基于工業(yè)工程技術的車載兒童報警裝置設計

李芯怡 郭思薔 姜雪松

摘要：針對目前市場上的車載兒童報警裝置的設計及生產(chǎn)，運用工業(yè)工程的并行工程技術，現(xiàn)代信息系統(tǒng)技術及持續(xù)改善技術對其進行改善。以適用性、可行性、易裝配性為目的，將生產(chǎn)過程集成化處理，提出了一種更為合理，人性化，滿足用戶需求的新型車載兒童報警裝置的設計方案。

Abstract： Aiming at the design and production of a car-based child-care alarm device in the market， the concurrent engineering technology of industrial engineering， modern information system technology and continuous improvement technology are used to improve it. With the purpose of applicability， feasibility and easy assembly， the production process is integrated， and a design scheme of a new type of car alarm device for children， which is more reasonable and humanized， is put forward to meet the needs of users.

關鍵詞：工業(yè)工程技術;車載兒童報警;并行工程技術;持續(xù)改善

Key words： industrial engineering technology;car-based child-care alarm device;concurrent engineering technology;continuous improvement

中圖分類號：TB472? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）27-0209-03

0? 引言

隨著經(jīng)濟和社會的進步，我國的制造業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，建成了完整的產(chǎn)業(yè)體系。制造業(yè)的發(fā)展情況可以直接體現(xiàn)一個國家的綜合實力水平，并且它在國民經(jīng)濟中也占有著主體地位。制造業(yè)可細分為多種分類，本文所述的車載報警裝置屬于汽車制造業(yè)。

夏天高溫天氣下，由于家長疏忽導致兒童被鎖在車內(nèi)的事故頻頻發(fā)生，所以研制出一款車載兒童報警裝置是十分有必要的。隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，市面上也出現(xiàn)了許多車載兒童報警裝置，各裝置設計的報警檢測條件也有所不同。公開發(fā)表文獻中涉及車載兒童報警裝置中的部分裝置將車內(nèi)是否有人作為裝置唯一的檢測條件[1];部分裝置除了檢測是否有人存在外，還增加了氣體與溫度的檢測模塊[2]。但車載兒童報警裝置實際生產(chǎn)過程中可能會出現(xiàn)市場延誤、生產(chǎn)效率低下、車載裝置通用性差、實際使用效果不佳等問題，這些問題會極大地增加生產(chǎn)企業(yè)的成本，應用工業(yè)工程理論可以有效地解決這些問題。

1? 工業(yè)工程理論基本介紹

工業(yè)工程是對人員、物料、設備、能源和信息所組成的集成系統(tǒng)進行設計、改善和實施的工程技術，它綜合運用數(shù)學、物理學和社會科學的專門知識和技術，結合工程分析和設計的原理與方法，對該系統(tǒng)所取得的成果進行確定、預測和評價[3]，是一門集管理、經(jīng)濟和多種工程技術的交叉性學科，是以各種產(chǎn)業(yè)的整體系統(tǒng)作為研究對象，以解決管理效率、質(zhì)量和成本問題為核心的工程技術體系[4]。簡單地說，工業(yè)工程是改善效率、成本、質(zhì)量的方法科學。在所有的生產(chǎn)活動中，都可以基于工業(yè)工程的原則設計一套系統(tǒng)化的科學技術方案來達到簡化工作、降低成本、提高效率的目的[5]。

2? 工業(yè)工程技術在車載兒童報警裝置設計的應用

2.1 車載兒童報警裝置的主要介紹

車載兒童報警裝置是針對兒童設計的一款車載報警裝置，通過裝置設定的檢測條件來判斷是否報警，以達到在高溫天氣下及時解救車內(nèi)被鎖兒童的目的。裝置設定的檢測條件并不是唯一確定的，要綜合考慮成本、可行度、檢測效果等因素，除此之外，裝置的報警方式也十分重要，是在危急情況下報警器直接發(fā)出報警聲響引起周圍人們的注意，還是由裝置發(fā)送消息通知車主等。無論是檢測條件的設定還是報警方式的確認，又或是裝置的系統(tǒng)總體設計方案，都可以應用工業(yè)工程的相關理論進行設計。

2.2 并行工程技術在車載兒童報警裝置設計中的應用

工業(yè)工程的并行工程技術是一種對產(chǎn)品及其生產(chǎn)全過程進行集成化處理的綜合技術。在設計車載兒童報警裝置時，要充分考慮其適用性、可行性及易裝配性，上述考慮的這些問題不僅僅存在于某一生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，而是貫穿產(chǎn)品的整個生命周期，所以應用工業(yè)工程的并行技術能夠很好地解決這些問題。

2.2.1 適用性

在進行產(chǎn)品的設計時，都應該考慮到產(chǎn)品最終的用途，依據(jù)產(chǎn)品最終的用途來為產(chǎn)品選擇最合理的設計方案。車載兒童報警裝置是一種安裝在車內(nèi)的報警裝置，為了達到報警準確這一目的，適用性這一理念將會貫穿裝置生產(chǎn)的全過程，例如，裝置設計時就要考慮是否適用于兒童、檢測條件是否適用于車內(nèi)環(huán)境等;裝置生產(chǎn)時，需要選擇合適的材料、配件以及科學的生產(chǎn)方法等。

2.2.2 可行性

由于產(chǎn)品的最終用途可直接決定產(chǎn)品的設計方案，所以設計者為了達到這一目標，可能會提出多種設計方案，或許在理論層面上每一種設計方案都是可行的，但是落實到生產(chǎn)過程中、使用效果上時，不一定每種設計方案都是可行的。車載兒童報警裝置的最終用途是報警，那么報警條件的設定就尤為重要。部分裝置將檢測是否有人作為報警條件[6]，這個思路在產(chǎn)品設計階段以及生產(chǎn)階段是可行的，但是在實際使用過程中，報警條件過于單一，容易出現(xiàn)虛假報警的情況;部分裝置在此基礎上增加了氣體和溫度檢測[7]，設計階段考慮得十分全面，但實際使用過程中，氣體濃度檢測過程較為復雜，且氣體濃度檢測要求較為精準，所以對氣體監(jiān)測器的要求較高，這無形中增加了裝置的成本。所以在設計一款車載兒童報警裝置時，可行性在生產(chǎn)全過程也顯得尤為重要。

2.2.3 易裝配性

產(chǎn)品設計構思完成后，還需要為其選擇合適的零部件，使用錯誤的零部件不僅會增加產(chǎn)品生產(chǎn)成本、影響產(chǎn)品功能的實現(xiàn)，還會給裝配人員帶來麻煩。由于是車載報警裝置，所以盡可能要做到小巧輕便易安裝，因為車內(nèi)空間有限，且裝置裝配若是過于復雜，將會大大提高報警裝置的成本。所以產(chǎn)品設計過程中，裝配相關工作人員也應共同參與產(chǎn)品的設計過程，提出合理的意見，并且在報警裝置的正常功能能夠?qū)崿F(xiàn)的前提下，盡可能降低裝配難度。

僅僅在車載兒童報警裝置的產(chǎn)品設計環(huán)節(jié)考慮裝置的適用性、可行性與易裝配性是不能夠設計出符合要求的報警裝置，因為各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)都是相互聯(lián)系的，在設計環(huán)節(jié)中雖然設計出了一種完美的產(chǎn)品，但是在生產(chǎn)過程中極有可能發(fā)生零部件裝配效果不佳等問題，這將會直接影響到最終產(chǎn)品的質(zhì)量，所以應用工業(yè)工程的并行技術能夠?qū)⑸a(chǎn)全過程進行有機結合成為一個系統(tǒng)，整個生產(chǎn)過程所考慮的問題都不僅僅只針對某一生產(chǎn)環(huán)節(jié)，而是針對整個生產(chǎn)系統(tǒng)。

2.3 現(xiàn)代信息系統(tǒng)技術在車載兒童報警裝置設計中的應用

隨著信息技術快速發(fā)展，工業(yè)工程在計算機和信息技術的領域也得到了應用。在大數(shù)據(jù)背景下，工業(yè)工程的現(xiàn)代信息系統(tǒng)技術將合作、多員與共享結合，因為顧客的需求是會隨著社會環(huán)境的變化而變化的，這就要求企業(yè)善于借助網(wǎng)絡技術獲取全球資源[8]。工業(yè)工程可以將制造廠、供應商、用戶等聯(lián)結成一個網(wǎng)絡，通過各種通訊網(wǎng)絡推動經(jīng)濟全球化的發(fā)展。車載兒童報警裝置作為一種產(chǎn)品，也是需要依據(jù)顧客的需求對設計方案做出適當?shù)母淖儯云髽I(yè)和用戶之間聯(lián)結成網(wǎng)絡后的信息反饋尤為重要。合理應用工業(yè)工程的現(xiàn)代信息系統(tǒng)技術，不僅能夠加強企業(yè)與企業(yè)之間的共享合作，還能讓企業(yè)獲取到更多的用戶反饋信息。

2.4 持續(xù)改善技術在車載兒童報警裝置設計中的應用

持續(xù)改善是工業(yè)工程中十分重要的一部分，這一詞最初來源于日本，指逐漸、持續(xù)地增加改善[9]。研發(fā)任何一種新產(chǎn)品，都是一個改善的過程，比如隨著顧客需求的變化，產(chǎn)品也需要隨著顧客需求的變化而變化;又或者隨著科技水平的進步，產(chǎn)品也需要增添更多的功能來提高產(chǎn)品的競爭力等。車載兒童報警裝置作為一種產(chǎn)品，持續(xù)改善是非常有必要的，比如單一的報警檢測條件會降低報警的準確性，需要改善報警檢測條件;裝置進行報警時發(fā)出的聲響僅僅只能引起路人的注意，無法第一時間通知車主對被困兒童進行救援，路人只能破窗救援，這將會增加車主的維修費用，所以需要改善裝置為其增加通信系統(tǒng)，第一時間告知車主。持續(xù)改善技術的應用，不僅能提高車載兒童報警裝置的報警準確性，還能使其越來越符合用戶的需求。

3? 基于工業(yè)工程理論設計的一種車載兒童報警裝置

3.1 基于工業(yè)工程技術設計的車載兒童報警裝置系統(tǒng)方案

如上文所述，設計車載兒童報警裝置時，采用并行技術可以將產(chǎn)品及其生產(chǎn)過程進行集成化處理，那么在設計產(chǎn)品時，出現(xiàn)的所有問題都需要在集成化的基礎上進行考慮。持續(xù)改善技術主要目的是改善產(chǎn)品使得產(chǎn)品更符合用戶的需求，所以在進行新的產(chǎn)品設計時也應在集成化的基礎上完成，圖1為裝置系統(tǒng)組成圖。

依據(jù)工業(yè)工程技術設計的車載兒童報警裝置具有檢測系統(tǒng)、報警系統(tǒng)、太陽能蓄電系統(tǒng)，太陽能蓄電系統(tǒng)中包含太陽能電板與磷酸鐵鋰電池，太陽能電板只要在有光的情況即可進行蓄電，適用于車內(nèi)較弱的光線，電池蓄電也可通過USB接口進行充電。

檢測系統(tǒng)中的車門落鎖檢測模塊采用霍爾傳感器來檢測車門是否關閉[10]，相比起其他需要連接車輛內(nèi)部的零部件進行檢測的方法，此方法更為簡單且可裝配性強;熱釋電紅外檢測模塊可用來檢測是否有人存在;語音識別模塊可用來識別兒童發(fā)出的特定聲音，如兒童啼哭聲、“救命”、熱等詞語，適用于兒童;溫度監(jiān)測模塊用于檢測車內(nèi)溫度，相比起其他復雜的檢測方式，檢測溫度更具可行性。

報警系統(tǒng)對傳統(tǒng)的聲報警器進行了改善，在聲報警器的基礎上增添了GSM（Global System for Mobile Communications）通信系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用的SIM900A無線模塊，可以將報警信息發(fā)送至用戶手機，及時通知用戶車內(nèi)有滯留兒童。

3.2 車載兒童報警裝置的運行過程

車載兒童報警裝置的運行過程如圖2所示。車載兒童報警裝置采用STM32F103型單片機作為裝置的主控制器，主控制器統(tǒng)一對各系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)、控制。車載兒童報警裝置在車門落鎖后會觸發(fā)霍爾傳感器，當霍爾傳感器檢測車門處于落鎖狀態(tài)時，主控制器控制太陽能蓄電系統(tǒng)與熱釋電紅外檢測模塊開始工作。若熱釋電紅外傳感器沒有檢測到生命體征，主控制器不觸發(fā)語音識別模塊工作，僅控制太陽能蓄電系統(tǒng)進行工作;若熱釋電紅外傳感器檢測到車內(nèi)有人時，主控制器啟動語音識別檢測模塊。若語音對比內(nèi)容與設置內(nèi)容匹配，則GSM通信系統(tǒng)向用戶手機發(fā)送信息;若未檢測到語音內(nèi)容，主控制器控制溫度監(jiān)測模塊開始工作。當溫度監(jiān)測器監(jiān)測車內(nèi)溫度到達48°C時，GSM通信系統(tǒng)向用戶發(fā)送信息。用戶在收到信息后，可控制聲報警器直接報警與否，若選擇是，聲報警器直接報警，若選擇否，裝置正常工作，聲報警器不報警。在用戶選擇不報警后的五分鐘內(nèi)，若霍爾傳感器感應到車門開啟，則主控制器控制熱釋電紅外檢測系統(tǒng)工作，檢測是否還有人存在，若無人存在，僅保留太陽能蓄電系統(tǒng)進行工作;若霍爾傳感器感應車門在五分鐘內(nèi)一直處于落鎖狀態(tài)，主控制器控制聲報警器直接報警。

4? 結束語

本文分析了現(xiàn)有的車載兒童報警裝置的設計方案，依據(jù)工業(yè)工程技術對其進行了改善，并在工業(yè)工程技術的理論下，提出了一種新的車載兒童報警裝置的設計方案。裝置在進行設計時，并行技術的使用尤為關鍵，將生產(chǎn)全過程集成化處理后，適用性、可行性、易裝配性及持續(xù)改善技術就可作用于集成化處理后的生產(chǎn)系統(tǒng)，由此設計出的車載兒童報警裝置更為合理且符合用戶需求。車載兒童報警裝置采用的各檢測模塊可行性強，語音識別模塊可識別兒童因身體不適發(fā)出的特定聲音，可突出裝置對于兒童的適用性。本裝置改善了傳統(tǒng)的報警方式，在聲報警器的基礎上增加了GSM通信系統(tǒng)，為用戶提供是否報警的選擇，在保證兒童安全的同時又避免不必要的報警，滿足用戶現(xiàn)實需求。

工業(yè)工程能對產(chǎn)品設計及實施全過程進行管理，同時可以借助各種評價工具對產(chǎn)品進行系統(tǒng)評價，包括產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品設計等，通過產(chǎn)品分析評價的結果，改進產(chǎn)品生產(chǎn)工藝、優(yōu)化組織結構，達到不斷創(chuàng)新的目標[11]，所以在研發(fā)任何新的產(chǎn)品時，合理應用工業(yè)工程的知識能夠使產(chǎn)品更貼近用戶的需求且更具競爭力。

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基金項目：哈爾濱市科技創(chuàng)新人才研究專項資金項目資助（項目編號：2016RQQXJ090）;中央高校基本科研業(yè)務費專項資金資助（項目編號：2572018BL05）;黑龍江省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（項目編號：201910225250）。

作者簡介：李芯怡（1998-），女，廣西柳州人，就讀于東北林業(yè)大學工程技術學院，工業(yè)工程專業(yè);姜雪松（通訊作者）（1979-），男，黑龍江佳木斯人，工學博士，副教授，研究方向為生產(chǎn)管理、制造系統(tǒng)工程及信息化、現(xiàn)代機械設計理論與方法。