一种便于规模使用的工具智能管理系统

技术领域

本发明涉及工具储备和管理技术领域，尤其涉及一种便于规模使用的工具智能管理系统。

背景技术

在航空维修、轨道车辆维修、汽车维修站、数字加工中心等领域，对工具设备的使用管理严格，借还手续要求严格，但手工登记繁琐，并要有专人管理，在上下班的时间点上容易拥挤排队，盘点费时；即便采取射频标签的管理方式，也要有人工贴近操作，逐一进行，效率不高，在工具车多，且分散布置的情况下，尤为严重。目前已有的技术方案中，工具车可以进行自动检测，但是不能对借还操作进行当场实际控制，不能杜绝一些故意行为，比如将工具放在靠进工具车外壁位置，骗过系统检测，认为是已经还回。另外对于航空维修领域，使用工具众多，使用强度和工具消耗直接的关系难以准确统计，补充和调剂难以找到规律，管理起来找不到抓手。

针对上述技术问题，本专利提供一种系统化的解决办法。

发明内容

本发明的目的是提供一种操作简单、易于实施，工具借还方便、优化管理的便于规模使用的工具智能管理系统。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种便于规模使用的工具智能管理系统，该系统实现用户自助借还工具，所述工具外部安装有用于系统识别的电子标签，包括：

箱体；

所述箱体顶部一侧安装有显示控制器；

所述箱体的底部安装有移动机构；

所述箱体内安装有隔板；

所述隔板将箱体的内部空间分隔为设备仓和收纳空间；

所述箱体的后部设有用于封闭设备仓的仓门；

所述仓门上安装有机械锁以实现仓门锁定；

所述设备仓内安装有工业控制计算机、控制模块、探测模块、电控锁、电气设备和形位固定模块；

所述工业控制计算机集中处理接收信号、联网以及控制电控锁和控制模块；

所述收纳空间内安装有探测天线阵列以及多组抽屉；

所述探测天线阵列由一组或多组天线组成；

每组所述抽屉的上部设有呈T字状的天线固定平台；

所述探测天线阵列固定安装于所述天线固定平台上；

所述控制模块控制所述电控锁打开或锁闭并将电控锁的使用状态反馈至工业控制计算机、且所述工业控制计算机将电控锁的状态信息以图像形式显示在所述显示控制器上；

所述电控锁用以实现抽屉锁紧；

所述探测模块的一端与所述探测天线阵列连接，所述探测模块的另一端与所述工业控制计算机连接；

所述探测模块用于接收探测天线阵列发出的信号并将信号转换后传递至所述工业控制计算机上；

所述电气设备具有电源转换器和蓄电池；

所述形位固定模块与电子标签配合用以检测工具的安装位置。

进一步的，所述显示控制器通过显示器支撑架铰接安装于所述箱体顶部；

所述显示控制器上设有电源开关和USB插口。

进一步的，所述设备仓的两侧形成有散热孔以实现通风散热。

进一步的，所述移动机构具有方向轮和万向轮。

进一步的，所述电控锁具有加力推杆、锁舌和锁扣；

所述电控锁打开并驱动加力推杆推动锁舌移动出锁扣外以实现抽屉弹出；

推动所述抽屉形成加力推杆驱动锁舌移动至锁扣内以实现抽屉闭合锁紧。

进一步的，所述箱体顶部另一侧安装有置物槽用以清点工具。

进一步的，所述抽屉内形成有形位固定模板用以放置工具。

进一步的，该系统包括如下流程：

S1：用户通过显示控制器登录并进行功能选择，其中功能选择包括借、还工具，工具查询，管理以及退出登录；

S2：根据S1功能选择、系统操作如下：

功能一、借工具；

A、选择抽屉内的工具，之后控制模块控制电控锁打开，所选存放工具的抽屉弹开，显示控制器屏幕显示开锁信息、且用户进行登记；

B、拿取所选工具，人工操作对抽屉进行上锁；

C、显示控制器屏幕显示锁定信息，并显示工具借取状态，进一步检测借取情况以引导用户填写信息；

D、借取正常流程关闭，借取异常反馈至S1功能选择项重新操作；

功能二、还工具；

A、重复上述功能一操作步骤，将工具放回所述抽屉内的形位固定模板上；

B、形位固定模块检测工具上的电子标签以确定工具安装是否正确；

C、工具安装正确流程关闭，工具安装错误反馈至S1功能选择项重新操作；

功能三、工具查询；

通过显示控制器查询所需工具信息；

功能四、管理；

通过显示控制器操作实现电子标签信号标定、更换电子标签、导入导出数据、用户管理，增减用户与重置密码、异常处理的相关功能；

功能五、退出登录。

在上述技术方案中，本发明提供的一种便于规模使用的工具智能管理系统，具有以下有益效果：

1、应用本发明装置后，不需要专人进行工具管理，工具借还方便，工作效率大为提高，后期费用支出大幅减少；

2、没有复杂的机构，使用者操作简单，易于实施；

3、在任意一个工具车上都可以查询该维修场所内所有工具车内的工具实时在位情况，便于热门工具的借用和工具归还情况的盘点；

4、大量使用工具的单位可形成有用的规模数据，利用数据可对工具的补充和调剂管理、甚至工位和布局调整进行分析，形成优化方案。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种便于规模使用的工具智能管理系统的结构示意图；

图2为本发明提供的一种便于规模使用的工具智能管理系统的结构示意图；

图3为本发明提供的一种便于规模使用的工具智能管理系统的结构示意图；

图4为本发明提供的一种便于规模使用的工具智能管理系统的结构示意图；

图5为本发明提供的一种便于规模使用的工具智能管理系统的结构分解示意图；

图6为图5的A处放大图；

图7为本发明提供的一种便于规模使用的工具智能管理系统的局部结构示意图；

图8为本发明提供的一种便于规模使用的工具智能管理系统的客户端软件的主体功能和相关逻辑流程图。

附图标记说明：

1、箱体；2、显示控制器；3、移动机构；4、设备仓；5、收纳空间；6、机械锁；

11、隔板；12、仓门；13、置物槽；

21、显示器支撑架；

31、方向轮；32、万向轮；

41、工业控制计算机；42、控制模块；43、探测模块；44、电控锁；45、电气设备；46、形位固定模块；47、散热孔；

51、抽屉；52、天线固定平台；

441、加力推杆；442、锁舌；443、锁扣；

451、电源转换器；452、蓄电池；

511、形位固定模板。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

需要说明的是，本文所使用的的术语“一侧”、“另一侧”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，类似的表述只是为了说明的目的，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参见图1～图8所示；

本发明的一种便于规模使用的工具智能管理系统，该系统实现用户自助借还工具，工具外部安装有用于系统识别的电子标签，包括：

箱体1；

箱体1顶部一侧安装有显示控制器2；

箱体1的底部安装有移动机构3；

箱体1内安装有隔板11；

隔板11将箱体1的内部空间分隔为设备仓4和收纳空间5；

箱体1的后部设有用于封闭设备仓4的仓门12；

仓门12上安装有机械锁6以实现仓门12锁定；

设备仓4内安装有工业控制计算机41、控制模块42、探测模块43、电控锁44、电气设备45和形位固定模块46；

工业控制计算机41集中处理接收信号、联网以及控制电控锁44和控制模块42；

收纳空间5内安装有探测天线阵列以及多组抽屉51；

探测天线阵列由一组或多组天线组成；

抽屉51的上部设有呈T字状的天线固定平台52；

探测天线阵列固定安装于天线固定平台52上；

控制模块42控制电控锁44打开或锁闭并将电控锁44的使用状态反馈至工业控制计算机41、且工业控制计算机41将电控锁44的状态信息以图像形式显示在显示控制器2上；

电控锁44用以实现抽屉51锁紧；

探测模块43的一端与探测天线阵列连接，探测模块43的另一端与工业控制计算机41连接；

探测模块43用于接收探测天线阵列发出的信号并将信号转换后传递至工业控制计算机41上；

电气设备45具有电源转换器451和蓄电池452；

形位固定模块46与电子标签配合用以检测工具的安装位置。

显示控制器2通过显示器支撑架21铰接安装于箱体1顶部；

显示控制器2上设有电源开关和USB插口。

设备仓4的两侧形成有散热孔47以实现通风散热。

移动机构3具有方向轮31和万向轮32。

电控锁44具有加力推杆441、锁舌442和锁扣443；

电控锁44打开并驱动加力推杆441推动锁舌442移动出锁扣443外以实现抽屉51弹出；

推动抽屉51形成加力推杆441驱动锁舌442移动至锁扣443内以实现抽屉51闭合锁紧。

箱体1顶部另一侧安装有置物槽13用以清点工具。

抽屉51内形成有形位固定模板511用以放置工具。

该系统包括如下流程：

S1：用户通过显示控制器2登录并进行功能选择，其中功能选择包括借、还工具，工具查询，管理以及退出登录；

S2：根据S1功能选择、系统操作如下：

功能一、借工具；

A、选择抽屉51内的工具，之后控制模块42控制电控锁44打开，所选存放工具的抽屉51弹开，显示控制器2屏幕显示开锁信息、且用户进行登记；

B、拿取所选工具，人工操作对抽屉51进行上锁；

C、显示控制器2屏幕显示锁定信息，并显示工具借取状态，进一步检测借取情况以引导用户填写信息；

D、借取正常流程关闭，借取异常反馈至S1功能选择项重新操作；

功能二、还工具；

A、重复上述功能一操作步骤，将工具放回抽屉51内的形位固定模板511上；

B、形位固定模块46检测工具上的电子标签以确定工具安装是否正确；

C、工具安装正确流程关闭，工具安装错误反馈至S1功能选择项重新操作；

功能三、工具查询；

通过显示控制器2查询所需工具信息；

功能四、管理(管理员用户具备操作资格)；

通过显示控制器2操作实现电子标签信号标定、更换电子标签、导入导出数据、用户管理，增减用户与重置密码、异常处理的相关功能；

功能五、退出登录。

具体的，本发明提供的一种便于规模使用的工具智能管理系统，构造一个工具车即箱体1、编写一套管理软件，构造一种电子标签固定方法。

本发明所能容装的物品不仅仅只限定于工具，任何有类似保存和管理需求的设备以及物品都可以使用。

硬件部分，箱体1包括设备仓4和收纳空间5，设备仓4内存放工业控制计算机41，控制模块42、探测模块43、电控锁44、电气设备45和形位固定模块46；收纳空间5包括若干抽屉51、探测天线阵列及天线固定平台52；工具车底部有移动机构3，顶部有显示控制器2。

箱体1可采用碳钢或锰钢钣金制作。设备仓4与收纳空间5之间以固定的隔板11分割开来，设备仓4上部左右两侧有用于通风散热的散热孔47。

工业控制计算机41负责各种信号的集中处理、联网和对电控锁44、探测模块43的控制。

每个抽屉51中都包含一个能使工具位置固定的形位固定模块46。

抽屉51的纵向滑动靠安装在两侧的承重滑轨实现，抽屉51区分大小，位于箱体1下部的多组抽屉51尺寸较大，在抽屉51外壁上设置了拉手，以缓解盛放重物阻力大的矛盾。

探测天线阵列置于每层抽屉51的上部，根据电子标签信号强度确定放置一个或多个天线，天线固定在每个抽屉51上面的平台上。

箱体1前部每个抽屉51上部都设置一个呈“T”形的天线固定平台52，从图5视向看，平台横向部分用于固定天线，纵向部分用于固定天线电缆。天线固定平台52根据天线的数量和位置开孔。

电控锁44与抽屉51对应，电控锁44为单项自锁型设计，即通过锁控板指令加电可开锁，一个电控锁44控制一个抽屉51，电控锁44上有加力推杆441，用于开锁后把抽屉51弹出一小段距离；上锁需用户将抽屉51推至最末端即可，到位后会有自锁产生的“咔哒”声，显示控制器2上也会有“已上锁”的图象显示。

由于电控锁44上有加力推杆441，所以上锁后抽屉51会被加力推杆441顶到极限位置，被锁住的抽屉51的位置已经被限定；同样，由于加力推杆441的作用，抽屉51一经开锁，即被弹出一段距离，只有上锁才能完全归位，使用者由此非常容易判断抽屉51是否上锁。

通过加力推杆441使锁扣443(与各层抽屉51固定在一起，可视为一个机件)被弹出后，锁舌442不能回位，保持开锁状态，当锁扣443推回到位，锁舌442自动上锁锁住。弹出抽屉51依靠电控锁上的加力推杆441完成，上锁时加力推杆441被压回，加力推杆441将锁内的弹簧压缩，开锁后弹簧压力释放，将抽屉51弹出。电控锁44上锁后，除通过锁控板指令开锁外，还可以通过其后部的机械拨杆开锁，以备紧急情况之用。

进一步的，电控锁44固定于一焊接在隔板11上的框架中，框架上每个电控锁位都有一个矩形开孔，通过该孔可拨动电控锁44的机械拨杆，打开电控锁44。

控制模块42用于控制打开电控锁44及反馈锁的打开、锁闭状态，其与工业控制计算机41相连。

探测模块43用于发送和接收来自天线的信号，并把信号进行转换传递给工业控制计算机41；探测模块43前端与天线相连、后端与工业控制计算机41相连。

电气设备45包括给所有用电设备供电的电源转换器451和蓄电池452，蓄电池452用于市电断电后的应急之需。

箱体1顶部的显示控制器2用于对箱体1操作时的人机交互，显示控制器2用一个显示器支撑架21与箱体1顶板之间铰接，这样显示控制器2在不用的时候可以翻折屏幕向下放在槽内，使用的时候可将屏幕一侧反转向上，调整至适合的仰角使用。显示控制器外壳设置电源开关和USB插口，电源开关和USB插口用橡胶件保护，防止碰触开关误操作和灰尘污染USB接口。

箱体后部设备仓4，其与外部的通道仓门12，门上有机械锁6，防止无关人员动用设备仓4内设备造成损坏或导致系统不能正常工作。

电源转换器451、蓄电池452、工业控制计算机41、控制模块42、探测模块43均固定在箱体1内的隔板11上；隔板11上开有天线电缆穿孔以及电控锁44的安装孔位。

工业控制计算机41可采用与显示控制器2为一体的工业一体机。

显示控制器2采用触屏操作，如果箱体1联网采用无线网络形式，显示控制器2内集成联网天线。

箱体1顶部有一个置物槽13，用做工具的清点平台。

箱体1底部的移动机构3分为方向轮31和万向轮32，万向轮32有刹车机构，利于固定，滑轮均通过一个截面为矩形的钣金桶状构件间接固定在箱体1上，好处是能缓冲移动时的冲击震动，避免造成箱体1本身的变形。

软件部分，其关键创新点在于一套算法，使得每个电子标签不在规定的位置都能够被检测出来。即每层抽屉51都放置一个或多个天线，这些天线负责该抽屉51内电子标签的检测，保证每个电子标签都能够检测到，在保证电子标签能接收到稳定信号的前提下，控制天线最小发射功率，并记录此时每个电子标签的信号强度，若电子标签不在规定的位置，信号强度就会发生变化，此时就会被系统认为工具已经被借出或没有归还，避免出现欺骗行为。此算法的实现需要抽屉内的形位固定模块46和标签固定方法的配合，从而保证电子标签和天线之间的空间位置相对固定，进一步而言，就是固定了天线的发射功率和和电子标签的信号强度。

控制天线的发射功率是为最大限度避免天线信号外泄，探测到箱体1外的电子标签。

进一步的，天线与探测模块43之间采用SMA接头的电缆连接，探测模块43与工业控制计算机41之间用RS232标准串口或USB接口连接。

控制模块42与工业控制计算机41的机件采用RS232标准串口或485接口连接，控制模块42和电控锁44之间用等距排线连接即可。

蓄电池452采用UPS套装模块即可。

探测模块43可采用R2000系RFID开发模块，与之配套的RFID天线可采用陶瓷封装天线，电子标签可采用18000-6C标准的抗金属电子标签。

控制模块42可采用485多路通信电子锁控制模块，电控锁44可采用XG-07D型12V电控锁。

流程中“管理”之下的各个流程只有具有管理员角色的用户才能进行操作，其他流程都是公用流程。

借工具和换工具流程是最常用的功能，其形成的数据是进行数据分析的最主要数据，该流程中抽屉51打开后，必须重新上锁才开始检测，视为用户取、放工具的操作已经完成。期间如果开锁超过1分钟没有上锁，系统就会发出语音报警，提醒用户将抽屉上锁，超过3分钟会引发全场所所有工具车即箱体1报警，语音提示某个使用者导致某个工具车的某个抽屉51未上锁。

工具查询流程可对本工具车和本场所、甚至全网内所有工具进行查询，尤其是容易被借出的常用工具，可查询哪个工具车的没有被借出。

异常情况处理流程用来对记录的异常信息逐个进行分析，查找问题原因，然后进行针对性处理。

异常信息指系统检测到的借还情况与操作者实际情况出现不一致，系统会指导操作者完成相应记录，典型的情况包括还错工具车、使用工具超过规定期限未归还，电子标签损坏，或者电子标签性能下降等情况下。

更换电子标签流程是指附于工具上的电子标签损坏，更换新标签后，需要在数据库中进行一系列操作完成信息绑定变更。

电子标签信号标定流程即使用不同功率对标签的信号强度进行测试，满足条件的功率和信号强度会被记录下来，作为标定值，日常使用中更换电子标签或更新工具车内存放的工具都需要重新进行标定。

数据导出和导入流程主要为方便在其他编辑软件中对初始数据进行编辑，然后导入系统数据库中。

电子标签与工具的结合，目前比较优化的方法分为两种不同情况，第一种：当工具的固定表面有超过15mm×8mm的平面，且该对该平面进行加工不影响工具强度时，可用铣削的方法加工出一个凹槽，凹槽内放置电子标签，并用丙烯酸酯进行固定和外表密封。第二种：当工具形体稍小，不能采用第一种方法结合时，可选择工具使用时不易碰撞的位置，用丙烯酸酯固定电子标签，并用指环形状硅胶套将电子标签和工具环周套起来，对电子标签进行保护，也能较好的实现工具与标签的结合。

电子标签采用无源抗金属标签，体型小巧，不易影响工具的使用。

为使系统能正常运行，还需要4G、wifi或者有线网络，以及用于存储数据的服务器。

进一步的，软件部分的信息传递采取网络连接模式，服务器端采数据操作系统可采用MSSQLServer或MySQL作为数据服务器，用于数据存储，客户终端负责各种逻辑运算并进行机电控制。

软件中对各个电子标签的数据标定算法是：以某一抽屉51的天线S为例，从探测模块43的最大功率开始，以可控的最小阶梯值逐步递减，记录不同功率值下的天线S所负责的所有电子标签信号强度，当任意一个电子标签的最低信号强度数值梯度变化超过50％时，取此时的前一个测试点的功率值定为界定功率，然后以此界定功率，进行多次采样，记录最低和最高数据信号强度。若某个抽屉51设置了多个天线，某个电子标签存在被多个天线探测到的情况，则记录每个天线的界定功率。若工具不在规定位置，信号强度要么低于最低信号强度，要么高于最高信号强度，这时附有该标签的工具会被认为没有归还到位，系统不予登记记录。

软件中与控制模块42和探测模块43的对接可用API接口或直接用带参数命令实现。

客户端软件的主体功能和相关逻辑流程如图8。

电子标签的固定需要综合考虑工具外形、形位固定模块46的定形轮廓两方面因素来实施，使工具既不会因增加电子标签而影响正常使用，又能通过形位固定模块46限定出唯一的位置。

在上述技术方案中，本发明提供的一种便于规模使用的工具智能管理系统，具有以下有益效果：

1、由于各个工具车属于网络终端，所以各个工具车可以分散布置，距离工位可以做到最近；

2、天线最低发射功率可以有效防止电磁信号外泄，所以工具车不必刻意进行电磁信号屏蔽，再辅以电控锁和软件控制逻辑，可对抗欺骗行为，实现用户自助借还工具，系统自动完成各种登记；

3、超期未归还工具系统可自动报警给管理人员。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。