基于RFID技術(shù)的汽車混流裝配生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　1引言

　　混流裝配線，有時(shí)也特指混合車型組裝線，是指在一定時(shí)間內(nèi)，在同一條生產(chǎn)線上生產(chǎn)出多種不同型號的產(chǎn)品，產(chǎn)品品種可以限顧客需求的變化而變化。近年來，國內(nèi)外關(guān)于RFID技術(shù)在生產(chǎn)制造中應(yīng)用的研究很多。一些科研人員將RFID技術(shù)運(yùn)用于生產(chǎn)車間的制造執(zhí)行系統(tǒng)，對整個(gè)生產(chǎn)過程提供實(shí)時(shí)信息的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行了分析，將RFID技術(shù)與MES集成改善了業(yè)務(wù)流程，使制造過程中的成本和錯誤大大減少，提高了生產(chǎn)率，經(jīng)濟(jì)效益更為突出一些科研人員將RFID技術(shù)運(yùn)用于離散制造業(yè)制造執(zhí)行系統(tǒng)，針對離散制造業(yè)企業(yè)資源計(jì)劃的計(jì)劃層與現(xiàn)場過程控制層間信息和管理的斷層而引起的生產(chǎn)管理問題，提出了通過工位和車間控制器協(xié)調(diào)配合完成生產(chǎn)計(jì)劃的下發(fā)和現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，通過系統(tǒng)集成接口實(shí)現(xiàn)制造執(zhí)行系統(tǒng)與企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)集成，實(shí)現(xiàn)了制造和質(zhì)量的可視化和數(shù)字化管理。

　　2汽車混流裝配生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　2.1系統(tǒng)的硬件布置

　　汽車混流裝配系統(tǒng)由RFID標(biāo)簽、讀寫器、讀寫器大線、電子看板、數(shù)據(jù)處理中間件等部件組成。整個(gè)系統(tǒng)硬件布置的示意圖，如圖1所示。

圖1 RFID生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件布置圖

　　2.2系統(tǒng)的軟件架構(gòu)

　　汽車混流裝配生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)軟件架構(gòu)，如圖2所示。包括中間件層、控制層、功能層與表示層。業(yè)務(wù)邏輯組件主要負(fù)責(zé)對整個(gè)系統(tǒng)的各種業(yè)務(wù)進(jìn)行處理.并將各個(gè)數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫后傳入上層企業(yè)管理系統(tǒng)。

圖2生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)軟件架構(gòu)圖

　　數(shù)據(jù)采集處理主要是采集現(xiàn)場生產(chǎn)中的各種數(shù)據(jù)，中間層負(fù)責(zé)控制現(xiàn)場采集節(jié)點(diǎn)(智能終端)的適配配置，實(shí)現(xiàn)對RFID數(shù)據(jù)的采集和過濾、監(jiān)聽底層采集事件和上層系統(tǒng)的消息事件、協(xié)議封裝和命令解析等功能.并將數(shù)據(jù)傳人業(yè)務(wù)邏輯層。

　　3汽車混流裝配生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的功能模塊設(shè)計(jì)

　　由于總裝車間的加工工藝復(fù)雜和工序多等特點(diǎn)，主要是對總裝車間的生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控進(jìn)行研究，面向客戶訂單的汽車生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的功能原理圖，如圖3所示。

圖3面向客戶訂單的汽車生產(chǎn)監(jiān)榨系統(tǒng)的功能原理圖

　　3.1裝配工藝與調(diào)度管理模塊

　　主要通過從訂單管理模塊中獲取要生產(chǎn)的產(chǎn)品和生產(chǎn)的數(shù)量，工藝員對各種車型安排裝配工藝，然后交由企業(yè)管理系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)排產(chǎn)。

　　調(diào)度管理主要解決在給定生產(chǎn)計(jì)劃前提下，以實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊實(shí)時(shí)信息為依據(jù)，針對故障、供需變動、工藝切換、資源波動造成的系統(tǒng)狀態(tài)變化，在線調(diào)整作業(yè)計(jì)劃，實(shí)時(shí)地作為有關(guān)生產(chǎn)方案、工藝路線，資源分配的變動決策。以滿足實(shí)際生產(chǎn)的要求。

　　3.2現(xiàn)場生產(chǎn)監(jiān)控模塊

　　現(xiàn)場生產(chǎn)線上的RFID系統(tǒng)由HFID讀寫器、讀寫器天線、標(biāo)簽、電子看板4部分組成。

　　(1)現(xiàn)場生產(chǎn)監(jiān)控線上的RFID標(biāo)簽由公司統(tǒng)一制定，相關(guān)零部件供應(yīng)商在零部件出廠時(shí)必須貼上此種標(biāo)簽，大型重要的零部件將標(biāo)簽直接貼在零部件上，小型的零部件將標(biāo)簽貼在其包裝上。工藝員安排工藝時(shí)也必須嚴(yán)格按此編碼進(jìn)行安排裝配工藝。

　　(2)當(dāng)車架從涂裝車間進(jìn)人總裝車間時(shí)，在車架上貼上RFID標(biāo)簽(該標(biāo)簽作為車的唯一標(biāo)識碼)，標(biāo)簽上面記錄著各個(gè)工位需要裝配的零部件的標(biāo)務(wù)代碼，在總裝車間的各個(gè)工位上都安裝讀寫器和看板，并將讀寫器編號。當(dāng)工件進(jìn)入第一個(gè)工位時(shí)，讀寫器讀取標(biāo)簽上的內(nèi)容和讀寫器的編號，中間件根據(jù)讀寫器的編號提取標(biāo)簽上的代碼并將第一個(gè)代碼傳入企業(yè)應(yīng)用程序，經(jīng)程序處理后將第一個(gè)工位的裝配工藝發(fā)送到第一個(gè)工位看板。工位看板顯示的內(nèi)容。如圖4所示。

圖4工位看板上顯示的裝配工藝卡

　　(3)工位工人按照看板顯示的內(nèi)容進(jìn)行裝配，一旦拿錯了零部件，零部件上的標(biāo)簽進(jìn)人工位讀寫器的讀入范圍時(shí)。零部件的標(biāo)簽自動發(fā)送到中間件，當(dāng)接收的代碼與需要裝配的代碼不一致時(shí)，將發(fā)送錯裝警報(bào)并將正確的裝配信息發(fā)送到看板。以后的工序以此類推。

　　3.3現(xiàn)場物流監(jiān)控模塊

　　汽車裝配車間分為兩條生產(chǎn)線，由于多車型共線生產(chǎn)，所以涉及到的物料品種多、數(shù)量大。車間內(nèi)的物料配送由生產(chǎn)管理室負(fù)責(zé)配送。

　　(1)生產(chǎn)管理室的工作人員根據(jù)管理室電子看板顯示的生產(chǎn)汁劃，去庫房領(lǐng)料。由于現(xiàn)場堆放零部件的空間有限，管理人員每天開始領(lǐng)取可以使用2h的物料。

　　(2)在倉庫的出入口處安裝RFID讀寫器和天線，當(dāng)零部件經(jīng)過出口時(shí)。讀寫器將出庫要進(jìn)入現(xiàn)場的零部件讀人現(xiàn)場物流管理模塊。

　　(3)當(dāng)零部件在士位被正確安裝到車架上時(shí)，生產(chǎn)管理室的看板定時(shí)的顯示已經(jīng)使用的物料并顯示需要去庫房領(lǐng)取的物料。管理室的工作人員根據(jù)生成的現(xiàn)場物流監(jiān)控視圖對現(xiàn)場需要物料定時(shí)的進(jìn)行補(bǔ)充，將空箱回收到規(guī)定地點(diǎn)置換滿箱物料，配送到相應(yīng)的工位。

　　(4)記錄每天上線的物料信息和每個(gè)班次后剩余的物料信息，當(dāng)日下班盤點(diǎn)時(shí)以批處理的形式傳給系統(tǒng)或每次物料配送后實(shí)時(shí)的發(fā)送給企業(yè)管理系統(tǒng)，當(dāng)庫房的庫存物料低于一定值時(shí)，發(fā)送報(bào)警信息。

　　3.4質(zhì)量管理與售后管理模塊

　　質(zhì)量管理模塊主要是對零部件(尤其是重要零部件)從原材料到生產(chǎn)過程直到安裝、使用階段進(jìn)行追蹤，以適當(dāng)方式進(jìn)行標(biāo)識。由于在汽車裝配生產(chǎn)過程中使用的零部件出廠時(shí)貼有RED標(biāo)簽或其包裝上貼有REID標(biāo)簽，標(biāo)簽的上面有專門的供應(yīng)商編碼，裝配完成后通過質(zhì)量檢測如果出現(xiàn)了問題，可以及時(shí)的找到在什么地方出錯和出錯的原因，這樣可以避免在下次裝配同種型號的車輛時(shí)出現(xiàn)同樣的錯誤，并可以及時(shí)追究相關(guān)人員的責(zé)任。如果售后出現(xiàn)問題，由于每輛車從涂裝車間出來時(shí)都會貼上標(biāo)簽，此標(biāo)簽是本車的唯一標(biāo)識碼，當(dāng)汽車經(jīng)銷售部門售出時(shí)，讀寫器將自動讀取其上面的標(biāo)簽并記入數(shù)據(jù)庫中存檔。通過記錄的售后信息可以很快的找到買主，以便及時(shí)追回不合格品，將損失減小到最低限度。

　　4 RFID汽車裝配生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中間件設(shè)計(jì)

　　RFID中間件分為應(yīng)用程序接口模塊、讀寫器程序接口模塊、事件處理模塊和數(shù)據(jù)過濾模塊，而數(shù)據(jù)處理器又是核心中的核心。

　　應(yīng)用程序接口模塊和讀寫器程序接口模塊主要是用來連接上層應(yīng)用程序和讀寫器的一組標(biāo)準(zhǔn)接口(API)。生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中間件的功能模塊圖，如圖5所示。

圖5生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中間件的功能模塊圖

　　4.1 RFID中間件的數(shù)據(jù)過濾

　　讀寫器讀取的標(biāo)簽數(shù)據(jù)都是一些標(biāo)簽代碼的原始數(shù)據(jù)，其中大部分都是重復(fù)和冗余數(shù)據(jù)。在汽車裝配過程中，零件在每個(gè)工位都將停留一段時(shí)間，讀寫器在短時(shí)間內(nèi)可能會多次重復(fù)讀取標(biāo)簽數(shù)據(jù)。

　　另外，在裝配過程中的后續(xù)工序，由于要讀取的標(biāo)簽數(shù)據(jù)特別的多，為了防止標(biāo)簽的漏讀和碰撞等問題，可能會在工位上安裝多個(gè)讀寫器和天線，這樣也將會產(chǎn)生大量的重復(fù)和冗余數(shù)據(jù)。因此在RFID中間件中必須要有數(shù)據(jù)過濾模塊，生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中間件的數(shù)據(jù)過濾模塊的流程圖，如圖6所示。

圖6生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中間件的數(shù)據(jù)過濾模塊的流程圖

　　4.2 RFID中間件的事件處理

　　在裝配的過程中，可能會出現(xiàn)設(shè)備故障、工人交接班和零部件上道工序出現(xiàn)問題等情況。因此在RFID中間件中設(shè)計(jì)了事件處理模塊，讀寫器上的每個(gè)按鍵代表一種功能。

　　5結(jié)束語

　　在裝備制造業(yè)信息化過程中，汽車裝配由于生產(chǎn)工藝變更頻繁、車間環(huán)境復(fù)雜、現(xiàn)場數(shù)據(jù)較難采集，因此實(shí)施難度較大。按照上述架構(gòu)設(shè)計(jì)的RFID汽車裝配生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，通過一些關(guān)鍵支撐技術(shù)的應(yīng)用，其能很好地解決汽車裝配過程中對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與監(jiān)控、減少在裝配過程中的出錯率、質(zhì)量監(jiān)控與售后跟蹤、物料的及時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)、減少紙張及數(shù)據(jù)自動錄入方面的要求。