西門子RFID在汽車制造行業的應用

孫傳峰

摘 要：射頻識別技術（縮寫RFID），射頻識別技術是一項利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實現無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術。隨著汽車大批量的生產及使用，社會對于汽車工業發展的要求也將越來越高，所有企業都希望能夠建立識別系統使自己的管理水平得到提升，以提高效率、降低差錯率。汽車業必將會是RFID技術產生巨大影響的一個主要領域。

關鍵詞：RFID；汽車生產線；射頻識別技術

目前汽車行業信息化程度參次不齊，有些信息化程度很高，有些則剛剛處于起步狀態，有些甚至仍然沿用完全手工操作記錄的方式。但所有企業都希望能夠建立識別系統來幫助整個企業的管理提升到一定的水平，整個物流環節的效率能夠提高，差錯率能夠降低。

1 RFID系統的基本原理及分類

1.1 RFID系統基本原理

RFID（無線射頻識別）是近年來迅速發展的一種快速識別技術，通過對被識別物體的無接觸識別獲取資料信息，與傳統條形碼技術相比，具有數據容量大、無接觸識別、保存時間長、耐污適應惡劣環境等特點，被廣泛應用于各行業。

典型的RFID自動識別系統由以下幾部分組成：數據載體，讀/寫單元和接口模塊，接口模塊以總線方式或串口通訊方式與PLC、PC等控制單元相連。RFID的基本原理是利用空間電磁波的耦合或傳播實現對象信息的無接觸傳遞，以達到自動識別被標識對象，獲取標識對象相關信息的目的。一套最基本的RFID系統一般由兩部分組成：電子標簽（Tag）和閱讀器（Reader）如圖1所示。

1.2 RFID系統的分類

按照電子標簽獲取能量的方式，RFID系統分為有源系統和無源系統。按照工作頻率的不同，RFID系統分為低頻（30 kHz～300 kHz）、高頻（3 MHz～30 MHz）、超高頻（300 MHz～3 GHz）和微波頻段（2.4 GHz～5 GHz）系統。

按照調制方式的不同，RFID系統可分為主動式、被動式和半主動式。主動式的RFID系統用自身的射頻能量主動地發送數據給閱讀器（讀頭），調制方式可為調幅、調頻或調相。被動式的RFID系統使用調制散射方式發射數據，它必須利用閱讀器的載波來調制自己的信號，此時讀頭可以確保只激活一定范圍內的射頻系統。半主動式的RFID系統也稱為電池支援式反向散射調制系統，它本身帶有電池但只起到對標簽內部數字電路供電的作用，標簽不通過自身能量主動發送數據，只有被閱讀器的能量“激活”時，才通過反向散射調制方式傳送自身數據。

2 RFID在汽車生產線中的應用

在企業車間現場建立統一中心數據庫，作為物品流通的信息平臺，以便于整體規范管理。在工業環節利用RFID技術為每一個在制品零部件賦予一個識別編號（ID），也就是該部件在信息網絡中的名字，通過RFID技術，將生產狀態，庫存情況映射到信息網絡中，登記在現場中心數據庫里，在傳送到信息體系中（如ERP，MRP）等。將RFID技術應用于生產線監控，可以實現自動控制和檢測，節約成本。RFID標簽可以唯一標識每1件產品，通過應用程序記錄每1件產品的原料和來源、生產線位置、生產過程和庫存狀況等信息，為企業更好地管理生產和調整庫存等提供有效的依據。

汽車制造業原本就是典型的多工種、多工藝、多物料的大規模生產過程，如今隨著個性化汽車的發展（購買者可以對汽車進行定制），幾乎每1輛汽車都會有一些個性化的地方，因此，有必要在生產的全過程中應用RFID技術實現透明化。汽車產業鏈可簡單劃分為零件制造、整車裝配與售后服務3個基本環節，目前RFID技術主要應用于零件制造和整車裝配環節。無論是零件生產廠還是整車裝配廠，僅由人工管理數量龐大的零部件和復雜、眾多的制造流程，不但容易出錯而且無法從源頭上快速提高各流程的運作效率。

2.1 RFID在汽車焊裝車間的應用

在早期汽車車體焊接生產線上，大多使用人工方式，看書面操作說明書一步接一步地操作，很容易發生人為錯誤。后來逐漸改用條形碼標簽來管理，雖然降低了人為出錯率，但經常因為生產現場的粉塵、高溫振動、油污等影響而發生識別錯誤。再遇到帶有罩子的情況時，無論是條形碼標簽還是人工也都不能放心使用。

選擇耐高溫、防粉塵、防金屬、防磁場、可重復使用的有源封裝標簽，通過自動識別作業來監控焊接生產線作業?？蓪⒉僮髦甘拘畔ⅲㄜ嚪N信息、焊接指示信息、程序等）存儲在目標托盤中，無線傳輸為了避開人和機器的影響可設置在焊接生產線較高的地方，由于RFID標簽的強抗污染能力和強耐久性，大大減少了識別錯誤并且可以有效提高內部供應鏈的可視化程度。

2.2 RFID在汽車涂裝車間的應用

汽車涂裝生產線的工藝過程繁多復雜、車型變化大、生產靈活性大，而汽車涂裝的目的在于使銷售的每1輛車讓消費者看起來都更加完美。因而，車間生產線的各個工藝環節都必須具備非常高的自動化水平和質量監控系統。所以，在生產線自動控制系統的車身識別系統中采用RFID技術，可以對生產過程中各類現場數據的統計、狀態監控以及質量檢測等信息進行實時采集，及時送至生產控制中心。

RFID技術結合工業以太網及現場總線可以構成一個復雜的自動控制系統，實現汽車涂裝生產線的柔性生產，提高汽車車身生產的自動化水平和適應不同品種生產的靈活性，使系統具有很好的可靠性和容錯能力。

2.3 在汽車總裝車間的應用

總裝車間作為汽車整車生產的最后環節，涉及零部件眾多、工序繁多，對保證汽車質量和生產進度起著重要作用，任何裝配工序的中斷就意味著作業的耽誤。在總裝生產線上，特別是在采用JIT準時制生產方式的流水線上，原材料與零部件必須準時送至工位，庫存與物料供給也必須配合車輛裝配進度。

3 RFID技術面臨的問題

RFID是一項新技術，其應用正處在快速發展之中并且有著巨大的發展潛力。但也有其局限性，在推廣應用中遇到了不少挑戰，主要表現在以下幾個方面：

1、成本問題。成本是制約RFID推向應用市場的巨大瓶頸作為RFID系統中的重要部件，不論是電子標簽還是閱讀器，其價格都比較昂貴。因此，如何降低成本成為RFID技術被廣泛應用的關鍵。

2、技術標準。技術標準是RFID標準體系中最基本的組成部分，標準化是推動產品廣泛獲得市場的必要措施。但射頻識別讀取機與標簽的技術仍未見其有統一的標準，因此無法一體化使用；閱讀器與電子標簽通信的無線電頻率使用不規范；標簽上的芯片性能、存儲器存儲協議與天線設計約定等，也都沒有統一標準。

3、隱私與安全問題。將來隨著RFID的大規模應用，在射頻識別實施過程中，隱私和安全必將成為普遍關注的問題。目前的無源RFID系統沒有讀寫能力，所以無法使用密匙驗證方法來進行身份驗證，如果標簽是有源的，并且會收到不斷變化的驗證密鑰，那將會大大提高其安全性，不過這又會增加其成本。

4、電磁環境問題。RFID應用的電磁環境是一個開放的電磁環境，對開放電磁環境的復雜性認識不足，缺乏足夠的依據和專業指導。

4 結束語

RFID技術在汽車生產線中的應用，有著其他技術無法比擬的優勢，非接觸式自動獲取數據并且可承受惡劣工作環境，這就保證了其優點是配置靈活、響應速度快、對系統通信的要求低，使生產廠能準確采集相關數據并進行在線分析和處理，實現汽車生產線的自動實時追蹤和有效監控，提高了生產效率。相信隨著RFID技術的不斷發展和應用系統的推廣普及，RFID技術在性能方面必將會有較大提高。RFID技術必將成為汽車信息化制造與汽車信息化管理的主流，從而推動汽車產業的發展

參考文獻

[1]《射頻識別技術——原理、協議及系統設計》_謝磊、陸桑璐編著2016年科學出版社出版圖書

[2]《射頻識別》_郭為民編著2006年機械工業出版社出版圖書