西門(mén)子RFID在汽車制造行業(yè)的應(yīng)用

孫傳峰

摘 要：射頻識(shí)別技術(shù)（縮寫(xiě)RFID），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)。隨著汽車大批量的生產(chǎn)及使用，社會(huì)對(duì)于汽車工業(yè)發(fā)展的要求也將越來(lái)越高，所有企業(yè)都希望能夠建立識(shí)別系統(tǒng)使自己的管理水平得到提升，以提高效率、降低差錯(cuò)率。汽車業(yè)必將會(huì)是RFID技術(shù)產(chǎn)生巨大影響的一個(gè)主要領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：RFID；汽車生產(chǎn)線；射頻識(shí)別技術(shù)

目前汽車行業(yè)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(tài)，有些甚至仍然沿用完全手工操作記錄的方式。但所有企業(yè)都希望能夠建立識(shí)別系統(tǒng)來(lái)幫助整個(gè)企業(yè)的管理提升到一定的水平，整個(gè)物流環(huán)節(jié)的效率能夠提高，差錯(cuò)率能夠降低。

1 RFID系統(tǒng)的基本原理及分類

1.1 RFID系統(tǒng)基本原理

RFID（無(wú)線射頻識(shí)別）是近年來(lái)迅速發(fā)展的一種快速識(shí)別技術(shù)，通過(guò)對(duì)被識(shí)別物體的無(wú)接觸識(shí)別獲取資料信息，與傳統(tǒng)條形碼技術(shù)相比，具有數(shù)據(jù)容量大、無(wú)接觸識(shí)別、保存時(shí)間長(zhǎng)、耐污適應(yīng)惡劣環(huán)境等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各行業(yè)。

典型的RFID自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)由以下幾部分組成：數(shù)據(jù)載體，讀/寫(xiě)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(shí)現(xiàn)對(duì)象信息的無(wú)接觸傳遞，以達(dá)到自動(dòng)識(shí)別被標(biāo)識(shí)對(duì)象，獲取標(biāo)識(shí)對(duì)象相關(guān)信息的目的。一套最基本的RFID系統(tǒng)一般由兩部分組成：電子標(biāo)簽（Tag）和閱讀器（Reader）如圖1所示。

1.2 RFID系統(tǒng)的分類

按照電子標(biāo)簽獲取能量的方式，RFID系統(tǒng)分為有源系統(tǒng)和無(wú)源系統(tǒng)。按照工作頻率的不同，RFID系統(tǒng)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(tǒng)。

按照調(diào)制方式的不同，RFID系統(tǒng)可分為主動(dòng)式、被動(dòng)式和半主動(dòng)式。主動(dòng)式的RFID系統(tǒng)用自身的射頻能量主動(dòng)地發(fā)送數(shù)據(jù)給閱讀器（讀頭），調(diào)制方式可為調(diào)幅、調(diào)頻或調(diào)相。被動(dòng)式的RFID系統(tǒng)使用調(diào)制散射方式發(fā)射數(shù)據(jù)，它必須利用閱讀器的載波來(lái)調(diào)制自己的信號(hào)，此時(shí)讀頭可以確保只激活一定范圍內(nèi)的射頻系統(tǒng)。半主動(dòng)式的RFID系統(tǒng)也稱為電池支援式反向散射調(diào)制系統(tǒng)，它本身帶有電池但只起到對(duì)標(biāo)簽內(nèi)部數(shù)字電路供電的作用，標(biāo)簽不通過(guò)自身能量主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)，只有被閱讀器的能量“激活”時(shí)，才通過(guò)反向散射調(diào)制方式傳送自身數(shù)據(jù)。

2 RFID在汽車生產(chǎn)線中的應(yīng)用

在企業(yè)車間現(xiàn)場(chǎng)建立統(tǒng)一中心數(shù)據(jù)庫(kù)，作為物品流通的信息平臺(tái)，以便于整體規(guī)范管理。在工業(yè)環(huán)節(jié)利用RFID技術(shù)為每一個(gè)在制品零部件賦予一個(gè)識(shí)別編號(hào)（ID），也就是該部件在信息網(wǎng)絡(luò)中的名字，通過(guò)RFID技術(shù)，將生產(chǎn)狀態(tài)，庫(kù)存情況映射到信息網(wǎng)絡(luò)中，登記在現(xiàn)場(chǎng)中心數(shù)據(jù)庫(kù)里，在傳送到信息體系中（如ERP，MRP）等。將RFID技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)線監(jiān)控，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和檢測(cè)，節(jié)約成本。RFID標(biāo)簽可以唯一標(biāo)識(shí)每1件產(chǎn)品，通過(guò)應(yīng)用程序記錄每1件產(chǎn)品的原料和來(lái)源、生產(chǎn)線位置、生產(chǎn)過(guò)程和庫(kù)存狀況等信息，為企業(yè)更好地管理生產(chǎn)和調(diào)整庫(kù)存等提供有效的依據(jù)。

汽車制造業(yè)原本就是典型的多工種、多工藝、多物料的大規(guī)模生產(chǎn)過(guò)程，如今隨著個(gè)性化汽車的發(fā)展（購(gòu)買者可以對(duì)汽車進(jìn)行定制），幾乎每1輛汽車都會(huì)有一些個(gè)性化的地方，因此，有必要在生產(chǎn)的全過(guò)程中應(yīng)用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)透明化。汽車產(chǎn)業(yè)鏈可簡(jiǎn)單劃分為零件制造、整車裝配與售后服務(wù)3個(gè)基本環(huán)節(jié)，目前RFID技術(shù)主要應(yīng)用于零件制造和整車裝配環(huán)節(jié)。無(wú)論是零件生產(chǎn)廠還是整車裝配廠，僅由人工管理數(shù)量龐大的零部件和復(fù)雜、眾多的制造流程，不但容易出錯(cuò)而且無(wú)法從源頭上快速提高各流程的運(yùn)作效率。

2.1 RFID在汽車焊裝車間的應(yīng)用

在早期汽車車體焊接生產(chǎn)線上，大多使用人工方式，看書(shū)面操作說(shuō)明書(shū)一步接一步地操作，很容易發(fā)生人為錯(cuò)誤。后來(lái)逐漸改用條形碼標(biāo)簽來(lái)管理，雖然降低了人為出錯(cuò)率，但經(jīng)常因?yàn)樯a(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的粉塵、高溫振動(dòng)、油污等影響而發(fā)生識(shí)別錯(cuò)誤。再遇到帶有罩子的情況時(shí)，無(wú)論是條形碼標(biāo)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(chǎng)、可重復(fù)使用的有源封裝標(biāo)簽，通過(guò)自動(dòng)識(shí)別作業(yè)來(lái)監(jiān)控焊接生產(chǎn)線作業(yè)。可將操作指示信息（車種信息、焊接指示信息、程序等）存儲(chǔ)在目標(biāo)托盤(pán)中，無(wú)線傳輸為了避開(kāi)人和機(jī)器的影響可設(shè)置在焊接生產(chǎn)線較高的地方，由于RFID標(biāo)簽的強(qiáng)抗污染能力和強(qiáng)耐久性，大大減少了識(shí)別錯(cuò)誤并且可以有效提高內(nèi)部供應(yīng)鏈的可視化程度。

2.2 RFID在汽車涂裝車間的應(yīng)用

汽車涂裝生產(chǎn)線的工藝過(guò)程繁多復(fù)雜、車型變化大、生產(chǎn)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(fèi)者看起來(lái)都更加完美。因而，車間生產(chǎn)線的各個(gè)工藝環(huán)節(jié)都必須具備非常高的自動(dòng)化水平和質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)。所以，在生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)的車身識(shí)別系統(tǒng)中采用RFID技術(shù)，可以對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中各類現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、狀態(tài)監(jiān)控以及質(zhì)量檢測(cè)等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，及時(shí)送至生產(chǎn)控制中心。

RFID技術(shù)結(jié)合工業(yè)以太網(wǎng)及現(xiàn)場(chǎng)總線可以構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜的自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)汽車涂裝生產(chǎn)線的柔性生產(chǎn)，提高汽車車身生產(chǎn)的自動(dòng)化水平和適應(yīng)不同品種生產(chǎn)的靈活性，使系統(tǒng)具有很好的可靠性和容錯(cuò)能力。

2.3 在汽車總裝車間的應(yīng)用

總裝車間作為汽車整車生產(chǎn)的最后環(huán)節(jié)，涉及零部件眾多、工序繁多，對(duì)保證汽車質(zhì)量和生產(chǎn)進(jìn)度起著重要作用，任何裝配工序的中斷就意味著作業(yè)的耽誤。在總裝生產(chǎn)線上，特別是在采用JIT準(zhǔn)時(shí)制生產(chǎn)方式的流水線上，原材料與零部件必須準(zhǔn)時(shí)送至工位，庫(kù)存與物料供給也必須配合車輛裝配進(jìn)度。

3 RFID技術(shù)面臨的問(wèn)題

RFID是一項(xiàng)新技術(shù)，其應(yīng)用正處在快速發(fā)展之中并且有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α５灿衅渚窒扌?，在推廣應(yīng)用中遇到了不少挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1、成本問(wèn)題。成本是制約RFID推向應(yīng)用市場(chǎng)的巨大瓶頸作為RFID系統(tǒng)中的重要部件，不論是電子標(biāo)簽還是閱讀器，其價(jià)格都比較昂貴。因此，如何降低成本成為RFID技術(shù)被廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。

2、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是RFID標(biāo)準(zhǔn)體系中最基本的組成部分，標(biāo)準(zhǔn)化是推動(dòng)產(chǎn)品廣泛獲得市場(chǎng)的必要措施。但射頻識(shí)別讀取機(jī)與標(biāo)簽的技術(shù)仍未見(jiàn)其有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因此無(wú)法一體化使用；閱讀器與電子標(biāo)簽通信的無(wú)線電頻率使用不規(guī)范；標(biāo)簽上的芯片性能、存儲(chǔ)器存儲(chǔ)協(xié)議與天線設(shè)計(jì)約定等，也都沒(méi)有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

3、隱私與安全問(wèn)題。將來(lái)隨著RFID的大規(guī)模應(yīng)用，在射頻識(shí)別實(shí)施過(guò)程中，隱私和安全必將成為普遍關(guān)注的問(wèn)題。目前的無(wú)源RFID系統(tǒng)沒(méi)有讀寫(xiě)能力，所以無(wú)法使用密匙驗(yàn)證方法來(lái)進(jìn)行身份驗(yàn)證，如果標(biāo)簽是有源的，并且會(huì)收到不斷變化的驗(yàn)證密鑰，那將會(huì)大大提高其安全性，不過(guò)這又會(huì)增加其成本。

4、電磁環(huán)境問(wèn)題。RFID應(yīng)用的電磁環(huán)境是一個(gè)開(kāi)放的電磁環(huán)境，對(duì)開(kāi)放電磁環(huán)境的復(fù)雜性認(rèn)識(shí)不足，缺乏足夠的依據(jù)和專業(yè)指導(dǎo)。

4 結(jié)束語(yǔ)

RFID技術(shù)在汽車生產(chǎn)線中的應(yīng)用，有著其他技術(shù)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，非接觸式自動(dòng)獲取數(shù)據(jù)并且可承受惡劣工作環(huán)境，這就保證了其優(yōu)點(diǎn)是配置靈活、響應(yīng)速度快、對(duì)系統(tǒng)通信的要求低，使生產(chǎn)廠能準(zhǔn)確采集相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行在線分析和處理，實(shí)現(xiàn)汽車生產(chǎn)線的自動(dòng)實(shí)時(shí)追蹤和有效監(jiān)控，提高了生產(chǎn)效率。相信隨著RFID技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用系統(tǒng)的推廣普及，RFID技術(shù)在性能方面必將會(huì)有較大提高。RFID技術(shù)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(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

參考文獻(xiàn)

[1]《射頻識(shí)別技術(shù)——原理、協(xié)議及系統(tǒng)設(shè)計(jì)》_謝磊、陸桑璐編著2016年科學(xué)出版社出版圖書(shū)

[2]《射頻識(shí)別》_郭為民編著2006年機(jī)械工業(yè)出版社出版圖書(shū)