CN110291242A - 利用针位传感器信号的生产信息计算系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通过在各种种类的缝纫机以低费用简单附着来收集机器运转信息并将其传递到分析服务器的方法以及通过分析从机器传递的机器运转信息来计算生产信息的方法。实施例的利用针位传感器信号的生产信息计算系统包括：针位传感器模块，示出作为针的针阀上部停止位置的针向上停止位置(Needle up stop position)和作为针的针阀下部停止位置的针向下停止位置(Needle down stop position)；机器运转信息模块，具有利用针位传感器信号来收集并传递机器运转信息的功能；以及分析服务器，利用机器运转信息来计算并管理作业量、作业工序平均消耗时间、机器运转时间、工件的平均缝纫针脚数等的生产信息。

Description

利用针位传感器信号的生产信息计算系统及其方法

技术领域

本发明涉及生产信息计算系统及其方法，具体地，涉及通过分析缝纫机的针位传感器信号来收集机器运转信息并通过分析来计算生产信息的系统及方法。

背景技术

除非在本说明书中另有表示，在此部分说明的内容并不是对于本申请的保护范围的现有技术，且包括在此部分的内容并不认为其为现有技术。

最近，在工业制造工厂中，随着信息和通信技术(ICT)和物联网(IOT)技术的发展，导入了用于改善工厂的生产活动及提高产品质量的智能化工序。智能化工序为在工厂内自动收集生产信息并分析的生产管理自动化工序。

生产管理(production management)为用于使经营的生产活动效率化且使生产力达到最佳的一系列政策。例如，为了提高作业效率，可通过对作业方法、生产工具、生产设备、生产环境消除浪费或缺陷来在舒适的作业环境中提高效率。

一般情况下，用于生产管理的科学作业研究以时间研究和动作研究作为中心。在主要使用鞋、包、服装等的缝纫机的制造工厂中，为了生产管理，需要掌握缝纫机的运转率、与工件有关的平均作业时间等的时间信息和作业量、与工件有关的平均针脚数等的动作信息。

在鞋、包、服装等的制造工厂中，目前也尝试导入智能化工序。但是，由于缝制工作复杂而难解的作业特性、以大规模人力为中心的制造现场特性等，可适用于实际现场的生产管理技术目前为止尚未实现。

在缝制工厂的生产管理中所用的现有技术以为了掌握这种缝制作业的时间信息和动作信息为目的来在缝纫机的电子控制部内赋予了机器运转信息收集及传递功能，这是因为，最大限度准确分析复杂且难解的缝制作业需要除针位传感器信号之外的踏板指令信号、螺纹切削等螺线管控制信号、电机控制信号等多种控制信号及传感器信号信息。

根据在缝纫机的电子控制部内赋予机器运转信息收集及传递功能的现有技术，所制造的机器与其他公司的机器及分公司的其他型号机器没有互换性。因此，存在智能化工序技术的导入需要花费很多设置费用的问题。并且，还存在作业人员或管理人员必须参与到系统运行的管理方面的问题。

表1.现有技术与本公开的比较

发明内容

技术问题

本发明提供能够以低费用、简单附着在各种缝纫机的方式来收集机器运转信息并向分析服务器传递的方法以及通过分析从机器传递的机器运转信息来计算生产信息的方法。

技术方案

实施例的利用针位传感器信号的生产信息计算系统包括：针位传感器模块，示出作为针的针阀上部停止位置的针向上停止位置(Needle up stop position)和作为针的针阀下部停止位置的针向下停止位置(Needle down stop position)；机器运转信息模块，具有利用针位传感器信号来收集并传递机器运转信息的功能；以及分析服务器，利用机器运转信息来计算并管理作业量、作业工序平均消耗时间、机器运转时间、工件的平均缝纫针脚数等生产信息。

缝制的目的在于引线。在缝制中将其称为针脚(Stitch)。若缝纫机的旋转轴旋转一圈，则针向针阀的上部、下部移动一次来完成1针脚(Stitch)的缝纫作业。并且，针向上停止位置信号及针向下停止位置信号以Low→High→Low或High→Low→High的方式产生一次的信号反复。通过检测针位传感器信号的变化来检查针脚(Stitch)作业状态，由此形成机器运转信息。

机器运转信息模块以规定周期检查针位传感器信号来区分缝纫机的缝纫动作和停止状态，并收集缝纫针脚数、准备时间、缝纫时间、停止时间及停止位置等信息。

机器运转信息模块通过检查机器的停止时间和停止位置来判断缝纫动作的结束。若判断为缝纫动作结束，则将收集到的信息存储于机器运转信息。

机器运转信息由可确认整体机器运转状况的汇总表信息和可分析机器运转顺序的序列表信息构成。

在汇总表中，机器运转信息模块按照各个项目来对与缝纫针脚数相对应的区域的数据和所收集到的运转信息进行汇总，并在对应区域的计数器加1。

机器运转信息模块将收集到的运转信息按序列表的形式依次存储。若超出序列表中允许的存储容量，则在时间最久的数据上存储近期的数据来以规定大小维持数据容量。在向服务器传输数据之后，通过使序列表初始化来重新存储信息。

机器运转信息模块每隔规定时间向分析服务器传输所存储的机器运转信息。

机器运转信息模块为了传递机器运转信息而可使用有线或无线通信方式。然而，在配置有很多机器的缝制工厂环境中，必须利用无线通信方式。作为无线通信方式，可利用无线保真(Wi-fi)、紫蜂(zigbee)、蓝牙及其他无线方式。

分析服务器通过一同分析机器配置信息和工序信息及所传递的机器运转信息来计算作业量、作业工序平均消耗时间、机器运转时间、工件的平均缝纫针脚数、生产线平衡等有用的生产信息。

发明的效果

机器运转信息模块可通过与针位传感器模块连接来使用，因此，可适用于各种缝纫机，而与使用过的机器或机器的制造商无关。

机器运转信息模块作为具有分析针位传感器信号并通过无线通信方式传递的功能的物联网模块，可仅利用可编程的无线通信模块和简单的接口电路来设计。因此，模块的费用非常低廉。

需要收集的缝纫针脚数、准备时间、缝纫时间、停止时间及停止位置信息可在未设置工序信息的情况下收集，因此，完全没有必要就生产管理自动化进行对作业人员的管理。

应理解的是，本发明的效果并不局限于如上所述的效果，而是包括可从本发明的详细说明或发明要求保护范围中所记载的发明的结构推导出的所有效果。

附图说明

图1a为示出现有缝纫机的普通结构的图。

图1b为示出缝纫机的针向上停止位置和针向下停止位置的图。

图2a为示出实施例的利用针位传感器信号的生产信息计算系统的结构的图。

图2b为与实施例的针位传感器模块、机器运转信息模块、主电子控制部、分析服务器装置的连接有关的图。

图3为示出实施例的机器运转信息模块200的结构的框图。

图4a至图4b为实施例的机器运转信息的结构图。

图5为示出实施例的分析服务器的数据处理结构的图。

图6a至图6c为用于说明实施例的与时间有关的针位传感器信号的变化和其解析方法的图。

具体实施方式

实施例的利用针位传感器信号的生产信息计算系统包括：机器运转信息模块，通过分析针位传感器信号来收集并传递机器运转信息；以及分析服务器，通过收集到的上述机器运转信息来计算包括缝制装置的缝纫针脚数、机器运转时间、机器运转率、作业量、工序平均消耗时间在内的生产信息。

本发明的实施方式

参照所附的附图和详细说明的实施例，会更加明确本发明的优点及特征以及实现这些的方法。然而，本发明并不限定于以下所揭示的实施例，而是能够以多种互不相同的形式实现，本实施例仅为了使本发明的揭示内容更加完整且完整地告知本发明所属技术领域的普通技术人员发明的范畴而被提供，本发明仅通过发明要求保护范围来定义。在说明书全文中，相同的附图标记表示相同的结构要素。

在说明本发明的实施例时，若判断为对公知的功能或结构的具体说明会不必要地混淆本发明，则将省略其详细说明。而且，后述的术语为考虑到本发明的实施例中的功能而定义的术语，这些术语可根据使用人员、操作人员的意图或惯例等而不同。因此，以本说明书的全文内容为基础来定义这些术语。

在进行说明之前，简要说明本说明书中所使用的术语的含义。应注意的是，术语的说明只是为了有助于理解本发明，在未在说明书中明确表示用于限定本发明的情况下，不应以限定本发明的技术思想的含义来使用。

机器运转信息

从缝纫机获得并向服务器传输的信息由汇总表信息和序列表信息组成。机器运转信息通过如下方式生成，即，通过周期性地分析针位传感器信号来收集准备时间、缝纫时间、缝纫针脚数、停止时间及停止位置信息，若判断为缝纫结束，则将其分别存储于汇总表信息和序列表信息。

生产信息

生产信息是指直接用于生产管理的信息，与机器运转信息不同。机器运转信息为记录机器的动作状态的信息，生产信息是指分析服务器利用工序信息、机器位置信息和收集到的机器运转信息来计算出的信息。生产信息包括机器运转时间、机器运转率、作业平均消耗时间、作业量、与工件有关的平均作业针脚数、生产线平衡等。

图1a为示出现有缝纫机的普通结构的图。

参照图1a，缝纫机100由主电子控制部110、电机部120、踏板部140、针位传感器模块130、操作箱150等构成。

主电子控制部110为控制缝纫机的所有动作的控制装置。主电子控制部110接收踏板部140的指令来控制电机部120，并利用针位传感器模块130的信号来控制停止位置或者检测缝纫针脚数等。

操作箱150是为了设置主电子控制部110的设置值等而使用的装置，以使作业人员执行所需的缝纫动作。

图1b为示出缝纫机的针向上停止位置(Needle Up Stop Position)和针向下停止位置(Needle Down Stop Position)的图。

图2a为示出实施例的利用针位传感器信号的生产信息计算系统的结构的图。

参照图2a，在生产信息计算系统中，在设置于现有缝纫机的针位传感器模块130与主电子控制部110之间连接配置机器运转信息模块200，并可包括接收所收集到的运转信息的分析服务器300。

针位传感器模块130产生示出作为针的针阀上部停止位置的针向上停止位置(Needle up stop position)和作为针的针阀下部停止位置的针向下停止位置(Needledown stop position)的信号。

机器运转信息模块200具有向主电子控制部110传递所接收的针位传感器信号的功能及通过分析信号来收集机器运转信息并传递到分析服务器300的功能。

分析服务器300利用所传递的机器运转信息、工序信息及机器位置信息来计算各种生产信息。

图2b为与针位传感器模块、机器运转信息模块、主电子控制部、分析服务器装置的连接有关的图。

如图2b所示，可通过现有连接方式在针位传感器模块130与主电子控制部110之间附着机器运转信息模块200。这种附着方式对于非常便于拆装，且非常便于设置在各种种类的缝纫机。尤其，机器运转信息模块200可通过设置于针位传感器模块130的内部来提供其功能。

图3为示出实施例的机器运转信息模块200的结构的框图。

参照图3，机器运转信息模块200由信号输入部210、信息收集部220、信号输出部230及通信部240构成。信号输入部210由接收针位传感器模块130的信号的接口电路构成，信息收集部220具有周期性地检查针位传感器信号来收集机器运转信息的作用。信号输出部230由用于向主电子控制部110传递针位传感器信号的接口电路构成，通信部240由用于向分析服务器300传递机器运转信息的无线通信模块构成。可通过无线保真、蓝牙、射频识别(RFID)、紫蜂、磁场通信等多种无线通信模块来传输机器运转信息，虽然也可以使用有线通信方式，但考虑到缝制工厂的现场特性，有线方式的数据传输方式在设置及管理方面上有很大的困难。

图4a至图4b为实施例的机器运转信息的结构图。

参照图4a，机器运转信息由汇总表信息和序列表信息构成。汇总表信息被划分为多个区域，各个区域具有计数、总缝纫针脚数、总准备时间、总缝纫时间、总停止时间、总待机时间数据。序列表信息具有规定大小的存储空间，且具有缝纫针脚数、缝纫时间、停止位置、停止时间数据。

若确认到缝纫结束，则汇总表信息在表格中查找与缝纫针脚数对应的区域并将缝纫针脚数与总缝纫针脚数汇总，在将准备时间、停止时间、缝纫时间、待机时间与对应区域的总准备时间、总缝纫时间、总停止时间、总待机时间汇总之后，将对应区域的计数信息加1。

若确认到缝纫停止，序列表信息追加输入缝纫的针脚数及缝纫时间、停止位置、停止时间信息。当追加输入时，若超出允许的存储容量，则在时间最久的数据上存储近期的数据来以规定大小维持数据容量。在向分析服务器300传输数据之后，通过使序列表初始化来重新存储信息。

图5为示出实施例的分析服务器300的数据处理结构的图。

参照图5，分析服务器300可包括数据库350及运算模块360，运算模块360可包括工序搜索部361、作业量分析部362及生产信息分析部363。

数据库350中存储有附着于各个缝纫机的机器运转信息，且存储有利用分析服务器管理人员或其他方法来收集的与生产产品有关的整个工序信息和与工厂内各个机器有关的位置信息。

运算模块360的工序搜索部361利用所接收的机器运转信息的序列表信息和机器位置信息来获知该机器正在进行作业的作业工序为整个工序信息中的哪个工序。工序搜索部361利用图4a中的序列表信息来获知反复进行1(down，10stitches)→2(down，15stitches)→3(up，40stitches)等三个步骤的作业。机器位置信息示出机器的生产线配置信息，因此可示出所生产的产品为什么产品，通过使用基于序列表信息的反复作业顺序信息，来获知该机器进行了所获悉的产品的多个生产工序中的哪个工序中的作业。

运算模块360利用从工序搜索部361获知的工序信息和汇总表信息来计算作业量。可利用可从搜索到的工序信息获知的工序所需针脚数(P_stitch)及完成各针脚所需的时间(T_stitch)并通过利用针脚数的如下的最基本的方式来计算作业量(W_count)。计算式如所示的数学式1。

数学式1：

并且，可利用逻辑分析及统计分析法来计算更准确的作业量。

运算模块360利用所计算出的作业量信息和汇总表信息来计算与该机器有关的工序作业时间(机器循环时间，M_cycletime)。计算式如所示的数学式2。

数学式2：

运算模块360的作业量分析部362利用各机器的位置信息和对各机器进行分析的工序信息、工序作业时间、作业量信息来计算生产线平衡信息。可利用与进行相同工序中的作业的多(n)个机器有关的工序信息来计算工序作业时间(P_cycletime)。计算式如所示的数学式3。

数学式3：

运算模块360的生产信息分析部363可利用汇总表信息、作业量信息、作业时间信息等并通过统计分析方法来计算作业质量及可能出现的不合格率。

图6a至图6c为用于说明基于时间的流逝的针位传感器信号的变化和其解析方法的图，具体地，示出与机器运转信息模块200所接收的信号及解析其的方法有关的内容。

图6a为用于说明与实施例的针位传感器信号有关的基础性解析方法的图。

如图6a所示，若将曲线图的x轴设置为时间，将y轴设置为针位传感器信号，则可根据针位传感器信号的变化来分析准备时间、缝纫针脚数、缝纫时间、停止时间、待机时间。针向上信号和针向下信号处于高水平(1)和低水平(0)的状态。低水平区间意味着针在特定的位置内。例如，针向上信号的低水平区间意味着针位于针阀上部的特定区间。实施例的缝纫机的电子控制器为了使针停止在针阀的上部而在针向上信号处于从高水平朝向低水平的区间时停止机器。

并且，若针向上信号或针向下信号及两种信号的等级均未产生改变的时间达到0.5秒以上，则可视为缝纫机已停止。缝纫机的最小每分钟旋转数为100RPM(Revolutionper minute)，旋转一次所需的时间为0.6秒。高水平信号和低水平信号的相位差约为180度，如图6a所示，以从高水平变为低水平以及从低水平变为高水平的方式产生两次变化，因此，水平不变的时间为0.15秒～0.3秒以下。因此，即使将停止前速度的减速区间考虑在内，两个信号的不变达到0.5秒以上的现象可成为示出机器的停止状态的充分的指标。

图6b为用于说明与实施例的针位传感器信号有关的汇总表更新方法的图。

如图6b所示，若满足缝纫的结束条件，则实现汇总表的更新。可通过分析机器运转停止时间及停止位置条件来确定缝纫的结束。作为一例，缝纫的结束可为针向上位置停止之后的2秒钟。作为再一例，缝纫的结束可为针向上或针向下停止之后的2秒钟。作为另一例，缝纫的结束可为针向上或针向下停止之后的3秒钟。

若满足缝纫的结束条件，则等待下一次的机器运转，若机器运转，则更新汇总表信息。当更新汇总表信息时，在查找与缝纫针脚数对应的区域之后，将准备时间、缝纫时间、缝纫针脚数、停止时间、待机时间与总准备时间、总缝纫时间、总缝纫针脚数、总停止时间、总待机时间汇总后，将对应区域的计数值加1。

当为了更新汇总表信息而等待时，仅等待到所设置的停止限制时间为止。即，在所设置的停止限制时间为1分钟的情况下，若机器在经过1分钟后仍未运转，则将待机时间设置为1分钟来更新汇总表信息。

准备时间、停止时间、待机时间均不超过所设置的停止限制时间值。这是为了不包括除了作业人员为了作业而使用的时间之外的作业人员为了休息而停止的时间。

图6c为用于说明与实施例的针位传感器信号有关的序列表更新方法的图。

如图6c所示，若确认到缝纫的停止，则序列表信息追加输入缝纫的针脚数及缝纫时间、停止位置、停止时间信息。

缝纫的停止通过检查针向上信号及针向下信号是否在0.5秒钟左右的时间内没有变化来实现。若在输入序列表信息时超出所允许的存储容量，则在时间最久的数据上存储近期的数据来以规定大小维持数据容量。在向分析服务器300传输数据之后，通过使序列表初始化来重新存储信息。

如上所述，生产信息计算系统所提供的机器运转信息模块可通过简单附着于现有缝纫机来使用，因此，可适用于各种缝纫机，而与使用过的机器或机器的制造商无关。

机器运转信息模块可利用简单的接口电路和无线通信模块来制造，因此，其费用非常低廉。

利用针位传感器信号来存储信息的方法将存储与工序信息无关的机器运转信息，因此，可在不设置工序信息的情况下使用，无需就生产管理自动化进行对作业人员的教育及管理，因此非常有效。

所揭示的内容仅为示例，在不脱离发明要求保护范围中所要保护的要旨的情况下，本技术领域的普通技术人员可进行多种变更，所揭示的内容的保护范围并不限定于上述的特定实施例。

产业上的可利用性

本公开的机器运转信息模块作为具有分析针位传感器信号并以无线通信方式进行传递的功能的物联网模块，可仅利用可编程的无线通信模块和简单的接口电路来设计。因此，模块的费用非常低廉。

机器运转信息模块可通过与针位传感器模块连接来使用，因此，可适用于各种缝纫机，而与使用过的机器或机器的制造商无关。

Claims (9)

1.一种生产信息计算系统，其利用针位传感器信号，其特征在于，包括：

机器运转信息模块，通过分析针位传感器信号来收集并传递机器运转信息；以及

分析服务器，通过收集到的上述机器运转信息来计算包括缝制装置的缝纫针脚数、机器运转时间、机器运转率、作业量、工序平均消耗时间在内的生产信息。

2.根据权利要求1所述的生产信息计算系统，其特征在于，上述机器运转信息模块包括：

信号输入部，接收针位传感器信号；

信息收集部，通过分析所输入的信号来收集机器运转信息；

信号输出部，向主电子控制部输出针位传感器信号；以及

通信部，向上述分析服务器传输收集到的上述机器运转信息。

3.根据权利要求2所述的生产信息计算系统，其特征在于，当上述机器运转信息模块收集机器运转信息时，仅利用作为针位传感器信号的针向上停止位置传感器信号和针向下停止位置传感器信号来进行收集。

4.根据权利要求2所述的生产信息计算系统，其特征在于，上述机器运转信息模块所收集的机器运转信息包括：

汇总表，划分为缝纫针脚数区域来具有计数、总缝纫针脚数、总准备时间、总缝纫时间、总停止时间、总待机时间信息；以及

序列表，还存储缝纫针脚数、缝纫时间、停止位置、停止时间信息。

5.根据权利要求4所述的生产信息计算系统，其特征在于，

上述汇总表包括：

作为作业人员在准备下一个工件时所需要的时间的准备时间；

工件人员运转缝纫机的缝纫时间；

作业人员从开始缝纫到结束缝纫之前临时停止缝纫动作的停止时间；

作为作业人员从结束一个缝纫到开始下一个缝纫之前的时间的待机时间；以及

作业人员在缝纫作业过程中缝纫的缝纫针脚数信息，

将所检测的上述准备时间、缝纫时间、停止时间、待机时间、缝纫针脚数与作为上述汇总表信息的总准备时间、总缝纫时间、总停止时间、总待机时间、总缝纫针脚数汇总来存储并在计数器加1，从而在有线及无线通信环境下，即使汇总表信息的传递在长时间断开后重新连接，也能够利用汇总表信息。

6.根据权利要求4所述的生产信息计算系统，其特征在于，

上述序列表包括：

作业人员运转缝纫机的缝纫时间；

作业人员在缝纫作业过程中缝纫的缝纫针脚数；

从作业人员停止缝纫到重新开始缝纫之前停止的停止时间；以及

作业人员在停止缝纫时使机器停止的停止位置，

能够将所检测的缝纫针脚数、缝纫时间、停止位置、停止时间依次存储于序列表信息来计算作业的工序顺序信息。

7.根据权利要求4所述的生产信息计算系统，其特征在于，对于上述机器运转信息而言，作为更新上述机器运转信息所需的条件，能够在汇总表信息的更新中设置停止时间条件值，能够通过选择针向上停止条件或针向上及针向下停止条件来利用针停止位置信息，或者，作为序列表信息的更新条件，设置停止时间条件值。

8.根据权利要求3所述的生产信息计算系统，其特征在于，

上述生产信息计算系统包括更新汇总表信息时汇总并存储的准备时间、停止时间、待机时间以及更新序列表信息时添加并存储的停止时间，

上述停止时间具有规定的阈值，以使作业人员为了进行除作业活动之外的休息而停止的时间不包括在作业中的停止时间内。

9.根据权利要求1所述的生产信息计算系统，其特征在于，上述分析服务器包括：

运算模块，利用收集到的上述机器运转信息、整个工序信息及机器位置信息来自动查找相应机器进行作业的工序，并分析作业量，利用所分析的上述作业量来计算多种生产信息；以及

数据库，具有存储并管理收集到的上述机器运转信息及计算出的多种生产信息的功能。