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RFID技术在汽车生产线的应用模式研究

2017-08-09
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作者:梁昌勇 叶娟 沈浩杰  



1、引言


  随着市场竞争的日趋激烈,中国的汽车工业得到了长足的发展。为了提高汽车生产线管理水平,制造出更多更好的汽车,汽车生产过程中的信息采集、信息利用以及现场目标产品的控制和跟踪变得越来越重要。在传统的制造生产中,通常是通过手工在生产管理文件上记录产品的生产过程信息,然后再统一录入到计算机中,无法实现实时的有效控制,并且信息利用率也非常低。近年来随着芯片技术、无线技术以及计算机网络技术的不断发展,RFID技术开始大规模地占领市场,发挥着越来越重要的作用。由于RFID技术具有非接触读写、准确度高、可靠性强、环境耐久性等优点西,将RFID技术与现有的生产线管理执行系统相结合,能为执行系统提供快捷可靠的数据信息,有效提高汽车生产线的管理水平。


2 RFID技术及其应用优势


  RFID(Radio Fhquency Identmcation,射频识别)技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。—个典型的RFID系统主要由射频标签、读写器、天线和应用软件系统四部分组成。多数国内汽车企业对于生产线上的信息采集是利用条形码,但由于条形码固有的—些缺点,其应用于生产线存在着一定的局限性:例如,条形码所能承载的信息容量非常有限;读取数据时必须将条码对准扫描仪才有效;如果印有条码的横条被撕裂、污损或脱落就无法扫描商品;在生产过程中需要大量的人工操作,容易出现漏扫或人为失误;RFID技术是条码技术的发展和完善,在生产中能够弥补条码的上述缺点,具体表现在:RFID能够满足较大的数据记忆容量;可以实现无接触无屏障地交换数据,识别对象信息;射频标签可以在高温环境或粉尘环境下工作且使用寿命长,并可循环使用;与传统的识别技术比较,无需人工操作,可实现完全自动化控制。


3 RFID技术在汽车生产线上的需求分析


  目前,大多数国内汽车企业都采用了JIT(Just IN Time,准时化)的生产模式,这对汽车生产线的现场管理和对生产计划的有效执行提出了更高的要求。由于很多汽车生产线上仍然采用条码技术采集信息,车间管理者和企业高层管理人员不能够及时、透明地了解生产线上的实际生产进度,导致实际生产常常不能完全符合生产计划的要求。尤其是在混线生产的生产线上,对于特殊的生产订单,如实验测试车辆、用户特殊需求车辆等,跟踪管理不及时就很容易出现零部件的错装、漏装,严重影响车辆的一次下线合格率,导致生产计划不能按时完成。


  随着汽车产品型号的急剧增加,产品配置越来越复杂,为了在JIT的生产模式下,通过信息化的手段改善生产线的管理水平,汽车生产线需要引入RFID技术,具体表现在如下几个方面:(1)生产线实时化管理的需要:RFID作为一种先进的数据采集及识别技术,能为制造执行系统及时提供生产线的数据信息,帮助管理层及时做出相应的计划调整和生产安排,提高生产线的计划执行能力。(2)生产线灵活性管理的需要:利用RFID技术随时定位生产线上特殊车辆的位置,并了解车辆的装配情况和完成进度,可以有效防止装配错误,并加快管理层处理异常事件的响应速度。(3)生产线装配标准化的需要:标准化作业是JIT管理模式的具体要求之一,运用RFID技术能实现生产装配过程的可视化,从而保证作业人员进行标准化操作,提高汽车成品的一次下线合格率。(4)生产线物料动态配送的需要:利用RFlD技术可以方便地采集到生产线上物料的实时消耗信息,零部件供应人员就可根据现场物料的消耗进度,实现及时准确的备料和送料,既能保证生产线的供应,又能避免生产线在制品的大量堆积。


4 应用于汽车生产线的RFID技术参数的选择


4.1 工作频率选择

  RFID系统的工作频率是其最基本的技术参数之一,采用何种工作频率应根据各个频率所具有的不同特性进行分析,具体如表1所示一。与此同时,汽车生产线的环境相对复杂,存在金属车身、工位物料及器具、厂房立柱等物体,会产生电磁波屏蔽现象,影响到标签读取的可靠性,以及考虑到生产线上各工序分布较长、生产线操作为流水作业等影响因素,选择超高频(862(902)MHz~928MHz)作为生产线在线信息获取、车辆识别跟踪的射频载波频率,并选择高频(13.56MHz)作为线边物料消耗信息获取、工位物料状态跟踪的射频载波频率。


  表1 不同频率的工作特性


4.2 系统部件选择

  针对汽车生产线为流水作业、生产现场车辆密集的环境特点,选择无源被动式标签。此类标签在有限场强范围内受到读写器的信号激活后才能进入工作状态,能更好的满足流水线上车辆跟踪管理的要求。同时为了保证电子标签现场工作的可靠性,应将标签进行防水防金属的二次封装处理。在汽车的生产过程中,待装车辆均采用履带式输送,可在履带两侧设置固定式超高频系读写器。该频段读写器能够读写ISO 18000-6协议标签,读卡速度为平均每单字(32bit)需耗时6ms,写卡速度为平均每单字(32bit)耗时50ms。根据读写器频率范围的不同,选择的天线的形式和结构也不相同。介于线极化天线信号覆盖范围相对于圆极化天线较小,在生产现场其信号覆盖范围不易与其它天线覆盖范围重叠,所以选择平板型线极 化天线。最后根据生产现场各工序间的间隔距离,灵活确定所需架设天线的位置、方向和个数,保证标签具备较高的识读率。RFID的应用软件系统需要根据不同的应用需求进行开发,结合汽车生产线应用环境,RFID的应用软件系统可与汽车企业现有的ERP(Enterprise Resource Planning,企业资源规划)、MES(Manufacturing Execution System,制造执行系统)、LES(Logistics Execution System,物流执行系统)等系统集成,以提高生产线的生产效率。


5 RFID技术在汽车生产线的应用模式分析


  RFID技术在汽车生产线上的运用是一项复杂的系统工程,本文结合汽车生产线上对RFID技术的需求分析,并参照汽车企业总装车间的生产工艺流程,提出了RFID在汽车生产线的应用模式,具体为四个方面:车辆队列信息采集、车辆定位跟踪、装配过程可视化、生产线物料动态配送,如图1所示。

图1 汽车生产线RFID应用模式分布图


5.1 车辆队列信息采集

  汽车总装车间的第—个任务就是将存放于PBS(Painted Body Storage,喷涂车身缓冲区)的车身按照日生产计划通过吊架输送到总装生产线上。但由于PBS区输送链的扭转能力有限,有时上线车辆队列不能完全与生产计划匹配。采用RFlD进行现场数采时,可在PBS区内将超高频标签置于上线车辆顶部,并在标签中预先写入车辆的唯—标识码(VIN码)。当上线车辆随传送链途径信息采集点时,RFID读写器读取标签中的VIN码信息,并通过无线网络传给后台控制系统,系统根据车辆的VIN码自动生成车辆在传送链上的队列信息,并向装配车间显示屏发布队列信息。如遇紧急情况,需要将某一临时待装车辆插入到生产队列或者从生产队队列中取消某—待装车辆时,现场操作人员可通过手持数据终端读取随车标签中的VIN码,并进入系统进行手工修改,以保汪生产队列信息的正确性。这样及时获取车辆队列信息后,能保证生产现场各资源的合理配置,即使是各类紧急情况也可以在较短的时间内得出最优的资源调度方案。


5.2 车辆定位跟踪

  对混流生产线而言,车辆的定位跟踪非常重要。一般,车辆在焊装车间就开始跟踪,再到WBS(White Body Storage,白车身缓冲区),通过涂装车间,经过PBS区重新排序,直至总装车间下线检验结束后,进入成品库。因此,采用RFID技术实现车辆定位跟踪方案,可在各车间和各重要位置设置信息采集点。以总装车间为例,可在车辆的上线点,下线点以及多个重要的安装工位设置信息采集点:当车辆随输送链到达上线信息采集点时,RFID读写器读取高频标签中的VIN码信息,并通过无线网络传给ERP系统,完成车辆的上线报工。当车辆途经工位信息采集点时,读写器扫描到标签中的VIN码信息后通过数据库支持,可以获取当前车辆所在的工位位置,从而知道该车辆的装配进度。通过对每个车辆装配进度信息的汇总,可以获取整个装配线的车辆装配情况。当车辆装配完成到达下线信息采集点时,读写器扫描到标签中的VIN码信息后通过数据库支持,获取车辆的发动机号,下线点工作人员校验发动机号与vIN号匹配无误后,完成车辆下线报工,并回收随车附带的超高频标签,将标签循环使用。


5.3 装配过程可视化

  在汽车的生产过程中,通过RFID技术采集底层生产信息。可实现对装配过程的可视化管理,实时向装配人员发布必要的装配和质量控制信息,以辅助装配人员完成装配作业和在线自检工作。根据生产线工艺需求,可在生产线上的各个装配工位设置可视化工作站,工作站主要由RFID系统、工位PC(personalcomputer,工位电脑)、通信接口模块和装配管理信息系统组成。当车辆进入工作站的工作范围内时,RFID读写器扫描到超高频标签中的VIN码后传输给装配管理信息系统,系统根据唯一的VIN码标识获取到本工位应安装部件的名称、型号、数量等要求,并显示在工位PC上,有效防止错装和漏装的发生。完成该工位的装配工常后,由装配工人在工位PC上进行确认,将装配信息反馈给装配管理信息系统。如遇特殊情况,若是装配失败,需注明失败原因,为下线返修提供依据。


5.4 生产线物料动态配送

  生产线物料的动态配送管理是指从车间物料暂存区到线边的物料配送,引入RFID技术后,物料配送的方式也由传统的静态转变成动态。但进行物料动态配送时,必须考虑生产线的生产节拍、生产线的线边审存与备料、送料所需的实际时间相匹配,才可规划为实时动态物料配送。暾哺所述,利用RFID技术获取到生产线队列信息,追踪到在线车辆的生产进度及生产状况,由此推断出生产线物料的实时消耗量和工位在制品肩希量。物料陂送到线边前预先将物料的名称、物料号、供应商等信息与放置在料箱中的高频标签相绑定,以便在线生产时及时采集对应物料的消耗信息。在汽车生产线上当车辆进入到某装配工位区域后,固定式读写器自动读取到随车超高频标签中的VIN码信息,工位PC上提示本工位的零部件装配信息,装配人员按照装配信息拿取物料前,通过高频读写器扫描预置在物料箱中的高频标签,将标签内的物料信息传送到动态物料配送系统中,系统自动消减该工位物料的线边库存量,当它低于某—安全值时便发布补料指令,以保证生产线物料的正常供应。


6 应用实践


  基于上述RFID技术在汽车生产线的应撇的研究,针对某汽车制造公司的其中—萄女轿车生产总装线进行了初期实践。该公司的轿车生产总装线是混线生产模式,每种车型有多种组合配置,遇到上线车辆队列信息发布不及时,时常会造成物料配送的滞后,甚至有错送或漏送的可能。利用RFID技术在PBS区设置RFID信息采集点后,通过扫描车身上预置的超高频标签,系统就可及时地获取并发布车辆队列信息,为物料配送提供了准确的依据,同时降低了线边库存。


  该总装线上有—条重要的动力总成分装线。分装线上需预先完成动力总成的装配,然后在总装主线上将动力总成安装到与其对应的车体上。以往需要对动力总成和车体的匹配性进行人工效验,利用RFID后则可以自动完成动力总成的上线效验,工作流程如图2所示。RFID读写器通过随车的超高频标签可自动获取待装车辆的VIN号到控制系统文本框中,该工位操作人员只需通过手持扫描动力总成托盘上电子标签时应的VIN号到文本艇中,系统自动检测两个VIN号是否匹配:当两个VIN号—致时通过上线验证,否则提示错误。

图2 动力总成自动校验流程图


下面以生产线上汽车分动器总成为例进行动态物料供应分析:总装线的生产节拍为3min/车,物料器具的承载量为12个/器具,线边库存的存储量为12,从总装物料暂存区到分动器装配工位的送货时间为T送=15min/趟,则工位库存消耗的临界时间为T临=12×3=36min。


7 结束语


  随着汽车工业大规模生产的发展,RFID技术的应用正从物流供应链进入汽车制造过程的核心。如上所述,RFID技术作为自动识别技术,能够弥补条码技术的不足,满足汽车生产过程中对信息准确性和及时性的需要,是改善生产线管理模式的重要手段。据某汽车制造公司的轿车生产总装线的实际运行情况表明,RFID能够满足MES系统获取生产线信息的需求,但目前的实践还仅停留在试点应用的阶段,其主要目的是将RFID引入了汽车生产线,通过试点了解RFID在汽车生产过程中体现出的各方面性能特点,并整合应用软件系统,为下一步将RFID技术遍布到整个生产线奠定基础。


来源:百度文库


村田将于2017年8月16~18日参加2017第九届深圳国际物联网博览会,欢迎亲临现场观展。


展位号:深圳会展中心 2号馆B19


重点展示产品/演示:

RFID标签模块MAGICSTRAP®

娱乐用带天线的超小型HF/NFC嵌入式标签

医疗用超小型HF/NFC嵌入式标签

品牌保护用带天线的可注塑超小型UHF嵌入式标签

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