RFID在汽車領(lǐng)域應(yīng)用

1 引言

隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，中國(guó)的汽車工業(yè)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。為了提高汽車生產(chǎn)線管理水平，制造出更多更好的汽車，汽車生產(chǎn)過(guò)程中的信息采集、信息利用以及現(xiàn)場(chǎng)目標(biāo)產(chǎn)品的控制和跟蹤變得越來(lái)越重要。在傳統(tǒng)的制造生產(chǎn)中，通常是通過(guò)手工在生產(chǎn)管理文件上記錄產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程信息，然后再統(tǒng)一錄入到計(jì)算機(jī)中，無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的有效控制，并且信息利用率也非常低。近年來(lái)隨著芯片技術(shù)、無(wú)線技術(shù)以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，RFID技術(shù)開(kāi)始大規(guī)模地占領(lǐng)市場(chǎng)，發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。由于RFID技術(shù)具有非接觸讀寫、準(zhǔn)確度高、可靠性強(qiáng)、環(huán)境耐久性等優(yōu)點(diǎn)西，將RFID技術(shù)與現(xiàn)有的生產(chǎn)線管理執(zhí)行系統(tǒng)相結(jié)合，能為執(zhí)行系統(tǒng)提供快捷可靠的數(shù)據(jù)信息，有效提高汽車生產(chǎn)線的管理水平。

2 RFID技術(shù)及其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

RFID（Radio Fhquency Identmcation，射頻識(shí)別）技術(shù)是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合（交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)）實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)?！獋€(gè)典型的RFID系統(tǒng)主要由射頻標(biāo)簽、讀寫器、天線和應(yīng)用軟件系統(tǒng)四部分組成。多數(shù)國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)對(duì)于生產(chǎn)線上的信息采集是利用條形碼，但由于條形碼固有的—些缺點(diǎn)，其應(yīng)用于生產(chǎn)線存在著一定的局限性：例如，條形碼所能承載的信息容量非常有限;讀取數(shù)據(jù)時(shí)必須將條碼對(duì)準(zhǔn)掃描儀才有效;如果印有條碼的橫條被撕裂、污損或脫落就無(wú)法掃描商品;在生產(chǎn)過(guò)程中需要大量的人工操作，容易出現(xiàn)漏掃或人為失誤;RFID技術(shù)是條碼技術(shù)的發(fā)展和完善，在生產(chǎn)中能夠彌補(bǔ)條碼的上述缺點(diǎn)，具體表現(xiàn)在：RFID能夠滿足較大的數(shù)據(jù)記憶容量;可以實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸無(wú)屏障地交換數(shù)據(jù)，識(shí)別對(duì)象信息;射頻標(biāo)簽可以在高溫環(huán)境或粉塵環(huán)境下工作且使用壽命長(zhǎng)，并可循環(huán)使用;與傳統(tǒng)的識(shí)別技術(shù)比較，無(wú)需人工操作，可實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化控制。

3 RFID技術(shù)在汽車生產(chǎn)線上的需求分析

目前，大多數(shù)國(guó)內(nèi)汽車企業(yè)都采用了JIT（Just IN Time，準(zhǔn)時(shí)化）的生產(chǎn)模式，這對(duì)汽車生產(chǎn)線的現(xiàn)場(chǎng)管理和對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃的有效執(zhí)行提出了更高的要求。由于很多汽車生產(chǎn)線上仍然采用條碼技術(shù)采集信息，車間管理者和企業(yè)高層管理人員不能夠及時(shí)、透明地了解生產(chǎn)線上的實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)度，導(dǎo)致實(shí)際生產(chǎn)常常不能完全符合生產(chǎn)計(jì)劃的要求。尤其是在混線生產(chǎn)的生產(chǎn)線上，對(duì)于特殊的生產(chǎn)訂單，如實(shí)驗(yàn)測(cè)試車輛、用戶特殊需求車輛等，跟蹤管理不及時(shí)就很容易出現(xiàn)零部件的錯(cuò)裝、漏裝，嚴(yán)重影響車輛的一次下線合格率，導(dǎo)致生產(chǎn)計(jì)劃不能按時(shí)完成。

隨著汽車產(chǎn)品型號(hào)的急劇增加，產(chǎn)品配置越來(lái)越復(fù)雜，為了在JIT的生產(chǎn)模式下，通過(guò)信息化的手段改善生產(chǎn)線的管理水平，汽車生產(chǎn)線需要引入RFID技術(shù)，具體表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：（1）生產(chǎn)線實(shí)時(shí)化管理的需要：RFID作為一種先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集及識(shí)別技術(shù)，能為制造執(zhí)行系統(tǒng)及時(shí)提供生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)信息，幫助管理層及時(shí)做出相應(yīng)的計(jì)劃調(diào)整和生產(chǎn)安排，提高生產(chǎn)線的計(jì)劃執(zhí)行能力。（2）生產(chǎn)線靈活性管理的需要：利用RFID技術(shù)隨時(shí)定位生產(chǎn)線上特殊車輛的位置，并了解車輛的裝配情況和完成進(jìn)度，可以有效防止裝配錯(cuò)誤，并加快管理層處理異常事件的響應(yīng)速度。（3）生產(chǎn)線裝配標(biāo)準(zhǔn)化的需要：標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)是JIT管理模式的具體要求之一，運(yùn)用RFID技術(shù)能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)裝配過(guò)程的可視化，從而保證作業(yè)人員進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化操作，提高汽車成品的一次下線合格率。（4）生產(chǎn)線物料動(dòng)態(tài)配送的需要：利用RFlD技術(shù)可以方便地采集到生產(chǎn)線上物料的實(shí)時(shí)消耗信息，零部件供應(yīng)人員就可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)物料的消耗進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)及時(shí)準(zhǔn)確的備料和送料，既能保證生產(chǎn)線的供應(yīng)，又能避免生產(chǎn)線在制品的大量堆積。

4 應(yīng)用于汽車生產(chǎn)線的RFID技術(shù)參數(shù)的選擇

4.1 工作頻率選擇

RFID系統(tǒng)的工作頻率是其最基本的技術(shù)參數(shù)之一，采用何種工作頻率應(yīng)根據(jù)各個(gè)頻率所具有的不同特性進(jìn)行分析，具體如表1所示一。與此同時(shí)，汽車生產(chǎn)線的環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，存在金屬車身、工位物料及器具、廠房立柱等物體，會(huì)產(chǎn)生電磁波屏蔽現(xiàn)象，影響到標(biāo)簽讀取的可靠性，以及考慮到生產(chǎn)線上各工序分布較長(zhǎng)、生產(chǎn)線操作為流水作業(yè)等影響因素，選擇超高頻（862（902）MHz～928MHz）作為生產(chǎn)線在線信息獲取、車輛識(shí)別跟蹤的射頻載波頻率，并選擇高頻（13.56MHz）作為線邊物料消耗信息獲取、工位物料狀態(tài)跟蹤的射頻載波頻率。

表1 不同頻率的工作特性

4.2 系統(tǒng)部件選擇

針對(duì)汽車生產(chǎn)線為流水作業(yè)、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)車輛密集的環(huán)境特點(diǎn)，選擇無(wú)源被動(dòng)式標(biāo)簽。此類標(biāo)簽在有限場(chǎng)強(qiáng)范圍內(nèi)受到讀寫器的信號(hào)激活后才能進(jìn)入工作狀態(tài)，能更好的滿足流水線上車輛跟蹤管理的要求。同時(shí)為了保證電子標(biāo)簽現(xiàn)場(chǎng)工作的可靠性，應(yīng)將標(biāo)簽進(jìn)行防水防金屬的二次封裝處理。在汽車的生產(chǎn)過(guò)程中，待裝車輛均采用履帶式輸送，可在履帶兩側(cè)設(shè)置固定式超高頻系讀寫器。該頻段讀寫器能夠讀寫ISO 18000-6協(xié)議標(biāo)簽，讀卡速度為平均每單字（32bit）需耗時(shí)6ms，寫卡速度為平均每單字（32bit）耗時(shí)50ms。根據(jù)讀寫器頻率范圍的不同，選擇的天線的形式和結(jié)構(gòu)也不相同。介于線極化天線信號(hào)覆蓋范圍相對(duì)于圓極化天線較小，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)其信號(hào)覆蓋范圍不易與其它天線覆蓋范圍重疊，所以選擇平板型線極 化天線。最后根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各工序間的間隔距離，靈活確定所需架設(shè)天線的位置、方向和個(gè)數(shù)，保證標(biāo)簽具備較高的識(shí)讀率。RFID的應(yīng)用軟件系統(tǒng)需要根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行開(kāi)發(fā)，結(jié)合汽車生產(chǎn)線應(yīng)用環(huán)境，RFID的應(yīng)用軟件系統(tǒng)可與汽車企業(yè)現(xiàn)有的ERP（Enterprise Resource Planning，企業(yè)資源規(guī)劃）、MES（Manufacturing Execution System，制造執(zhí)行系統(tǒng)）、LES（Logistics Execution System，物流執(zhí)行系統(tǒng)）等系統(tǒng)集成，以提高生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。

5 RFID技術(shù)在汽車生產(chǎn)線的應(yīng)用模式分析

RFID技術(shù)在汽車生產(chǎn)線上的運(yùn)用是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，本文結(jié)合汽車生產(chǎn)線上對(duì)RFID技術(shù)的需求分析，并參照汽車企業(yè)總裝車間的生產(chǎn)工藝流程，提出了RFID在汽車生產(chǎn)線的應(yīng)用模式，具體為四個(gè)方面：車輛隊(duì)列信息采集、車輛定位跟蹤、裝配過(guò)程可視化、生產(chǎn)線物料動(dòng)態(tài)配送，

如圖1所示。

圖1 汽車生產(chǎn)線RFID應(yīng)用模式分布圖

5.1 車輛隊(duì)列信息采集

汽車總裝車間的第—個(gè)任務(wù)就是將存放于PBS（Painted Body Storage，噴涂車身緩沖區(qū)）的車身按照日生產(chǎn)計(jì)劃通過(guò)吊架輸送到總裝生產(chǎn)線上。但由于PBS區(qū)輸送鏈的扭轉(zhuǎn)能力有限，有時(shí)上線車輛隊(duì)列不能完全與生產(chǎn)計(jì)劃匹配。采用RFlD進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)采時(shí)，可在PBS區(qū)內(nèi)將超高頻標(biāo)簽置于上線車輛頂部，并在標(biāo)簽中預(yù)先寫入車輛的唯—標(biāo)識(shí)碼（VIN碼）。當(dāng)上線車輛隨傳送鏈途徑信息采集點(diǎn)時(shí)，RFID讀寫器讀取標(biāo)簽中的VIN碼信息，并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳給后臺(tái)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)車輛的VIN碼自動(dòng)生成車輛在傳送鏈上的隊(duì)列信息，并向裝配車間顯示屏發(fā)布隊(duì)列信息。如遇緊急情況，需要將某一臨時(shí)待裝車輛插入到生產(chǎn)隊(duì)列或者從生產(chǎn)隊(duì)隊(duì)列中取消某—待裝車輛時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)操作人員可通過(guò)手持?jǐn)?shù)據(jù)終端讀取隨車標(biāo)簽中的VIN碼，并進(jìn)入系統(tǒng)進(jìn)行手工修改，以保汪生產(chǎn)隊(duì)列信息的正確性。這樣及時(shí)獲取車輛隊(duì)列信息后，能保證生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各資源的合理配置，即使是各類緊急情況也可以在較短的時(shí)間內(nèi)得出最優(yōu)的資源調(diào)度方案。

5.2 車輛定位跟蹤

對(duì)混流生產(chǎn)線而言，車輛的定位跟蹤非常重要。一般，車輛在焊裝車間就開(kāi)始跟蹤，再到WBS（White Body Storage，白車身緩沖區(qū)），通過(guò)涂裝車間，經(jīng)過(guò)PBS區(qū)重新排序，直至總裝車間下線檢驗(yàn)結(jié)束后，進(jìn)入成品庫(kù)。因此，采用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)車輛定位跟蹤方案，可在各車間和各重要位置設(shè)置信息采集點(diǎn)。以總裝車間為例，可在車輛的上線點(diǎn)，下線點(diǎn)以及多個(gè)重要的安裝工位設(shè)置信息采集點(diǎn)：當(dāng)車輛隨輸送鏈到達(dá)上線信息采集點(diǎn)時(shí)，RFID讀寫器讀取高頻標(biāo)簽中的VIN碼信息，并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳給ERP系統(tǒng)，完成車輛的上線報(bào)工。當(dāng)車輛途經(jīng)工位信息采集點(diǎn)時(shí)，讀寫器掃描到標(biāo)簽中的VIN碼信息后通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)支持，可以獲取當(dāng)前車輛所在的工位位置，從而知道該車輛的裝配進(jìn)度。通過(guò)對(duì)每個(gè)車輛裝配進(jìn)度信息的匯總，可以獲取整個(gè)裝配線的車輛裝配情況。當(dāng)車輛裝配完成到達(dá)下線信息采集點(diǎn)時(shí)，讀寫器掃描到標(biāo)簽中的VIN碼信息后通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)支持，獲取車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)號(hào)，下線點(diǎn)工作人員校驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)號(hào)與vIN號(hào)匹配無(wú)誤后，完成車輛下線報(bào)工，并回收隨車附帶的超高頻標(biāo)簽，將標(biāo)簽循環(huán)使用。

5.3 裝配過(guò)程可視化

在汽車的生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)RFID技術(shù)采集底層生產(chǎn)信息。可實(shí)現(xiàn)對(duì)裝配過(guò)程的可視化管理，實(shí)時(shí)向裝配人員發(fā)布必要的裝配和質(zhì)量控制信息，以輔助裝配人員完成裝配作業(yè)和在線自檢工作。根據(jù)生產(chǎn)線工藝需求，可在生產(chǎn)線上的各個(gè)裝配工位設(shè)置可視化工作站，工作站主要由RFID系統(tǒng)、工位PC（personalcomputer，工位電腦）、通信接口模塊和裝配管理信息系統(tǒng)組成。當(dāng)車輛進(jìn)入工作站的工作范圍內(nèi)時(shí)，RFID讀寫器掃描到超高頻標(biāo)簽中的VIN碼后傳輸給裝配管理信息系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)唯一的VIN碼標(biāo)識(shí)獲取到本工位應(yīng)安裝部件的名稱、型號(hào)、數(shù)量等要求，并顯示在工位PC上，有效防止錯(cuò)裝和漏裝的發(fā)生。完成該工位的裝配工常后，由裝配工人在工位PC上進(jìn)行確認(rèn)，將裝配信息反饋給裝配管理信息系統(tǒng)。如遇特殊情況，若是裝配失敗，需注明失敗原因，為下線返修提供依據(jù)。

5.4 生產(chǎn)線物料動(dòng)態(tài)配送

生產(chǎn)線物料的動(dòng)態(tài)配送管理是指從車間物料暫存區(qū)到線邊的物料配送，引入RFID技術(shù)后，物料配送的方式也由傳統(tǒng)的靜態(tài)轉(zhuǎn)變成動(dòng)態(tài)。但進(jìn)行物料動(dòng)態(tài)配送時(shí)，必須考慮生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍、生產(chǎn)線的線邊審存與備料、送料所需的實(shí)際時(shí)間相匹配，才可規(guī)劃為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)物料配送。暾哺所述，利用RFID技術(shù)獲取到生產(chǎn)線隊(duì)列信息，追蹤到在線車輛的生產(chǎn)進(jìn)度及生產(chǎn)狀況，由此推斷出生產(chǎn)線物料的實(shí)時(shí)消耗量和工位在制品肩希量。物料陂送到線邊前預(yù)先將物料的名稱、物料號(hào)、供應(yīng)商等信息與放置在料箱中的高頻標(biāo)簽相綁定，以便在線生產(chǎn)時(shí)及時(shí)采集對(duì)應(yīng)物料的消耗信息。在汽車生產(chǎn)線上當(dāng)車輛進(jìn)入到某裝配工位區(qū)域后，固定式讀寫器自動(dòng)讀取到隨車超高頻標(biāo)簽中的VIN碼信息，工位PC上提示本工位的零部件裝配信息，裝配人員按照裝配信息拿取物料前，通過(guò)高頻讀寫器掃描預(yù)置在物料箱中的高頻標(biāo)簽，將標(biāo)簽內(nèi)的物料信息傳送到動(dòng)態(tài)物料配送系統(tǒng)中，系統(tǒng)自動(dòng)消減該工位物料的線邊庫(kù)存量，當(dāng)它低于某—安全值時(shí)便發(fā)布補(bǔ)料指令，以保證生產(chǎn)線物料的正常供應(yīng)。

6 應(yīng)用實(shí)踐

基于上述RFID技術(shù)在汽車生產(chǎn)線的應(yīng)撇的研究，針對(duì)某汽車制造公司的其中—萄女轎車生產(chǎn)總裝線進(jìn)行了初期實(shí)踐。該公司的轎車生產(chǎn)總裝線是混線生產(chǎn)模式，每種車型有多種組合配置，遇到上線車輛隊(duì)列信息發(fā)布不及時(shí)，時(shí)常會(huì)造成物料配送的滯后，甚至有錯(cuò)送或漏送的可能。利用RFID技術(shù)在PBS區(qū)設(shè)置RFID信息采集點(diǎn)后，通過(guò)掃描車身上預(yù)置的超高頻標(biāo)簽，系統(tǒng)就可及時(shí)地獲取并發(fā)布車輛隊(duì)列信息，為物料配送提供了準(zhǔn)確的依據(jù)，同時(shí)降低了線邊庫(kù)存。

該總裝線上有—條重要的動(dòng)力總成分裝線。分裝線上需預(yù)先完成動(dòng)力總成的裝配，然后在總裝主線上將動(dòng)力總成安裝到與其對(duì)應(yīng)的車體上。以往需要對(duì)動(dòng)力總成和車體的匹配性進(jìn)行人工效驗(yàn)，利用RFID后則可以自動(dòng)完成動(dòng)力總成的上線效驗(yàn)，工作流程如圖2所示。RFID讀寫器通過(guò)隨車的超高頻標(biāo)簽可自動(dòng)獲取待裝車輛的VIN號(hào)到控制系統(tǒng)文本框中，該工位操作人員只需通過(guò)手持掃描動(dòng)力總成托盤上電子標(biāo)簽時(shí)應(yīng)的VIN號(hào)到文本艇中，系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)兩個(gè)VIN號(hào)是否匹配：當(dāng)兩個(gè)VIN號(hào)—致時(shí)通過(guò)上線驗(yàn)證，否則提示錯(cuò)誤。

圖2 動(dòng)力總成自動(dòng)校驗(yàn)流程圖

下面以生產(chǎn)線上汽車分動(dòng)器總成為例進(jìn)行動(dòng)態(tài)物料供應(yīng)分析：總裝線的生產(chǎn)節(jié)拍為3min/車，物料器具的承載量為12個(gè)/器具，線邊庫(kù)存的存儲(chǔ)量為12，從總裝物料暫存區(qū)到分動(dòng)器裝配工位的送貨時(shí)間為T送=15min/趟，則工位庫(kù)存消耗的臨界時(shí)間為T臨=12×3=36min。因?yàn)門送

7 結(jié)束語(yǔ)

隨著汽車工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)的發(fā)展，RFID技術(shù)的應(yīng)用正從物流供應(yīng)鏈進(jìn)入汽車制造過(guò)程的核心。如上所述，RFID技術(shù)作為自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，能夠彌補(bǔ)條碼技術(shù)的不足，滿足汽車生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)信息準(zhǔn)確性和及時(shí)性的需要，是改善生產(chǎn)線管理模式的重要手段。據(jù)某汽車制造公司的轎車生產(chǎn)總裝線的實(shí)際運(yùn)行情況表明，RFID能夠滿足MES系統(tǒng)獲取生產(chǎn)線信息的需求，但目前的實(shí)踐還僅停留在試點(diǎn)應(yīng)用的階段，其主要目的是將RFID引入了汽車生產(chǎn)線，通過(guò)試點(diǎn)了解RFID在汽車生產(chǎn)過(guò)程中體現(xiàn)出的各方面性能特點(diǎn)，并整合應(yīng)用軟件系統(tǒng)，為下一步將RFID技術(shù)遍布到整個(gè)生產(chǎn)線奠定基礎(chǔ)。