基于RFID技術(shù)的信息管理系統(tǒng)在汽車總裝生產(chǎn)線中的應(yīng)用

鐘平

摘要： 介紹了一個基于RFID技術(shù)的信息管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主站采用S7-1500型的PLC，RFID采用德國圖爾克公司的高頻讀寫頭，電子標簽采用64KB存儲，應(yīng)用西門子以太網(wǎng)實現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制。通過現(xiàn)場信息的采集，再與生產(chǎn)計劃、排程排序相結(jié)合，可對生產(chǎn)上的車輛跟蹤，完成混線生產(chǎn)。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟、實用。

Abstract： This paper introduces an information management system based on RFID technology. The main station of this system adopts S7-1500 type PLC， and RFID uses the high-frequency read-write head of Germany Turck Company， the electronic label adopts 64KB storage， and it applies Siemens Ethernet to realize the control of the whole system. Through the collection of on-site information， and then combined with the production plan and scheduling， production vehicles can be tracked to complete mixed-line production. The system's structure is simple， economical and practical.

關(guān)鍵詞： RFID；信息管理；PLC

Key words： RFID；information management；PLC

中圖分類號：TP272 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）04-0193-02

0 引言

汽車總裝車間主要完成車身與底盤的組裝以及內(nèi)飾件的安裝，傳統(tǒng)的生產(chǎn)過程一般有以下的問題：首先，在生產(chǎn)過程中，各環(huán)節(jié)的信息一般都是由班組人員手工錄入，工作過程中難免出現(xiàn)抄寫錯誤，導致記錄數(shù)據(jù)與生產(chǎn)計劃不匹配；其次，管理人員不能直觀了解生產(chǎn)線當前生產(chǎn)狀況，生產(chǎn)計劃的調(diào)整不容易立即執(zhí)行；最后，生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)不能實現(xiàn)可追溯，導致質(zhì)量問題責任分不清?；谏鲜鰡栴}，一種智能化的信息采集與傳遞是整個生產(chǎn)過程中比較關(guān)鍵的問題，為了改善生產(chǎn)管理的效果，降低產(chǎn)品成本，我們提出了一種基于RFID的信息管理系統(tǒng)。

1 RFID技術(shù)介紹

隨著工業(yè)4.0技術(shù)的發(fā)展，工廠對于數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)分析越來越重視。為了實現(xiàn)生產(chǎn)過程的數(shù)字化，在工業(yè)發(fā)展過程中，經(jīng)歷了銘牌標識、條形碼、二維碼等手段方式對物料進行標識。伴隨著智能化和數(shù)字化的發(fā)展，RFID的應(yīng)用就給現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集提供了一種智能、大容量和數(shù)字化的方式。

RFID是一種射頻識別技術(shù)，數(shù)據(jù)可以存儲在一個電子標簽中，電子標簽與讀寫器之間是基于磁場或電磁場的方式來進行數(shù)據(jù)的傳輸。電子標簽具有可讀和可寫的功能，能存儲大量數(shù)據(jù)，典型的數(shù)據(jù)存儲容量可達64KB，讀寫過程無需人工干預(yù)，可能自動讀取數(shù)據(jù)、寫入數(shù)據(jù)，信息的處理速度很快。

采用RFID的好處是可以對企業(yè)的供應(yīng)鏈、生產(chǎn)過程等環(huán)節(jié)進行高效管理。

2 RFID系統(tǒng)硬件組成

RFID系統(tǒng)一般由讀寫器、電子標簽、控制器、通訊接口和通訊協(xié)議等組成。一般RFID系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中PLC控制器也可以是PC、DCS等控制器，接口模塊一般均支持多種通訊協(xié)議，如EtherNet/IP、DeviceNet、Modbus TCP、Profinet等。每個接口模塊能連接的RFID通道數(shù)量最多可達到8通道，并能實現(xiàn)可編程的功能。

讀寫器可采用高頻或超高頻，也可按安裝形式分為固定式和手持式，電子標簽的形式也可根據(jù)現(xiàn)場情況采用表面安裝、磁性安裝、帶粘貼的溥片等形式，其最小尺寸可以小于7.5mm，最高耐溫可達240度，同時也可應(yīng)用于防爆等危險區(qū)域。

3 信息管理系統(tǒng)的構(gòu)成

信息管理系統(tǒng)主體采用分布式控制和星形拓撲結(jié)構(gòu)，整體系統(tǒng)由信息管理層、設(shè)備管理層及數(shù)據(jù)采集層等組成。

①信息管理層。信息管理層是本系統(tǒng)的頂層，主要負責與車間管理系統(tǒng)MES進行對接，能接收生產(chǎn)計劃，并對生產(chǎn)信息進行整合和上報，為管理者及時下達調(diào)度指令提供可靠的分析依據(jù)。②設(shè)備管理層。設(shè)備管理層負責管理總裝車間生產(chǎn)過程中車輛的信息及生產(chǎn)線的狀態(tài)信息，并將相關(guān)數(shù)據(jù)上傳給信息管理層。③數(shù)據(jù)采集層。數(shù)據(jù)采集層主要由現(xiàn)場的固定式RFID讀寫器及手持式RFID讀寫器進行采集，將車間的當前生產(chǎn)狀態(tài)傳輸給系統(tǒng)。

4 信息管理系統(tǒng)的工作過程

為了介紹管理系統(tǒng)的工作過程，下面以總裝車間的PBS存儲庫為例進行介紹。

總裝工藝是四大工藝中的工藝過程最為復雜，所耗工時最多，在進入總裝車間之前經(jīng)PBS緩沖暫存并進行重新排序后，進入總裝車間的車身序列不僅能保證得各工位生產(chǎn)負荷基本均衡，而且還應(yīng)保證各種物料消耗平準化。因此位于涂裝工藝與總裝工藝之間的PBS對整個汽車生產(chǎn)效率有到至關(guān)重要的影響，PBS的工作效率高低直接影響到總裝車間的生產(chǎn)效率高低，進而影響到整車生產(chǎn)的效率。

為了采集車身序列，在每個滑橇上均會安裝一個載碼體，載碼體記錄了車身的VDI碼，用于識別車身的型號、規(guī)格及生產(chǎn)批次等生產(chǎn)過程信息。這些車身信息再與生產(chǎn)計劃進行配對，從而實現(xiàn)車間的信息流按照原計劃進行生產(chǎn)，并對其過程進行實時管控。

在PBS的入口處、車身隊列排序處、下線處、空橇返回處等工位均設(shè)有讀碼器，可實現(xiàn)車身信息的檢查、錄入和反饋等工作。endprint

5 信息管理系統(tǒng)的實現(xiàn)

為了實現(xiàn)管理系統(tǒng)，我們選擇圖爾克的高頻RFID系統(tǒng)TN-Q80-H1147讀寫頭，網(wǎng)關(guān)采用PROFINET協(xié)議，RFID接口模塊采用BL20-2RFID-S，其載碼體TW-R30-B128的讀寫距離可達116mm，完全可實現(xiàn)信息的采集工作。

控制系統(tǒng)選用西門子的S71500系列S7-1516F型PLC，通過PROFINET網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與RFID控制器BL20的信息交換。下面以PBS為例，說明信息管理流程。

①根據(jù)銷售計劃生產(chǎn)訂單，ERP將訂單數(shù)據(jù)下發(fā)至車間層級。②車間將訂單數(shù)據(jù)進行分解，按照底盤線、內(nèi)飾線、車門線、發(fā)動機線、儀表線等線體類別進行任務(wù)下發(fā)。③PBS線體根據(jù)任務(wù)自動生成訂單序列。④當帶車身的滑橇進入到入口時，位置傳感器檢測到滑橇，RFID讀寫頭讀寫當前電子標簽的數(shù)據(jù)，根據(jù)車身的VDI碼判斷出車身型號、顏色及配置等數(shù)據(jù)。⑤數(shù)據(jù)比對。系統(tǒng)將RFID識別的車身信息與訂單序列中的車身型號進行比對，當比對結(jié)果一致時，線體允許啟動，進入下一個工位；當比對結(jié)果不一致時，通過ANDON系統(tǒng)報錯，提示操作人員到現(xiàn)場進行判斷，操作人員可以使用手持式讀寫器對電子標簽數(shù)據(jù)進行手動更改或是將信息反饋給MES系統(tǒng)，由系統(tǒng)進行核對。⑥數(shù)據(jù)記錄。當RFID識別成功后，系統(tǒng)將RFID識別的車身數(shù)據(jù)、當前工位及時間等數(shù)據(jù)進行存儲，用作現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)，可用于車身質(zhì)量追溯，當車身出現(xiàn)質(zhì)量時間，可以通過數(shù)據(jù)追溯到指定工作及相關(guān)操作人員。

6 系統(tǒng)驗證

本系統(tǒng)應(yīng)用在北汽新能源汽車的總裝車間，用于實現(xiàn)兩廂和三廂轎車的混線生產(chǎn)，經(jīng)過生產(chǎn)檢驗，信息數(shù)據(jù)采集的正確率大于99%，提高了生產(chǎn)節(jié)拍，同時對生產(chǎn)過程中的質(zhì)量信息進行了全面的管理，質(zhì)量信息采集實現(xiàn)自動化，并通過現(xiàn)場服務(wù)器的分析能及時做出調(diào)整，實現(xiàn)了智能化管理。

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