淺析RFID 技術(shù)在汽車制造過程中的應(yīng)用

蘇麗媛，陸玉凱，況立江

（吉利長(zhǎng)興新能源汽車有限公司，浙江 湖州 313100）

關(guān)鍵字：自動(dòng)化；車制造；RFID 技術(shù)；信息識(shí)別

前言

高自動(dòng)化水平是目前工業(yè)生產(chǎn)中機(jī)械加工的主流發(fā)展方向，無(wú)線射頻RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高自動(dòng)化水平生產(chǎn)的重要一環(huán)，可自動(dòng)識(shí)別信息并進(jìn)行傳輸，極大地提高了汽車生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。

汽車產(chǎn)業(yè)作為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)，在打造中國(guó)品牌的進(jìn)程中肩負(fù)重任，應(yīng)結(jié)合產(chǎn)品、技術(shù)、價(jià)格優(yōu)勢(shì)去競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)份額。中國(guó)汽車制造業(yè)經(jīng)歷了從傳統(tǒng)的機(jī)械加工到各種大型車床設(shè)備的應(yīng)用，向更加柔性化的自動(dòng)控制技術(shù)方向發(fā)展。但由于整車生產(chǎn)車間可視化程度低，生產(chǎn)數(shù)據(jù)流通較慢，信息不一致等問題，使生產(chǎn)管理人員無(wú)法實(shí)時(shí)了解車間的生產(chǎn)異常情況并對(duì)其進(jìn)行處理，降低了企業(yè)的生產(chǎn)效率。在汽車生產(chǎn)中應(yīng)用無(wú)線射頻RFID（Radio Frequency Identifi-cation）技術(shù)建立信息識(shí)別系統(tǒng)，將RFID 技術(shù)與生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，且滿足實(shí)際生產(chǎn)過程中長(zhǎng)距離讀寫、自動(dòng)化識(shí)別的需求，能夠有效提升汽車的生產(chǎn)效率和質(zhì)量。本文主要就RFID 技術(shù)在汽車生產(chǎn)過程中的應(yīng)用展開分析。

1 RFID 的概述

1.1 RFID 技術(shù)的結(jié)構(gòu)組成

RFID 在具體的應(yīng)用過程中，根據(jù)不同的應(yīng)用目的和應(yīng)用環(huán)境，RFID 系統(tǒng)的組成會(huì)有所不同，在汽車制造業(yè)中，RFID 系統(tǒng)一般都由RFID 電子標(biāo)簽、閱讀器兩部分組成。

RFID 標(biāo)簽（Tag）：由耦合元件及芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象，且具有存儲(chǔ)需要識(shí)別傳輸?shù)男畔⒌墓δ堋FID 電子標(biāo)簽一般是帶有線圈、天線、存儲(chǔ)器與控制系統(tǒng)的低電集成電路。

閱讀器（Reader）：包含信號(hào)處理器，讀寫頭/天線，是用來讀取/寫入標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計(jì)為手持式或固定式，基本功能就是作為服務(wù)器與標(biāo)簽之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇椤?/p>

1.2 RFID 的工作原理

閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)射特定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入閱讀器的識(shí)別范圍后，標(biāo)簽內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，獲取足夠能量后，標(biāo)簽會(huì)被激活并將存儲(chǔ)的信息通過卡內(nèi)天線發(fā)送出去，閱讀器接收到信號(hào)后，對(duì)信息進(jìn)行解調(diào)和解碼，將信息發(fā)送至后臺(tái)中央服務(wù)器進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。

2 RFID 在汽車制造過程中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

RFID 技術(shù)應(yīng)用在汽車制造過程中，具有其他技術(shù)無(wú)法比擬的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

1）RFID 系統(tǒng)采用無(wú)線電信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸，在閱讀器與電子標(biāo)簽之間沒有導(dǎo)線連接，即使標(biāo)簽表面臟污或安裝了保護(hù)外殼，系統(tǒng)也可正常工作；

2）RFID 的電子標(biāo)簽可在惡劣的環(huán)境下工作：具有防水、防磁、耐高溫（200℃以上）的特點(diǎn)，也可以防涂裝車間化學(xué)品的腐蝕；

3）RFID 標(biāo)簽的存儲(chǔ)能力很大（可達(dá)數(shù)兆字節(jié)）。可用來布置分布式模型，從而降低數(shù)據(jù)集中管理的成本；

4）RFID 電子標(biāo)簽的使用壽命很長(zhǎng)，只要工作人員在使用時(shí)注意保護(hù)，電子標(biāo)簽可重復(fù)使用。

3 汽車制造過程中RFID 技術(shù)的應(yīng)用

車輛上線時(shí)，根據(jù)MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）中獲取的訂單信息，在超高頻RFID 載碼體內(nèi)寫入單臺(tái)車輛基礎(chǔ)信息并安裝在車身上，隨車依次經(jīng)過焊裝、WBS、涂裝、PBS、總裝等各個(gè)車間和線體，在關(guān)鍵工位安裝RFID 閱讀器讀取車身信息。當(dāng)車輛達(dá)到RFID 閱讀器的掃描范圍，車間控制網(wǎng)絡(luò)會(huì)給閱讀器下指令讀取當(dāng)前車輛RFID 芯片信息。閱讀器獲取信息后，把車輛識(shí)別號(hào)、物料號(hào)、訂單號(hào)等信息發(fā)送給車間的服務(wù)器，根據(jù)芯片信息的不同對(duì)車身的生產(chǎn)工藝自動(dòng)選擇；同時(shí)車間服務(wù)器通過Web service 把車輛識(shí)別號(hào)碼、過點(diǎn)時(shí)間、過點(diǎn)工位實(shí)時(shí)傳遞給MES，MES 把接收到的信息上傳到數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行儲(chǔ)存。

圖1 制造執(zhí)行系統(tǒng)

3.1 RFID 技術(shù)在焊裝車間的應(yīng)用

RFID 電子標(biāo)簽用一個(gè)塑料卡扣安裝在車身橫梁前端左側(cè)，靠近防撞鋼梁位置；采用無(wú)線電信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸，在焊接生產(chǎn)線體左側(cè)設(shè)置固定式RFID 閱讀器，可以避免機(jī)器和人的影響。當(dāng)車輛到達(dá)RFID 閱讀器的掃描范圍，閱讀器讀取當(dāng)前車輛RFID 芯片的信息，識(shí)別白車身種類，根據(jù)不同車型的要求選擇不同的零部件抱具，調(diào)用正確自動(dòng)程序、車型指示為上件員工提供指導(dǎo)信息，為后續(xù)焊裝過程追溯提供信息載體。強(qiáng)耐久性和強(qiáng)抗污染性的RFID 標(biāo)簽，在實(shí)際的汽車焊接生產(chǎn)中，能使內(nèi)部供應(yīng)鏈的可視化程度得到有效提高，極大地降低了識(shí)別錯(cuò)誤和人為出錯(cuò)率。

3.2 RFID 技術(shù)在涂裝車間的應(yīng)用

汽車涂裝生產(chǎn)線具有靈活性、車型多變和工藝復(fù)雜的特點(diǎn)，因此，高質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)和高水平自動(dòng)化系統(tǒng)是汽車涂裝工藝所必需的。RFID 技術(shù)會(huì)在關(guān)鍵工位設(shè)置固定式閱讀器，如：在涂裝車間的出入口、烘干室、噴漆窒和緩存區(qū)等重要工藝的入口。這些閱讀器可以將獲取的芯片信息傳遞到涂裝車間的服務(wù)器用于調(diào)取車型配置、指導(dǎo)噴涂顏色和涂膠選擇、為涂裝過程追溯提供信息載體。RFID 技術(shù)在汽車涂裝車間車身識(shí)別系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以實(shí)時(shí)采集車輛在涂裝車間中的生產(chǎn)狀態(tài)、質(zhì)量狀態(tài)和各種現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)等信息，使涂裝生產(chǎn)自動(dòng)化和靈活性得到了提高，確保了收集信息的及時(shí)性，降低了系統(tǒng)的差錯(cuò)率，提高生產(chǎn)效率。

3.3 RFID 技術(shù)在總裝車間的應(yīng)用

3.3.1 通過MES 制造執(zhí)行系統(tǒng)來進(jìn)行物料拉動(dòng)

生產(chǎn)系統(tǒng)需要知道在任一時(shí)刻任意車輛的位置和生產(chǎn)狀況，根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃自動(dòng)安排生產(chǎn)。并通知物料拉動(dòng)系統(tǒng)補(bǔ)充相應(yīng)的物料，使得生產(chǎn)自動(dòng)、高效、有序地進(jìn)行。在PBS 精排區(qū)入口等工位安裝RFID 讀寫器，讀取RFID 標(biāo)簽上存的車身信息，然后將此信息送入MES 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)物料的拉動(dòng)配送。

3.3.2 關(guān)事件數(shù)據(jù)記錄與跟蹤追溯

通過安裝在裝配線兩側(cè)的讀寫器來探測(cè)和讀取信息，然后將裝配流程有關(guān)的數(shù)據(jù)通過車間控制網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)組ES 系統(tǒng)，這樣就可以把每項(xiàng)工作步驟的過程數(shù)據(jù)（如螺栓擰緊工位的轉(zhuǎn)矩值或填充高度）分配到車輛上和中央質(zhì)量控制系統(tǒng)中。例如在裝配發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器時(shí)，控制的重點(diǎn)為裝配精度、力矩、試驗(yàn)結(jié)果及裝配過程中發(fā)生的缺陷，并對(duì)缸體、缸蓋、曲軸、凸輪軸、連桿、缸套、飛輪、進(jìn)排氣管、油泵、燃油系統(tǒng)、鏈條、發(fā)電機(jī)、起動(dòng)機(jī)等關(guān)鍵部件進(jìn)行批次追蹤。

在此之前，操作人員只能重復(fù)地掃描條形碼，而且條形碼只能保存車輛識(shí)別代碼，并不能記錄其他生產(chǎn)信息。這不僅浪費(fèi)時(shí)間，也可能因條形碼標(biāo)簽太臟等情況而導(dǎo)致掃描出錯(cuò)。假設(shè)總裝生產(chǎn)線上有180 個(gè)工位，每個(gè)工作人員在每個(gè)工位僅用10S 掃描條碼，那么每輛車則會(huì)花去超過20min 的非生產(chǎn)性工作時(shí)間做這項(xiàng)工作。RFID 技術(shù)的應(yīng)用大大提高了生產(chǎn)效率。除了儲(chǔ)存車輛數(shù)據(jù)之外，移動(dòng)數(shù)據(jù)介質(zhì)也會(huì)儲(chǔ)存生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，根據(jù)車輛的識(shí)別碼，這些數(shù)據(jù)可以對(duì)流水線的具體生產(chǎn)步驟發(fā)出指令，有效減少誤差。

3.4 RFID 卡片的失效情況及措施

雖然RFID 可以在惡劣的環(huán)境下工作，但是如果遭受外力壓迫超過了標(biāo)簽的承受力就會(huì)導(dǎo)致芯片損壞或線圈斷裂；高靜電或高壓電也會(huì)對(duì)芯片造成修復(fù)的損毀。

為應(yīng)對(duì)此種情況的發(fā)生，企業(yè)在訂購(gòu)標(biāo)簽時(shí)，需提前在標(biāo)簽上刻好與該標(biāo)簽唯一對(duì)應(yīng)的標(biāo)識(shí)號(hào)，當(dāng)固定在車身上的標(biāo)簽在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生信息丟失或損壞的情況時(shí)，可將舊標(biāo)簽從車身上取下來，然后在MES 系統(tǒng)中查詢舊標(biāo)簽的標(biāo)識(shí)號(hào)，用終端讀寫設(shè)備將舊標(biāo)簽的信息寫到新標(biāo)簽上，同時(shí)更新MES 系統(tǒng)中該訂單與新標(biāo)簽的綁定信息，完成標(biāo)簽更換。

4 結(jié)束語(yǔ)

RFID 技術(shù)具有快速讀寫、非接觸操作和環(huán)境適用性強(qiáng)的特點(diǎn)，在汽車生產(chǎn)過程中已經(jīng)取得了明顯的效果。隨著“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”的誕生，RFID 技術(shù)有了更加廣闊的發(fā)展空間，一方面可將原材料、生產(chǎn)設(shè)備、產(chǎn)品、物流等要素更緊密地連接起來，另一方面能夠加快數(shù)據(jù)采集、故障報(bào)警等數(shù)字化運(yùn)維效率，在此基礎(chǔ)上，無(wú)線射頻自動(dòng)識(shí)別技術(shù)也會(huì)擁有更高的市場(chǎng)價(jià)值。