识别管理、婴儿防盗管理起到重大作用。
4结语
近年来，新生婴儿在医院被盗的事件时有发生，成为社会关注的一个焦点问题。相对于目前各种自动识别技术，RFID射频识别技术有其自身的优越性，基于RFID的医院婴儿智能防盗系统，设计简单、成本低、对人体安全。能够较好地完成医院新生儿防盗及防止医护人员抱错新生婴儿保护婴儿安全，简化护士工作，充分提高医院管理水平和档次，真正实现对母婴的“人文关怀”的服务理念。
第二篇：远距离RFID智能停车场管理系统
远距离RFID智能停车场管理系统
系统功能与结构
本方案设计依据：
《建筑智能化系统工程设计管理暂行规定》建设部1997 《民用建筑电气设计规范》（JGJ／T16－92）建设部
《智能建筑设计标准》（DBJ08－4－95）上海市建委1996 《建筑和建筑群综合布线工程设计规范》中国工程建设标准协会1997 《建筑和建筑群综合布线工程施工及验收规范》中国工程建设标准协会1997 《大楼通信综合布线系统》（UD／T926）邮电部1997 《火灾自动报警系统设计规范》国家计委1988
一、系统设计方案总则
1、系统功能概述
我们常在停车场亲身经历或看到这样的情景，车主在道闸前停车，摇开车窗玻璃按下读卡机的按钮得到一张停车卡片，然后再读卡区域晃动几下后道闸开启，车主驾车通过道闸。这个再熟悉不过的动作对于临时出入停车场一次的车主来说只是麻烦一次，而对于每天出入停车场多次的固定车主无疑是好时费力的繁琐手续。
为解决此问题，万全智能技术有限公司将远距离射频识别技术应用于智能停车场管理系统，该技术是国际上最先进的自动识别技术，它具有识别距离远、识别准确率高、识别速度快、抗干扰能力强、无源卡片使用寿命长、等特点。可以真正实现停车场的不停车收费管理。大大提高了月卡用户的出入车场的通行效率。在越来越追求客户满意度的今天,解决了这些给停车场带来收入的80%的固定车主出入停车场的麻烦，将极大提高停车场的服务质量和车辆通行效率。
本系统的远距离识别系统使用的无源射频卡，发放给停车场固定用户。用户把月票卡贴在汽车挡风玻璃上，每次车辆到达停车场闸口时，由远距离读卡设备判断是否有授权，控制道闸自动抬起，因此固定用户车辆可以不必停顿、长驱直入。这极大地提高了车辆的通行效率，减少了污染；同时免除了刮风下雨等恶劣天气造成的种种不便。临时用户还是采用老的管理方式，进出停车场时驾驶人员摇开玻璃窗，伸手取卡进入车场。
下面就本系统各方面的具体功能详细阐述：
1.1 入场控制功能：
节省人力：入口实现无人管理模式；
月卡车主身份识别：判断通过的车辆是否具有入场权限，月卡远距离射频卡用户直接放行；
临时发卡：对临时进入停车场的车辆自动发放临时停车卡；发卡方式可选择有车按扭出卡、无车按钮出卡、电脑出卡；自动发放的临时卡读卡方式可选择有车读卡、无车读卡；发卡机出卡后必须待车主将卡拿至手中道闸才能开启，当卡片发出来后20秒钟内未被人取走、发卡机会自动将卡收回机箱内，避免卡的丢失；
信息记录：读卡时同步自动记录入场时间、入场地点、车辆信息、车主身份；
图像摄取：与开闸指令同步摄取入场车辆图像并存储到数据库中，以备出场时进行车辆核对与以后查阅；
车牌识别：自动提取入场车辆的车牌号码，作为车辆进入停车场的具有唯一性的识别标志，可以供出场时进行车辆识别与以后查阅；
满位显示：停车场内车位已停满时，通过LED显示屏提示前来的车辆，同时禁止按钮出卡，但依然保留电脑出卡功能以满足一些特殊的车辆与人员的入场要求；
区位引导：提示、指引进入停车场的车辆就近行驶到一个有空车位的区域停放；在比较大的停车场内准确找到停车位是一件耗费时间与精力的工作，车位引导功能可以比区位引导功能更精确的解决这一问题；
限高报警：对超出限制高度的车辆在入场前进行提示，避免产生一些不必要的麻烦；
信息显示：高亮度LED显示屏，即使在户外阳光下，显示的信息依然清晰可见；信息显示采用中英文双语显示，适用于外籍车主不断增加的情形；信息内容简明扼要，即可给车主明确的提示，又不耽误车辆入场的时间；
语音提示：声音提示方便周到；模拟人声清晰动听；可插拔式数字化语音模块方便系统集成与升级；具有超大存储容量，满足多种声音提示信息的输出； 场内监控：
全场监控：检测车场内各个区的停车情况，检测各个车位的停车情况；
车位锁/防盗：在每个车位前可以设置微型挡车器，挡车器配置有密码锁，停车时设定密码，限挡装置升起，挡住车辆，开走辆时须正确解码，否则报警，且车辆不能开出；
集中收费：根据管理需要，可以设置为在停车场内集中收费形式，车辆在收费中心交费后，在出口控制机上吞卡出场，加快停车场车辆流通速度。
1.2 出场控制功能
自动计费：根据入场时间与出场时间自动计算停车时间，根据停车时间与收费标准自动计算应收费用；收费标准可以根据需要，在停车场管理软件非常方便的定义并下传到控制机中，收费时间可以精确到秒，收费金额最小到“角”；还专门定制了“深圳收费”选项，适用与深圳市“ 同一车辆在某一个时间段内多次出入停车场只收取第一次出入的费用”的收费。
自动收费：除临时车辆要人工以现金形式收取停车费用外，其他车辆可以在读卡时自动收取/扣除停车费用； 车辆确认：读卡时对比显示车辆信息，确认入、出场是否同一辆车； 图像对比：摄取出场车辆图像并存储，同时自动调出该车的入场图像对比显示，以进行准确的对比确认，增强了防盗功能，并使得事后稽查更加精确、容易； 车牌识别：自动提取出场车辆的车牌号码，作为车辆的具有唯一性识别标志进行存储，并与入场时记录的车牌号码进行自动对比，以便自动、快速的确认出入场是否同一辆车，且可以供以后查阅；
临时卡回收：除了可以由值班收费人员人工回收临时卡外，出口控制机可以设置吞卡机自动回收临时卡；
信息显示：高亮度LED显示屏，即使在户外阳光下，显示的信息依然清晰可见；信息采用中英文双语显示，适用于外籍车主不断增加的情形；信息内容简明扼要，即可给车主明确的提示，又不耽误车辆出场的时间；
语音提示：声音提示方便周到；模拟人声清晰动听；可插拔式数字化语音模块方便系统集成于升级；具有超大存储容量，满足多种声音提示信息的输出；
能准确地区分自有车辆、外来车辆和特殊车辆。
1.3 中心控制与管理功能
IC卡管理：实现IC卡的授权发行、数据更改、挂失/解除挂失、退卡、清空回收等管理；系统可以处理的挂失卡的最大数量为1万张（即黑名单数量为1万条）；系统最大卡片容量为232-1张；
万能查询功能：可能通过一个条件或多个条件相组合，对车场使用情况、卡片使用情况、车辆进出情况等相关资料进行查询，并能够按照客户的要求生成报表，或方便其他系统调用的电子报表。
统计管理：提供各种统计资料以不同的报表形式输出，提供任意形式的查询并以报表形式输出；
设备监控与管理：控制道闸的开、关、停，控制发卡机出卡；实时检测道闸的工作状态并以生动形象的方式显示，实时检测出卡机的工作状态与存储卡片的数量并以生动形象的方式显示，实时检测车辆检测器的工作状态以及感应线圈上是否有车辆存在并以生动形象的方式显示； 系统设置：通过简单的鼠标点击，可以轻松的进行系统设置，如有/无图像对比系统、数据保留时间、选择授权发卡的设备、收费方式、是/否满位位提示等；
1.4其他特殊功能
脱机、脱网运行：系统在电脑出现故障或网络不通的情况下，仍然能够正常工作；脱机状态下车辆进出场的记录可以保存1万条；当电脑或网络修复后，存在控制机中的脱机记录会自动上传到电脑中保存，有效的保障系统24小时不间断运行；
一卡通用：一张卡片可以在多个系统中使用(例如：停车场、门禁、巡更、考勤、收费、通道闸等)，多种服务与应用的卡片的授权发行可以一次完成； 控制方式设置：一台控制机可以控制多台道闸，也可以多台控制机控制一台道闸；道闸与控制机以实现有效的连锁；
权限管理：多个出入口的停车场，可以设置某一车辆可以进了全部的出/入口、也可以限制该车辆能进出其中的几个出/入口；
高峰模式设置：出/入口控制设备可以通过一个简单的跳线帽的插接将其转换为入/出口设备，配合软件的管理模式转换，可以非常方便地将系统从正常模式设置成上/下班高峰管理模式，以便高峰情况下车辆的进出。
远程管理功能：为了方便车主，月卡可以进行远程延期，即月卡车主如果有延期要求，只需打电话通知管理处，管理处通过电脑对此卡进行延期，而无需月卡车主亲自带卡到管理处进行延期，从而大大方便了车主，也提高了服务质量。 嵌套管理功能：在停车场内部还嵌套有停车场的管理模式，也就是通常的大套小停车场系统，且嵌套功能在脱机脱网状态下依然可以实现，这是行业内唯一真正解决了这一问题的系统；通过简单的跳线设置系统可以实现下列四种工作模式：大车场入口、大车场出口、场内小车场入口、场内小车场出口、车辆进入大车场后可直接从大车场出场，经过对卡片发行时的授权许可也可以进入小车场，进入小车场的车辆必须先出小车场才能出大车场。
多种感应卡共存：系统可以使用国内外大多数的IC卡、ID卡等读写器，且这些卡可以在同一个系统中使用，方便对车主及其车辆进行分类管理并提供周到的服务。 超长距离读卡：卡片在距离读写器表面3-7米处完成自动化读卡操作，方便用户快速出入车场，备显尊贵身份。
2、系统基本功能及特点
※
控制准确：采用了计算机控制和数据处理技术，自动化程度更高。
※
安全防伪：采用了目前世界上先进的非接触式智能卡技术，防伪性能良好。停车的车辆拥有一个具有唯一序列号的智能卡，该序列号不能更改。同时操作时采用双向验证机制和多重加密技术，唯一识别。无法伪造仿制。而且只有该系统发行认可的智能卡才能识别认可。
※
自由读卡：非接触式智能卡使用时无机械接触动作，感应通讯，无方向性。卡片可以任意掠过读写器的表面，在0.1秒内就可以完成读卡操作，方便用户的使用。
※
防止砸车：道闸根据车辆的通行情况自动升起或降落，并具有地感和压力电波装置双重防砸车功能。
※
电脑记费：停车收费由计算机统计和确认，杜绝了人为操作引起的失误和作弊，保障了投资者的利益。
※
权限设置：采用计算机和各个收费计算机可以实现实时通讯，管理计算机具有外线接口。
※
配置灵活：采用标准的工业控制系统结构，可根据用户不同的要求组织不同系统的配置，方便灵活。
3、设计目标及原则
3.1、目标
方便、快捷、准确的收费和满位显示服务功能；
车辆保管的安全性功能；
经济合理的运营成本；
3.2、原则
先进成熟的技术和设备，保证系统运作安全、可靠与稳定；
完善的管理系统，最大限度防止收费流失；
合理布局，提高系统的服务质量，缩短服务时间，增加场内停车流量和收入。实用性、实时性、完整性原则；
可扩展性及易维护性原则。
4、管理体制
管理体制总的思想是现场无人看管，完全智能化，管理人员可以在车场环境外的任意固定地点对于车场执行完全控制权，完成各种统计、监视、报警、引导等功能，大大降低了管理人员的劳动量，并可以为业主提供一种全新的现代化气息。
5、收费体制及标准
在收费体制方面，一般来说有以下几种：
按月租用：
有效期内无限次出入
预 付 款：
享受优惠，按停车时间扣费
现金收费：
按停车时间缴费出场
在收费标准方面，投资管理者凭授权卡在软件中进行设置调整即可。
6、图像识别系统
智能图像识别系统是将世界上最新一代的车辆综合识别技术(IC卡+图像识别)引入停车场智能管理系统，并形成以计算机网络管理与控制为核心的一体化高科技产品,具有高效、准确、安全、可靠的技术性，赢得汽车“守护神”的美誉,它的出现令停车场管理系统如虎添翼,更有效地杜绝了偷车、盗车现象,使停车场管理者和使用者得到最大的安全保障。
本系统彩色摄像机安装在进出道口，车辆进场读卡时，摄下车辆图像，经电脑处理，将车主所持卡的信息一并存入电脑数据库。当车辆出场时，摄像系统再次工作，摄下出场车辆，调出进场时的图像，同时显示在计算机屏幕上确认，有效防止车辆被盗。管理人员可以随时监视出口的状况，此系统为目前最先进水平。常驻车、月保车、临时车进出场图像均有保存。以备查询时所用。
图像对比系统组成
该系统主要由高清晰度带背景光补偿摄像机、广角自动光圈镜头、防护罩、室外支架、聚光灯、视频捕获卡、图像处理软件等组成。镜头采用自动光圈，便于图像信号自动调节图像的亮度，广角型是为了扩大摄像的范围。聚光灯用在当环境光线太暗时，提供摄像照明用。视频捕捉卡具有图像抓拍，图像压缩存档。
图像识别系统主要功能 ※
提高效率：减少车型及车牌的识别和读写时间，提高车辆出入的车流速度。
※
防止盗车：图像对比与IC卡配合使用，彻底达到防盗车的目的。
※
防止资金流失 ：进出图像存档，杜绝了谎报免费车辆。
※
“一卡一车” ：严密控制持卡者进出停车场的行为，符合“一卡一车”。
图像识别系统构成
本图像识别系统配合本公司感应式IC卡停车场电脑管理系统,形成一个完整的停车场管理体系,全套系统采用计算机网络控制,包括两台微机,两个CCD摄像头、两张图像处理网络卡和两台聚光灯。CCD摄像头摄入进场车辆,经微机和图像处理网络卡加以编制,并传输到管理中心主系统储存起来;车辆出场时,读出IC卡的编号,在显示器上调出入场车辆的图像和出口CCD摄入的图像进行对比,经判断一致时,给予放行。
图像识别系统的工作环境
正常光照(100～80流明)条件下,对车辆的综合识别概率不低于99.5%。
系统工作环境温度-20～+50,能在小雾、小雨、小雪(能见度50米外)及7级以下大风中可靠工作。
图像抓拍系统
为了使智能停车场管理系统具有更高的防盗车功能，可选用视频捕获图像对比系统。该系统在停车场出入口各安装一台摄像机，车辆进场时，摄下进场车的图像，并将图像存入电脑；车辆出场读卡时摄下出场车的图像，同时对应进场车的图像自动调出，进行进出车辆图像对比，并识别是否是同一辆车，相同则按回车键，道闸升起，车辆可以出场。车辆出场后，进出车辆的图像全部存入电脑。
二、系统的构成与设计
1、系统拓朴结构
智能停车场管理系统可以采用各种网络拓扑结构，服务器与管理工作站为局域网（LAN）形式联接，计算机对下位机以RS485总线型联接；简洁，投入使用快，系统稳定性好。投资回报率最高。其拓扑结构方框图如下所示：
【注：】管理控制中心的PC机的配置方法
1、工作站建议配置：PentlumIII800/128M/20G
2、服务器建议配置：P1.4G/256M/40G
2、网络拓扑图
【注：】
对于停车场系统而言，每一台服务器都是真正的业务主机，担负着停车场的关键任务，数据的迅速存取是值得关心的问题，但数据的安全更不容忽视，一旦硬盘出现故障或因操作不当造成数据丢失或损坏，企业将蒙受巨大的损失。由此可见，这样的一台服务器，它所存储的数据价值远远超过了机器本身的价值。SQL服务器选型不可忽视。
对停车场工作站而言，选择PentlumIII处理器，对整个系统反应速度起到关建的作用，出入口在一起的停车场系统只须一台电脑管理即可，如出入口分开且临时车较多的情况下最好每一个口放置一台电脑，并有保安人员值岗。以便处理突发事件的发生。
网络集线器担负着整个网络的数据联络过程，发行中心主要目的是为了集中发卡，统一管理；一般将服务器放置在财务室。
一级网络为RS485总线制分布，主要为各出入口控制机提供通讯，读卡数据的采取，二级网络为LAN以太网星形联接，计算机与计算机的通讯及数据的存贮，SQL服务器担负着数据查询及处理，及网络资源的分配，及各工作站的权限分级审查。
3、系统工作流程
3.1、进出场流程图
3.2、进场示意图
说明：
a>
月卡持有者、储值卡持有者
将车驶至读卡机前取出卡在读卡机感应区域晃动；值班室电脑自动核对、记录，并显示车牌；
感应过程完毕，发出“嘀”的一声，过程结束；
道闸自动升起，中文电子显示屏显示：“欢迎入场”，同时发出提示音，如读卡有误中文电子显示屏亦会显示原因，如：“金额不足”、“此卡已作废”等； 司机开车入场，进场后道闸自动关闭。
b>
临时泊车者
司机将车驶至读卡机前，值班人员通过键盘输入车牌号； 司机按动位于读卡机盘面的出卡按钮取卡； 在读卡机感应区晃动卡，将车牌号读进卡片中；
感应过程完毕，发出“嘀”的一声，读卡机盘面的中文显示屏显示礼貌语言，并同步发出语音；
道闸开启，司机开车入场，进场后道闸自动关闭。 3.3、出场示意图
说明：
a>月卡、储值卡持有者 司机将车驶至车场出场读卡机旁；
贴在车挡风玻璃上的卡在经过读卡机感应区；
读卡机接受信息，电脑自动记录、扣费，并在显示屏显示车牌，供值班人员与实车牌对照，以确保“一卡一车”制及车辆安全； 感应过程完毕，读卡机发出“嘀”的一声，过程完毕；
读卡机盘面上设的滚动式LED中文显示屏显示字幕“一路顺风”，如不能出场，会显示原因；
道闸自动升起，司机开车离场；
出场后道闸自动关闭。
b> 临时泊车者
司机将车驶至车场出场收费处；
将卡交给值班员；
值班员将卡在收费器的感应区晃动,收费电脑根据收费程序自动计费;
计费结果自动显示在电脑显示屏及读卡机盘面的中文显示屏上，同时作语音提示； 司机付款；
值班人员按电脑确认键，电脑自动记录收款金额； 中文显示屏显示“一路顺风”； 道闸开启，车辆出场； 出场后道闸自动关闭。
3.4、值班人员工作程序
说明：
a.开机等几秒钟自动进入停车场电脑管理系统；
b.显示屏上出现停车场管理项目菜单，操作人移动光标进入“操作登记”栏，开始上班登记；
c.操作人员在读卡器的感应区域晃动自已的操作卡，然后再在键盘上敲入自已的密码，登记完毕，敲回车键进入“入场管理”或“出场管理”画面，按屏幕提示进行管理操作；
d.操作人员下班时，须进行换班登记，按DEL键退出当前操作屏幕，移动光标至“换班登记”处，按回车键，在读卡机的感应区域晃动自己的操作卡，经系统认可完成交班过程；
e.下班人员上岗需重复上岗操作过程，方能开始操作管理。
3.5、管理人员工作程序
【说明：】
a.管理人员进入“操作登记”栏，在专用发行读感器上感应高级授权卡，打开管理菜单； b.管理人员移动光标进所要执行的栏目，按回车键即可；
c.授权过程,用光标进入“发行管理”栏，按回车键，即可发行新卡。
【注意：】
在发行新卡之前，都须把欲重新发行的卡清空。
在发行卡时，可以在“卡发行”一栏，找到相对应的一项，敲回车键，然后依显示屏上的提示敲入所要发行的数据，再将欲发行的卡在发行感应器上晃动一下，听到“嘀”的一声响，相关数据便记入卡片中，过程完毕。将光标移至操作管理栏，敲回车键，系统进入操作状态,结束授权操作,若再进入授权状态,需重复以上的授权操作。
更改设定、充值、延时的操作过程与卡发行的过程大体一致，将卡清空，直接进入相应栏目即可；
输入黑名单，统计报表的操作，是用光标进入相应的栏目，按回车键，然后再按显示屏提示进入操作，方式与授权操作大体相同。
三、系统主要设备简介
1、自动道闸
1.1主要特点
1)外形美观大方，结构轻巧；部件标准化，可方便更换；箱体铝合金制作，防水防锈。
2)集光、电、机械控制于一体，操作灵活、方便，使用安全、可靠。
3)系统具有极限位置自锁功能或人为抬杆报警功能（可根据要求设定）。
4)采用先进的直流伺服控制技术，确保系统动作更加准确、平稳。
5)全电路无触点控制，确保系统运行更加安全、可靠。
6)采用PWM调速实现了无极变速，可根据现场需要在速度段内任意调整。
7)按钮滚动菜单设置方式，方便快捷设置闸机运行参数，可根据现场需要进行设置。
8)采用数字化电路的自学习功能，采集闸杆运行数据并进行计算来判断闸杆是否碰到障碍物，若检测碰到障碍物，闸杆则会立即自动升起。
9)强、弱电智能控制系统，除具有一般电气控制功能外，既可使用三联按钮、遥控装置进行手动控制，也可通过车辆检测器进行自动控制，而且系统对外配置标准485电气接口，可通过电脑对其进行远程控制与管理。
10)手动开闸记忆功能：在系统自动运行中，非正常人为开闸数据将被系统自动记录下来备查询，有效防止人为作弊。
11)开闸次数记忆功能：在系统自动运行中，道闸将会记忆上位机发出的开闸指令次数，闸杆会保持开状态直到地感感应车次与开闸指令次数等同时才进行关闸动作。
12)手摇自动升杆功能：在意外断电情况下可用手摇柄轻轻摇动使闸杆偏离水平方向约30度，闸杆则会自行升起。
13)车走落杆延时功能：可根据现场需要设置车走后闸机延时关闸，时间为0～1000秒。
14)温度控制功能：闸机可根据设定的工作温度范围来进行温度调整，保证设备在低温下可正常工作。
15)各运动部件均已调整到最佳运动和平衡状态，故本机性能稳定，运行平稳，噪声小，使用寿命长。16)下表为标准直杆道闸：
2、车辆检测器
此检测器由一组环绕线圈和电流感应数字电路板组成与道闸或控制机配合使用，线圈埋于闸杆前后地下20cm处，只要路面上有车辆经过，线圈产生感应电流信号，经过车辆检测器处理后发出控制信号控制机或道闸，需要说明的是：闸杆前的检测器是输给主机工作状态的信号,闸杆后的检测器实际上是与电动闸杆连在一起，当车辆经过时起防砸作用。本公司生产的车辆检测器采用的是数字电路多重判断，感应电路不会漂移，无须经常调“零”。
3、出入口控制主机
3.1、出入口控制主机概况
出入口控制主机是系统功能得以充分发挥的关键外部设备，是智能卡与系统沟通的桥梁。基本结构：骨架机箱、智能卡读写器，选配设备：中文电子显示屏、语音提示报价器、对讲系统、入口控制机选配自动出卡机、出口控制机选配自动吞卡机。控制机箱：密封设计;防雨、防尘，外观采交通标准色，精工制作。
智能卡读写器：智能卡与系统沟通的桥梁，对IC卡进行读写操作。
中文电子显示屏：中文LED显示，安装在出入口控制机的正面，智能卡读写器的上方，以汉字形式显示停车时间、收费金额、卡上余额、卡的有效期等等，若系统不予入场或出场，则显示相关原因，明了直观。在空闲时显示时间日期、欢迎用语、或其他系统相关提示信息。
特点：
采用露天超高亮LED发光管，白天显示更明了；
采用超在规模集成电路和高性能单片机，系统稳定，升级方便； 全中文滚动显示，内容丰富；
防雨式设计，确保全天候可靠运行；
外观设计新新异，主从模式，系统分级运行且不影响系统整体性能；
对讲系统：出入口控制机安装对讲系统后，工作人员可以提示、指导用户使用停车场，用户也可以询问有关情况，方便两者之间的及时联系。
自动出卡机：用于临时停车者取卡进场。泊车者驾车至入口控制机前，数字车辆检测器自动检测车辆的存在，泊车者按键取卡（凭车取卡、一车一卡），泊车者取卡读卡入场。
3.2、出、入口控制主机主要机型与参数
【特点：】
可在线运行，也可脱机运行。 可对卡的有效性进行自动识别。
可与监控计算机和其他控制设备实时通讯，可实时将所读卡信息传递到监控计算机，监控计算机也可向其加载时间、收费标准等。
可与自动道闸实现连动， 当读到有效卡时，可控制道闸自动打开。对储值卡自动扣费，对临时卡自动计费，对有效月卡，在有效的时间范围内可无限次出入。
对临时卡进行自动回收。
中文显示功能：当读到有效卡时，显示应交纳的停车费额和礼貌用语，读到无效卡时则显示相关原因。 语音提示功能：当读到有效卡时，发出应交纳的停车费额和礼貌用语，读到无效卡时则用语音说明相关原因。
顾客在出口处可以通过对讲系统与停车场工作人员进行对话。
短时停车免费功能：当在停车场停车时间不超过一定时间（如10分钟）时，实行免费停车。
4、RS485通讯卡
5、中文显示屏
6、视频捕捉卡
7、监控摄像机（松下）
8、监控射灯（Philips）
9、PLC控制器
12、对讲主机（日本爱峰）
13、远距离（RFID）读写系统
远距离读卡设备的组成包括：
（1）
电子标签（也就是通常所说的“卡”）：电子标签上记载有车辆在停车场管理处登记在册的合法编号，以及系统认为必须的某些车辆特征信息。它采用塑料薄膜封装或ABS封装，选配卡座，被贴在汽车挡风玻璃上使用。读取距离可达7米以上。
（2）
读头：用来自动读取微波天线视场内电子标签上的数据。采用我公司专门针对停车场管理系统应用而推出的远距离读头VI-83、VI-85、VI-88，它具有Wiegand26或Wiegand34、RS485、RS232等数据输出接口，能够与市场上使用的符合上述接口标准的控制器直接相连，而不需要改变现有的停车场管理系统的任何软件和硬件。四、一进一出停车场系统图
停车场管理系统软件
停车场管理系统是一个非接触式智能IC卡为车辆出入停车场凭证、以车辆图象对比管理为核心的多媒体综合车辆收费管理系统，用以对停车场车道入口及出口管理设备实行自动控制、对在停车场中停车的车辆按照预先设定的收费标准实行自动收费，该系统将先进的IC卡识别技术和高速的视频图象存储比较相结合，通过计算机的图象处理和自动识别，对车辆进出停车场的收费、保安和管理等进行全方位管理。
停车场系统具有功能强大的数据处理功能，可以对停车场管理中的各种控制参数进行设置、IC卡挂失和恢复，可以进行分类查询和打印统计报表，并能够对停车场数据进行管理。
停车场管理系统具有图像对比功能，通过该功能可以将入场的车辆外形和车牌编号摄录下来并保存在服务器数据库中，当车辆出场读卡时，屏幕上自动出现车辆在出口处摄录图像和在入口处摄录的图像，操作人员可以将出场的车辆与服务器中记录的IC卡号和摄录的图像进行对比，在确定卡号、车形、车牌编号等与记录相符后，启动自动道闸升起闸杆，放行车辆。车辆入场时，司机将IC卡放在入口控制机的读卡区域前读卡，如果读卡有效，自动道闸的闸杆抬起，允许车辆进入，车辆通过入口处的自动道闸后，闸杆自动下落，封闭入口车道。
当车辆出场时，司机在出口控制机的读卡区域读卡，出口控制机在自动判断卡的有效性后，出口处的自动道闸闸杆抬起放行车辆，车辆通过自动道闸后，闸杆自动落下，封闭出口车道，如果停车超期、超时或IC卡无效时，出口自动道闸仍处于禁行状态。
对于临时停车的车主，在车辆检测器检测到车辆后，按入口控制机上的取卡按键取出一张IC卡，并完成读卡、摄像和放行，在出场时，在出口控制机上读卡并交纳停车费用，同时进行车辆的图象对比，无异常情况时由管理人员开闸放行。
第三篇：RFID阅览室管理系统的设计论文
一、RFID技术的工作原理和优势
1.RFID系统的工作原理如图2所示，操作人员通过主机向RFID读写器发送识读指令，读写器接到指令后向外发送特定的电磁波，有源标签接收到电磁波后结束睡眠状态，利用自带电源驱动芯片和电路向读写器发送电子编码，无源标签利用接收到的电磁波驱动电路和芯片，向读写器发送电子编码，读写器接收到电子编码后，将其传送给主机，主机对编码进行相应的处理后，得到物体的相关信息，完成物体的自动识别。RFID技术作为一种新型的自动识别技术，具有诸多优点：
(1)可应用形态多样：相对于磁卡和IC卡来说，RFID标签体积更小，且其识读效果受标签形态的影响较小，根据实际需要，RFID标签既可以制作成可粘贴标签，也可以制成耳标、纽扣、腕带等，使用灵活性强。
(2)标签抗损坏能力强；传统的条形码打印在纸上或物体表面，在某些环境条件或者黑暗条件下容易产生损坏，无法识读信息，RFID标签采用电子芯片存储物品信息，在绝大多数情况下可准确识别，且标签不易被损坏。
(3)RFID标签存储容量更大；一维码容量十分有限，二维码的信息容量比一维码的容量大的多，最大可存储3000个字符，RFID标签的容量可以做成二维码的几十倍，随着集成电路工艺的发展，记忆载体的存储容量也越来越大，RFID标签将具有更大的容量，可以满足更多的物品标识需求。
(4)RFID标签可重复使用；RFID标签的信息是存储在电子芯片之中的，如果在使用标签时配备可以对标签内容进行擦写的读写器，就可以实现对RFID标签内容的覆盖，实现标签的回收和重复使用。此外，RFID标签还具有安全性、高穿透性强、识别速率快等众多优点，RFID技术将是未来自动识别技术的支柱。综合电子标签的各种性能指标和智能阅览室的设计需求，智能阅览室的图书管理应该采用高频无源标签。
2.图书馆阅览室图书管理现状目前，图书馆图书管理系统主要使用一维条形码技术，条形码技术虽然在图书的借与还两个方面优势较为明显，但是由于其自身的一些缺点，无法在图书阅览室进行大规模应用，甚至有的阅览室根本就没有图书管理系统和门禁系统。
现有的图书馆借阅服务大多都已使用了一维条形码技术，然而在阅览室的图书管理则大多采用纯人工的管理方式，图书的管理仅靠图书名中文拼音第一个字母或英文名首字母来进行排序。由于阅览室管理人员十分有限，管理人员将大量的时间和精力花费在了对图书资源的盘点方面，如有无最新一期的杂志到架，读者是否违规将图书和杂志带出，当读者问及某一图书或杂志的去向时花费大量的时间查询等。因此，现有的人工管理阅览室图书资源的方式不仅效率低，而且也不利于提高服务读者的水平。
阅读是大部分读者获取最新科技知识的主要途径之一，当读者需要利用现有的图书管理系统查找某一图书时，依然采用逐个查找、逐个翻阅的方式，这需要读者浪费大量的时间在“找书”上，更何况有时还会出现花费大量的时间而没有找到书这种情况，浪费读者的阅读时间和阅读精力。总而言之，现有的单纯依靠人工管理的阅览室图书管理方式不仅需要耗费管理人员的大量精力去管理图书，而且管理出错几率也较大，同时读者也无法享受到快乐、舒适的阅读，现有的管理系统已经无法适应当代读者和管理人员的需求，结合物联网技术和智能管理技术，我们得出了智能阅览室图书管理系统的设计方案。
二、系统设计
1.系统功能设计基于现有阅览室管理方式的不足，智能阅览室图书管理系统按服务对象的不同，主要具有图书在架查询、图书定位、门禁系统等功能。
(1)图书检索和查询该功能主要是利用SQL数据库和JAVA语言程序设计技术组成一个图书管理系统软件，把图书的所有基本信息都存储到数据库中，如：图书书目、图书简介、图书出版信息等，当然也包括每一本图书所特有的唯一的RFID号。当读者需要阅读某一图书时，只需要在查询栏内输入图书的某一信息如书名、作者等，就可以轻松查询到图书是否在架，同样，管理员也可以利用查询功能进行必要的图书管理操作。当读者查找到此图书在架时可利用图书唯一的RFID编号查找该图书，RFID读写器和RFID中间件可以查询到图书具体在哪一个读写器的读写范围，并将信息显示在查询终端上，这样可以节约读者的大量时间，管理员也可以利用该功能进行图书管理，根据RFID标签的工作原理，管理员可以在特定的时间间隔内对图书进行一次整体扫描，查看一些贵重图书是否在架，检查除外借图书之外有没有图书丢失等，节约管理成本，提升管理效率。
(2)门禁系统在智能阅览室门口设立一对RFID门禁天线，可以实现对阅览室的安全管控。当读者违规将书籍拿到出口处时，若进入门禁系统天线的读写范围，门禁系统会发出警报，提示读者已经违规将图书资料带到了出口处，门禁系统将提示读者应该在阅读区内阅读图书，当读者在管理员处获得图书借阅权限后，门禁系统会开启对该图书RFID号的放行权限。图书馆管理员也可以利用门禁系统进行科学管理，比如对入馆的人员进行统计，对图书馆工作人员进行考勤等。
2.系统硬件设计关于智能阅览室的硬件设计，应遵从“方便读者、便于管理”的理念，硬件连接图如图5所示。为了让读者体验智能阅览室带来的更多的阅读便利，应在阅览室内部放置若干个查询终端，查询终端可以实现图书信息的检索、查找等功能。每个终端应该与管理员主机相连接；阅览室内部的RFID阅读器应该根据读写范围确定，为了增强RFID阅读器的读写范围，可使用外加天线扩充高频读写器的读写范围。每个RFID阅读器应与管理员主机通过无线或有线的方式连接，它们之间可以相互通信；每一个图书应贴有唯一的RFID标签，标签采用RFID无源高频标签，为保证节约资源，尽量实现RFID标签的可重复使用；门禁系统应采用通道式RFID门禁天线，以上即为智能阅览室图书管理系统硬件设计的方案。提出了智能阅览室的设计方案，通过对现有图书馆管理现状的分析并结合RFID技术，详细阐述了智能阅览室图书管理系统的功能以及硬件的设计方案，对未来智慧图书馆的建设具有一定的参考意义。
第四篇：RFID技术在智能物流系统的应用
RFID技术在智能物流系统的应用
摘要：本文提出了一种基于RFID技术的智能物流系统的总体设计方案．并对物流仓储和运输环节做了详细的设计，设计包含了物流仓储模块和车载运输模块的智能物流平台。将电子标签与货物相结合利用电子标签作为货物识别手段，利用3G通信技术，GPS定位将运输车辆数据实时上传监控中心。实现了物流系统的人性化，智能化，促进了物流管理的智能化，对智能物流技术的发展有着重要的意义。
关键字：RFID
智能物流
仓储管理
0引言
随着世界经济一体化和科学技术的飞速发展，现代物流进入了一个快速发展的阶段，物流被认为是企业的“第三利润源”，因为它可以降低整个供应链的成本，提高运作效率和综合服务水平。但是我国的物流发展水平与其他发达国家相比还存在着一定的差距。
在《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》中，中央强调要大力发展现代物流业，而仓储作为现代物流业运作的一个重要环节，在企业的整个供应链中占据着举足轻重的地位。如今，人工智能领域在不断地扩大，智能物流成为了未来物流的发展趋势。在原有物流系统的模型下，引入RFID技术，通过计算机自动化管理提高生产力，通过追踪式的物流配送来提高配送效率，从而构建出智能物流系统。通过有线网络、无线网络对物流信息进行实时监控从而提高了物流的效率和准确率，降低了物流成本。
智能物流现状
目前我国物流企业管理系统存在以下三种模式：第一种是基于人工的操作管理系统，由人工来进行简单的仓储操作，但这种方式比较费时费力，容易出现一些认为错误，造成物流效率低下；第二种模式是基于条码技术的物流管理系统，这种模式在一定程度上提高了仓储管理的自动化水平，但是因为条码自身的特点如所含信息量少，易损使得它在物流的环节中操作效率较低，信息录入不精确；第三种模式是基于RFID技术的自动化程度较高的物流管理系统，这种模式在一定程度上提高了货物查询和盘点的精度，同时也提高了货物出入库的速度，但是由于电子标签价格较高，使得应用系统的成本增加，因此这种模式没有被广泛的应用。
而如今芯片制造技术，天线制造技术，读写设备制造技术以及其他中间件制造和应用软件设计等都有了成熟地发展，RFID技术成本有所下降，所以基于RFID技术的物流管理系统逐渐地被物流企业接受。
2总体架构
RFID技术是一种无接触式自动识别技术，其基本原理是利用射频信号及其空间耦合、传输特性，实现对静止的或移动中的带识别物体的自动机器识别。RFID系统的组成需要3个部分：电子标签(TAG)、阅读器(READER)、数据管理中心。电子标签安装在待识别物体上，当带有电子标签的物品进入阅读器的有效识别范围内时，阅读器可以通过无线的方式对电子标签中的数据进行读写，从而实现对物品的自动识别。
2.1
RFID电子标签
RFID电子标签分为有源标签、无源标签（UHF
RFID标签天线设计、仿真及实践2012.11）。无源标签也成为被动式标签，是通常意义上的RFID标签，既由读写器询问信号提供能量，标签通过反射方式进行信号传输。无源RFID标签无须外加电池，当其读写器的有效读取范围内时，读写器产生的询问电磁波在RFID标签天线上产生的能量即可驱动芯片完成解码，解析，编码及反向调制等功能。无源RFID标签体积小，成本低，寿命长，但是由于标签不自带电池，必须处于有效读取范围能才能工作，因此其读写距离较短，约为1m—1.5m。
有源RFID标签也成为主动式标签。标签内装有电池，使用专用射频芯片，一般具有较远读写距离（>50m）,并定时主动发送信号。有源RFID标签使用可靠，读写次数多（>10000次），但是有源标签体比无源标签体积较大，成本高。
2.2
RFID读写系统
RFID读写系统是一种无线射频识别系统，该系统通过天线与RFID电子标签进行无线通信，通过射频识别信号自动识别目标对象，读写相关数据。
2.3数据管理中心
数据管理中心由管理软件和数据服务器组成。管理软件负责对采集到的数据进行分析、处理。数据服务器用来存储相关数据并自动备份。
3系统模块设计
3.1
物流中心服务器
服务器是一个管理资源并为用户提供服务的高性能计算机，通常分为文件服务器、数据服务器和应用程序服务器。
对于物流中心的服务器的性能要求有：实用性，可扩充性，安全可靠性，网络化，功能模块化。
根据我们对物对物流公司的业务调查，我们认为可使用一套具有较强扩展性的松耦合服务器架构。这种架构可以保证在用户数量不断增多的环境下，通过添加硬件服务器来规避系统性能方面的缺陷。
3.2主机系统
主机系统是物流系统中承担业务数据处理的核心平台。
基于主机系统的物流管理软件用来对物流信息数据进行处理。物流管理软件按功能分为：主控子系统，出入库管理系统，库存管理系统，配送管理系统，报警系统，账务系统，数据查询系统等。（我国物流软件开发探析，杨鹏强，）
系统与外部的接口可分为数据输入和数据输出两部分，数据输入由RFID读写系统以及其他输入设备完成。数据输出是将软件处理后的数据存放在数据库以及显示设备上。
3.3入库管理系统
入库管理系统主要负责制作入库订单，制作RFID标
签，统计入库信息。
入库流程：
1、生产厂家联系物流中心，发出货品入库申请(种类，数量)。
2、物流中心审批申请，在入库管理系统中进行登记，生成入库单，生成电子标签。
3、库管员申请使用手持RFID扫描设备进行货品入库操作。
4、库管员使用手持设备扫描员工卡进行身份认证，若操作员身份合法则系统激活该手持设备，开始进行入库操作。
5、库管员根据入库单对货品进行登记，贴电子标签。当贴有电子标签的物品和托盘经过装有读写器的大门时，数据将全被自动采集，并传回主系统，根据预先分配好的存放位置摆放，同时刷新货架上的电子标签数据。（贴标签时需要再用手持设备激活一次，用于记录入库信息，并确认入库）
6、手持设备自动将设备上的入库操作信息传送给入库管理系统，系统将入库信息上传至主机系统，最终入库信息将会保存在物流中心服务器中。
7、员工注销登录并归还手持设备。
3.4出库管理系统
该系统主要负责对库存生成出库信息，制作出库单。
货品出库流程为：
1、生产厂家联系物流中心，发出货物出库申请（种类，数量）。
2、物流中心审批申请，在出库管理系统中进行登记，生成出库单，根据物流中心服务器中电子标签数据生成出库数据，并将数据传送至配送管理系统。
3、库管员申请使用手持设备进行货品出库操作。
4、库管员使用手持设备扫描员工卡进行身份认证，扫描出库单获取待出库货品电子标签数据。
5、对分拣好的货品进行出库操作。当贴有电子标签的货品经过装有读写器的大门时，读写器自动上传数据，由系统将货品与任务单进行对比进行确认，如有错误，发出报警（声音，手持设备提示），如核对后无误，则系统自动跟新货品库存信息以及货架预录入信息。
6、装车，由库管员监督装车。
7、员工注销登录并归还设备。
3.5配送管理系统
该系统主要负责对出库货品进行分拣、对运输过程进行时时监管。
货物配送流程：
1、配送管理系统获得出库单，根据出库单对货品进行分拣。
2、根据出库信息安排运输车辆。
3、对货品运输信息进行实时监管。
3.6通信系统
通信方式：有线通信(双绞线)、无线通信(WIFI)、3G通信
有线通信使用双绞线进行通信，双绞线的传输距离远远，传输速率快，抗干扰能力强，布线方便因此在主机之间通信，子系统之间通信都选择该方式。
无线通信(WIFI)主要是与手持RFID电子标签扫描器进行连接。该通信方式部署在仓储区内部因此所受外部干扰小，通信稳定。
3G通信是一种高速数据传输的蜂窝移动通信技术，速率较快，通信稳定。该通信主要用于配送管理系统与物流之间。
3.7
报警系统
我们在入库、出库以及货品运输过程中加入了报警系统，当货物在存储或者运输过程中出现任意挪动或者非法盗运等问题时，RFID读写系统将侦测到物品电子标签的信息并将该信息传送至主机系统，主机系统将在数据库中查找是否存在该物品的订单信息，如果不存在，主机系统判定此次搬运行为非法，将向报警系统发出报警指令，同时传送报警信息至工作人员。
物流车上装有车载终端，车载终端集成了GPS模块、RFID读写器、3G网络模块，当带有电子标签的物品装车时，RFID读写器将所有装车的物品进行扫描，扫描完成后将物品的基本信息和GPS地理位置信息进行数据处理后，将处理后的信息通过3G传输方式传输到主控服务台，主控服务台将采集到的物流信息存入数据库，此时客户和主控服务台可以通过访问数据库进行物流信息的查询。当物流车在行驶过程中，RFID扫描器定时扫描车内的的RFID标签，如果物品没有异常变化则定时将GPS地理位置信息上传到服务器，如果物流车中物品需要进行合法变动时，主控服务台将通过移动通信网络将要变化的信息传输到车载终端，车载终端将根据命令信息允许带有电子标签的物品进行合法移动。如果中途出现异常变动，车载终端将立刻向主控服务台发送信息，主控方将向报警系统发出指示，报警系统向工作人员发出报警信息，工作人员在接到报警信息时将采取相应的处理措施，以此保证货品的安全运输。
4硬件与软件
4.1
RFID读写电路
读写器与电子标签之间利用射频信号及其空间耦合对RFID芯片中的数据进行读写。我们使用MELEXIS公司MLX90121多协议RFID收发器芯片、单片机控制电路及其他外围设备组成RFID电子标签读写电路。MLX90121芯片是一款适合ISO智能标签和读卡器使用的集成电路芯片（无线发射与接收电路设计，第二版）。其符合ISO16593-2和ISO14443-2A标准要求，输出功率打到200毫瓦(50殴负载),电源电压为3.3V—5V。在写模式，可以选择调制深度。在读模式，可以配置副载波为AM或FSK调制形式。
使用AT89S52单片机作为读写器的微控制器。AT89S52单片机是一款低功耗，高性能CMOS
8位微控制器，具有8K可编程Flash存储器，该芯片被广泛地应用在众多嵌入式控制系统中。
MLX90121应用电路
射频识别方框图
4.2
软件系统构架设计
由RFID电子标签及读写设备完成数据采集，并与仓储管理等各功能模块基尼系那个信息交互；本系统软件通过第三方软件接口与其他系统进行互联。系统采用多层混合架构，分别利用C/S和B/S的优点来满足不同应用子系统的需要，并实现用户界面层，业务逻辑层、数据信息层的多架构模式。
5、仿真
6、结论
第五篇：智能制造系统论文
智能制造概述
摘要：介绍了智能制造提出的背景、主要研究内容和目标, 人工智能与 I M T、I M S的关系, I M S 和C I M S, 智能制造的物质基础及理论基础, 智能制造系统的特征及框架结构, 并简要介绍了智能加工中心 IMC, 智能制造技木的发展趋势，以及智能制造系统研究成果及存在问题。关键词：智能制造，IMS, IMC, IMT。
Abstract：Intelligent Manufacturing introduced the background, main contents and objectives, Artificial Intelligence and IMT, IMS relations, IMS and CIMS, intelligent manufacturing and the material basis of the theoretical basis of the characteristics of intelligent manufacturing system and the framework structure, and gave a briefing on intelligence Machining Center IMC, intelligent manufacturing technology development trend of wood, as well as the Intelligent Manufacturing Systems research results and problematic.Key words: Intelligent Manufacturing, IMS, IMC, IMT。
一.智能制造提出的背景
制造业是国民经济的基础工业部门, 是决定国家发展水平的最基本因素之一。从机械制造业发展的历程来看, 经历了由手工制作、泰勒化制造、高度自动化、柔性自动化和集成化制造、并行规划设计制造等阶段。就制造自动化而言, 大体上每十年上一个台阶: 50～ 60年代是单机数控, 70 年代以后则是CNC 机床及由它们组成的自动化岛, 80 年代出现了世界性的柔性自动化热潮。与此同时, 出现了计算机集成制造, 但与实用化相距甚远。随着计算机的问世与发展, 机械制造大体沿两条路线发展: 一是传统制造技术的发展, 二是借助计算机和自动化科学的制造技术与系统的发展。80年代以来, 传统制造技术得到了不同程度的发展,但存在着很多问题。先进的计算机技术和制造技术向产品、工艺和系统的设计人员和管理人员提出了新的挑战, 传统的设计和管理方法不能有效地解决现代制造系统中所出现的问题, 这就促使我们借助现代的工具和方法, 利用各学科最新研究成果, 通过集成传统制造技术、计算机技术与科学以及人工智能等技术, 发展一种新型的制造技术与系统, 这便是智能制造技术(In telligen t M anufactu r ingTechno logy, I M T)与智能制造系统(In telligen tM anufactu r ing System , I M S)[1 ]。
年代以后, 世界各国竞相大力发展 I M T 和I M S 的深层次原因有:(1)集成化离不开智能 制造系统是一个复杂的大系统, 其中有多年积累的生产经验, 生产过程中的人—机交互作用, 必须使用的智能机器(如智能机器人)等。脱离了智能化, 集成化也就不能完美地实现。
(2)机器智能化比较灵活 可以选择系统智能化, 也可以选择单机智能化;单机可发展一种智能,也可发展几种智能;无论在系统中或单机上, 智能化均可工作, 不像集成制造系统, 只有全系统集成才可工作。
(3)智能化的经济效益较高 现有的计算机集成制造系统(Compu ter In tegratedM anufactu r ingSystem , C I M S)少则投资数千万元, 多则投资数亿元乃至数十亿元, 很少有企业能承担得起, 而且投入正常运行的很少, 维护费用也高, 还要废弃原有的设备, 难以推广。
(4)白领化使得有丰富经验的机械工人和技术人员日益缺少，产品制造技术越来越复杂, 促使使用人工智能和知识工程技术来解决现代化的加工问题。(5)工厂生产率的提高更多地取决于生产管理和生产自动化 人工智能与计算机管理相结合, 使得不懂计算机的人也能通过视觉、对话等智能手段实现生产管理的科学化。
总之，以计算机信息技术为基础的高新技术得到迅猛发展 ,为传统的制造业提供了新的发展机遇。计算机技术、信息技术、自动化技术与传统制造技术相结合 ,形成了先进制造技术概念。冷战结束以后 ,国际间竞争的重点由单纯的军事实力较量转向以发展经济和提高国民生活水平的综合国力较量 ,随之而来的这种国际间高新技术领域的竞争愈演愈烈 ,且其发展形式由最初的仅依托本国的人力、物力和财力 ,发展到国际间的大规模合作。近年来由发达国家倡导的面向21世纪的 “智能制造系统”、“信息高速公路” 等国际研究计划 ,无疑是该背景下的产物 ,也是国际间进行高科技研究开发的具体表现和积极占领 21 世纪高科技制高点的象征。二.主要研究内容和目标
智能制造在国际上尚无公认的定义。目前比较通行的一种定义是, 智能制造技术是指在制造工业的各个环节, 以一种高度柔性与高度集成的方式,通过计算机来模拟人类专家的制造智能活动。因此, 智能制造的研究开发对象是整个机械制造企业, 其主要研究开发目标有二: ①整个制造工作的全面智能化, 它在实际制造系统中首次提出了以机器智能取代人的部脑力劳动作为主要目标, 强调整个企业生产经营过程大范围的自组织能力;②信息和制造智能的集成与共享, 强调智能型的集成自动化。目前, I M T 和 I M S 的研究方向已从最初的人工智能在制造领域中的应用(A i M)发展到今天的I M S, 研究课题涉及的范围由最初仅一个企业内的市场分析、产品设计、生产计划、制造加工、过程控制、信息管理、设备维护等技术型环节的自动化, 发展到今天的面向世界范围内的整个制造环境的集成化与自组织能力, 包括制造智能处理技术、自组织加工单元、自组织机器人、智能生产管理信息系统、多级竞争式控制网络、全球通讯与操作网等。
由日本提出的 I M S 国际合作研究计划对 I M S的解释可以看出, I M S 的研究包括智能活动、智能机器以及两者的有机融合技术, 其中智能活动是问题的核心。在 I M S 研究的众多基础技术中, 制造智能处理技术是最为关键和迫切需要研究的问题之一, 因为它负责各环节的制造智能的集成和生成智能机器的智能活动。在一个国家甚至世界范围内, 企业之间有着密切的联系, 譬如, 采用相同的生产设备和系统, 有着类似的生产控制与管理方式,上下游产品之间的联系, 等等。其间存在的突出问题是产品和技术的规范化、标准化和通用化、信息自动交换形式与接口以及制造智能共享等。
国际 I M S 计划的基本观点如下: ①I M S 是21世纪的制造系统, 必须开发与之相适应的制造技术;②应对这些技术进行组织化和系统化;③加强技术的标准化;④考虑人的因素;⑤保护环境。该计划由已有生产技术的体系化和标准化、21 世纪生产技术的研究与开发两大部分构成。
1992 年4 月在日本召开的第一次国际技术委员会, 确定了4 个主题: ①技术课题;②选择原则;③评价程序;④执行准则。由国际 I M S 中心成员提出的首批10 项研究课题是①企业集成;②全球制造;③系统单元技术;④清洁制造技术;⑤人与组织研究;⑥先进的材料加工技术;⑦全球并行工程(评估和实施);⑧自主模块的系统设备与分布控制;⑨快速产品开发;b k知识系统化(设计与制造)。美国国家科学基金会(N SF)已连续数年重点资助了与智能制造有关的研究项目, 这些项目覆盖了智能制造的绝大部分技术领域, 包括制造过程中的智能决策、基于多施主(mu lt i-agent)的智能协作求解、智能并行设计、物流传输的智能自动化、智能加工系统和智能机器等。
日本提出的智能制造系统国际合作计划, 以高新计算机为后盾、深受其 “真空世界” 计算机研究计划的影响。其主要研究内容如下: ①强调部分代替人的智能活动, 实现部分人的技能;②使用智能计算机技术来集成设计制造过程, 使之一体化, 以虚拟现实技术实现虚拟制造, 以多媒体的人机接口技术、虚拟现实技术, 实现职业教育;③强调全球制造网络的生产制造技术, 通过卫星、In ternet 和数字电话网络实现全球制造;④强调智能化与自律化的智能加工系统以及智能化CNC、智能机器人的研究。⑤重视分布式人工智能技术的应用, 强调自律协作代替集中递阶控制。
I M T 与 I M S 的研究与开发对于提高产品质量、生产效率和降低成本, 提高国家制造业响应市场变化的能力和速度, 以及提高国家的经济实力和国民的生活水准, 均具有重大的意义。其研究目标是要实现将市场适应性、经济性、人的重要性、适应自然和社会环境的能力、开放性和兼容能力等融合在一起的生产系统: ①使整个制造过程实现智能化, 并具有自组织能力;②I M S 是一个集成许多工厂和多种机器设备的混合系统;③具备满足各种社会需求的柔性;④能充分发挥人的作用;⑤易于操作;⑥总效率高;⑦能避免重复投资等。人工智能的目的是为了用技术系统来突破人的自然智力的局限性 ,达到对人脑的部分代替、延伸和加强的目的 ,使那些单靠人的天然智能无法进行或带有危险性的工作得以完成 ,从而使人类的智慧能集中到那些更富于创造性的工作中去。人是制造智能的重要来源 ,在制造业走向智能化过程中起着决定性作用。目前在整体智能水平上 ,与人工系统相比 ,人的智力仍然是遥遥领先的。人工智能模拟的蓝本主要是人类的智能 ,但人类的智能是随时间不断变化的 ,而这种变化又是无止境的 ,只有人与机器有机高度结合 ,才能实现制造过程的真正智能化。智能制造被称为新世纪的制造技术 ,目前之所以还不能实现 ,是由于要受到目前科学技术、人以及经济等诸多方面的制约。智能与思维智能 ,就是在各种环境和目的的条件下正确制定决策和实现目的的能力。在这里 ,给定的环境和目的是问题的约束条件 ,制定正确的决策是智能的中心环节 ,而有效地实现目的 ,则是智能的评判准则。从信息处理的角度讲 ,智能可以看成是获取、传递、处理、再生和利用信息的能力。而思维能力是整个智能活动中最复杂、最核心的部分 ,主要指处理和再生信息的能力。这种信息处理的过程是十分复杂和多样化的 ,归纳起来 ,大体可分为 3 种基本的类型 ,即:经验思维、逻辑思维和创造性思维。在工艺设计过程中 ,这三种类型的思维都存在 ,在不同层次的决策中起着重要作用。
总之，智能制造技术是制造技术、自动化技术、系统工程与人工智能等学科互相渗透、互相交织而形成的一门综合技术。其具体表现为:智能设计、智能加工、机器人操作、智能控制、智能工艺规划、智能调度与管理、智能装配、智能测量与诊断等。它强调通过“ 智能设备 ” 和“ 自治控制 ” 来构造新一代的智能制造系统模式。智能制造系统具有自律能力、自组织能力、自学习与自我优化能力、自修复能力 ,因而适应性极强 ,而且由于采用 VR技术 ,人机界面更加友好。因此 , I M技术的研究开发对于提高生产效率与产品品质、降低成本 ,提高制造业市场应变能力、国家经济实力和国民生活水准 ,具有重要意义。智能制造是制造系统柔性自动化和集成自动化的新发展和重要组成部分 ,因此未来智能制造将向智能集成的方向发展 ,未来智能制造的研究将着重于智能传感与检测(如智能传感器、智能传感与检测技术、光纤传感技术等)。
三.人工智能与 I M T、I M S 人工智能的研究, 一开始就未能摆脱制造机器生物的思想, 即 “机器智能化”。这种以 “自主” 系统为目标的研究路线, 严重地阻碍了人工智能研究的进展。许多学者已意识到这一点, Feigenbaum、N ew ell、钱学森从计算机角度出发, 提出了人与计算机相结合的智能系统概念。目前国外对多媒体及虚拟技术研究进行大量投资, 以及日本第五代智能
计算机研制计划的搁浅等事例, 就是智能系统研究目标有所改变的明证。
人工智能技术在机械制造领域中的应用涉及市场分析、产品设计、生产规划、过程控制、质量管理、材料处理、设备维护等诸方面。结果是开发出了种类繁多的面向特定领域的独立的专家系统、基于知识的系统或智能辅助系统, 形成一系列的 “智能化孤岛”。随着研究与应用的深入, 人们逐渐认识到, 未来的制造自动化应是高度集成化与智能化的
人—机系统的有机融合, 制造自动化程度的进一步提高要依赖于整个制造系统的自组织能力。如何提高这些 “孤岛” 的应用范围和在实际制造环境中处理问题的能力, 成为人们的研究焦点。在80 年代末和90 年代初, 一种通过集成制造自动化、新一代人工智能、计算机等科学技术而发展起来的新型制造工程—— I M T 和新——代制造系统—— I M S 便脱颖而出。
人工智能在制造领域中的应用与 I M T 和I M S 的一个重要区别在于, I M S 和 I M T 首次以部分取代制造中人的脑力劳动为研究目标, 而不再仅起 “辅助和支持” 作用, 在一定范围还需要能独立地适应周围环境, 开展工作。
四.I M S 和C I M S C I M S 发展的道路不是一帆风顺的。今天,C I M S 的发展遇到了不可逾越的障碍, 可能是刚开始时就对C I M S 提出了过高的要求, 也可能是C I M S 本身就存在某种与生俱来的缺陷, 今天的C I M S 在国际上已不像几年前那样受到极大的关注与广泛地研究。从C I M S 的发展来看, 众多研究者把重点放在计算机集成上, 从科学技术的现状看, 要完成这样一个集成系统是很困难的。
C I M S 作为一种连接生产线中的单个自动化子系统的策略, 是一种提高制造效率的技术。它的技术基础具有集中式结构的递阶信息网络。尽管在这个递阶体系中有多个执行层次, 但主要控制设施仍然是中心计算机。C I M S 存在的一个主要问题是用于异种环境必须互连时的复杂性。在C I M S 概念下, 手工操作要与高度自动化或半自动化操作集成起来是非常困难和昂贵的。在C I M S 深入发展和推广应用的今天, 人们已经逐渐认识到, 要想让C I M S 真正发挥效益和大面积推广应用, 有两大问题需要解决: ①人在系统中的作用和地位;②在不作很大投资对现有设施进行技术改造的情况下亦能应用C I M S。现有的C I M S概念是解决不了这两个难题的。今天, 人力和自动化是一对技术矛盾, 不能集成在一起, 所能做的选择, 或是昂贵的全自动化生产线, 或是手工操作, 而缺乏的是人力和制造设备之间的相容性,人机工程只是一个方面的考虑, 更重要的相容性考虑要体现在竞争、技能和决策能力上。人在制造中的作用需要被重新定义和加以重视。
事实上, 在70 年代末和80 年代初, 人们已开始认识到人的因素在现代工业生产中的作用。英国出版公司(IFS)于 1984 年就首次发起了第一届“制造中人的因素” 研讨会, 目的在于提高人们对制造环境中人的因素及其所起作用的认识。事实证明, 人是 I M S 中制造智能的重要来源。值得指出的是, C I M S 和 I M S 都是面向制造过程自动化的系统, 两者密切相关但又有区别。
C I M S 强调的是企业内部物料流的集成和信息流的集成;而 I M S 强调的则是更大范围内的整个制造过程的自组织能力。从某种意义上讲, 后者难度更大, 但比C I M S 更实用、更实际。C I M S 中的众多研究内容是 I M S 的发展基础, 而 I M S 也将对C I M S 提出更高的要求。集成是智能的基础, 而智能也将反过来推动更高水平的集成。I M T 和 I M S 的研究成果将不只是面向21 世纪的制造业, 不只是促进C I M S 达到高度集成, 而且对于FM S、M S、CNC 以至一般的工业过程自动化或精密生产环境而言, 均有潜在的应用价值。有识之士对人工智能技术、计算机科学和C I M S 技术进行了全面的反思。他们在认识机器智能化的局限性的基础上, 特别强调人在系统中的重要性。如何发挥人在系统中的作用, 建立一种新型的人—机的协同关系, 从而产生高效、高性能的生产系统, 这是当前众多学者都会提出的问题, 也正是C I M S 所忽视的关键因素, 这一因素导致了C I M S 发展中不可逾越的障碍。值得一提的是有的学者特别强调 “人件(Humanw are)” 在系统中的重要性, 提出C I M S 的开放结构体系思想。最引人注目的是欧共体的ESPR IT 计划中单独列出的一个研究子项, 即 “以人为中心的C I M S”。甚至有人索性称以人为中心的 C I M S 为 H I M S(HumanIn tegrated M anufactu r ing System), 指出集成制造系统首先是 “人的集成”。耐人寻味的是, 目前研究的 “精良生产” 与 “敏捷制造” 等新型制造系统的主要出发点也是强调 “人” 的作用, 即 “以人为中心”。
五．智能制造的物质基础及理论基础 1.智能制造系统的物质基础主要有:
(1)数控机床和加工中心 美国于 1952 年研制成功第一台数控铣床 ,使机械制造业发生一次技术革命。数控机床和加工中心是柔性制造的核心单元技术。(2)计算机辅助设计与制造提高了产品的质量和缩短产品生产周期 ,改变了传统用手工绘图、依靠图纸组织整个生产过程的技木管理模式。
(3)工业控制技术、微电子技术与机械工业的结合 — — — 机器人开创了工业生产的新局面 ,使生产结构发生重大变化 ,使制造过程更富于柔性扩展了人类工作范围。
(4)制造系统为智能化开发了面向制造过程
中特定环节、特定问题的 “智能化孤岛”,如专家系统、基干知识的系统和智能辅助系统等。
(5)智能制造系统和计算机集成制造系统用
计算机一体化控制生产系统 ,使生产从概念、设计到制造联成一体 ,做到直接面向市场进行生产 ,可以从事大小规模并举的多样化的生产;近年来 ,制造技术有了长足的发展和进步 ,也带来了很多新问题。数控机床、自动物料系统、计算机控制系统、机器人等在工业公司得到了广泛的应用 ,越来越多的公司使用了 “计算机集成制造系统(CIMS)”、“柔性制造系统(FMS)”、“工厂自动化(FA)”、“多目标智能计算机辅助设计(M1CAD)”、“模块化制造与工厂(MXMF)、并行工程(CE)”、“智能控制系统(ICS)” 以及 “智能制造(IM)”、“智能制造技术(IMT)” 和 “智能制造系统(IMS)” 等等新术语。先进的计算机技术、控制技术和制造技术向产品、工艺和系统的设计师和管理人员提出了新的挑战 ,传统的设计和管理方法不能再有效地解决现代制造系统提出的问题了。要解决这些问题、需要用现代的工具和方法 ,例如人工智能(AI)就为解决复杂的工业问题提出了一套最适宜的工具。2.智能制造技术的理论基础
智能制造技术是采用一种全新的制造概念和实现模式。其核心特征强调整个制造系统的整体“智能化” 或 “自组织能力” 与个体的 “自主性”。“智能制造国际合作研究计划J IRPIMS” 明确提出: “智能制造系统是一种在整个制造过程中贯穿智能活动 ,并将这种智能活动与智能机器有机融合 ,将整个制造过程从订货、产品设计、生产到市场销售等各个环节以柔性方式集成起来的能发挥最大生产力的先进生产系统”。基于这个观点,在智能制造的基础理论研究中 ,提出了智能制造系统及其环境的一种实现模式 ,这种模式给制造过程及系统的描述、建模和仿真研究赋予了全新的思想和内容 ,涉及制造过程和系统的计划、管理、组织及运行各个环节 ,体现在制造系统中制造智能知识的获取和运用 ,系统的智能调度等 ,亦即对制造系统内的物质流、信息流、功能决策能力和控制能力提出明确要求。作为智能制造技术基础 ,各种人工智能工具 ,及人工智能技术研究成果在制造业中的广泛应用 ,促进了智能制造技术的发展。而智能制造系统中 ,智能调度、智能信息处理与智能机器的有机融合而构成的复杂智能系统 ,主要体现在以智能加工中心为核心的智能加工系统的智能单元上。作为智能单元的神经中枢——智能数控系统 ,不仅需要对系统内部中各种不确定的因素如噪声测量、传动间隙、摩擦、外界干扰、系统内各种模型的非线性及非预见性事件实施智能控制 ,而且要对制造系统的各种命令请求做出智能反应。这种功能已远非传统的数控系统体系结构所能胜任 ,这是一个具有挑战性的新课题。对此有待研究解决的问题有很多 ,其中包括智能制造机理、智能制造信息、制造智能和制造中的计算几何等。总之 ,制造技术发展到今天 ,已经由一种技术发展成为包括系统论、信息论和控制论为核心的、贯穿在整个制造过程各个环节的一门新型的工程学科 ,即制造科学。制造系统集成与调度的关键是信息的传递与交换。从信息与控制的观点来看 ,智能制造系统是一个信息处理系统 ,由输入、处理、输出和反馈等部分组成。输入有物质(原料、设备、资金、人 员)、能量与信息;输出有产品与服务;处理包括物料的处理与信息处理;反馈有产品品质回馈与顾客反馈。制造过程实质上是信息资源的采集、输入、加工处理和输出的过程 ,而最终形成的产品可视为信息的物质表现形式。
六．智能制造系统的特征及框架结构
1.为了提出有我国特色的智能制造模式 ,首先要搞清智能系统应具有什么特征。当前对智能系统的理解有两种不同的意见:一种是从科学的角度来看这个问题的意见 ,即认为只有具备下列特征的系统才能称为智能系统:一个系统既具有人类智能(或部分地),又具有与人类实现其智能相似的过程与途径。另一种是从工程的角度来看这个问题的意见 ,即认为一个系统只要具有(或部分具有)人类智能就称为智能系统 ,而不管实现其智能的过程与途径。我们这里所讨论的问题是关于智能制造系统的问题 ,也就是从工程角度来讨论智能系统的问题。我们认为:在工程上 ,智能系统的特征有以下几个方面 ,具有下列特征之一的系统 ,从工程角度看 ,就可称为智能系统：(1)多信息感知与融合;(2)知识表达、获取、存储和处理(主要是识别、设计、计算、优化、推理与决策);(3)联想记忆与智能控制;(4)自治性 自相似、自学习、自适应、自组织、自维护;(5)机器智能的演绎(分解)与归纳(集成);(6)容错。
2.智能制造系统模式的框架结构
整个系统是一个多智能体分布式网络结构 ,分成四个部分:中心层、管理层、计划层和生产层。每个层由具有自治性的多智能体组成 ,这种多智能体具有相似的结构 ,但根据任务的不同而有不同的自学习、自适应、自组织、自维护功能。智能系统有一定的容错能力 ,可以在不完整的信息或偶然误差出现时正常地工作。系统与因特网兼容 ,可以进行企业动态联盟、招标、投标及电子商务 ,还可形成虚拟制造的支持环境。
七． 智能加工中心 IMC 1.智能加工中心是智能制造系统中一种典型的智能加工机器。作为以 IMC 为主的智能加工单元 ,其任务为感知、决策、加工、控制与学习。智能加工中心既是智能制造过程和系统的实验和应用对象 ,也是智能制造技术的缩影和实现通道。它与普通的加工中心(MC)有着本质的区别 ,除了完成数控代码规定的加工任务外 ,能够根据信息的综合进行自主决策 ,实时调整自身行为 ,适应环境和自身的不确定性变化 ,即应具有 “自主性” 和 “自组织” 能力 ,实现对 IMC的数控系统进行实时干预与智能控制。数控加工中心的实时智能控制 ,表现为三个方面:第一是远程控制 ,通过通信线路对加工现场进行控制 ,对加工中心的加工操作和加工状态进行监视;第二是故障识别与处理 ,如刀具磨损识别与自动更换备用刀具、自激振动识别与自动抑制或消除等;第三是自适应控制 ,根据检测到的过程控制信息自适应地改变加工参数。而智能加工中心对信息的获取与处理表现在对加工环境和加工状态的自主响应能力 ,其中对刀具状态的监测是评判加工状态的重要依据。加工中心刀具状态实时在线智能监测系统 ,及基于神经网络与模糊识别模式的多传感器融合技术的刀具磨、破损监测
系统的成功开发 ,为智能制造信息的自动获取 ,成功提供了有力的保证。2.智能加工中心的主要功能
在智能加工中心中 ,智能数控系统是 IMC 的神经中枢 ,其智能化程度直接决定了整个智能制造系统的智能水平。智能数控系统具有高级的自主控制功能 ,能将任务请求、作业规划、轨迹控制、过程监视与控制、错误自修复等功能有机结合起来。面向制造系统 ,它是任务驱动的柔性规划学习系统 ,而面对复杂的物流加工环境 ,它又是 “刺激一反应” 型的再励系统 ,能对来自内部和外界环境的多种刺激做出理智的决策 ,从而以最优策略完成目标任务。通过对智能制造环境下的加工过程进行分析 ,确定加工中心应具备的主要功能有:(1)感知功能 ,根据多种传感器信号的收集、特征提取和信息融合 ,实现加工对象感知和系统状态感知。
(2)决策功能 ,在感知的基础上通过决策 ,明确其在整个制造系统中的作用、与其它智能机器的关系 ,并确定自身的行为方式。
(3)控制功能 ,智能加工中心根据决策结果进行处理 ,采用最优化的方式完成加工任务 ,并保证加工过程得到可靠的监视和维护。
(4)通信功能 ,包括与 CAD/ CAM 系统的智能通信 ,实现数据与知识的交流 ,支持并行工程策略;与其它智能加工机器的智能通信 ,交流状态信息 ,协调加工负荷;与人类专家和操作人员的智能通信 ,提供良好的人机交互环境 ,为智能机器提供知识单元 ,做出相应决策。
(5)学习功能 ,依据决策、控制和加工指令 ,以及由此引起的状态变化和最终加工任务 ,学习和积累相关知识 ,改进决策和控制策略。此外 ,还包括从人类专家和其它智能机器直接获取知识。
八．智能制造技木的发展趋势 智能制造是从 80 年代末发展起来的 ,最旱的几本有关智能制造及系统方面的专著是在 1988年由 Wrightfg MilaciC 等人编写的 ,随后、Kusiak和 Pain也相继出版了这方面的研究著作。这些专著所描述的 IMS仍基于设计与制造技术所提出的问题和解决的工具与方法。在许多工业化国家、人工智能已被当作求解现代工业提出的问题的工具和方法。因此 ,这些专著仅着力于人工智能在制造业中的应用和智能系统研究与应用中提出的问题的求解、使用基于知识的系统(如级联结构系统)和优化方法来解决自动化制造环境中零件、产品、系统的设计与制造 ,以及自动制造系统的规划与调度(管理)问题。先进的工业化国家在研究 FMS、CIMS、FA 及AI筹的基础上 ,为了进行国际间制造业的共同协作研究、开发、设计、生产、物流、信息流、经营管理乃至制造过程的集成化与智能化等而提出来的智能制造系统 ,也是为了解决各发达国家面临的企业活动全球化、重复投资增大、现场熟练技术工人不足和社会对产品的需求变化等因素而倡导的国际制造业的合作。在迸行智能制造及其相关技术与系统的研究方面、首推日本在 1990 年提议和倡导的日、美、欧之间建立的国际运营委员会、国际技术委员会和附属机构 IMS中。大有主宰未来制造技术的趋势。1991～ 1993 年 Barschdor 汀和 Monostori 等应用人工神经网络(ANNS)到智能制造中进行加工过程的建模、监测、诊断、自适应控制;通过神经网络的知识表示和学习能力 ,缩短 CIMS的反应时间 ,提高产品的质量 ,使系统更可靠。而 Furukawa则对智能机器的设计程序及它在自动导引车中的应用作了介绍。被称为是二十一世纪的制造技术的智能制造系统 ,目前国内外已相继开展了国际联合研究计划。智能制造系统与当前任何制造系统相比 ,在体系结构上有着根本意义上的不同 ,具体体现在:一是采用开放式系统设计策略。通过计算机网络技术 ,实现共享制造数据和制造知识 ,以保证系统质量。这是将计算机界先进的设计和开发思想融入到制造系统的结果 ,因而使制造系统向拟人化的方向进一步发展。二是采用分布式多自主体智能系统设计策略 ,其基本思想是:赋予制造系统中各组成部分或子系统一定的自主权 ,使其形成一个封闭的具有完整功能的自主体 ,这些自主体以网络智能结点的形式联接在通讯网络上 ,各个智能结点在物理上是分散的 ,在逻辑上是平等的。通过各结点的协同处理与合作 ,共同完成制造系统任务 ,实现人与人的知识在制造中的核心地位。此外 ,生物制造与仿生机械的科学与技术、生物自生长成形制造、绿色制造的科学与技术包括产品与人类和自然的协调理论 ,产品绿色工艺(如Near2Zero Waste)等也极大地丰富了智能制造的范畴 ,促进了智能制造系统的发展。目前 ,我国一些高等院校也在进行智能制造技术的研究 ,如南京航空航天大学机电学院朱剑英教授成立的智能制造科研组 ,一方面跟踪国际智能制造的最新研究动态 ,另一方面从事智能制造关键基础技术的预研工作 ,为地区及我国智能制造技术的发展做出了一定贡献。遗憾的是 ,由于种种原因 ,我国政府主管部门和有关大公司、厂家并无迹象表明对智能制造已引起足够的重视 ,至今也未得到我国机械学科的普遍关注。相信随着人们对智能制造系统认识的逐步深入 ,智能制造系统必将得以迅猛发展 ,迎头赶上世界先进发展水平。
九．智能制造系统研究成果及存在问题
目前对分布式制造系统的研究虽然还处于初期阶段 ,但已在不同层次、不同侧面上取得了大量令人振奋的基础理论研究成果和应用成果 ,如制造 Agent的个体目标机制(如奖惩机制、市场机制、目标函数等)等。这些研究成果奠定了MAS在制造控制中应用的基础。但是 ,由于制造 Agent 在信息、知识和控制上的完全分布 ,每个 Agent 对环境、对整个问题求解活动及其他Agent 的意图只有部分的、不完全的知识 ,并且拥有的知识可能互相不一致 ,各个 Agent只能根据不完备的知识与不完整、不同步的信息做出局部决策。又由于整个系统缺乏类似中央控制的机制 ,因而整个系统的控制和决策往往不能达到最优效果 ,而且不可避免地存在大量难以解决的决策冲突(C onflict)和死锁(Deadlock)。因此 ,对分布式自治制造系统中异构 Agent 间的相互合作以及全局协调机制的研究 ,是分布式自治制造系统最重要 ,也是最基本的问题 ,更是其走向实用所亟待解决的核心问题。协调是指一组 Agent 完成一些集体活动时相互作用的性质。在分布式制造系统中 ,全局协调和优化是一个在多目标动态约束下 ,各类活动和资源的最佳组合和排序的动态求取过程 ,它可以描述为两个子问题 ,即局部调度决策和全局资源协调。由于 “组合爆炸” 现象的存在 ,当前采用的普遍方法是谈判和投标(Neg otiation and Bidding)。谈判被定义为:在开放的、动态的制造控制环境下 ,拥有任务订单的 Agent(协调者),及欲参与任务执行的 Agent(投标者)之间传递各自的资源、愿望和能力信息 ,反复进行协商 ,直到其中一个Agent 或一组Agent 被选出组成执行该任务的队列的过程。在这个过程中出现的冲突和死锁或者由协调者来解决 ,或者由冲突中的 Agent 自行解决。为了加快谈判过程 ,许多研究工作致力于改进谈判策略和开发支持协商的协议和语言 ,目前已提出了诸如一步谈判、多步谈判、合同网等多种谈判策略和协议。分析这种谈判过程 ,可以看出:
(1)在当前所采用的模型中 ,谈判是基于对谈判者的知识与能力、讨价还价过程、收益计算 ,以及子系统的影响(或能力)的平衡的显式表达 ,以可计算的迭代模型模拟社会或生物界的组织形式和进化过程的协调和协作方法;
(2)各个Agent 总是将其他Agent 的局部调度作为其预测信息 ,以计算其自己的局部调度决策。依次地 ,又将决策结果传递给其他 Agent。宏观上看 ,这是一个串行过程。当一个Agent 产生的结果不可接受时 ,又需要进行反复通信和迭代。因而 ,各个 Agent 的内部可以看作是一个局部闭环反馈控制系统 ,而冲突则是其外部扰动;
(3)全局协调的目标是要完全消解冲突 ,因而各 Agent 总是要利用最新的信息来处理冲突。因此 ,谈判实际上是一种外部合作机制。这种方法在一定程度上解决了开放环境中的 Agent 协调和协作的组合优化问题 ,但是该方法的一个固有缺陷是它只是对社会市场或生物界的组织形式和进化过程的直觉模仿[1 ],尚缺乏对其基本原理、机制和限制条件的深刻认识和理论上的证明 ,例如 ,在什么条件下谈判的过程是收敛的、稳定的。如何得到期望的结构或功能等。尤其当系统规模较大 ,而且 Agent 处于信息连续变化的高度紊乱的环境中(如由于市场的快速变化 ,经常会有一些短期的、紧急的订单需要及时处理)时 ,有可能引起冲突的传播(即任何两个实体间冲突的解决会触发其他冲突的出现)。这种特性类似于自催化过程 ,各个制造Agent 间正向先进制造技术的源泉.科学通报,1998 , 43-33727.[4 ] 史忠植.高级人工智能.北京: 科学出版社, 1998.[5]杨文通 ,王曹 刘志峰 ,等 数字化网络化制造技术北京 电子工业出版社 , [6]王英林 ,刘敏 ,张申生 ,基于Agent的敏捷供应链及相关技术 中国机械工程 , [7]张军 ,赵江洪 网络协同数控机床工业设计系统中的知识获取与应用研究 〔机械工程学报 〕 ,
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