應(yīng)用于汽車總裝線的RFID技術(shù)解決方案

項目背景

隨著汽車制造業(yè)不斷的發(fā)展，傳統(tǒng)的一些制造方式和技術(shù)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代汽車制造業(yè)的要求。傳統(tǒng)的汽車總裝線,通常是一條總裝線僅僅只裝配同一型號的汽車,并且每一個型號的汽車配置單一，因此總裝線裝配工人工作簡單，裝配效率高，而且不容易出現(xiàn)裝配錯誤。而如今，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車越來越多樣化、個性化,這就要求一條汽車總裝線能夠裝配不同型號的汽車，并且同一型號的汽車配置也是多樣化的,這時,如果總裝線裝配過程信息化程度低，不能做好裝配數(shù)據(jù)采集和裝配驗證工作，就容易出現(xiàn)裝配效率低、錯誤率高、裝配情況不能及時掌握等問題。

傳統(tǒng)的汽車總裝線裝配數(shù)據(jù)的采集主要是依靠手工采集模式和條碼采集模式,裝配過程信息化主要是依靠工序看板，裝配驗證主要是依靠工人的人力判斷。這幾種裝配方式存在著裝配數(shù)據(jù)采集不及時、采集效率低、采集數(shù)據(jù)誤差大、采集技術(shù)運(yùn)用難度大;工序看板信息不能及時更新、更新信息程序復(fù)雜,浪費(fèi)大量的人力、物力,浪費(fèi)資源,信息更新錯誤率高;裝配驗證用時多,容易出現(xiàn)驗證錯誤等問題。

為了解決汽車總裝線中存在的這些問題，應(yīng)用更為先進(jìn)的技術(shù)，實現(xiàn)汽車裝配過程的信息化,裝配信息的及時、準(zhǔn)確的采集,實現(xiàn)裝配驗證功能,幫助汽車制造企業(yè)實現(xiàn)快速、準(zhǔn)確、個性化、透明的裝配，具有重要的意義。

02汽車總裝流程分析

汽車的裝配生產(chǎn)活動作為離散工業(yè)生產(chǎn)過程中的典型情況，具有以下特征：生產(chǎn)過程并行且異步，設(shè)備功能冗余度大，控制量相互獨(dú)立，生產(chǎn)資源管理復(fù)雜，在生產(chǎn)過程中的零部件處于離散狀態(tài)，車輛的生產(chǎn)制造主要通過物理加工和組裝來實現(xiàn)。

汽車制造大致經(jīng)過四大工藝流程：沖壓、焊接、涂裝和總裝。其中汽車總裝過程是指：按照一定流程與技術(shù)，將除車身之外的汽車零配件按規(guī)定的要求組裝至車身上，并經(jīng)過調(diào)試、檢驗使之成為合格汽車的過程。經(jīng)過沖壓、焊裝、涂裝三道依次工序后，形成的是帶有色漆的汽車車身，并存儲至總裝廠與涂裝廠之間的PBS(噴涂車身存儲區(qū))，等待總裝生產(chǎn)的調(diào)度。

當(dāng)總裝廠開始生產(chǎn)時，吊具將待裝配的汽車車身從PBS吊進(jìn)裝配生產(chǎn)線開始作業(yè)。在總裝生產(chǎn)線作業(yè)采用模塊化裝配方式，生產(chǎn)線沿線設(shè)有許多工位，各工位負(fù)責(zé)專門一道工序。車身隨著流水線向前移動時，各工位依次在車身上裝入相應(yīng)的零部件。汽車總裝涉及的主要工序有：前后橋安裝、制動控制器安全、動力總成安裝、儀器儀表及電氣線路安裝、各種溶液的加注等。

在傳統(tǒng)流程中，汽車總裝生產(chǎn)線上主要使用的是條碼技術(shù)，工位員工采取手動方式掃描車身VIN碼和零部件條碼進(jìn)行車輛跟蹤和裝配信息采集，整個采集過程耗時相對較大。當(dāng)遭遇條碼損壞、沾染污漬無法識別時，員工需手工輸入車輛VIN碼或零部件碼，出錯率高、耗時長，難以加快生產(chǎn)節(jié)拍。生產(chǎn)現(xiàn)場可視化程度有待提高，需要為工人提供實時準(zhǔn)確的裝配指導(dǎo)，杜絕漏裝錯裝現(xiàn)象的發(fā)生，對生產(chǎn)線車輛的裝配情況也需要實時監(jiān)控。

03RFID技術(shù)應(yīng)用

3.1技術(shù)原理

RFID(Radio Frequency Identification)利用雷達(dá)反向散射原理在標(biāo)簽和讀寫器之間傳遞信號，作為一種非接觸式的自動識別技術(shù)，具有數(shù)據(jù)存儲量大、可讀寫、非接觸、識別距離遠(yuǎn)、識別速度快、保密性好、穿透性強(qiáng)、壽命長、環(huán)境適應(yīng)性好以及能同時識別多標(biāo)簽等優(yōu)點，并且可工作于各種惡劣環(huán)境。

一套完整的RFID系統(tǒng)，是由讀寫器(天線)與電子標(biāo)簽及應(yīng)用軟件系統(tǒng)三個部份所組成，其工作原理是讀寫器發(fā)射一特定頻率的無線電波能量，用以驅(qū)動電子標(biāo)簽將內(nèi)部的數(shù)據(jù)送出，此時讀寫器便依序接收解讀數(shù)據(jù)，送給應(yīng)用程序做相應(yīng)的處理。

3.2適用性分析

RFID技術(shù)不只是條碼技術(shù)的簡單替換，它在離散制造業(yè)中的應(yīng)用將改變離散制造企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營方式。RFID技術(shù)具有數(shù)據(jù)存儲量大、可讀寫、非接觸、識別距離遠(yuǎn)、識別速度快、保密性好、穿透性強(qiáng)、壽命長、環(huán)境適應(yīng)性好以及能同時識別多標(biāo)簽等優(yōu)點，用其取代條形碼在汽車生產(chǎn)線上對車輛進(jìn)行標(biāo)識和跟蹤，整個過程無人工干預(yù)，可以在極大程度上降低工人的勞動強(qiáng)度和出錯率。現(xiàn)今已經(jīng)可以利用RFID技術(shù)來實現(xiàn)自動、高速、有效的記錄，降低操作員的勞動強(qiáng)度，從而提高了產(chǎn)品下線合格率。

將RFID技術(shù)應(yīng)用于汽車制造業(yè)，融入到MES系統(tǒng)中，有利于將管理決策有效轉(zhuǎn)化并實時傳送至產(chǎn)品層，可提升生產(chǎn)過程的管理與控制水平，有效地跟蹤、管理和控制生產(chǎn)過程與上層管理系統(tǒng)結(jié)合，可合理地調(diào)度、管理這些資源，提高制造競爭力，改善生產(chǎn)組織、縮短生產(chǎn)周期、減少在制品數(shù)量，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和降低人力資源消耗。對于發(fā)展離散制造業(yè)生產(chǎn)制造系統(tǒng)模式和應(yīng)用解決方案、提高制造過程可視化監(jiān)控與產(chǎn)品質(zhì)量追蹤水平具有重要的意義和應(yīng)用價值。

04解決方案

4.1系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)利用部署在車間應(yīng)用服務(wù)器中的RFID軟件中間件對車間讀寫器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)一管理，并將數(shù)據(jù)實時收集、處理存儲到數(shù)據(jù)服務(wù)器中，有利于屏蔽RFID設(shè)備差異性、提高RFID讀寫器網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和效率，且RFID設(shè)備不依賴工位終端，無需對工位終端進(jìn)行特殊配置，方便部署?；赗FID技術(shù)的汽車總裝制造執(zhí)行系統(tǒng)架構(gòu)如下圖所示。

系統(tǒng)充分利用RFID的技術(shù)優(yōu)勢，結(jié)合總裝車間MES系統(tǒng)，解決企業(yè)現(xiàn)行ERP系統(tǒng)的計劃層與車間現(xiàn)場自動化系統(tǒng)過程控制層之間、車間內(nèi)部物流層面和MES系統(tǒng)生產(chǎn)控制層之間的斷層問題，實現(xiàn)制造和質(zhì)量的可視化和數(shù)字化管理。

4.2應(yīng)用流程

總裝線為流水線工作制，所有需要組裝的車輛都需要通過總裝車架的吊具或臺板運(yùn)送到指定的工位，進(jìn)行零部件的組裝，并在組裝完成后，通過吊具或臺板再被運(yùn)送到下一個環(huán)節(jié)，一直到完成所有的工序。

因此，本方案超高頻RFID電子標(biāo)簽與吊具和臺板進(jìn)行綁定，在車輛被放置到吊具或臺板上時，通過后臺管理系統(tǒng)，將車輛VIN號與吊具或臺板上的電子標(biāo)簽ID信息進(jìn)行綁定。

在各裝配工位安裝超高頻RFID讀寫器。在裝配工位，超高頻讀寫器讀取車輛標(biāo)簽后，通過后臺獲取相應(yīng)的車輛VIN碼，并提示相應(yīng)工位的零部件安裝信息。工作人員安裝相應(yīng)零部件。系統(tǒng)獲取相應(yīng)車輛的部件安裝信息以備后期質(zhì)量跟蹤，系統(tǒng)向LES系統(tǒng)返回物料消耗信息，并刷新工位零部件安裝信息提示，直至該工位所有應(yīng)裝部件全部安裝完畢。在向生產(chǎn)線工位供貨環(huán)節(jié)中，生產(chǎn)物流部門將零部件送達(dá)工位之后，系統(tǒng)更新零部件數(shù)量信息。

4.3應(yīng)用部署

在總裝生產(chǎn)線，所有使用吊架方式進(jìn)行運(yùn)輸車體，并需要進(jìn)行車身信息識別的點，如取數(shù)點、電動擰緊、SRS終端等，采用如下安裝的方式，部署RFID設(shè)備。

總裝線，所有使用滑橇進(jìn)行車體運(yùn)輸?shù)?，如左機(jī)艙線束、右機(jī)艙線束、打刻類設(shè)備等，在滑橇上安裝RFID電子標(biāo)簽，在關(guān)鍵位置的滾床上安裝RFID讀寫器，對車身信息進(jìn)行識別和跟蹤，并上傳給總裝線上不同的系統(tǒng)。

4.4系統(tǒng)功能

基于RFID技術(shù)的總裝線應(yīng)用，具備以下功能：

系統(tǒng)在車體上吊具時，可以自動獲取車身號，并將車身號與RFID信息進(jìn)行綁定，使其和生產(chǎn)信息對應(yīng)，并當(dāng)車體在吊具與臺板之間轉(zhuǎn)換時，能自動完成信息的轉(zhuǎn)移，保證車體在整個總裝線上的信息流都是正確的、連續(xù)的;

車體在達(dá)到裝配工位時，可自動獲取車身規(guī)格信息，并在工位終端顯示對應(yīng)的操作工序，并可以向裝配工人提供實時準(zhǔn)確的裝配指導(dǎo);

系統(tǒng)在工位完成裝配后，可以自動記錄保存裝配信息，包括裝配人員、裝配零件的信息等，以便后續(xù)的質(zhì)量追蹤;

將RFID技術(shù)現(xiàn)場可視化系統(tǒng)相結(jié)合，對生產(chǎn)中的車輛進(jìn)行監(jiān)控，實時了解生產(chǎn)線情況和車輛裝配進(jìn)度;

系統(tǒng)具備防錯功能，車身規(guī)格信息有對應(yīng)的零件編碼規(guī)則，在工位執(zhí)行裝配時，如零件編碼不符合，系統(tǒng)將實時報警提示;

系統(tǒng)同樣具備工序的防錯功能，當(dāng)流轉(zhuǎn)到當(dāng)前工位時，系統(tǒng)會自動對上一個工序進(jìn)行校驗，當(dāng)上一個工序沒有完成或者出錯時，會同樣在該工位進(jìn)行提醒，實現(xiàn)工序的快速糾錯。05結(jié)束語

基于超高頻RFID技術(shù)的汽車總裝系統(tǒng)應(yīng)用，是在對汽車總裝生產(chǎn)流程進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，將RFID技術(shù)融入汽車生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)之中，使得企業(yè)能夠及時、準(zhǔn)確地掌握生產(chǎn)線狀態(tài)，提高生產(chǎn)效率，有利于MES系統(tǒng)和LES系統(tǒng)之間協(xié)同工作，為產(chǎn)品的質(zhì)量跟蹤提供了精確的數(shù)據(jù)保障。