第一篇：淺析RFID醫(yī)院嬰兒智能防盜系統(tǒng)設計的論文

根據(jù)美國“失蹤與受虐兒童援助中心”統(tǒng)計，從1983年到2002年間，美國有217個嬰兒被誘拐，在這個總數(shù)中，100個嬰兒是從醫(yī)院(57個是從母親的病房)被盜走的。事實證明，醫(yī)院內新生兒被盜事件與是否采用母嬰同室方式并沒有太大的關聯(lián)。近年來，國內一些醫(yī)院的嬰兒被盜案件也能很容易地從公開媒體上查詢到，例如2007年，杭州市第四人民醫(yī)院產婦湯某嬰兒被盜;2008年8月南寧市梁某新生嬰兒在衛(wèi)生院被冒牌醫(yī)生盜走，至今沒有破案。新生兒對于其家庭來說相當重要，一旦在醫(yī)院被盜或被更換，將給包括醫(yī)院、受害人及其家庭在內的當事各方帶來災難性的后果。繼而出現(xiàn)“醫(yī)鬧”事件，在社會上造成不良影響，影響醫(yī)院正常工作的運行，同時也給本來就比較緊張的醫(yī)患關系“雪上加霜”。如何有效避免這種問題的出現(xiàn)，在此設計一種基于射頻識別技術的嬰兒智能防盜系統(tǒng)，能夠防止嬰兒在醫(yī)院內被盜，有效保護嬰兒的安全，也保障了各方權益。

1嬰兒智能防盜系統(tǒng)簡介

嬰兒智能防盜系統(tǒng)借助射頻識別技術(RadioFre-quencyIdentification，RFID)，在嬰兒身上佩戴對人體無害的，能發(fā)射RF射頻信號的智能電子標簽。嬰兒電子標簽定時發(fā)射具有惟一ID信息給嬰兒防盜系統(tǒng)，系統(tǒng)據(jù)此對嬰兒所在位置進行實時監(jiān)控和追蹤，同時對企圖盜竊嬰兒的行為及時報警提示。RFID工作原理如圖1所示，標簽(即射頻卡)進入磁場后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產品信息(PassiveTag，無源標簽或被動標簽)，或者主動發(fā)送某一頻率的信號(ActiveTag，有源標簽或主動標簽);解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進行有關數(shù)據(jù)處理。

2系統(tǒng)組成及架構

基于RFID射頻識別技術的嬰兒智能防盜系統(tǒng)由以下幾部分組成：嬰兒防盜標簽及腕帶，讀卡器，出口監(jiān)視器，計算機控制系統(tǒng)。

當每一位帶有防盜標簽的嬰兒進出時都會發(fā)射出惟一的ID編號，控制計算機能隨時顯示進出嬰兒的信息。當非正?；虮┝﹂_門時，門磁開關信號被輸入到門禁控制器內，門禁控制器輸出報警信號，以聲光信號報警。

2.1防盜系統(tǒng)硬件設計

(1)嬰兒防盜標簽及腕帶。系統(tǒng)的核心是嬰兒防盜標簽設計，它是一個小巧的射頻發(fā)射器，從戴上標簽的瞬間開始，電子防盜標簽就不斷地自動發(fā)射出信號，以便系統(tǒng)隨時進行監(jiān)控。如未經(jīng)授權，任何試圖取下或破壞標簽的行為會觸發(fā)報警?？紤]到嬰兒治療、洗澡等需要較遠距離的識別，系統(tǒng)設計采用有源標簽。有源標簽主要由電源、微控制器和RF發(fā)射組成。微控制器用于控制RF芯片的工作模式和頻段，同時產生標簽的內碼，傳送給RF芯片發(fā)射出去。有源標簽射頻部分主要由RF專用芯片組成。與標簽配套使用的腕帶可以進行調節(jié)以適應不同嬰兒，但不可重復使用。由于新生嬰兒在出生后的數(shù)天內會因迅速失去體內多余的水分而減輕體重，腕帶還可以隨時根據(jù)嬰兒體重變化而調整。嬰兒防盜標簽可以重復使用，采用防水設計，可進行清洗，無任何過敏反應。

(2)讀卡器設計。讀卡器向防盜標簽提供射頻能量，從防盜標簽中讀出數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)信息處理，并實現(xiàn)應用操作以及高層交互應用。雖然因頻率范圍、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)傳輸方式的不同，各種讀卡器會有很大的區(qū)別和差異，但是所有的讀卡器在上述功能上是很相似的。由于是遠距離控制，讀卡距離不能太遠也不能太近，要使卡片一進入感應的范圍就被識別。要求距離讀卡器讀卡全向范圍穩(wěn)定，具有明確的邊界，讀卡范圍在3m以內;卡片不受人體影響，不能被人體屏蔽;卡片角度的轉換對讀卡距離影響小，讀卡不存在死腳。綜合各方面考慮選用低頻系統(tǒng)，CryptagCensus系列感應射頻識別產品能滿足需求，發(fā)射頻率為153kHz，接收頻率為115kHz。對人體無輻射傷害，對心臟患者、孕婦、心臟起搏器、助聽器等特殊人群和設備均無影響。接受到的數(shù)據(jù)通過RS485總線以及計算機網(wǎng)絡傳送到服務器，然后進行實時的監(jiān)控以及后臺數(shù)據(jù)處理。

(3)出口監(jiān)視器。出口監(jiān)視器安裝在受控區(qū)域(例如婦產科病區(qū))各出口附近而且不斷發(fā)射出射頻信號。一旦攜帶防盜標簽的嬰兒進入某個出口監(jiān)視器的發(fā)射區(qū)域，接收到出口監(jiān)視器信號的防盜標簽就立即通過接收器向控制計算機發(fā)送報警信息。系統(tǒng)不斷監(jiān)控出口監(jiān)視器的工作狀態(tài)，并可在設備出錯或遭到破壞時及時報警。監(jiān)視器的監(jiān)控范圍在2～3m范圍可調。

(4)計算機控制系統(tǒng)。計算機控制系統(tǒng)包括通信網(wǎng)關和防盜系統(tǒng)中的各種服務器以及終端計算機。通信網(wǎng)關安裝在婦產科病區(qū)各樓層的弱電間，用于采集、處理本樓層各讀卡器和出口監(jiān)視器的數(shù)據(jù)，管理本樓層各讀卡器和出口監(jiān)視器的工作，同時以TCP/IP與服務器以及醫(yī)院的局域網(wǎng)相連，包括門禁系統(tǒng)、保安室以及計算機中心等監(jiān)控報警裝置。

2.2防盜系統(tǒng)軟件設計

嬰兒智能防盜管理軟件系統(tǒng)主要用于實現(xiàn)對電子標簽的維護與管理，門禁控制系統(tǒng)和自動報警系統(tǒng)的管理，以及嬰兒防盜標簽及腕帶信息的讀取、分析、統(tǒng)計等功能。

標簽維護模塊主要負責嬰兒防盜標簽及腕帶的發(fā)放、回收以及系統(tǒng)維護(更換電池，故障登記等)。

信息管理模塊主要負責母嬰資料維護(輸入、修改母嬰資料)、嬰兒跟蹤(記錄嬰兒移動，包括時間、位置、原因等)、用戶管理、工作狀態(tài)(系統(tǒng)部件工作狀態(tài)顯示，各類標簽工作狀態(tài)記錄)以及報表打印(可生成手環(huán)發(fā)放記錄、巡查記錄、嬰兒數(shù)據(jù)、產婦出院等報表)。

門禁控制模塊主要負責門禁系統(tǒng)的管理、門禁控制器管理、實時監(jiān)控、權限管理。門禁系統(tǒng)管理又包含了通信配置、修改操作員密碼、數(shù)據(jù)庫設置、數(shù)據(jù)庫管理、操作日志等方面。門禁控制器管理由控制器、門參數(shù)、電參數(shù)、外聯(lián)動組、臨時時間組、特殊時間組等方面組成。通過實時監(jiān)控可實時查看正常讀卡事件、異常讀卡事件、普通事件、報警事件等信息。并且可以手動設置門的狀態(tài)(休眠、常開、安全、密碼)，從而使門保持在門衛(wèi)設置的狀態(tài)下，手動控制指定的點就可使該點處于打開或者關閉狀態(tài)。權限管理包含單元管理、標簽管理、門禁權限組，設置系統(tǒng)的單元資料信息和系統(tǒng)的使用人員資料信息，以及定義門權限組。

3系統(tǒng)主要功能及測試

防盜系統(tǒng)設計能否實際使用，必須經(jīng)過實際測試以及將來使用過程中的種種考驗。下面就系統(tǒng)的主要功能以及部分測試做一簡要介紹。

(1)全面監(jiān)控功能。系統(tǒng)具有防止嬰兒錯抱和偷盜行為，電子標簽如惡意拆除或經(jīng)過出口時會立即報警。同時系統(tǒng)主動地定期檢測所有系統(tǒng)組件是否運行正常，防止各種原因引起的失效。

(2)主動防護功能。所有防盜標簽每隔15s向控制主機發(fā)出信息，確保每個標簽工作正常，為所有嬰兒提供最大程度的安全保護。特別的，當某個標簽電量過低時，系統(tǒng)能主動報警提示更換電池，無需定期進行逐個檢查。

(3)防破壞功能。每個嬰兒電子標簽都會定時向系統(tǒng)發(fā)出信號，使得系統(tǒng)可以及時了解每個標簽的工作情況，為所有嬰兒提供最大程度的安全保護。

(4)報警服務能力。出口監(jiān)視器監(jiān)測范圍可調整。通過與門禁系統(tǒng)配合，一旦報警發(fā)生，則自動關閉大門(需電磁門配合)，防止與其他射頻設備互相干擾。在實際測試中，用假想的嬰兒模型代替實際嬰兒，通過給嬰兒身體外包裹不同材料的“襁褓”(棉質，化纖、金屬等)，測試系統(tǒng)的靈敏度。

(5)惟一電子編碼。每個電子標簽都有惟一編碼，不會重復導致混亂。防止“夾帶”，嬰兒不會被混在正常出院的嬰兒中帶走。

嬰兒智能防盜系統(tǒng)是物聯(lián)網(wǎng)技術在醫(yī)院管理中的一項重要應用，是RFID技術同醫(yī)療行業(yè)結合的產物，系統(tǒng)將對大型綜合醫(yī)院的婦產科或婦幼醫(yī)院的母嬰識別管理、嬰兒防盜管理起到重大作用。

4結語

近年來，新生嬰兒在醫(yī)院被盜的事件時有發(fā)生，成為社會關注的一個焦點問題。相對于目前各種自動識別技術，RFID射頻識別技術有其自身的優(yōu)越性，基于RFID的醫(yī)院嬰兒智能防盜系統(tǒng)，設計簡單、成本低、對人體安全。能夠較好地完成醫(yī)院新生兒防盜及防止醫(yī)護人員抱錯新生嬰兒保護嬰兒安全，簡化護士工作，充分提高醫(yī)院管理水平和檔次，真正實現(xiàn)對母嬰的“人文關懷”的服務理念。

第二篇：遠距離RFID智能停車場管理系統(tǒng)

遠距離RFID智能停車場管理系統(tǒng)

系統(tǒng)功能與結構

本方案設計依據(jù)：

《建筑智能化系統(tǒng)工程設計管理暫行規(guī)定》建設部1997 《民用建筑電氣設計規(guī)范》（JGJ／T16－92）建設部

《智能建筑設計標準》（DBJ08－4－95）上海市建委1996 《建筑和建筑群綜合布線工程設計規(guī)范》中國工程建設標準協(xié)會1997 《建筑和建筑群綜合布線工程施工及驗收規(guī)范》中國工程建設標準協(xié)會1997 《大樓通信綜合布線系統(tǒng)》（UD／T926）郵電部1997 《火災自動報警系統(tǒng)設計規(guī)范》國家計委1988

一、系統(tǒng)設計方案總則

1、系統(tǒng)功能概述

我們常在停車場親身經(jīng)歷或看到這樣的情景，車主在道閘前停車，搖開車窗玻璃按下讀卡機的按鈕得到一張停車卡片，然后再讀卡區(qū)域晃動幾下后道閘開啟，車主駕車通過道閘。這個再熟悉不過的動作對于臨時出入停車場一次的車主來說只是麻煩一次，而對于每天出入停車場多次的固定車主無疑是好時費力的繁瑣手續(xù)。

為解決此問題，萬全智能技術有限公司將遠距離射頻識別技術應用于智能停車場管理系統(tǒng)，該技術是國際上最先進的自動識別技術，它具有識別距離遠、識別準確率高、識別速度快、抗干擾能力強、無源卡片使用壽命長、等特點?？梢哉嬲龑崿F(xiàn)停車場的不停車收費管理。大大提高了月卡用戶的出入車場的通行效率。在越來越追求客戶滿意度的今天,解決了這些給停車場帶來收入的80%的固定車主出入停車場的麻煩，將極大提高停車場的服務質量和車輛通行效率。

本系統(tǒng)的遠距離識別系統(tǒng)使用的無源射頻卡，發(fā)放給停車場固定用戶。用戶把月票卡貼在汽車擋風玻璃上，每次車輛到達停車場閘口時，由遠距離讀卡設備判斷是否有授權，控制道閘自動抬起，因此固定用戶車輛可以不必停頓、長驅直入。這極大地提高了車輛的通行效率，減少了污染；同時免除了刮風下雨等惡劣天氣造成的種種不便。臨時用戶還是采用老的管理方式，進出停車場時駕駛人員搖開玻璃窗，伸手取卡進入車場。

下面就本系統(tǒng)各方面的具體功能詳細闡述：

1.1 入場控制功能：

節(jié)省人力：入口實現(xiàn)無人管理模式；?

月卡車主身份識別：判斷通過的車輛是否具有入場權限，月卡遠距離射頻卡用戶直接放行；?

臨時發(fā)卡：對臨時進入停車場的車輛自動發(fā)放臨時停車卡；發(fā)卡方式可選擇有車按扭出卡、無車按鈕出卡、電腦出卡；自動發(fā)放的臨時卡讀卡方式可選擇有車讀卡、無車讀卡；發(fā)卡機出卡后必須待車主將卡拿至手中道閘才能開啟，當卡片發(fā)出來后20秒鐘內未被人取走、發(fā)卡機會自動將卡收回機箱內，避免卡的丟失；?

信息記錄：讀卡時同步自動記錄入場時間、入場地點、車輛信息、車主身份；?

圖像攝?。号c開閘指令同步攝取入場車輛圖像并存儲到數(shù)據(jù)庫中，以備出場時進行車輛核對與以后查閱；?

車牌識別：自動提取入場車輛的車牌號碼，作為車輛進入停車場的具有唯一性的識別標志，可以供出場時進行車輛識別與以后查閱； ?

滿位顯示：停車場內車位已停滿時，通過LED顯示屏提示前來的車輛，同時禁止按鈕出卡，但依然保留電腦出卡功能以滿足一些特殊的車輛與人員的入場要求；

區(qū)位引導：提示、指引進入停車場的車輛就近行駛到一個有空車位的區(qū)域停放；在比較大的停車場內準確找到停車位是一件耗費時間與精力的工作，車位引導功能可以比區(qū)位引導功能更精確的解決這一問題；?

限高報警：對超出限制高度的車輛在入場前進行提示，避免產生一些不必要的麻煩；?

? 信息顯示：高亮度LED顯示屏，即使在戶外陽光下，顯示的信息依然清晰可見；信息顯示采用中英文雙語顯示，適用于外籍車主不斷增加的情形；信息內容簡明扼要，即可給車主明確的提示，又不耽誤車輛入場的時間；

語音提示：聲音提示方便周到；模擬人聲清晰動聽；可插拔式數(shù)字化語音模塊方便系統(tǒng)集成與升級；具有超大存儲容量，滿足多種聲音提示信息的輸出；? 場內監(jiān)控：?

全場監(jiān)控：檢測車場內各個區(qū)的停車情況，檢測各個車位的停車情況；

車位鎖/防盜：在每個車位前可以設置微型擋車器，擋車器配置有密碼鎖，停車時設定密碼，限擋裝置升起，擋住車輛，開走輛時須正確解碼，否則報警，且車輛不能開出；

集中收費：根據(jù)管理需要，可以設置為在停車場內集中收費形式，車輛在收費中心交費后，在出口控制機上吞卡出場，加快停車場車輛流通速度。

1.2 出場控制功能

自動計費：根據(jù)入場時間與出場時間自動計算停車時間，根據(jù)停車時間與收費標準自動計算應收費用；收費標準可以根據(jù)需要，在停車場管理軟件非常方便的定義并下傳到控制機中，收費時間可以精確到秒，收費金額最小到“角”；還專門定制了“深圳收費”選項，適用與深圳市“? 同一車輛在某一個時間段內多次出入停車場只收取第一次出入的費用”的收費。

自動收費：除臨時車輛要人工以現(xiàn)金形式收取停車費用外，其他車輛可以在讀卡時自動收取/扣除停車費用；? 車輛確認：讀卡時對比顯示車輛信息，確認入、出場是否同一輛車；? 圖像對比：攝取出場車輛圖像并存儲，同時自動調出該車的入場圖像對比顯示，以進行準確的對比確認，增強了防盜功能，并使得事后稽查更加精確、容易；? 車牌識別：自動提取出場車輛的車牌號碼，作為車輛的具有唯一性識別標志進行存儲，并與入場時記錄的車牌號碼進行自動對比，以便自動、快速的確認出入場是否同一輛車，且可以供以后查閱；?

臨時卡回收：除了可以由值班收費人員人工回收臨時卡外，出口控制機可以設置吞卡機自動回收臨時卡；?

信息顯示：高亮度LED顯示屏，即使在戶外陽光下，顯示的信息依然清晰可見；信息采用中英文雙語顯示，適用于外籍車主不斷增加的情形；信息內容簡明扼要，即可給車主明確的提示，又不耽誤車輛出場的時間；

語音提示：聲音提示方便周到；模擬人聲清晰動聽；可插拔式數(shù)字化語音模塊方便系統(tǒng)集成于升級；具有超大存儲容量，滿足多種聲音提示信息的輸出；?

能準確地區(qū)分自有車輛、外來車輛和特殊車輛。

1.3 中心控制與管理功能

IC卡管理：實現(xiàn)IC卡的授權發(fā)行、數(shù)據(jù)更改、掛失/解除掛失、退卡、清空回收等管理；系統(tǒng)可以處理的掛失卡的最大數(shù)量為1萬張（即黑名單數(shù)量為1萬條）；系統(tǒng)最大卡片容量為232-1張；?

萬能查詢功能：可能通過一個條件或多個條件相組合，對車場使用情況、卡片使用情況、車輛進出情況等相關資料進行查詢，并能夠按照客戶的要求生成報表，或方便其他系統(tǒng)調用的電子報表。?

統(tǒng)計管理：提供各種統(tǒng)計資料以不同的報表形式輸出，提供任意形式的查詢并以報表形式輸出；?

設備監(jiān)控與管理：控制道閘的開、關、停，控制發(fā)卡機出卡；實時檢測道閘的工作狀態(tài)并以生動形象的方式顯示，實時檢測出卡機的工作狀態(tài)與存儲卡片的數(shù)量并以生動形象的方式顯示，實時檢測車輛檢測器的工作狀態(tài)以及感應線圈上是否有車輛存在并以生動形象的方式顯示；? 系統(tǒng)設置：通過簡單的鼠標點擊，可以輕松的進行系統(tǒng)設置，如有/無圖像對比系統(tǒng)、數(shù)據(jù)保留時間、選擇授權發(fā)卡的設備、收費方式、是/否滿位位提示等；?

1.4其他特殊功能

脫機、脫網(wǎng)運行：系統(tǒng)在電腦出現(xiàn)故障或網(wǎng)絡不通的情況下，仍然能夠正常工作；脫機狀態(tài)下車輛進出場的記錄可以保存1萬條；當電腦或網(wǎng)絡修復后，存在控制機中的脫機記錄會自動上傳到電腦中保存，有效的保障系統(tǒng)24小時不間斷運行；

一卡通用：一張卡片可以在多個系統(tǒng)中使用(例如：停車場、門禁、巡更、考勤、收費、通道閘等)，多種服務與應用的卡片的授權發(fā)行可以一次完成；? 控制方式設置：一臺控制機可以控制多臺道閘，也可以多臺控制機控制一臺道閘；道閘與控制機以實現(xiàn)有效的連鎖；?

權限管理：多個出入口的停車場，可以設置某一車輛可以進了全部的出/入口、也可以限制該車輛能進出其中的幾個出/入口；?

高峰模式設置：出/入口控制設備可以通過一個簡單的跳線帽的插接將其轉換為入/出口設備，配合軟件的管理模式轉換，可以非常方便地將系統(tǒng)從正常模式設置成上/下班高峰管理模式，以便高峰情況下車輛的進出。?

遠程管理功能：為了方便車主，月卡可以進行遠程延期，即月卡車主如果有延期要求，只需打電話通知管理處，管理處通過電腦對此卡進行延期，而無需月卡車主親自帶卡到管理處進行延期，從而大大方便了車主，也提高了服務質量。? 嵌套管理功能：在停車場內部還嵌套有停車場的管理模式，也就是通常的大套小停車場系統(tǒng)，且嵌套功能在脫機脫網(wǎng)狀態(tài)下依然可以實現(xiàn)，這是行業(yè)內唯一真正解決了這一問題的系統(tǒng)；通過簡單的跳線設置系統(tǒng)可以實現(xiàn)下列四種工作模式：大車場入口、大車場出口、場內小車場入口、場內小車場出口、車輛進入大車場后可直接從大車場出場，經(jīng)過對卡片發(fā)行時的授權許可也可以進入小車場，進入小車場的車輛必須先出小車場才能出大車場。?

多種感應卡共存：系統(tǒng)可以使用國內外大多數(shù)的IC卡、ID卡等讀寫器，且這些卡可以在同一個系統(tǒng)中使用，方便對車主及其車輛進行分類管理并提供周到的服務。? 超長距離讀卡：卡片在距離讀寫器表面3-7米處完成自動化讀卡操作，方便用戶快速出入車場，備顯尊貴身份。?

2、系統(tǒng)基本功能及特點

※

控制準確：采用了計算機控制和數(shù)據(jù)處理技術，自動化程度更高。

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安全防偽：采用了目前世界上先進的非接觸式智能卡技術，防偽性能良好。停車的車輛擁有一個具有唯一序列號的智能卡，該序列號不能更改。同時操作時采用雙向驗證機制和多重加密技術，唯一識別。無法偽造仿制。而且只有該系統(tǒng)發(fā)行認可的智能卡才能識別認可。

※

自由讀卡：非接觸式智能卡使用時無機械接觸動作，感應通訊，無方向性?？ㄆ梢匀我饴舆^讀寫器的表面，在0.1秒內就可以完成讀卡操作，方便用戶的使用。

※

防止砸車：道閘根據(jù)車輛的通行情況自動升起或降落，并具有地感和壓力電波裝置雙重防砸車功能。

※

電腦記費：停車收費由計算機統(tǒng)計和確認，杜絕了人為操作引起的失誤和作弊，保障了投資者的利益。

※

權限設置：采用計算機和各個收費計算機可以實現(xiàn)實時通訊，管理計算機具有外線接口。

※

配置靈活：采用標準的工業(yè)控制系統(tǒng)結構，可根據(jù)用戶不同的要求組織不同系統(tǒng)的配置，方便靈活。

3、設計目標及原則

3.1、目標

方便、快捷、準確的收費和滿位顯示服務功能；

車輛保管的安全性功能；

經(jīng)濟合理的運營成本；

3.2、原則

先進成熟的技術和設備，保證系統(tǒng)運作安全、可靠與穩(wěn)定；

完善的管理系統(tǒng)，最大限度防止收費流失；

合理布局，提高系統(tǒng)的服務質量，縮短服務時間，增加場內停車流量和收入。實用性、實時性、完整性原則；

可擴展性及易維護性原則。

4、管理體制

管理體制總的思想是現(xiàn)場無人看管，完全智能化，管理人員可以在車場環(huán)境外的任意固定地點對于車場執(zhí)行完全控制權，完成各種統(tǒng)計、監(jiān)視、報警、引導等功能，大大降低了管理人員的勞動量，并可以為業(yè)主提供一種全新的現(xiàn)代化氣息。

5、收費體制及標準

在收費體制方面，一般來說有以下幾種：

按月租用：

有效期內無限次出入

預 付 款：

享受優(yōu)惠，按停車時間扣費

現(xiàn)金收費：

按停車時間繳費出場

在收費標準方面，投資管理者憑授權卡在軟件中進行設置調整即可。

6、圖像識別系統(tǒng)

智能圖像識別系統(tǒng)是將世界上最新一代的車輛綜合識別技術(IC卡+圖像識別)引入停車場智能管理系統(tǒng)，并形成以計算機網(wǎng)絡管理與控制為核心的一體化高科技產品,具有高效、準確、安全、可靠的技術性，贏得汽車“守護神”的美譽,它的出現(xiàn)令停車場管理系統(tǒng)如虎添翼,更有效地杜絕了偷車、盜車現(xiàn)象,使停車場管理者和使用者得到最大的安全保障。

本系統(tǒng)彩色攝像機安裝在進出道口，車輛進場讀卡時，攝下車輛圖像，經(jīng)電腦處理，將車主所持卡的信息一并存入電腦數(shù)據(jù)庫。當車輛出場時，攝像系統(tǒng)再次工作，攝下出場車輛，調出進場時的圖像，同時顯示在計算機屏幕上確認，有效防止車輛被盜。管理人員可以隨時監(jiān)視出口的狀況，此系統(tǒng)為目前最先進水平。常駐車、月保車、臨時車進出場圖像均有保存。以備查詢時所用。

圖像對比系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)主要由高清晰度帶背景光補償攝像機、廣角自動光圈鏡頭、防護罩、室外支架、聚光燈、視頻捕獲卡、圖像處理軟件等組成。鏡頭采用自動光圈，便于圖像信號自動調節(jié)圖像的亮度，廣角型是為了擴大攝像的范圍。聚光燈用在當環(huán)境光線太暗時，提供攝像照明用。視頻捕捉卡具有圖像抓拍，圖像壓縮存檔。

圖像識別系統(tǒng)主要功能 ※

提高效率：減少車型及車牌的識別和讀寫時間，提高車輛出入的車流速度。

※

防止盜車：圖像對比與IC卡配合使用，徹底達到防盜車的目的。

※

防止資金流失 ：進出圖像存檔，杜絕了謊報免費車輛。

※

“一卡一車” ：嚴密控制持卡者進出停車場的行為，符合“一卡一車”。

圖像識別系統(tǒng)構成

本圖像識別系統(tǒng)配合本公司感應式IC卡停車場電腦管理系統(tǒng),形成一個完整的停車場管理體系,全套系統(tǒng)采用計算機網(wǎng)絡控制,包括兩臺微機,兩個CCD攝像頭、兩張圖像處理網(wǎng)絡卡和兩臺聚光燈。CCD攝像頭攝入進場車輛,經(jīng)微機和圖像處理網(wǎng)絡卡加以編制,并傳輸?shù)焦芾碇行闹飨到y(tǒng)儲存起來;車輛出場時,讀出IC卡的編號,在顯示器上調出入場車輛的圖像和出口CCD攝入的圖像進行對比,經(jīng)判斷一致時,給予放行。

圖像識別系統(tǒng)的工作環(huán)境

正常光照(100～80流明)條件下,對車輛的綜合識別概率不低于99.5%。

系統(tǒng)工作環(huán)境溫度-20～+50,能在小霧、小雨、小雪(能見度50米外)及7級以下大風中可靠工作。

圖像抓拍系統(tǒng)

為了使智能停車場管理系統(tǒng)具有更高的防盜車功能，可選用視頻捕獲圖像對比系統(tǒng)。該系統(tǒng)在停車場出入口各安裝一臺攝像機，車輛進場時，攝下進場車的圖像，并將圖像存入電腦；車輛出場讀卡時攝下出場車的圖像，同時對應進場車的圖像自動調出，進行進出車輛圖像對比，并識別是否是同一輛車，相同則按回車鍵，道閘升起，車輛可以出場。車輛出場后，進出車輛的圖像全部存入電腦。

二、系統(tǒng)的構成與設計

1、系統(tǒng)拓樸結構

智能停車場管理系統(tǒng)可以采用各種網(wǎng)絡拓撲結構，服務器與管理工作站為局域網(wǎng)（LAN）形式聯(lián)接，計算機對下位機以RS485總線型聯(lián)接；簡潔，投入使用快，系統(tǒng)穩(wěn)定性好。投資回報率最高。其拓撲結構方框圖如下所示：

【注：】管理控制中心的PC機的配置方法

1、工作站建議配置：PentlumIII800/128M/20G

2、服務器建議配置：P1.4G/256M/40G

2、網(wǎng)絡拓撲圖

【注：】

對于停車場系統(tǒng)而言，每一臺服務器都是真正的業(yè)務主機，擔負著停車場的關鍵任務，數(shù)據(jù)的迅速存取是值得關心的問題，但數(shù)據(jù)的安全更不容忽視，一旦硬盤出現(xiàn)故障或因操作不當造成數(shù)據(jù)丟失或損壞，企業(yè)將蒙受巨大的損失。由此可見，這樣的一臺服務器，它所存儲的數(shù)據(jù)價值遠遠超過了機器本身的價值。SQL服務器選型不可忽視。

對停車場工作站而言，選擇PentlumIII處理器，對整個系統(tǒng)反應速度起到關建的作用，出入口在一起的停車場系統(tǒng)只須一臺電腦管理即可，如出入口分開且臨時車較多的情況下最好每一個口放置一臺電腦，并有保安人員值崗。以便處理突發(fā)事件的發(fā)生。

網(wǎng)絡集線器擔負著整個網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)聯(lián)絡過程，發(fā)行中心主要目的是為了集中發(fā)卡，統(tǒng)一管理；一般將服務器放置在財務室。

一級網(wǎng)絡為RS485總線制分布，主要為各出入口控制機提供通訊，讀卡數(shù)據(jù)的采取，二級網(wǎng)絡為LAN以太網(wǎng)星形聯(lián)接，計算機與計算機的通訊及數(shù)據(jù)的存貯，SQL服務器擔負著數(shù)據(jù)查詢及處理，及網(wǎng)絡資源的分配，及各工作站的權限分級審查。

3、系統(tǒng)工作流程

3.1、進出場流程圖

3.2、進場示意圖

說明：

a>

月卡持有者、儲值卡持有者

將車駛至讀卡機前取出卡在讀卡機感應區(qū)域晃動；值班室電腦自動核對、記錄，并顯示車牌； ?

感應過程完畢，發(fā)出“嘀”的一聲，過程結束；

道閘自動升起，中文電子顯示屏顯示：“歡迎入場”，同時發(fā)出提示音，如讀卡有誤中文電子顯示屏亦會顯示原因，如：“金額不足”、“此卡已作廢”等；? 司機開車入場，進場后道閘自動關閉。?

b>

臨時泊車者

司機將車駛至讀卡機前，值班人員通過鍵盤輸入車牌號；? 司機按動位于讀卡機盤面的出卡按鈕取卡；? 在讀卡機感應區(qū)晃動卡，將車牌號讀進卡片中；?

感應過程完畢，發(fā)出“嘀”的一聲，讀卡機盤面的中文顯示屏顯示禮貌語言，并同步發(fā)出語音；?

道閘開啟，司機開車入場，進場后道閘自動關閉。? 3.3、出場示意圖

說明：

a>月卡、儲值卡持有者 司機將車駛至車場出場讀卡機旁；?

貼在車擋風玻璃上的卡在經(jīng)過讀卡機感應區(qū)；?

讀卡機接受信息，電腦自動記錄、扣費，并在顯示屏顯示車牌，供值班人員與實車牌對照，以確?！耙豢ㄒ卉嚒敝萍败囕v安全；? 感應過程完畢，讀卡機發(fā)出“嘀”的一聲，過程完畢；?

讀卡機盤面上設的滾動式LED中文顯示屏顯示字幕“一路順風”，如不能出場，會顯示原因；?

道閘自動升起，司機開車離場； ?

出場后道閘自動關閉。

b> 臨時泊車者

司機將車駛至車場出場收費處；?

將卡交給值班員；

值班員將卡在收費器的感應區(qū)晃動,收費電腦根據(jù)收費程序自動計費;?

計費結果自動顯示在電腦顯示屏及讀卡機盤面的中文顯示屏上，同時作語音提示； 司機付款；?

值班人員按電腦確認鍵，電腦自動記錄收款金額；? 中文顯示屏顯示“一路順風”；? 道閘開啟，車輛出場；? 出場后道閘自動關閉。?

3.4、值班人員工作程序

說明：

a.開機等幾秒鐘自動進入停車場電腦管理系統(tǒng)；

b.顯示屏上出現(xiàn)停車場管理項目菜單，操作人移動光標進入“操作登記”欄，開始上班登記；

c.操作人員在讀卡器的感應區(qū)域晃動自已的操作卡，然后再在鍵盤上敲入自已的密碼，登記完畢，敲回車鍵進入“入場管理”或“出場管理”畫面，按屏幕提示進行管理操作；

d.操作人員下班時，須進行換班登記，按DEL鍵退出當前操作屏幕，移動光標至“換班登記”處，按回車鍵，在讀卡機的感應區(qū)域晃動自己的操作卡，經(jīng)系統(tǒng)認可完成交班過程；

e.下班人員上崗需重復上崗操作過程，方能開始操作管理。

3.5、管理人員工作程序

【說明：】

a.管理人員進入“操作登記”欄，在專用發(fā)行讀感器上感應高級授權卡，打開管理菜單； b.管理人員移動光標進所要執(zhí)行的欄目，按回車鍵即可；

c.授權過程,用光標進入“發(fā)行管理”欄，按回車鍵，即可發(fā)行新卡。

【注意：】

在發(fā)行新卡之前，都須把欲重新發(fā)行的卡清空。?

在發(fā)行卡時，可以在“卡發(fā)行”一欄，找到相對應的一項，敲回車鍵，然后依顯示屏上的提示敲入所要發(fā)行的數(shù)據(jù)，再將欲發(fā)行的卡在發(fā)行感應器上晃動一下，聽到“嘀”的一聲響，相關數(shù)據(jù)便記入卡片中，過程完畢。將光標移至操作管理欄，敲回車鍵，系統(tǒng)進入操作狀態(tài),結束授權操作,若再進入授權狀態(tài),需重復以上的授權操作。?

更改設定、充值、延時的操作過程與卡發(fā)行的過程大體一致，將卡清空，直接進入相應欄目即可；?

輸入黑名單，統(tǒng)計報表的操作，是用光標進入相應的欄目，按回車鍵，然后再按顯示屏提示進入操作，方式與授權操作大體相同。?

三、系統(tǒng)主要設備簡介

1、自動道閘

1.1主要特點

1)外形美觀大方，結構輕巧；部件標準化，可方便更換；箱體鋁合金制作，防水防銹。

2)集光、電、機械控制于一體，操作靈活、方便，使用安全、可靠。

3)系統(tǒng)具有極限位置自鎖功能或人為抬桿報警功能（可根據(jù)要求設定）。

4)采用先進的直流伺服控制技術，確保系統(tǒng)動作更加準確、平穩(wěn)。

5)全電路無觸點控制，確保系統(tǒng)運行更加安全、可靠。

6)采用PWM調速實現(xiàn)了無極變速，可根據(jù)現(xiàn)場需要在速度段內任意調整。

7)按鈕滾動菜單設置方式，方便快捷設置閘機運行參數(shù)，可根據(jù)現(xiàn)場需要進行設置。

8)采用數(shù)字化電路的自學習功能，采集閘桿運行數(shù)據(jù)并進行計算來判斷閘桿是否碰到障礙物，若檢測碰到障礙物，閘桿則會立即自動升起。

9)強、弱電智能控制系統(tǒng)，除具有一般電氣控制功能外，既可使用三聯(lián)按鈕、遙控裝置進行手動控制，也可通過車輛檢測器進行自動控制，而且系統(tǒng)對外配置標準485電氣接口，可通過電腦對其進行遠程控制與管理。

10)手動開閘記憶功能：在系統(tǒng)自動運行中，非正常人為開閘數(shù)據(jù)將被系統(tǒng)自動記錄下來備查詢，有效防止人為作弊。

11)開閘次數(shù)記憶功能：在系統(tǒng)自動運行中，道閘將會記憶上位機發(fā)出的開閘指令次數(shù)，閘桿會保持開狀態(tài)直到地感感應車次與開閘指令次數(shù)等同時才進行關閘動作。

12)手搖自動升桿功能：在意外斷電情況下可用手搖柄輕輕搖動使閘桿偏離水平方向約30度，閘桿則會自行升起。

13)車走落桿延時功能：可根據(jù)現(xiàn)場需要設置車走后閘機延時關閘，時間為0～1000秒。

14)溫度控制功能：閘機可根據(jù)設定的工作溫度范圍來進行溫度調整，保證設備在低溫下可正常工作。

15)各運動部件均已調整到最佳運動和平衡狀態(tài)，故本機性能穩(wěn)定，運行平穩(wěn)，噪聲小，使用壽命長。16)下表為標準直桿道閘：

2、車輛檢測器

此檢測器由一組環(huán)繞線圈和電流感應數(shù)字電路板組成與道閘或控制機配合使用，線圈埋于閘桿前后地下20cm處，只要路面上有車輛經(jīng)過，線圈產生感應電流信號，經(jīng)過車輛檢測器處理后發(fā)出控制信號控制機或道閘，需要說明的是：閘桿前的檢測器是輸給主機工作狀態(tài)的信號,閘桿后的檢測器實際上是與電動閘桿連在一起，當車輛經(jīng)過時起防砸作用。本公司生產的車輛檢測器采用的是數(shù)字電路多重判斷，感應電路不會漂移，無須經(jīng)常調“零”。

3、出入口控制主機

3.1、出入口控制主機概況

出入口控制主機是系統(tǒng)功能得以充分發(fā)揮的關鍵外部設備，是智能卡與系統(tǒng)溝通的橋梁。基本結構：骨架機箱、智能卡讀寫器，選配設備：中文電子顯示屏、語音提示報價器、對講系統(tǒng)、入口控制機選配自動出卡機、出口控制機選配自動吞卡機?？刂茩C箱：密封設計;防雨、防塵，外觀采交通標準色，精工制作。

智能卡讀寫器：智能卡與系統(tǒng)溝通的橋梁，對IC卡進行讀寫操作。

中文電子顯示屏：中文LED顯示，安裝在出入口控制機的正面，智能卡讀寫器的上方，以漢字形式顯示停車時間、收費金額、卡上余額、卡的有效期等等，若系統(tǒng)不予入場或出場，則顯示相關原因，明了直觀。在空閑時顯示時間日期、歡迎用語、或其他系統(tǒng)相關提示信息。

特點：

采用露天超高亮LED發(fā)光管，白天顯示更明了；

采用超在規(guī)模集成電路和高性能單片機，系統(tǒng)穩(wěn)定，升級方便； 全中文滾動顯示，內容豐富；

防雨式設計，確保全天候可靠運行；

外觀設計新新異，主從模式，系統(tǒng)分級運行且不影響系統(tǒng)整體性能；

對講系統(tǒng)：出入口控制機安裝對講系統(tǒng)后，工作人員可以提示、指導用戶使用停車場，用戶也可以詢問有關情況，方便兩者之間的及時聯(lián)系。

自動出卡機：用于臨時停車者取卡進場。泊車者駕車至入口控制機前，數(shù)字車輛檢測器自動檢測車輛的存在，泊車者按鍵取卡（憑車取卡、一車一卡），泊車者取卡讀卡入場。

3.2、出、入口控制主機主要機型與參數(shù)

【特點：】

可在線運行，也可脫機運行。? 可對卡的有效性進行自動識別。?

可與監(jiān)控計算機和其他控制設備實時通訊，可實時將所讀卡信息傳遞到監(jiān)控計算機，監(jiān)控計算機也可向其加載時間、收費標準等。?

可與自動道閘實現(xiàn)連動，? 當讀到有效卡時，可控制道閘自動打開。對儲值卡自動扣費，對臨時卡自動計費，對有效月卡，在有效的時間范圍內可無限次出入。?

對臨時卡進行自動回收。?

中文顯示功能：當讀到有效卡時，顯示應交納的停車費額和禮貌用語，讀到無效卡時則顯示相關原因。? 語音提示功能：當讀到有效卡時，發(fā)出應交納的停車費額和禮貌用語，讀到無效卡時則用語音說明相關原因。?

顧客在出口處可以通過對講系統(tǒng)與停車場工作人員進行對話。?

短時停車免費功能：當在停車場停車時間不超過一定時間（如10分鐘）時，實行免費停車。?

4、RS485通訊卡

5、中文顯示屏

6、視頻捕捉卡

7、監(jiān)控攝像機（松下）

8、監(jiān)控射燈（Philips）

9、PLC控制器

12、對講主機（日本愛峰）

13、遠距離（RFID）讀寫系統(tǒng)

遠距離讀卡設備的組成包括：

（1）

電子標簽（也就是通常所說的“卡”）：電子標簽上記載有車輛在停車場管理處登記在冊的合法編號，以及系統(tǒng)認為必須的某些車輛特征信息。它采用塑料薄膜封裝或ABS封裝，選配卡座，被貼在汽車擋風玻璃上使用。讀取距離可達7米以上。

（2）

讀頭：用來自動讀取微波天線視場內電子標簽上的數(shù)據(jù)。采用我公司專門針對停車場管理系統(tǒng)應用而推出的遠距離讀頭VI-83、VI-85、VI-88，它具有Wiegand26或Wiegand34、RS485、RS232等數(shù)據(jù)輸出接口，能夠與市場上使用的符合上述接口標準的控制器直接相連，而不需要改變現(xiàn)有的停車場管理系統(tǒng)的任何軟件和硬件。四、一進一出停車場系統(tǒng)圖

停車場管理系統(tǒng)軟件

停車場管理系統(tǒng)是一個非接觸式智能IC卡為車輛出入停車場憑證、以車輛圖象對比管理為核心的多媒體綜合車輛收費管理系統(tǒng)，用以對停車場車道入口及出口管理設備實行自動控制、對在停車場中停車的車輛按照預先設定的收費標準實行自動收費，該系統(tǒng)將先進的IC卡識別技術和高速的視頻圖象存儲比較相結合，通過計算機的圖象處理和自動識別，對車輛進出停車場的收費、保安和管理等進行全方位管理。

停車場系統(tǒng)具有功能強大的數(shù)據(jù)處理功能，可以對停車場管理中的各種控制參數(shù)進行設置、IC卡掛失和恢復，可以進行分類查詢和打印統(tǒng)計報表，并能夠對停車場數(shù)據(jù)進行管理。

停車場管理系統(tǒng)具有圖像對比功能，通過該功能可以將入場的車輛外形和車牌編號攝錄下來并保存在服務器數(shù)據(jù)庫中，當車輛出場讀卡時，屏幕上自動出現(xiàn)車輛在出口處攝錄圖像和在入口處攝錄的圖像，操作人員可以將出場的車輛與服務器中記錄的IC卡號和攝錄的圖像進行對比，在確定卡號、車形、車牌編號等與記錄相符后，啟動自動道閘升起閘桿，放行車輛。車輛入場時，司機將IC卡放在入口控制機的讀卡區(qū)域前讀卡，如果讀卡有效，自動道閘的閘桿抬起，允許車輛進入，車輛通過入口處的自動道閘后，閘桿自動下落，封閉入口車道。

當車輛出場時，司機在出口控制機的讀卡區(qū)域讀卡，出口控制機在自動判斷卡的有效性后，出口處的自動道閘閘桿抬起放行車輛，車輛通過自動道閘后，閘桿自動落下，封閉出口車道，如果停車超期、超時或IC卡無效時，出口自動道閘仍處于禁行狀態(tài)。

對于臨時停車的車主，在車輛檢測器檢測到車輛后，按入口控制機上的取卡按鍵取出一張IC卡，并完成讀卡、攝像和放行，在出場時，在出口控制機上讀卡并交納停車費用，同時進行車輛的圖象對比，無異常情況時由管理人員開閘放行。

第三篇：RFID閱覽室管理系統(tǒng)的設計論文

一、RFID技術的工作原理和優(yōu)勢

1.RFID系統(tǒng)的工作原理如圖2所示，操作人員通過主機向RFID讀寫器發(fā)送識讀指令，讀寫器接到指令后向外發(fā)送特定的電磁波，有源標簽接收到電磁波后結束睡眠狀態(tài)，利用自帶電源驅動芯片和電路向讀寫器發(fā)送電子編碼，無源標簽利用接收到的電磁波驅動電路和芯片，向讀寫器發(fā)送電子編碼，讀寫器接收到電子編碼后，將其傳送給主機，主機對編碼進行相應的處理后，得到物體的相關信息，完成物體的自動識別。RFID技術作為一種新型的自動識別技術，具有諸多優(yōu)點：

(1)可應用形態(tài)多樣：相對于磁卡和IC卡來說，RFID標簽體積更小，且其識讀效果受標簽形態(tài)的影響較小，根據(jù)實際需要，RFID標簽既可以制作成可粘貼標簽，也可以制成耳標、紐扣、腕帶等，使用靈活性強。

(2)標簽抗損壞能力強；傳統(tǒng)的條形碼打印在紙上或物體表面，在某些環(huán)境條件或者黑暗條件下容易產生損壞，無法識讀信息，RFID標簽采用電子芯片存儲物品信息，在絕大多數(shù)情況下可準確識別，且標簽不易被損壞。

(3)RFID標簽存儲容量更大；一維碼容量十分有限，二維碼的信息容量比一維碼的容量大的多，最大可存儲3000個字符，RFID標簽的容量可以做成二維碼的幾十倍，隨著集成電路工藝的發(fā)展，記憶載體的存儲容量也越來越大，RFID標簽將具有更大的容量，可以滿足更多的物品標識需求。

(4)RFID標簽可重復使用；RFID標簽的信息是存儲在電子芯片之中的，如果在使用標簽時配備可以對標簽內容進行擦寫的讀寫器，就可以實現(xiàn)對RFID標簽內容的覆蓋，實現(xiàn)標簽的回收和重復使用。此外，RFID標簽還具有安全性、高穿透性強、識別速率快等眾多優(yōu)點，RFID技術將是未來自動識別技術的支柱。綜合電子標簽的各種性能指標和智能閱覽室的設計需求，智能閱覽室的圖書管理應該采用高頻無源標簽。

2.圖書館閱覽室圖書管理現(xiàn)狀目前，圖書館圖書管理系統(tǒng)主要使用一維條形碼技術，條形碼技術雖然在圖書的借與還兩個方面優(yōu)勢較為明顯，但是由于其自身的一些缺點，無法在圖書閱覽室進行大規(guī)模應用，甚至有的閱覽室根本就沒有圖書管理系統(tǒng)和門禁系統(tǒng)。

現(xiàn)有的圖書館借閱服務大多都已使用了一維條形碼技術，然而在閱覽室的圖書管理則大多采用純人工的管理方式，圖書的管理僅靠圖書名中文拼音第一個字母或英文名首字母來進行排序。由于閱覽室管理人員十分有限，管理人員將大量的時間和精力花費在了對圖書資源的盤點方面，如有無最新一期的雜志到架，讀者是否違規(guī)將圖書和雜志帶出，當讀者問及某一圖書或雜志的去向時花費大量的時間查詢等。因此，現(xiàn)有的人工管理閱覽室圖書資源的方式不僅效率低，而且也不利于提高服務讀者的水平。

閱讀是大部分讀者獲取最新科技知識的主要途徑之一，當讀者需要利用現(xiàn)有的圖書管理系統(tǒng)查找某一圖書時，依然采用逐個查找、逐個翻閱的方式，這需要讀者浪費大量的時間在“找書”上，更何況有時還會出現(xiàn)花費大量的時間而沒有找到書這種情況，浪費讀者的閱讀時間和閱讀精力?？偠灾?，現(xiàn)有的單純依靠人工管理的閱覽室圖書管理方式不僅需要耗費管理人員的大量精力去管理圖書，而且管理出錯幾率也較大，同時讀者也無法享受到快樂、舒適的閱讀，現(xiàn)有的管理系統(tǒng)已經(jīng)無法適應當代讀者和管理人員的需求，結合物聯(lián)網(wǎng)技術和智能管理技術，我們得出了智能閱覽室圖書管理系統(tǒng)的設計方案。

二、系統(tǒng)設計

1.系統(tǒng)功能設計基于現(xiàn)有閱覽室管理方式的不足，智能閱覽室圖書管理系統(tǒng)按服務對象的不同，主要具有圖書在架查詢、圖書定位、門禁系統(tǒng)等功能。

(1)圖書檢索和查詢該功能主要是利用SQL數(shù)據(jù)庫和JAVA語言程序設計技術組成一個圖書管理系統(tǒng)軟件，把圖書的所有基本信息都存儲到數(shù)據(jù)庫中，如：圖書書目、圖書簡介、圖書出版信息等，當然也包括每一本圖書所特有的唯一的RFID號。當讀者需要閱讀某一圖書時，只需要在查詢欄內輸入圖書的某一信息如書名、作者等，就可以輕松查詢到圖書是否在架，同樣，管理員也可以利用查詢功能進行必要的圖書管理操作。當讀者查找到此圖書在架時可利用圖書唯一的RFID編號查找該圖書，RFID讀寫器和RFID中間件可以查詢到圖書具體在哪一個讀寫器的讀寫范圍，并將信息顯示在查詢終端上，這樣可以節(jié)約讀者的大量時間，管理員也可以利用該功能進行圖書管理，根據(jù)RFID標簽的工作原理，管理員可以在特定的時間間隔內對圖書進行一次整體掃描，查看一些貴重圖書是否在架，檢查除外借圖書之外有沒有圖書丟失等，節(jié)約管理成本，提升管理效率。

(2)門禁系統(tǒng)在智能閱覽室門口設立一對RFID門禁天線，可以實現(xiàn)對閱覽室的安全管控。當讀者違規(guī)將書籍拿到出口處時，若進入門禁系統(tǒng)天線的讀寫范圍，門禁系統(tǒng)會發(fā)出警報，提示讀者已經(jīng)違規(guī)將圖書資料帶到了出口處，門禁系統(tǒng)將提示讀者應該在閱讀區(qū)內閱讀圖書，當讀者在管理員處獲得圖書借閱權限后，門禁系統(tǒng)會開啟對該圖書RFID號的放行權限。圖書館管理員也可以利用門禁系統(tǒng)進行科學管理，比如對入館的人員進行統(tǒng)計，對圖書館工作人員進行考勤等。

2.系統(tǒng)硬件設計關于智能閱覽室的硬件設計，應遵從“方便讀者、便于管理”的理念，硬件連接圖如圖5所示。為了讓讀者體驗智能閱覽室?guī)淼母嗟拈喿x便利，應在閱覽室內部放置若干個查詢終端，查詢終端可以實現(xiàn)圖書信息的檢索、查找等功能。每個終端應該與管理員主機相連接；閱覽室內部的RFID閱讀器應該根據(jù)讀寫范圍確定，為了增強RFID閱讀器的讀寫范圍，可使用外加天線擴充高頻讀寫器的讀寫范圍。每個RFID閱讀器應與管理員主機通過無線或有線的方式連接，它們之間可以相互通信；每一個圖書應貼有唯一的RFID標簽，標簽采用RFID無源高頻標簽，為保證節(jié)約資源，盡量實現(xiàn)RFID標簽的可重復使用；門禁系統(tǒng)應采用通道式RFID門禁天線，以上即為智能閱覽室圖書管理系統(tǒng)硬件設計的方案。提出了智能閱覽室的設計方案，通過對現(xiàn)有圖書館管理現(xiàn)狀的分析并結合RFID技術，詳細闡述了智能閱覽室圖書管理系統(tǒng)的功能以及硬件的設計方案，對未來智慧圖書館的建設具有一定的參考意義。

第四篇：RFID技術在智能物流系統(tǒng)的應用

RFID技術在智能物流系統(tǒng)的應用

摘要：本文提出了一種基于RFID技術的智能物流系統(tǒng)的總體設計方案．并對物流倉儲和運輸環(huán)節(jié)做了詳細的設計，設計包含了物流倉儲模塊和車載運輸模塊的智能物流平臺。將電子標簽與貨物相結合利用電子標簽作為貨物識別手段，利用3G通信技術，GPS定位將運輸車輛數(shù)據(jù)實時上傳監(jiān)控中心。實現(xiàn)了物流系統(tǒng)的人性化，智能化，促進了物流管理的智能化，對智能物流技術的發(fā)展有著重要的意義。

關鍵字：RFID

智能物流

倉儲管理

0引言

隨著世界經(jīng)濟一體化和科學技術的飛速發(fā)展，現(xiàn)代物流進入了一個快速發(fā)展的階段，物流被認為是企業(yè)的“第三利潤源”，因為它可以降低整個供應鏈的成本，提高運作效率和綜合服務水平。但是我國的物流發(fā)展水平與其他發(fā)達國家相比還存在著一定的差距。

在《國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃綱要》中，中央強調要大力發(fā)展現(xiàn)代物流業(yè)，而倉儲作為現(xiàn)代物流業(yè)運作的一個重要環(huán)節(jié)，在企業(yè)的整個供應鏈中占據(jù)著舉足輕重的地位。如今，人工智能領域在不斷地擴大，智能物流成為了未來物流的發(fā)展趨勢。在原有物流系統(tǒng)的模型下，引入RFID技術，通過計算機自動化管理提高生產力，通過追蹤式的物流配送來提高配送效率，從而構建出智能物流系統(tǒng)。通過有線網(wǎng)絡、無線網(wǎng)絡對物流信息進行實時監(jiān)控從而提高了物流的效率和準確率，降低了物流成本。

智能物流現(xiàn)狀

目前我國物流企業(yè)管理系統(tǒng)存在以下三種模式：第一種是基于人工的操作管理系統(tǒng)，由人工來進行簡單的倉儲操作，但這種方式比較費時費力，容易出現(xiàn)一些認為錯誤，造成物流效率低下；第二種模式是基于條碼技術的物流管理系統(tǒng)，這種模式在一定程度上提高了倉儲管理的自動化水平，但是因為條碼自身的特點如所含信息量少，易損使得它在物流的環(huán)節(jié)中操作效率較低，信息錄入不精確；第三種模式是基于RFID技術的自動化程度較高的物流管理系統(tǒng)，這種模式在一定程度上提高了貨物查詢和盤點的精度，同時也提高了貨物出入庫的速度，但是由于電子標簽價格較高，使得應用系統(tǒng)的成本增加，因此這種模式?jīng)]有被廣泛的應用。

而如今芯片制造技術，天線制造技術，讀寫設備制造技術以及其他中間件制造和應用軟件設計等都有了成熟地發(fā)展，RFID技術成本有所下降，所以基于RFID技術的物流管理系統(tǒng)逐漸地被物流企業(yè)接受。

2總體架構

RFID技術是一種無接觸式自動識別技術，其基本原理是利用射頻信號及其空間耦合、傳輸特性，實現(xiàn)對靜止的或移動中的帶識別物體的自動機器識別。RFID系統(tǒng)的組成需要3個部分：電子標簽(TAG)、閱讀器(READER)、數(shù)據(jù)管理中心。電子標簽安裝在待識別物體上，當帶有電子標簽的物品進入閱讀器的有效識別范圍內時，閱讀器可以通過無線的方式對電子標簽中的數(shù)據(jù)進行讀寫，從而實現(xiàn)對物品的自動識別。

2.1

RFID電子標簽

RFID電子標簽分為有源標簽、無源標簽（UHF

RFID標簽天線設計、仿真及實踐2012.11）。無源標簽也成為被動式標簽，是通常意義上的RFID標簽，既由讀寫器詢問信號提供能量，標簽通過反射方式進行信號傳輸。無源RFID標簽無須外加電池，當其讀寫器的有效讀取范圍內時，讀寫器產生的詢問電磁波在RFID標簽天線上產生的能量即可驅動芯片完成解碼，解析，編碼及反向調制等功能。無源RFID標簽體積小，成本低，壽命長，但是由于標簽不自帶電池，必須處于有效讀取范圍能才能工作，因此其讀寫距離較短，約為1m—1.5m。

有源RFID標簽也成為主動式標簽。標簽內裝有電池，使用專用射頻芯片，一般具有較遠讀寫距離（>50m）,并定時主動發(fā)送信號。有源RFID標簽使用可靠，讀寫次數(shù)多（>10000次），但是有源標簽體比無源標簽體積較大，成本高。

2.2

RFID讀寫系統(tǒng)

RFID讀寫系統(tǒng)是一種無線射頻識別系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過天線與RFID電子標簽進行無線通信，通過射頻識別信號自動識別目標對象，讀寫相關數(shù)據(jù)。

2.3數(shù)據(jù)管理中心

數(shù)據(jù)管理中心由管理軟件和數(shù)據(jù)服務器組成。管理軟件負責對采集到的數(shù)據(jù)進行分析、處理。數(shù)據(jù)服務器用來存儲相關數(shù)據(jù)并自動備份。

3系統(tǒng)模塊設計

3.1

物流中心服務器

服務器是一個管理資源并為用戶提供服務的高性能計算機，通常分為文件服務器、數(shù)據(jù)服務器和應用程序服務器。

對于物流中心的服務器的性能要求有：實用性，可擴充性，安全可靠性，網(wǎng)絡化，功能模塊化。

根據(jù)我們對物對物流公司的業(yè)務調查，我們認為可使用一套具有較強擴展性的松耦合服務器架構。這種架構可以保證在用戶數(shù)量不斷增多的環(huán)境下，通過添加硬件服務器來規(guī)避系統(tǒng)性能方面的缺陷。

3.2主機系統(tǒng)

主機系統(tǒng)是物流系統(tǒng)中承擔業(yè)務數(shù)據(jù)處理的核心平臺。

基于主機系統(tǒng)的物流管理軟件用來對物流信息數(shù)據(jù)進行處理。物流管理軟件按功能分為：主控子系統(tǒng)，出入庫管理系統(tǒng)，庫存管理系統(tǒng)，配送管理系統(tǒng)，報警系統(tǒng)，賬務系統(tǒng)，數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)等。（我國物流軟件開發(fā)探析，楊鵬強，）

系統(tǒng)與外部的接口可分為數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出兩部分，數(shù)據(jù)輸入由RFID讀寫系統(tǒng)以及其他輸入設備完成。數(shù)據(jù)輸出是將軟件處理后的數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)庫以及顯示設備上。

3.3入庫管理系統(tǒng)

入庫管理系統(tǒng)主要負責制作入庫訂單，制作RFID標

簽，統(tǒng)計入庫信息。

入庫流程：

1、生產廠家聯(lián)系物流中心，發(fā)出貨品入庫申請(種類，數(shù)量)。

2、物流中心審批申請，在入庫管理系統(tǒng)中進行登記，生成入庫單，生成電子標簽。

3、庫管員申請使用手持RFID掃描設備進行貨品入庫操作。

4、庫管員使用手持設備掃描員工卡進行身份認證，若操作員身份合法則系統(tǒng)激活該手持設備，開始進行入庫操作。

5、庫管員根據(jù)入庫單對貨品進行登記，貼電子標簽。當貼有電子標簽的物品和托盤經(jīng)過裝有讀寫器的大門時，數(shù)據(jù)將全被自動采集，并傳回主系統(tǒng)，根據(jù)預先分配好的存放位置擺放，同時刷新貨架上的電子標簽數(shù)據(jù)。（貼標簽時需要再用手持設備激活一次，用于記錄入庫信息，并確認入庫）

6、手持設備自動將設備上的入庫操作信息傳送給入庫管理系統(tǒng)，系統(tǒng)將入庫信息上傳至主機系統(tǒng)，最終入庫信息將會保存在物流中心服務器中。

7、員工注銷登錄并歸還手持設備。

3.4出庫管理系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要負責對庫存生成出庫信息，制作出庫單。

貨品出庫流程為：

1、生產廠家聯(lián)系物流中心，發(fā)出貨物出庫申請（種類，數(shù)量）。

2、物流中心審批申請，在出庫管理系統(tǒng)中進行登記，生成出庫單，根據(jù)物流中心服務器中電子標簽數(shù)據(jù)生成出庫數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳送至配送管理系統(tǒng)。

3、庫管員申請使用手持設備進行貨品出庫操作。

4、庫管員使用手持設備掃描員工卡進行身份認證，掃描出庫單獲取待出庫貨品電子標簽數(shù)據(jù)。

5、對分揀好的貨品進行出庫操作。當貼有電子標簽的貨品經(jīng)過裝有讀寫器的大門時，讀寫器自動上傳數(shù)據(jù)，由系統(tǒng)將貨品與任務單進行對比進行確認，如有錯誤，發(fā)出報警（聲音，手持設備提示），如核對后無誤，則系統(tǒng)自動跟新貨品庫存信息以及貨架預錄入信息。

6、裝車，由庫管員監(jiān)督裝車。

7、員工注銷登錄并歸還設備。

3.5配送管理系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要負責對出庫貨品進行分揀、對運輸過程進行時時監(jiān)管。

貨物配送流程：

1、配送管理系統(tǒng)獲得出庫單，根據(jù)出庫單對貨品進行分揀。

2、根據(jù)出庫信息安排運輸車輛。

3、對貨品運輸信息進行實時監(jiān)管。

3.6通信系統(tǒng)

通信方式：有線通信(雙絞線)、無線通信(WIFI)、3G通信

有線通信使用雙絞線進行通信，雙絞線的傳輸距離遠遠，傳輸速率快，抗干擾能力強，布線方便因此在主機之間通信，子系統(tǒng)之間通信都選擇該方式。

無線通信(WIFI)主要是與手持RFID電子標簽掃描器進行連接。該通信方式部署在倉儲區(qū)內部因此所受外部干擾小，通信穩(wěn)定。

3G通信是一種高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動通信技術，速率較快，通信穩(wěn)定。該通信主要用于配送管理系統(tǒng)與物流之間。

3.7

報警系統(tǒng)

我們在入庫、出庫以及貨品運輸過程中加入了報警系統(tǒng)，當貨物在存儲或者運輸過程中出現(xiàn)任意挪動或者非法盜運等問題時，RFID讀寫系統(tǒng)將偵測到物品電子標簽的信息并將該信息傳送至主機系統(tǒng)，主機系統(tǒng)將在數(shù)據(jù)庫中查找是否存在該物品的訂單信息，如果不存在，主機系統(tǒng)判定此次搬運行為非法，將向報警系統(tǒng)發(fā)出報警指令，同時傳送報警信息至工作人員。

物流車上裝有車載終端，車載終端集成了GPS模塊、RFID讀寫器、3G網(wǎng)絡模塊，當帶有電子標簽的物品裝車時，RFID讀寫器將所有裝車的物品進行掃描，掃描完成后將物品的基本信息和GPS地理位置信息進行數(shù)據(jù)處理后，將處理后的信息通過3G傳輸方式傳輸?shù)街骺胤张_，主控服務臺將采集到的物流信息存入數(shù)據(jù)庫，此時客戶和主控服務臺可以通過訪問數(shù)據(jù)庫進行物流信息的查詢。當物流車在行駛過程中，RFID掃描器定時掃描車內的的RFID標簽，如果物品沒有異常變化則定時將GPS地理位置信息上傳到服務器，如果物流車中物品需要進行合法變動時，主控服務臺將通過移動通信網(wǎng)絡將要變化的信息傳輸?shù)杰囕d終端，車載終端將根據(jù)命令信息允許帶有電子標簽的物品進行合法移動。如果中途出現(xiàn)異常變動，車載終端將立刻向主控服務臺發(fā)送信息，主控方將向報警系統(tǒng)發(fā)出指示，報警系統(tǒng)向工作人員發(fā)出報警信息，工作人員在接到報警信息時將采取相應的處理措施，以此保證貨品的安全運輸。

4硬件與軟件

4.1

RFID讀寫電路

讀寫器與電子標簽之間利用射頻信號及其空間耦合對RFID芯片中的數(shù)據(jù)進行讀寫。我們使用MELEXIS公司MLX90121多協(xié)議RFID收發(fā)器芯片、單片機控制電路及其他外圍設備組成RFID電子標簽讀寫電路。MLX90121芯片是一款適合ISO智能標簽和讀卡器使用的集成電路芯片（無線發(fā)射與接收電路設計，第二版）。其符合ISO16593-2和ISO14443-2A標準要求，輸出功率打到200毫瓦(50毆負載),電源電壓為3.3V—5V。在寫模式，可以選擇調制深度。在讀模式，可以配置副載波為AM或FSK調制形式。

使用AT89S52單片機作為讀寫器的微控制器。AT89S52單片機是一款低功耗，高性能CMOS

8位微控制器，具有8K可編程Flash存儲器，該芯片被廣泛地應用在眾多嵌入式控制系統(tǒng)中。

MLX90121應用電路

射頻識別方框圖

4.2

軟件系統(tǒng)構架設計

由RFID電子標簽及讀寫設備完成數(shù)據(jù)采集，并與倉儲管理等各功能模塊基尼系那個信息交互；本系統(tǒng)軟件通過第三方軟件接口與其他系統(tǒng)進行互聯(lián)。系統(tǒng)采用多層混合架構，分別利用C/S和B/S的優(yōu)點來滿足不同應用子系統(tǒng)的需要，并實現(xiàn)用戶界面層，業(yè)務邏輯層、數(shù)據(jù)信息層的多架構模式。

5、仿真

6、結論

第五篇：智能制造系統(tǒng)論文

智能制造概述

摘要：介紹了智能制造提出的背景、主要研究內容和目標, 人工智能與 I M T、I M S的關系, I M S 和C I M S, 智能制造的物質基礎及理論基礎, 智能制造系統(tǒng)的特征及框架結構, 并簡要介紹了智能加工中心 IMC, 智能制造技木的發(fā)展趨勢，以及智能制造系統(tǒng)研究成果及存在問題。關鍵詞：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

制造業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎工業(yè)部門, 是決定國家發(fā)展水平的最基本因素之一。從機械制造業(yè)發(fā)展的歷程來看, 經(jīng)歷了由手工制作、泰勒化制造、高度自動化、柔性自動化和集成化制造、并行規(guī)劃設計制造等階段。就制造自動化而言, 大體上每十年上一個臺階: 50～ 60年代是單機數(shù)控, 70 年代以后則是CNC 機床及由它們組成的自動化島, 80 年代出現(xiàn)了世界性的柔性自動化熱潮。與此同時, 出現(xiàn)了計算機集成制造, 但與實用化相距甚遠。隨著計算機的問世與發(fā)展, 機械制造大體沿兩條路線發(fā)展: 一是傳統(tǒng)制造技術的發(fā)展, 二是借助計算機和自動化科學的制造技術與系統(tǒng)的發(fā)展。80年代以來, 傳統(tǒng)制造技術得到了不同程度的發(fā)展,但存在著很多問題。先進的計算機技術和制造技術向產品、工藝和系統(tǒng)的設計人員和管理人員提出了新的挑戰(zhàn), 傳統(tǒng)的設計和管理方法不能有效地解決現(xiàn)代制造系統(tǒng)中所出現(xiàn)的問題, 這就促使我們借助現(xiàn)代的工具和方法, 利用各學科最新研究成果, 通過集成傳統(tǒng)制造技術、計算機技術與科學以及人工智能等技術, 發(fā)展一種新型的制造技術與系統(tǒng), 這便是智能制造技術(In telligen t M anufactu r ingTechno logy, I M T)與智能制造系統(tǒng)(In telligen tM anufactu r ing System , I M S)[1 ]。

年代以后, 世界各國競相大力發(fā)展 I M T 和I M S 的深層次原因有:(1)集成化離不開智能 制造系統(tǒng)是一個復雜的大系統(tǒng), 其中有多年積累的生產經(jīng)驗, 生產過程中的人—機交互作用, 必須使用的智能機器(如智能機器人)等。脫離了智能化, 集成化也就不能完美地實現(xiàn)。

(2)機器智能化比較靈活 可以選擇系統(tǒng)智能化, 也可以選擇單機智能化;單機可發(fā)展一種智能,也可發(fā)展幾種智能;無論在系統(tǒng)中或單機上, 智能化均可工作, 不像集成制造系統(tǒng), 只有全系統(tǒng)集成才可工作。

(3)智能化的經(jīng)濟效益較高 現(xiàn)有的計算機集成制造系統(tǒng)(Compu ter In tegratedM anufactu r ingSystem , C I M S)少則投資數(shù)千萬元, 多則投資數(shù)億元乃至數(shù)十億元, 很少有企業(yè)能承擔得起, 而且投入正常運行的很少, 維護費用也高, 還要廢棄原有的設備, 難以推廣。

(4)白領化使得有豐富經(jīng)驗的機械工人和技術人員日益缺少，產品制造技術越來越復雜, 促使使用人工智能和知識工程技術來解決現(xiàn)代化的加工問題。(5)工廠生產率的提高更多地取決于生產管理和生產自動化 人工智能與計算機管理相結合, 使得不懂計算機的人也能通過視覺、對話等智能手段實現(xiàn)生產管理的科學化。

總之，以計算機信息技術為基礎的高新技術得到迅猛發(fā)展 ,為傳統(tǒng)的制造業(yè)提供了新的發(fā)展機遇。計算機技術、信息技術、自動化技術與傳統(tǒng)制造技術相結合 ,形成了先進制造技術概念。冷戰(zhàn)結束以后 ,國際間競爭的重點由單純的軍事實力較量轉向以發(fā)展經(jīng)濟和提高國民生活水平的綜合國力較量 ,隨之而來的這種國際間高新技術領域的競爭愈演愈烈 ,且其發(fā)展形式由最初的僅依托本國的人力、物力和財力 ,發(fā)展到國際間的大規(guī)模合作。近年來由發(fā)達國家倡導的面向21世紀的 “智能制造系統(tǒng)”、“信息高速公路” 等國際研究計劃 ,無疑是該背景下的產物 ,也是國際間進行高科技研究開發(fā)的具體表現(xiàn)和積極占領 21 世紀高科技制高點的象征。二.主要研究內容和目標

智能制造在國際上尚無公認的定義。目前比較通行的一種定義是, 智能制造技術是指在制造工業(yè)的各個環(huán)節(jié), 以一種高度柔性與高度集成的方式,通過計算機來模擬人類專家的制造智能活動。因此, 智能制造的研究開發(fā)對象是整個機械制造企業(yè), 其主要研究開發(fā)目標有二: ①整個制造工作的全面智能化, 它在實際制造系統(tǒng)中首次提出了以機器智能取代人的部腦力勞動作為主要目標, 強調整個企業(yè)生產經(jīng)營過程大范圍的自組織能力;②信息和制造智能的集成與共享, 強調智能型的集成自動化。目前, I M T 和 I M S 的研究方向已從最初的人工智能在制造領域中的應用(A i M)發(fā)展到今天的I M S, 研究課題涉及的范圍由最初僅一個企業(yè)內的市場分析、產品設計、生產計劃、制造加工、過程控制、信息管理、設備維護等技術型環(huán)節(jié)的自動化, 發(fā)展到今天的面向世界范圍內的整個制造環(huán)境的集成化與自組織能力, 包括制造智能處理技術、自組織加工單元、自組織機器人、智能生產管理信息系統(tǒng)、多級競爭式控制網(wǎng)絡、全球通訊與操作網(wǎng)等。

由日本提出的 I M S 國際合作研究計劃對 I M S的解釋可以看出, I M S 的研究包括智能活動、智能機器以及兩者的有機融合技術, 其中智能活動是問題的核心。在 I M S 研究的眾多基礎技術中, 制造智能處理技術是最為關鍵和迫切需要研究的問題之一, 因為它負責各環(huán)節(jié)的制造智能的集成和生成智能機器的智能活動。在一個國家甚至世界范圍內, 企業(yè)之間有著密切的聯(lián)系, 譬如, 采用相同的生產設備和系統(tǒng), 有著類似的生產控制與管理方式,上下游產品之間的聯(lián)系, 等等。其間存在的突出問題是產品和技術的規(guī)范化、標準化和通用化、信息自動交換形式與接口以及制造智能共享等。

國際 I M S 計劃的基本觀點如下: ①I M S 是21世紀的制造系統(tǒng), 必須開發(fā)與之相適應的制造技術;②應對這些技術進行組織化和系統(tǒng)化;③加強技術的標準化;④考慮人的因素;⑤保護環(huán)境。該計劃由已有生產技術的體系化和標準化、21 世紀生產技術的研究與開發(fā)兩大部分構成。

1992 年4 月在日本召開的第一次國際技術委員會, 確定了4 個主題: ①技術課題;②選擇原則;③評價程序;④執(zhí)行準則。由國際 I M S 中心成員提出的首批10 項研究課題是①企業(yè)集成;②全球制造;③系統(tǒng)單元技術;④清潔制造技術;⑤人與組織研究;⑥先進的材料加工技術;⑦全球并行工程(評估和實施);⑧自主模塊的系統(tǒng)設備與分布控制;⑨快速產品開發(fā);b k知識系統(tǒng)化(設計與制造)。美國國家科學基金會(N SF)已連續(xù)數(shù)年重點資助了與智能制造有關的研究項目, 這些項目覆蓋了智能制造的絕大部分技術領域, 包括制造過程中的智能決策、基于多施主(mu lt i-agent)的智能協(xié)作求解、智能并行設計、物流傳輸?shù)闹悄茏詣踊?、智能加工系統(tǒng)和智能機器等。

日本提出的智能制造系統(tǒng)國際合作計劃, 以高新計算機為后盾、深受其 “真空世界” 計算機研究計劃的影響。其主要研究內容如下: ①強調部分代替人的智能活動, 實現(xiàn)部分人的技能;②使用智能計算機技術來集成設計制造過程, 使之一體化, 以虛擬現(xiàn)實技術實現(xiàn)虛擬制造, 以多媒體的人機接口技術、虛擬現(xiàn)實技術, 實現(xiàn)職業(yè)教育;③強調全球制造網(wǎng)絡的生產制造技術, 通過衛(wèi)星、In ternet 和數(shù)字電話網(wǎng)絡實現(xiàn)全球制造;④強調智能化與自律化的智能加工系統(tǒng)以及智能化CNC、智能機器人的研究。⑤重視分布式人工智能技術的應用, 強調自律協(xié)作代替集中遞階控制。

I M T 與 I M S 的研究與開發(fā)對于提高產品質量、生產效率和降低成本, 提高國家制造業(yè)響應市場變化的能力和速度, 以及提高國家的經(jīng)濟實力和國民的生活水準, 均具有重大的意義。其研究目標是要實現(xiàn)將市場適應性、經(jīng)濟性、人的重要性、適應自然和社會環(huán)境的能力、開放性和兼容能力等融合在一起的生產系統(tǒng): ①使整個制造過程實現(xiàn)智能化, 并具有自組織能力;②I M S 是一個集成許多工廠和多種機器設備的混合系統(tǒng);③具備滿足各種社會需求的柔性;④能充分發(fā)揮人的作用;⑤易于操作;⑥總效率高;⑦能避免重復投資等。人工智能的目的是為了用技術系統(tǒng)來突破人的自然智力的局限性 ,達到對人腦的部分代替、延伸和加強的目的 ,使那些單靠人的天然智能無法進行或帶有危險性的工作得以完成 ,從而使人類的智慧能集中到那些更富于創(chuàng)造性的工作中去。人是制造智能的重要來源 ,在制造業(yè)走向智能化過程中起著決定性作用。目前在整體智能水平上 ,與人工系統(tǒng)相比 ,人的智力仍然是遙遙領先的。人工智能模擬的藍本主要是人類的智能 ,但人類的智能是隨時間不斷變化的 ,而這種變化又是無止境的 ,只有人與機器有機高度結合 ,才能實現(xiàn)制造過程的真正智能化。智能制造被稱為新世紀的制造技術 ,目前之所以還不能實現(xiàn) ,是由于要受到目前科學技術、人以及經(jīng)濟等諸多方面的制約。智能與思維智能 ,就是在各種環(huán)境和目的的條件下正確制定決策和實現(xiàn)目的的能力。在這里 ,給定的環(huán)境和目的是問題的約束條件 ,制定正確的決策是智能的中心環(huán)節(jié) ,而有效地實現(xiàn)目的 ,則是智能的評判準則。從信息處理的角度講 ,智能可以看成是獲取、傳遞、處理、再生和利用信息的能力。而思維能力是整個智能活動中最復雜、最核心的部分 ,主要指處理和再生信息的能力。這種信息處理的過程是十分復雜和多樣化的 ,歸納起來 ,大體可分為 3 種基本的類型 ,即:經(jīng)驗思維、邏輯思維和創(chuàng)造性思維。在工藝設計過程中 ,這三種類型的思維都存在 ,在不同層次的決策中起著重要作用。

總之，智能制造技術是制造技術、自動化技術、系統(tǒng)工程與人工智能等學科互相滲透、互相交織而形成的一門綜合技術。其具體表現(xiàn)為:智能設計、智能加工、機器人操作、智能控制、智能工藝規(guī)劃、智能調度與管理、智能裝配、智能測量與診斷等。它強調通過“ 智能設備 ” 和“ 自治控制 ” 來構造新一代的智能制造系統(tǒng)模式。智能制造系統(tǒng)具有自律能力、自組織能力、自學習與自我優(yōu)化能力、自修復能力 ,因而適應性極強 ,而且由于采用 VR技術 ,人機界面更加友好。因此 , I M技術的研究開發(fā)對于提高生產效率與產品品質、降低成本 ,提高制造業(yè)市場應變能力、國家經(jīng)濟實力和國民生活水準 ,具有重要意義。智能制造是制造系統(tǒng)柔性自動化和集成自動化的新發(fā)展和重要組成部分 ,因此未來智能制造將向智能集成的方向發(fā)展 ,未來智能制造的研究將著重于智能傳感與檢測(如智能傳感器、智能傳感與檢測技術、光纖傳感技術等)。

三.人工智能與 I M T、I M S 人工智能的研究, 一開始就未能擺脫制造機器生物的思想, 即 “機器智能化”。這種以 “自主” 系統(tǒng)為目標的研究路線, 嚴重地阻礙了人工智能研究的進展。許多學者已意識到這一點, Feigenbaum、N ew ell、錢學森從計算機角度出發(fā), 提出了人與計算機相結合的智能系統(tǒng)概念。目前國外對多媒體及虛擬技術研究進行大量投資, 以及日本第五代智能

計算機研制計劃的擱淺等事例, 就是智能系統(tǒng)研究目標有所改變的明證。

人工智能技術在機械制造領域中的應用涉及市場分析、產品設計、生產規(guī)劃、過程控制、質量管理、材料處理、設備維護等諸方面。結果是開發(fā)出了種類繁多的面向特定領域的獨立的專家系統(tǒng)、基于知識的系統(tǒng)或智能輔助系統(tǒng), 形成一系列的 “智能化孤島”。隨著研究與應用的深入, 人們逐漸認識到, 未來的制造自動化應是高度集成化與智能化的

人—機系統(tǒng)的有機融合, 制造自動化程度的進一步提高要依賴于整個制造系統(tǒng)的自組織能力。如何提高這些 “孤島” 的應用范圍和在實際制造環(huán)境中處理問題的能力, 成為人們的研究焦點。在80 年代末和90 年代初, 一種通過集成制造自動化、新一代人工智能、計算機等科學技術而發(fā)展起來的新型制造工程—— I M T 和新——代制造系統(tǒng)—— I M S 便脫穎而出。

人工智能在制造領域中的應用與 I M T 和I M S 的一個重要區(qū)別在于, I M S 和 I M T 首次以部分取代制造中人的腦力勞動為研究目標, 而不再僅起 “輔助和支持” 作用, 在一定范圍還需要能獨立地適應周圍環(huán)境, 開展工作。

四.I M S 和C I M S C I M S 發(fā)展的道路不是一帆風順的。今天,C I M S 的發(fā)展遇到了不可逾越的障礙, 可能是剛開始時就對C I M S 提出了過高的要求, 也可能是C I M S 本身就存在某種與生俱來的缺陷, 今天的C I M S 在國際上已不像幾年前那樣受到極大的關注與廣泛地研究。從C I M S 的發(fā)展來看, 眾多研究者把重點放在計算機集成上, 從科學技術的現(xiàn)狀看, 要完成這樣一個集成系統(tǒng)是很困難的。

C I M S 作為一種連接生產線中的單個自動化子系統(tǒng)的策略, 是一種提高制造效率的技術。它的技術基礎具有集中式結構的遞階信息網(wǎng)絡。盡管在這個遞階體系中有多個執(zhí)行層次, 但主要控制設施仍然是中心計算機。C I M S 存在的一個主要問題是用于異種環(huán)境必須互連時的復雜性。在C I M S 概念下, 手工操作要與高度自動化或半自動化操作集成起來是非常困難和昂貴的。在C I M S 深入發(fā)展和推廣應用的今天, 人們已經(jīng)逐漸認識到, 要想讓C I M S 真正發(fā)揮效益和大面積推廣應用, 有兩大問題需要解決: ①人在系統(tǒng)中的作用和地位;②在不作很大投資對現(xiàn)有設施進行技術改造的情況下亦能應用C I M S?，F(xiàn)有的C I M S概念是解決不了這兩個難題的。今天, 人力和自動化是一對技術矛盾, 不能集成在一起, 所能做的選擇, 或是昂貴的全自動化生產線, 或是手工操作, 而缺乏的是人力和制造設備之間的相容性,人機工程只是一個方面的考慮, 更重要的相容性考慮要體現(xiàn)在競爭、技能和決策能力上。人在制造中的作用需要被重新定義和加以重視。

事實上, 在70 年代末和80 年代初, 人們已開始認識到人的因素在現(xiàn)代工業(yè)生產中的作用。英國出版公司(IFS)于 1984 年就首次發(fā)起了第一屆“制造中人的因素” 研討會, 目的在于提高人們對制造環(huán)境中人的因素及其所起作用的認識。事實證明, 人是 I M S 中制造智能的重要來源。值得指出的是, C I M S 和 I M S 都是面向制造過程自動化的系統(tǒng), 兩者密切相關但又有區(qū)別。

C I M S 強調的是企業(yè)內部物料流的集成和信息流的集成;而 I M S 強調的則是更大范圍內的整個制造過程的自組織能力。從某種意義上講, 后者難度更大, 但比C I M S 更實用、更實際。C I M S 中的眾多研究內容是 I M S 的發(fā)展基礎, 而 I M S 也將對C I M S 提出更高的要求。集成是智能的基礎, 而智能也將反過來推動更高水平的集成。I M T 和 I M S 的研究成果將不只是面向21 世紀的制造業(yè), 不只是促進C I M S 達到高度集成, 而且對于FM S、M S、CNC 以至一般的工業(yè)過程自動化或精密生產環(huán)境而言, 均有潛在的應用價值。有識之士對人工智能技術、計算機科學和C I M S 技術進行了全面的反思。他們在認識機器智能化的局限性的基礎上, 特別強調人在系統(tǒng)中的重要性。如何發(fā)揮人在系統(tǒng)中的作用, 建立一種新型的人—機的協(xié)同關系, 從而產生高效、高性能的生產系統(tǒng), 這是當前眾多學者都會提出的問題, 也正是C I M S 所忽視的關鍵因素, 這一因素導致了C I M S 發(fā)展中不可逾越的障礙。值得一提的是有的學者特別強調 “人件(Humanw are)” 在系統(tǒng)中的重要性, 提出C I M S 的開放結構體系思想。最引人注目的是歐共體的ESPR IT 計劃中單獨列出的一個研究子項, 即 “以人為中心的C I M S”。甚至有人索性稱以人為中心的 C I M S 為 H I M S(HumanIn tegrated M anufactu r ing System), 指出集成制造系統(tǒng)首先是 “人的集成”。耐人尋味的是, 目前研究的 “精良生產” 與 “敏捷制造” 等新型制造系統(tǒng)的主要出發(fā)點也是強調 “人” 的作用, 即 “以人為中心”。

五．智能制造的物質基礎及理論基礎 1.智能制造系統(tǒng)的物質基礎主要有:

(1)數(shù)控機床和加工中心 美國于 1952 年研制成功第一臺數(shù)控銑床 ,使機械制造業(yè)發(fā)生一次技術革命。數(shù)控機床和加工中心是柔性制造的核心單元技術。(2)計算機輔助設計與制造提高了產品的質量和縮短產品生產周期 ,改變了傳統(tǒng)用手工繪圖、依靠圖紙組織整個生產過程的技木管理模式。

(3)工業(yè)控制技術、微電子技術與機械工業(yè)的結合 — — — 機器人開創(chuàng)了工業(yè)生產的新局面 ,使生產結構發(fā)生重大變化 ,使制造過程更富于柔性擴展了人類工作范圍。

(4)制造系統(tǒng)為智能化開發(fā)了面向制造過程

中特定環(huán)節(jié)、特定問題的 “智能化孤島”,如專家系統(tǒng)、基干知識的系統(tǒng)和智能輔助系統(tǒng)等。

(5)智能制造系統(tǒng)和計算機集成制造系統(tǒng)用

計算機一體化控制生產系統(tǒng) ,使生產從概念、設計到制造聯(lián)成一體 ,做到直接面向市場進行生產 ,可以從事大小規(guī)模并舉的多樣化的生產;近年來 ,制造技術有了長足的發(fā)展和進步 ,也帶來了很多新問題。數(shù)控機床、自動物料系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)、機器人等在工業(yè)公司得到了廣泛的應用 ,越來越多的公司使用了 “計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)”、“柔性制造系統(tǒng)(FMS)”、“工廠自動化(FA)”、“多目標智能計算機輔助設計(M1CAD)”、“模塊化制造與工廠(MXMF)、并行工程(CE)”、“智能控制系統(tǒng)(ICS)” 以及 “智能制造(IM)”、“智能制造技術(IMT)” 和 “智能制造系統(tǒng)(IMS)” 等等新術語。先進的計算機技術、控制技術和制造技術向產品、工藝和系統(tǒng)的設計師和管理人員提出了新的挑戰(zhàn) ,傳統(tǒng)的設計和管理方法不能再有效地解決現(xiàn)代制造系統(tǒng)提出的問題了。要解決這些問題、需要用現(xiàn)代的工具和方法 ,例如人工智能(AI)就為解決復雜的工業(yè)問題提出了一套最適宜的工具。2.智能制造技術的理論基礎

智能制造技術是采用一種全新的制造概念和實現(xiàn)模式。其核心特征強調整個制造系統(tǒng)的整體“智能化” 或 “自組織能力” 與個體的 “自主性”?！爸悄苤圃靽H合作研究計劃J IRPIMS” 明確提出: “智能制造系統(tǒng)是一種在整個制造過程中貫穿智能活動 ,并將這種智能活動與智能機器有機融合 ,將整個制造過程從訂貨、產品設計、生產到市場銷售等各個環(huán)節(jié)以柔性方式集成起來的能發(fā)揮最大生產力的先進生產系統(tǒng)”?；谶@個觀點,在智能制造的基礎理論研究中 ,提出了智能制造系統(tǒng)及其環(huán)境的一種實現(xiàn)模式 ,這種模式給制造過程及系統(tǒng)的描述、建模和仿真研究賦予了全新的思想和內容 ,涉及制造過程和系統(tǒng)的計劃、管理、組織及運行各個環(huán)節(jié) ,體現(xiàn)在制造系統(tǒng)中制造智能知識的獲取和運用 ,系統(tǒng)的智能調度等 ,亦即對制造系統(tǒng)內的物質流、信息流、功能決策能力和控制能力提出明確要求。作為智能制造技術基礎 ,各種人工智能工具 ,及人工智能技術研究成果在制造業(yè)中的廣泛應用 ,促進了智能制造技術的發(fā)展。而智能制造系統(tǒng)中 ,智能調度、智能信息處理與智能機器的有機融合而構成的復雜智能系統(tǒng) ,主要體現(xiàn)在以智能加工中心為核心的智能加工系統(tǒng)的智能單元上。作為智能單元的神經(jīng)中樞——智能數(shù)控系統(tǒng) ,不僅需要對系統(tǒng)內部中各種不確定的因素如噪聲測量、傳動間隙、摩擦、外界干擾、系統(tǒng)內各種模型的非線性及非預見性事件實施智能控制 ,而且要對制造系統(tǒng)的各種命令請求做出智能反應。這種功能已遠非傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)體系結構所能勝任 ,這是一個具有挑戰(zhàn)性的新課題。對此有待研究解決的問題有很多 ,其中包括智能制造機理、智能制造信息、制造智能和制造中的計算幾何等。總之 ,制造技術發(fā)展到今天 ,已經(jīng)由一種技術發(fā)展成為包括系統(tǒng)論、信息論和控制論為核心的、貫穿在整個制造過程各個環(huán)節(jié)的一門新型的工程學科 ,即制造科學。制造系統(tǒng)集成與調度的關鍵是信息的傳遞與交換。從信息與控制的觀點來看 ,智能制造系統(tǒng)是一個信息處理系統(tǒng) ,由輸入、處理、輸出和反饋等部分組成。輸入有物質(原料、設備、資金、人 員)、能量與信息;輸出有產品與服務;處理包括物料的處理與信息處理;反饋有產品品質回饋與顧客反饋。制造過程實質上是信息資源的采集、輸入、加工處理和輸出的過程 ,而最終形成的產品可視為信息的物質表現(xiàn)形式。

六．智能制造系統(tǒng)的特征及框架結構

1.為了提出有我國特色的智能制造模式 ,首先要搞清智能系統(tǒng)應具有什么特征。當前對智能系統(tǒng)的理解有兩種不同的意見:一種是從科學的角度來看這個問題的意見 ,即認為只有具備下列特征的系統(tǒng)才能稱為智能系統(tǒng):一個系統(tǒng)既具有人類智能(或部分地),又具有與人類實現(xiàn)其智能相似的過程與途徑。另一種是從工程的角度來看這個問題的意見 ,即認為一個系統(tǒng)只要具有(或部分具有)人類智能就稱為智能系統(tǒng) ,而不管實現(xiàn)其智能的過程與途徑。我們這里所討論的問題是關于智能制造系統(tǒng)的問題 ,也就是從工程角度來討論智能系統(tǒng)的問題。我們認為:在工程上 ,智能系統(tǒng)的特征有以下幾個方面 ,具有下列特征之一的系統(tǒng) ,從工程角度看 ,就可稱為智能系統(tǒng)：(1)多信息感知與融合;(2)知識表達、獲取、存儲和處理(主要是識別、設計、計算、優(yōu)化、推理與決策);(3)聯(lián)想記憶與智能控制;(4)自治性 自相似、自學習、自適應、自組織、自維護;(5)機器智能的演繹(分解)與歸納(集成);(6)容錯。

2.智能制造系統(tǒng)模式的框架結構

整個系統(tǒng)是一個多智能體分布式網(wǎng)絡結構 ,分成四個部分:中心層、管理層、計劃層和生產層。每個層由具有自治性的多智能體組成 ,這種多智能體具有相似的結構 ,但根據(jù)任務的不同而有不同的自學習、自適應、自組織、自維護功能。智能系統(tǒng)有一定的容錯能力 ,可以在不完整的信息或偶然誤差出現(xiàn)時正常地工作。系統(tǒng)與因特網(wǎng)兼容 ,可以進行企業(yè)動態(tài)聯(lián)盟、招標、投標及電子商務 ,還可形成虛擬制造的支持環(huán)境。

七． 智能加工中心 IMC 1.智能加工中心是智能制造系統(tǒng)中一種典型的智能加工機器。作為以 IMC 為主的智能加工單元 ,其任務為感知、決策、加工、控制與學習。智能加工中心既是智能制造過程和系統(tǒng)的實驗和應用對象 ,也是智能制造技術的縮影和實現(xiàn)通道。它與普通的加工中心(MC)有著本質的區(qū)別 ,除了完成數(shù)控代碼規(guī)定的加工任務外 ,能夠根據(jù)信息的綜合進行自主決策 ,實時調整自身行為 ,適應環(huán)境和自身的不確定性變化 ,即應具有 “自主性” 和 “自組織” 能力 ,實現(xiàn)對 IMC的數(shù)控系統(tǒng)進行實時干預與智能控制。數(shù)控加工中心的實時智能控制 ,表現(xiàn)為三個方面:第一是遠程控制 ,通過通信線路對加工現(xiàn)場進行控制 ,對加工中心的加工操作和加工狀態(tài)進行監(jiān)視;第二是故障識別與處理 ,如刀具磨損識別與自動更換備用刀具、自激振動識別與自動抑制或消除等;第三是自適應控制 ,根據(jù)檢測到的過程控制信息自適應地改變加工參數(shù)。而智能加工中心對信息的獲取與處理表現(xiàn)在對加工環(huán)境和加工狀態(tài)的自主響應能力 ,其中對刀具狀態(tài)的監(jiān)測是評判加工狀態(tài)的重要依據(jù)。加工中心刀具狀態(tài)實時在線智能監(jiān)測系統(tǒng) ,及基于神經(jīng)網(wǎng)絡與模糊識別模式的多傳感器融合技術的刀具磨、破損監(jiān)測

系統(tǒng)的成功開發(fā) ,為智能制造信息的自動獲取 ,成功提供了有力的保證。2.智能加工中心的主要功能

在智能加工中心中 ,智能數(shù)控系統(tǒng)是 IMC 的神經(jīng)中樞 ,其智能化程度直接決定了整個智能制造系統(tǒng)的智能水平。智能數(shù)控系統(tǒng)具有高級的自主控制功能 ,能將任務請求、作業(yè)規(guī)劃、軌跡控制、過程監(jiān)視與控制、錯誤自修復等功能有機結合起來。面向制造系統(tǒng) ,它是任務驅動的柔性規(guī)劃學習系統(tǒng) ,而面對復雜的物流加工環(huán)境 ,它又是 “刺激一反應” 型的再勵系統(tǒng) ,能對來自內部和外界環(huán)境的多種刺激做出理智的決策 ,從而以最優(yōu)策略完成目標任務。通過對智能制造環(huán)境下的加工過程進行分析 ,確定加工中心應具備的主要功能有:(1)感知功能 ,根據(jù)多種傳感器信號的收集、特征提取和信息融合 ,實現(xiàn)加工對象感知和系統(tǒng)狀態(tài)感知。

(2)決策功能 ,在感知的基礎上通過決策 ,明確其在整個制造系統(tǒng)中的作用、與其它智能機器的關系 ,并確定自身的行為方式。

(3)控制功能 ,智能加工中心根據(jù)決策結果進行處理 ,采用最優(yōu)化的方式完成加工任務 ,并保證加工過程得到可靠的監(jiān)視和維護。

(4)通信功能 ,包括與 CAD/ CAM 系統(tǒng)的智能通信 ,實現(xiàn)數(shù)據(jù)與知識的交流 ,支持并行工程策略;與其它智能加工機器的智能通信 ,交流狀態(tài)信息 ,協(xié)調加工負荷;與人類專家和操作人員的智能通信 ,提供良好的人機交互環(huán)境 ,為智能機器提供知識單元 ,做出相應決策。

(5)學習功能 ,依據(jù)決策、控制和加工指令 ,以及由此引起的狀態(tài)變化和最終加工任務 ,學習和積累相關知識 ,改進決策和控制策略。此外 ,還包括從人類專家和其它智能機器直接獲取知識。

八．智能制造技木的發(fā)展趨勢 智能制造是從 80 年代末發(fā)展起來的 ,最旱的幾本有關智能制造及系統(tǒng)方面的專著是在 1988年由 Wrightfg MilaciC 等人編寫的 ,隨后、Kusiak和 Pain也相繼出版了這方面的研究著作。這些專著所描述的 IMS仍基于設計與制造技術所提出的問題和解決的工具與方法。在許多工業(yè)化國家、人工智能已被當作求解現(xiàn)代工業(yè)提出的問題的工具和方法。因此 ,這些專著僅著力于人工智能在制造業(yè)中的應用和智能系統(tǒng)研究與應用中提出的問題的求解、使用基于知識的系統(tǒng)(如級聯(lián)結構系統(tǒng))和優(yōu)化方法來解決自動化制造環(huán)境中零件、產品、系統(tǒng)的設計與制造 ,以及自動制造系統(tǒng)的規(guī)劃與調度(管理)問題。先進的工業(yè)化國家在研究 FMS、CIMS、FA 及AI籌的基礎上 ,為了進行國際間制造業(yè)的共同協(xié)作研究、開發(fā)、設計、生產、物流、信息流、經(jīng)營管理乃至制造過程的集成化與智能化等而提出來的智能制造系統(tǒng) ,也是為了解決各發(fā)達國家面臨的企業(yè)活動全球化、重復投資增大、現(xiàn)場熟練技術工人不足和社會對產品的需求變化等因素而倡導的國際制造業(yè)的合作。在迸行智能制造及其相關技術與系統(tǒng)的研究方面、首推日本在 1990 年提議和倡導的日、美、歐之間建立的國際運營委員會、國際技術委員會和附屬機構 IMS中。大有主宰未來制造技術的趨勢。1991～ 1993 年 Barschdor 汀和 Monostori 等應用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(ANNS)到智能制造中進行加工過程的建模、監(jiān)測、診斷、自適應控制;通過神經(jīng)網(wǎng)絡的知識表示和學習能力 ,縮短 CIMS的反應時間 ,提高產品的質量 ,使系統(tǒng)更可靠。而 Furukawa則對智能機器的設計程序及它在自動導引車中的應用作了介紹。被稱為是二十一世紀的制造技術的智能制造系統(tǒng) ,目前國內外已相繼開展了國際聯(lián)合研究計劃。智能制造系統(tǒng)與當前任何制造系統(tǒng)相比 ,在體系結構上有著根本意義上的不同 ,具體體現(xiàn)在:一是采用開放式系統(tǒng)設計策略。通過計算機網(wǎng)絡技術 ,實現(xiàn)共享制造數(shù)據(jù)和制造知識 ,以保證系統(tǒng)質量。這是將計算機界先進的設計和開發(fā)思想融入到制造系統(tǒng)的結果 ,因而使制造系統(tǒng)向擬人化的方向進一步發(fā)展。二是采用分布式多自主體智能系統(tǒng)設計策略 ,其基本思想是:賦予制造系統(tǒng)中各組成部分或子系統(tǒng)一定的自主權 ,使其形成一個封閉的具有完整功能的自主體 ,這些自主體以網(wǎng)絡智能結點的形式聯(lián)接在通訊網(wǎng)絡上 ,各個智能結點在物理上是分散的 ,在邏輯上是平等的。通過各結點的協(xié)同處理與合作 ,共同完成制造系統(tǒng)任務 ,實現(xiàn)人與人的知識在制造中的核心地位。此外 ,生物制造與仿生機械的科學與技術、生物自生長成形制造、綠色制造的科學與技術包括產品與人類和自然的協(xié)調理論 ,產品綠色工藝(如Near2Zero Waste)等也極大地豐富了智能制造的范疇 ,促進了智能制造系統(tǒng)的發(fā)展。目前 ,我國一些高等院校也在進行智能制造技術的研究 ,如南京航空航天大學機電學院朱劍英教授成立的智能制造科研組 ,一方面跟蹤國際智能制造的最新研究動態(tài) ,另一方面從事智能制造關鍵基礎技術的預研工作 ,為地區(qū)及我國智能制造技術的發(fā)展做出了一定貢獻。遺憾的是 ,由于種種原因 ,我國政府主管部門和有關大公司、廠家并無跡象表明對智能制造已引起足夠的重視 ,至今也未得到我國機械學科的普遍關注。相信隨著人們對智能制造系統(tǒng)認識的逐步深入 ,智能制造系統(tǒng)必將得以迅猛發(fā)展 ,迎頭趕上世界先進發(fā)展水平。

九．智能制造系統(tǒng)研究成果及存在問題

目前對分布式制造系統(tǒng)的研究雖然還處于初期階段 ,但已在不同層次、不同側面上取得了大量令人振奮的基礎理論研究成果和應用成果 ,如制造 Agent的個體目標機制(如獎懲機制、市場機制、目標函數(shù)等)等。這些研究成果奠定了MAS在制造控制中應用的基礎。但是 ,由于制造 Agent 在信息、知識和控制上的完全分布 ,每個 Agent 對環(huán)境、對整個問題求解活動及其他Agent 的意圖只有部分的、不完全的知識 ,并且擁有的知識可能互相不一致 ,各個 Agent只能根據(jù)不完備的知識與不完整、不同步的信息做出局部決策。又由于整個系統(tǒng)缺乏類似中央控制的機制 ,因而整個系統(tǒng)的控制和決策往往不能達到最優(yōu)效果 ,而且不可避免地存在大量難以解決的決策沖突(C onflict)和死鎖(Deadlock)。因此 ,對分布式自治制造系統(tǒng)中異構 Agent 間的相互合作以及全局協(xié)調機制的研究 ,是分布式自治制造系統(tǒng)最重要 ,也是最基本的問題 ,更是其走向實用所亟待解決的核心問題。協(xié)調是指一組 Agent 完成一些集體活動時相互作用的性質。在分布式制造系統(tǒng)中 ,全局協(xié)調和優(yōu)化是一個在多目標動態(tài)約束下 ,各類活動和資源的最佳組合和排序的動態(tài)求取過程 ,它可以描述為兩個子問題 ,即局部調度決策和全局資源協(xié)調。由于 “組合爆炸” 現(xiàn)象的存在 ,當前采用的普遍方法是談判和投標(Neg otiation and Bidding)。談判被定義為:在開放的、動態(tài)的制造控制環(huán)境下 ,擁有任務訂單的 Agent(協(xié)調者),及欲參與任務執(zhí)行的 Agent(投標者)之間傳遞各自的資源、愿望和能力信息 ,反復進行協(xié)商 ,直到其中一個Agent 或一組Agent 被選出組成執(zhí)行該任務的隊列的過程。在這個過程中出現(xiàn)的沖突和死鎖或者由協(xié)調者來解決 ,或者由沖突中的 Agent 自行解決。為了加快談判過程 ,許多研究工作致力于改進談判策略和開發(fā)支持協(xié)商的協(xié)議和語言 ,目前已提出了諸如一步談判、多步談判、合同網(wǎng)等多種談判策略和協(xié)議。分析這種談判過程 ,可以看出:

(1)在當前所采用的模型中 ,談判是基于對談判者的知識與能力、討價還價過程、收益計算 ,以及子系統(tǒng)的影響(或能力)的平衡的顯式表達 ,以可計算的迭代模型模擬社會或生物界的組織形式和進化過程的協(xié)調和協(xié)作方法;

(2)各個Agent 總是將其他Agent 的局部調度作為其預測信息 ,以計算其自己的局部調度決策。依次地 ,又將決策結果傳遞給其他 Agent。宏觀上看 ,這是一個串行過程。當一個Agent 產生的結果不可接受時 ,又需要進行反復通信和迭代。因而 ,各個 Agent 的內部可以看作是一個局部閉環(huán)反饋控制系統(tǒng) ,而沖突則是其外部擾動;

(3)全局協(xié)調的目標是要完全消解沖突 ,因而各 Agent 總是要利用最新的信息來處理沖突。因此 ,談判實際上是一種外部合作機制。這種方法在一定程度上解決了開放環(huán)境中的 Agent 協(xié)調和協(xié)作的組合優(yōu)化問題 ,但是該方法的一個固有缺陷是它只是對社會市場或生物界的組織形式和進化過程的直覺模仿[1 ],尚缺乏對其基本原理、機制和限制條件的深刻認識和理論上的證明 ,例如 ,在什么條件下談判的過程是收斂的、穩(wěn)定的。如何得到期望的結構或功能等。尤其當系統(tǒng)規(guī)模較大 ,而且 Agent 處于信息連續(xù)變化的高度紊亂的環(huán)境中(如由于市場的快速變化 ,經(jīng)常會有一些短期的、緊急的訂單需要及時處理)時 ,有可能引起沖突的傳播(即任何兩個實體間沖突的解決會觸發(fā)其他沖突的出現(xiàn))。這種特性類似于自催化過程 ,各個制造Agent 間正向先進制造技術的源泉.科學通報,1998 , 43-33727.[4 ] 史忠植.高級人工智能.北京: 科學出版社, 1998.[5]楊文通 ,王曹 劉志峰 ,等 數(shù)字化網(wǎng)絡化制造技術北京 電子工業(yè)出版社 , [6]王英林 ,劉敏 ,張申生 ,基于Agent的敏捷供應鏈及相關技術 中國機械工程 , [7]張軍 ,趙江洪 網(wǎng)絡協(xié)同數(shù)控機床工業(yè)設計系統(tǒng)中的知識獲取與應用研究 〔機械工程學報 〕 ,