報廢汽車拆解指導自動推送系統設計與實現

周世紅，季宏斌，聞月，季勇，胡建中，吳春江

（1.東南大學 機械工程學院，江蘇 南京211189；2.南通棉花機械有限公司，江蘇 南通226000；3.江蘇省農業物聯網感知及系統控制工程實驗室，江蘇 南京211189）

目前隨著我國汽車行業迅速發展，我國報廢汽車數量逐年增加，但是我國報廢汽車拆解行業卻面臨諸多問題：雖然報廢汽車數量一直在穩步增長，但實際回收拆解數量并不多；報廢汽車拆解企業的機械化、自動化、信息化裝備水平偏低；企業工作人員拆解水平偏底，培訓周期長、成本高[1-3]。同時，在廢舊處理和回收利用過程中所引起的資源浪費和環境污染問題也越來越明顯。因此，報廢汽車拆解高效化與環保化成為引領行業技術發展的重要趨勢。

隨著物聯網應用的普及，物聯網技術在生產線智能化方面得到廣泛應用，以降低生產成本以及提高生產效益。姜典保[4]將機器人焊接生產線與物聯網結合，從而有效降低設備故障率。巴興強[5]以RFID 技術為基礎，設計開發報廢汽車回收倉儲管理軟件。目前，基于物聯網的報廢汽車拆解技術研究主要集中于拆解后的零部件管理，缺乏拆解指導方面的研究。文中設計了一種報廢汽車智能化拆解指導系統，利用物聯網技術自動推送不同車型在不同工位的拆解指導，實現同一拆解線適用多種車型報廢汽車的拆解，大大增強系統易用性。

1 報廢汽車拆解指導自動推送系統設計

1.1 系統的功能設計

報廢汽車拆解指導自動推送系統能夠跟蹤報廢汽車在拆解線中的位置，以推送不同車型在不同工位的拆解指導，提高報廢汽車拆解線的智能化水平，幫助操作人員快速適應各種車型的拆解工藝。系統具體的功能要求如下。

（1）報廢汽車信息自動識別。報廢汽車拆解線能夠利用托盤運輸報廢汽車至各工位進行拆解，并使用RFID 電子標簽存儲報廢汽車車型信息；

（2）自動推送功能。能夠對不同車型拆解文件進行管理，并根據各工位當前拆解的車型實現拆解指導文件的自動推送；

（3）拆解過程可視化。系統在每個工位均能夠提供拆解過程3D 動作。

1.2 系統總體結構

報廢汽車拆解指導自動推送系統由硬件和軟件共同組成，硬件主要包括托盤定位裝置、RFID 模塊、工位終端等，軟件主要包括拆解線數據庫、拆解指導自動推送軟件。系統的總體架構如圖1所示。

系統中各部分的功能如下。

（1）拆解線數據庫：數據庫是基于SQL Server2008設計，主要完成系統存儲功能，存儲有報廢汽車的拆解模型文件、拆解文本文件、模型配置文件和拆解補充文件等。拆解模型文件即報廢汽車在各個工位上的3D 拆解過程。拆解文本文件主要內容是報廢汽車在各個工位上拆解過程的文字表述。模型配置文件主要用來控制拆解模型文件中拆解步驟的時序和拆解過程的總時長。拆解補充文件主要記錄當前工位拆解時所需要的拆解設備和拆解完畢時所得到的零部件。數據庫中的拆解文件表如表1所示。

圖1 報廢汽車拆解指導自動推送系統的總體架構

表1 拆解文件表

（2）托盤定位裝置與RFID 模塊：RFID 模塊主要由閱讀器和電子標簽組成，電子標簽主要存儲報廢汽車的車型信息，閱讀器能夠從電子標簽中讀取車型信息[6-7]。托盤定位裝置指光電傳感器及其附屬裝置，主要用于確定拆解線中的托盤位置。

（3）工位終端和拆解指導自動推送軟件：工位終端即臺式電腦，是拆解指導自動推送軟件的運行載體。拆解指導自動推送軟件能夠獲取報廢汽車車型信息，并根據車型信息顯示相應的拆解指導文件，幫助操作人員拆解汽車。

1.3 系統工作流程

系統利用RFID 電子標簽的信息存儲功能，通過光電傳感器定位托盤在拆解線中的位置，在拆解工位讀取電子標簽中的信息，推送相應車型的拆解文件，實現一條拆解線拆解多種車型，同時將報廢汽車拆解過程可視化，便于操作人員迅速掌握不同車型報廢汽車在各個工位上的拆解操作，系統的工作流程如圖2所示。

圖2 報廢汽車拆解指導自動推送系統流程圖

系統的工作主要包括以下步驟。

（1）在報廢汽車拆解線的初始工位，即工位A，操作人員將報廢汽車安放至拆解線中的托盤上，并且向粘著于托盤底部的RFID 電子標簽寫入車型信息。

（2）當光電傳感器感應到托盤到達工位B 后，傳感器將信號傳遞給RFID 閱讀器。閱讀器將會掃描托盤底部的電子標簽，將獲取的車型信息傳送至拆解指導自動推送軟件。軟件客戶端根據獲取的車型信息推送相應車型在工位B 的拆解模型文件、拆解文本文件、模型配置文件和拆解補充文件，顯示拆解過程中所需的拆解設備、可拆卸的零部件、拆解過程的3D 動作和拆解過程的文字說明。

（3）拆解指導自動推送軟件顯示拆解信息，指導操作人員完成工位B 的拆卸任務，隨后托盤進入下一工位。位于其他工位的光電傳感器感應到托盤后，報廢汽車拆解指導自動推送系統在該工位的工作流程和在工位B 的工作流程相同，這里不再贅述。當系統在工位H 的工作流程結束后，意味著一輛報廢汽車結束拆解。

2 拆解指導自動推送軟件設計

拆解指導自動推送軟件基于Visual C#進行開發，C#具有開發周期短、自動清理內存和功能強大的類庫等特點[8-9]。軟件客戶端由3 個模塊組成，包括拆解文件下載子模塊、車型校驗子模塊與拆解指導文件加載子模塊，拆解指導自動推送軟件的流程圖如圖3所示。

當系統軟件開始運行后，車型校驗子模塊接收來自RFID 閱讀器的車型信息，校驗本地終端是否含有相應車型的拆解文件以及拆解文件是否損壞，校驗操作是通過自定義DismantlingFile 類完成的。如果本地終端沒有相應車型的拆解文件或拆解文件已損壞，拆解文件下載子模塊將連接拆解線數據庫，從數據庫中下載所需的拆解文件。

拆解文件中的拆解文本文件和拆解補充文件在數據庫中是以varbinary 形式存儲的，拆解文件下載子模塊通過Encoding 類按照UTF8 的格式對二者進行解碼。文件被保存為txt 格式，等待加載。模型配置文件被下載后，存放于本地終端，等待拆解模型文件的讀取。拆解模型文件由于占用存儲空間較大，其被存入數據庫時，需要先進行壓縮處理。拆解模型文件在數據庫中也是以varbinary 形式存儲的，拆解文件下載子模塊通過FileStream 類將其轉為壓縮文件，然后通過自定義Rar 類中的UnRar()方法調用WinRar 解壓軟件，將拆解模型文件轉為exe 可執行文件格式。

圖3 拆解指導自動推送軟件流程圖

當本地終端存儲有相應車型的拆解文件時，拆解文件加載子模塊會將拆解文本文件和拆解補充文件加載入后臺程序，并直接顯示在兩個richTextBox 控件中。同時拆解模型文件會被啟動，自動讀取模型配置文件中的信息，隨后自定義類AppContainer 加載并顯示拆解模型文件。當所有文件被拆解指導自動推送軟件加載完成后，后臺程序中的Timer 定時器按照一定的時間間隔重復播放拆解模型文件。

3 系統實現

以一輛雪佛蘭報廢汽車的拆解為例，在報廢汽車拆解線的工位A，報廢汽車被安放至托盤，報廢汽車的車型信息被寫入托盤底部的RFID 電子標簽中。工位B 的光電傳感器感應到托盤后，RFID 閱讀器讀取電子標簽中的車型信息，發送給拆解指導自動推送軟件，軟件客戶端根據車型信息向操作人員自動推送相應的拆解指導，拆解指導自動推送軟件在工位B 的界面如圖4所示。工位B 的拆解任務完成后，托盤進入下一工位，報廢汽車拆解指導自動推送系統在其余工位的運作流程與工位B 的相同。當載有雪佛蘭報廢汽車的托盤從工位H 駛出后，報廢汽車拆解指導自動推送系統便完成一輛報廢汽車的拆解和回收。

圖4 拆解指導自動推送軟件界面

4 結束語

（1）根據報廢汽車拆解線運行的特點，將物聯網技術運用于報廢汽車拆解線，提出了一種多工位報廢汽車拆解指導自動推送系統。該系統使拆解線針對具體車型的拆解更加靈活、柔性，相比傳統的拆解圖像或單一的文字指導形式，大大縮短了操作人員培訓周期，提高了拆解線拆解指導的智能化水平。

（2）初步完成了報廢汽車拆解指導自動推送系統的設計與實現，但是系統仍然存在一些不足。拆解指導自動推送軟件中播放的拆解模型文件缺乏回放、暫停等功能，系統無法對拆解線數據庫中的文件進行及時地更新。以上問題均是今后研究的方向。