應(yīng)用于RFID汽車總裝制造執(zhí)行系統(tǒng)的解決方案

1.?項(xiàng)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(hào)的汽車,并且每一個(gè)型號(hào)的汽車配置單一,因此總裝線裝配工人工作簡(jiǎn)單,裝配效率高,而且不容易出現(xiàn)裝配錯(cuò)誤。而如今,隨著汽車工業(yè)的發(fā)展,汽車越來越多樣化、個(gè)性化,這就要求一條汽車總裝線能夠裝配不同型號(hào)的汽車,并且同一型號(hào)的汽車配置也是多樣化的,這時(shí),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(yàn)證工作,就容易出現(xiàn)裝配效率低、錯(cuò)誤率高、裝配情況不能及時(shí)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(yàn)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(shí)、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(shí)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(cuò)誤率高；裝配驗(yàn)證用時(shí)多,容易出現(xiàn)驗(yàn)證錯(cuò)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RFID技術(shù)，實(shí)現(xiàn)汽車裝配過程的信息化,裝配信息的及時(shí)、準(zhǔn)確的采集,實(shí)現(xiàn)裝配驗(yàn)證功能,幫助汽車制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確、個(gè)性化、透明的裝配，具有重要的意義。

2.?汽車總裝制造流程分析

汽車的裝配生產(chǎn)活動(dòng)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(shí)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(yàn)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(chǔ)至總裝廠與涂裝廠之間的PBS（噴涂車身存儲(chǔ)區(qū)），等待總裝生產(chǎn)的調(diào)度。

當(dāng)總裝廠開始生產(chǎn)時(shí)，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(dòng)時(shí)，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(dòng)控制器安全、動(dòng)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(dòng)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(gè)采集過程耗時(shí)相對(duì)較大。當(dāng)遭遇條碼損壞、沾染污漬無法識(shí)別時(shí)，員工需手工輸入車輛VIN碼或零部件碼，出錯(cuò)率高、耗時(shí)長(zhǎng)，難以加快生產(chǎn)節(jié)拍。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)可視化程度有待提高，需要為工人提供實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的裝配指導(dǎo)，杜絕漏裝錯(cuò)裝現(xiàn)象的發(fā)生，對(duì)生產(chǎn)線車輛的裝配情況也需要實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3．RFID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(hào)，作為一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大、可讀寫、非接觸、識(shí)別距離遠(yuǎn)、識(shí)別速度快、保密性好、穿透性強(qiáng)、壽命長(zhǎng)、環(huán)境適應(yīng)性好以及能同時(shí)識(shí)別多標(biāo)簽等優(yōu)點(diǎn)，并且可工作于各種惡劣環(huán)境。

一套完整的RFID系統(tǒng)，是由RFID讀寫器（天線）與RFID電子標(biāo)簽及應(yīng)用軟件系統(tǒng)三個(gè)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(dòng)電子標(biāo)簽將內(nèi)部的數(shù)據(jù)送出，此時(shí)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(jiǎn)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(chǔ)量大、可讀寫、非接觸、識(shí)別距離遠(yuǎn)、識(shí)別速度快、保密性好、穿透性強(qiáng)、壽命長(zhǎng)、環(huán)境適應(yīng)性好以及能同時(shí)識(shí)別多標(biāo)簽等優(yōu)點(diǎn)，用其取代條形碼在汽車生產(chǎn)線上對(duì)車輛進(jìn)行標(biāo)識(shí)和跟蹤，整個(gè)過程無人工干預(yù)，可以在極大程度上降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和出錯(cuò)率。現(xiàn)今已經(jīng)可以利用RFID技術(shù)來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、高速、有效的記錄，降低操作員的勞動(dòng)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(shí)時(shí)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(jìng)爭(zhēng)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(duì)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(jià)值。

4．RFID汽車總裝制造解決方案

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(duì)車間讀寫器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)一管理，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)收集、處理存儲(chǔ)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(duì)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(shì)，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(jì)劃層與車間現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)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(shí)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(tái)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(tái)板再被運(yùn)送到下一個(gè)環(huán)節(jié)，一直到完成所有的工序。

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(tái)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(shí)別的點(diǎn)，如取數(shù)點(diǎn)、電動(dòng)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(duì)車身信息進(jìn)行識(shí)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(shí)，可以自動(dòng)獲取車身號(hào)，并將車身號(hào)與RFID信息進(jìn)行綁定，使其和生產(chǎn)信息對(duì)應(yīng)，并當(dāng)車體在吊具與臺(tái)板之間轉(zhuǎn)換時(shí)，能自動(dòng)完成信息的轉(zhuǎn)移，保證車體在整個(gè)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(shí)，可自動(dòng)獲取車身規(guī)格信息，并在工位終端顯示對(duì)應(yīng)的操作工序，并可以向裝配工人提供實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的裝配指導(dǎo)；

系統(tǒng)在工位完成裝配后，可以自動(dòng)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(chǎng)可視化系統(tǒng)相結(jié)合，對(duì)生產(chǎn)中的車輛進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)時(shí)了解生產(chǎn)線情況和車輛裝配進(jìn)度；

系統(tǒng)具備防錯(cuò)功能，車身規(guī)格信息有對(duì)應(yīng)的零件編碼規(guī)則，在工位執(zhí)行裝配時(shí)，如零件編碼不符合，系統(tǒng)將實(shí)時(shí)報(bào)警提示；

系統(tǒng)同樣具備工序的防錯(cuò)功能，當(dāng)流轉(zhuǎn)到當(dāng)前工位時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)對(duì)上一個(gè)工序進(jìn)行校驗(yàn)，當(dāng)上一個(gè)工序沒有完成或者出錯(cuò)時(shí)，會(huì)同樣在該工位進(jìn)行提醒，實(shí)現(xiàn)工序的快速糾錯(cuò)。

5. 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(duì)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(shí)、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。