报废汽车拆解指导自动推送系统设计与实现

周世红，季宏斌，闻月，季勇，胡建中，吴春江

（1.东南大学 机械工程学院，江苏 南京211189；2.南通棉花机械有限公司，江苏 南通226000；3.江苏省农业物联网感知及系统控制工程实验室，江苏 南京211189）

目前随着我国汽车行业迅速发展，我国报废汽车数量逐年增加，但是我国报废汽车拆解行业却面临诸多问题：虽然报废汽车数量一直在稳步增长，但实际回收拆解数量并不多；报废汽车拆解企业的机械化、自动化、信息化装备水平偏低；企业工作人员拆解水平偏底，培训周期长、成本高[1-3]。同时，在废旧处理和回收利用过程中所引起的资源浪费和环境污染问题也越来越明显。因此，报废汽车拆解高效化与环保化成为引领行业技术发展的重要趋势。

随着物联网应用的普及，物联网技术在生产线智能化方面得到广泛应用，以降低生产成本以及提高生产效益。姜典保[4]将机器人焊接生产线与物联网结合，从而有效降低设备故障率。巴兴强[5]以RFID 技术为基础，设计开发报废汽车回收仓储管理软件。目前，基于物联网的报废汽车拆解技术研究主要集中于拆解后的零部件管理，缺乏拆解指导方面的研究。文中设计了一种报废汽车智能化拆解指导系统，利用物联网技术自动推送不同车型在不同工位的拆解指导，实现同一拆解线适用多种车型报废汽车的拆解，大大增强系统易用性。

1 报废汽车拆解指导自动推送系统设计

1.1 系统的功能设计

报废汽车拆解指导自动推送系统能够跟踪报废汽车在拆解线中的位置，以推送不同车型在不同工位的拆解指导，提高报废汽车拆解线的智能化水平，帮助操作人员快速适应各种车型的拆解工艺。系统具体的功能要求如下。

（1）报废汽车信息自动识别。报废汽车拆解线能够利用托盘运输报废汽车至各工位进行拆解，并使用RFID 电子标签存储报废汽车车型信息；

（2）自动推送功能。能够对不同车型拆解文件进行管理，并根据各工位当前拆解的车型实现拆解指导文件的自动推送；

（3）拆解过程可视化。系统在每个工位均能够提供拆解过程3D 动作。

1.2 系统总体结构

报废汽车拆解指导自动推送系统由硬件和软件共同组成，硬件主要包括托盘定位装置、RFID 模块、工位终端等，软件主要包括拆解线数据库、拆解指导自动推送软件。系统的总体架构如图1所示。

系统中各部分的功能如下。

（1）拆解线数据库：数据库是基于SQL Server2008设计，主要完成系统存储功能，存储有报废汽车的拆解模型文件、拆解文本文件、模型配置文件和拆解补充文件等。拆解模型文件即报废汽车在各个工位上的3D 拆解过程。拆解文本文件主要内容是报废汽车在各个工位上拆解过程的文字表述。模型配置文件主要用来控制拆解模型文件中拆解步骤的时序和拆解过程的总时长。拆解补充文件主要记录当前工位拆解时所需要的拆解设备和拆解完毕时所得到的零部件。数据库中的拆解文件表如表1所示。

图1 报废汽车拆解指导自动推送系统的总体架构

表1 拆解文件表

（2）托盘定位装置与RFID 模块：RFID 模块主要由阅读器和电子标签组成，电子标签主要存储报废汽车的车型信息，阅读器能够从电子标签中读取车型信息[6-7]。托盘定位装置指光电传感器及其附属装置，主要用于确定拆解线中的托盘位置。

（3）工位终端和拆解指导自动推送软件：工位终端即台式电脑，是拆解指导自动推送软件的运行载体。拆解指导自动推送软件能够获取报废汽车车型信息，并根据车型信息显示相应的拆解指导文件，帮助操作人员拆解汽车。

1.3 系统工作流程

系统利用RFID 电子标签的信息存储功能，通过光电传感器定位托盘在拆解线中的位置，在拆解工位读取电子标签中的信息，推送相应车型的拆解文件，实现一条拆解线拆解多种车型，同时将报废汽车拆解过程可视化，便于操作人员迅速掌握不同车型报废汽车在各个工位上的拆解操作，系统的工作流程如图2所示。

图2 报废汽车拆解指导自动推送系统流程图

系统的工作主要包括以下步骤。

（1）在报废汽车拆解线的初始工位，即工位A，操作人员将报废汽车安放至拆解线中的托盘上，并且向粘着于托盘底部的RFID 电子标签写入车型信息。

（2）当光电传感器感应到托盘到达工位B 后，传感器将信号传递给RFID 阅读器。阅读器将会扫描托盘底部的电子标签，将获取的车型信息传送至拆解指导自动推送软件。软件客户端根据获取的车型信息推送相应车型在工位B 的拆解模型文件、拆解文本文件、模型配置文件和拆解补充文件，显示拆解过程中所需的拆解设备、可拆卸的零部件、拆解过程的3D 动作和拆解过程的文字说明。

（3）拆解指导自动推送软件显示拆解信息，指导操作人员完成工位B 的拆卸任务，随后托盘进入下一工位。位于其他工位的光电传感器感应到托盘后，报废汽车拆解指导自动推送系统在该工位的工作流程和在工位B 的工作流程相同，这里不再赘述。当系统在工位H 的工作流程结束后，意味着一辆报废汽车结束拆解。

2 拆解指导自动推送软件设计

拆解指导自动推送软件基于Visual C#进行开发，C#具有开发周期短、自动清理内存和功能强大的类库等特点[8-9]。软件客户端由3 个模块组成，包括拆解文件下载子模块、车型校验子模块与拆解指导文件加载子模块，拆解指导自动推送软件的流程图如图3所示。

当系统软件开始运行后，车型校验子模块接收来自RFID 阅读器的车型信息，校验本地终端是否含有相应车型的拆解文件以及拆解文件是否损坏，校验操作是通过自定义DismantlingFile 类完成的。如果本地终端没有相应车型的拆解文件或拆解文件已损坏，拆解文件下载子模块将连接拆解线数据库，从数据库中下载所需的拆解文件。

拆解文件中的拆解文本文件和拆解补充文件在数据库中是以varbinary 形式存储的，拆解文件下载子模块通过Encoding 类按照UTF8 的格式对二者进行解码。文件被保存为txt 格式，等待加载。模型配置文件被下载后，存放于本地终端，等待拆解模型文件的读取。拆解模型文件由于占用存储空间较大，其被存入数据库时，需要先进行压缩处理。拆解模型文件在数据库中也是以varbinary 形式存储的，拆解文件下载子模块通过FileStream 类将其转为压缩文件，然后通过自定义Rar 类中的UnRar()方法调用WinRar 解压软件，将拆解模型文件转为exe 可执行文件格式。

图3 拆解指导自动推送软件流程图

当本地终端存储有相应车型的拆解文件时，拆解文件加载子模块会将拆解文本文件和拆解补充文件加载入后台程序，并直接显示在两个richTextBox 控件中。同时拆解模型文件会被启动，自动读取模型配置文件中的信息，随后自定义类AppContainer 加载并显示拆解模型文件。当所有文件被拆解指导自动推送软件加载完成后，后台程序中的Timer 定时器按照一定的时间间隔重复播放拆解模型文件。

3 系统实现

以一辆雪佛兰报废汽车的拆解为例，在报废汽车拆解线的工位A，报废汽车被安放至托盘，报废汽车的车型信息被写入托盘底部的RFID 电子标签中。工位B 的光电传感器感应到托盘后，RFID 阅读器读取电子标签中的车型信息，发送给拆解指导自动推送软件，软件客户端根据车型信息向操作人员自动推送相应的拆解指导，拆解指导自动推送软件在工位B 的界面如图4所示。工位B 的拆解任务完成后，托盘进入下一工位，报废汽车拆解指导自动推送系统在其余工位的运作流程与工位B 的相同。当载有雪佛兰报废汽车的托盘从工位H 驶出后，报废汽车拆解指导自动推送系统便完成一辆报废汽车的拆解和回收。

图4 拆解指导自动推送软件界面

4 结束语

（1）根据报废汽车拆解线运行的特点，将物联网技术运用于报废汽车拆解线，提出了一种多工位报废汽车拆解指导自动推送系统。该系统使拆解线针对具体车型的拆解更加灵活、柔性，相比传统的拆解图像或单一的文字指导形式，大大缩短了操作人员培训周期，提高了拆解线拆解指导的智能化水平。

（2）初步完成了报废汽车拆解指导自动推送系统的设计与实现，但是系统仍然存在一些不足。拆解指导自动推送软件中播放的拆解模型文件缺乏回放、暂停等功能，系统无法对拆解线数据库中的文件进行及时地更新。以上问题均是今后研究的方向。