汽車電子控制器檢測系統(tǒng)在總裝生產(chǎn)線上的應(yīng)用與研究

陳湜清

（同濟(jì)大學(xué)，上海 200092）

1 電子控制器檢測系統(tǒng)

汽車的故障診斷和檢測技術(shù)是相互關(guān)聯(lián)的。汽車故障診斷技術(shù)是以計算機(jī)控制技術(shù)、控制器網(wǎng)絡(luò)作為分析依據(jù)，汽車檢測、試驗(yàn)技術(shù)作為測試手段的一門綜合技術(shù)?，F(xiàn)代汽車電子控制系統(tǒng)故障診斷的防范是基于汽車車載診斷的原理。診斷設(shè)備通過車載診斷接口 （On-Board Diagnostics，OBD）與車載網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行診斷通信，診斷設(shè)備既可以直接與電子控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，也可通過車載網(wǎng)絡(luò)再與各節(jié)點(diǎn)上的電子控制器通信。

本文針對整車在總裝生產(chǎn)線的汽車電子控制器檢測系統(tǒng)進(jìn)行研究及設(shè)計，開發(fā)出檢測過程自動化，終端操作簡單、高效，能夠適應(yīng)批量生產(chǎn)的電子控制器檢測系統(tǒng)，以確保生產(chǎn)線車輛下線時產(chǎn)品品質(zhì)的一致性與穩(wěn)定性。將現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的原理，應(yīng)用在本文所研究的電子控制器檢測系統(tǒng)上 （圖1），可以設(shè)計出以下結(jié)構(gòu)。

1）系統(tǒng)整體規(guī)劃采用“服務(wù)器／客戶端”架構(gòu)，客戶端／服務(wù)器軟件架構(gòu)模型源于PC網(wǎng)絡(luò)?？蛻舳吮欢x為服務(wù)請求者，服務(wù)器被定義為服務(wù)提供者。在該系統(tǒng)中，電子控制器檢測系統(tǒng)服務(wù)器負(fù)責(zé)將車輛信息在各個子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器之間進(jìn)行分配管理，也需要響應(yīng)客戶端提出的服務(wù)請求。

圖1 電子控制器檢測系統(tǒng)

2）手持檢測終端設(shè)備配備客戶端程序，按照不同的工藝要求分配到生產(chǎn)線的不同工位，每個工位根據(jù)具體電子控制器的不同檢測流程，以實(shí)現(xiàn)各自對應(yīng)的功能。現(xiàn)場每個工位的手持檢測終端設(shè)備與電子控制器檢測系統(tǒng)服務(wù)器連接，獲取所需的車輛信息、檢測程序、控制器數(shù)據(jù)以及上傳從車輛讀取的檢測數(shù)據(jù)。

3）電子控制器檢測系統(tǒng)為了獲取生產(chǎn)線上每一臺車輛的生產(chǎn)物料清單 （Bill of Material，BOM），實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動選擇、下載與寫入，檢測系統(tǒng)服務(wù)器還需要與制造生產(chǎn)過程執(zhí)行管理系統(tǒng) （Manufacturing Execution System，MES）對接。可以通過查找車輛的VIN代碼，自動選擇物料清單中記錄的電子控制器軟件數(shù)據(jù)進(jìn)行下載、刷寫等操作。

4）產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng) （Product Lifecycle Management，PLM）作為整車研發(fā)部門管理產(chǎn)品生命周期的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，儲存著最新發(fā)布和凍結(jié)狀態(tài)的車輛控制器硬件、軟件信息。制造生產(chǎn)過程執(zhí)行管理系統(tǒng) （MES）與產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng) （PLM）連接，實(shí)時獲取最新發(fā)布的車輛電子控制器軟硬件信息，用于檢測系統(tǒng)服務(wù)器查詢訪問。

由于柔性化生產(chǎn)的要求，在生產(chǎn)線上相鄰的2臺車的車型、配置基本上是不一樣的。汽車制造企業(yè)為了簡化生產(chǎn)過程的零件數(shù)量，往往采取裝配相同的電子控制器硬件，再針對不同的配置，寫入對應(yīng)的底層軟件和應(yīng)用程序。因此如何讓系統(tǒng)自動準(zhǔn)確地獲得每臺車輛的控制器軟件數(shù)據(jù)，是本文重點(diǎn)研究的問題之一。

企業(yè)銷售系統(tǒng)生產(chǎn)車間接收到客戶訂單后，訂單信息先傳遞給制造生產(chǎn)過程執(zhí)行管理系統(tǒng)MES，MES系統(tǒng)會根據(jù)訂單的詳細(xì)配置要求，針對每一臺車生成特定的單車生產(chǎn)物料清單BOM。單車BOM是為每一臺量身定制的，在生成單車BOM的過程中，MES系統(tǒng)會從產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)PLM中獲取最新發(fā)布的控制器硬件、軟件版本信息，并將這些信息發(fā)送至電子控制器檢測服務(wù)器。最終再通過手持檢測終端設(shè)備輸入到生產(chǎn)車輛。

數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)框圖如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)框圖

2 整車信息獲取與比對

電子控制器檢測系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵是如何自動準(zhǔn)確地獲取控制器軟件信息。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，如果依靠人工來識別并輸入車輛信息，不僅費(fèi)時費(fèi)力，而且人工操作一定會出錯。因此，需要通過使用條碼掃碼器掃描車輛裝配單上的VIN碼，使系統(tǒng)自動獲取到該車的ECU硬件與軟件版本號，以避免人工操作的低效以及錯誤。整車信息獲取與比對流程見圖3。

圖3 整車信息獲取與比對流程

1）產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)服務(wù)器PLM將最新發(fā)布的硬件號和軟件版本信息推送到制造生產(chǎn)過程執(zhí)行管理系統(tǒng)服務(wù)器MES，MES服務(wù)器根據(jù)接收到的生產(chǎn)訂單生成單車生產(chǎn)物料清單，在單車BOM中每一臺車的VIN號碼與控制器的硬件號和軟件版本進(jìn)行綁定，并下發(fā)給電子控制器檢測服務(wù)器。

2）電子控制器檢測系統(tǒng)服務(wù)器從MES服務(wù)器獲取該車輛VIN碼、配置信息、電子控制器軟硬件版本號等信息。

3）當(dāng)車輛在生產(chǎn)流水線運(yùn)行到電子控制器檢測工位時，操作工通過手持檢測終端配備的條形碼掃描器獲取車輛的VIN碼信息，手持檢測終端將生產(chǎn)車輛的VIN碼發(fā)送給電子控制器檢測系統(tǒng)服務(wù)器，服務(wù)器通過查找數(shù)據(jù)庫，查找出該車輛的配置信息、電子控制器軟硬件版本號等信息。與此同時，操作工將手持測試終端聯(lián)接到車輛OBD接口，向車載CAN網(wǎng)絡(luò)發(fā)送電子控制器軟硬件版本號讀取請求，車輛ECU做出應(yīng)答。手持檢測終端將收到的報文信息傳回給電子控制器檢測服務(wù)器。通過比對，如果服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中儲存的信息與車輛讀取到的信息一致，則手持檢測終端會顯示匹配成功。否則報錯，提醒操作員工是否進(jìn)行進(jìn)一步檢查，以及是否需要更新。

3 PLM系統(tǒng)與MES系統(tǒng)集成

PLM系統(tǒng)的主要作用是將新增或更新后的產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息即時推送至MES系統(tǒng)。PLM系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)流的始端，為各個終端系統(tǒng)或設(shè)備提供最準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，是所有數(shù)據(jù)的源頭。當(dāng)PLM系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)發(fā)生變更時 （增加、刪除或修改），需要即時通知下游的MES系統(tǒng)并執(zhí)行更新。

基于該流程的實(shí)際需求，我們采用了RabbitMQ作為連接PLM系統(tǒng)和MES系統(tǒng)的“中間橋梁”，RabbitMQ是目前主流的一種高級消息隊(duì)列協(xié)議 （AMQP）框架，它主要通過異步的消息推送、監(jiān)聽或消費(fèi)來實(shí)現(xiàn)可支持海量數(shù)據(jù)的生產(chǎn)消費(fèi)者模型，換句話說，RabbitMQ主要是為了系統(tǒng)之間的雙向解耦而實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)生產(chǎn)者產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，而處于另一端的消費(fèi)者無法在有限的時間內(nèi)快速消費(fèi)，就會出現(xiàn)數(shù)據(jù)溢出。此時就需要一個中間層或者“緩沖區(qū)”來處理這些還未處理的數(shù)據(jù)，RabbitMQ就扮演了這樣的角色。在本系統(tǒng)中，由于MES系統(tǒng)設(shè)計生產(chǎn)工藝等眾多實(shí)際業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)，因此其對于上游PLM系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理需要花費(fèi)較長時間，與此同時，PLM系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)變更卻是非常頻繁，尤其是軟件的快速迭代導(dǎo)致版本更新。RabbitMQ框架的設(shè)計理念正好適用于這樣的數(shù)據(jù)供需關(guān)系。因此通過架設(shè)Rabbit－MQ來打通MES系統(tǒng)和PLM系統(tǒng)將有效解決兩個系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)高效存儲、更新和消費(fèi)。

RabbitMQ的具體實(shí)現(xiàn)方式：首先PLM在RabbitMQ中開辟一個或多個虛擬的隊(duì)列實(shí)例作為消息推送的入口，此后將需要推送至MES端的數(shù)據(jù)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場景分別推送進(jìn)相應(yīng)隊(duì)列中；另一方面，MES系統(tǒng)選擇監(jiān)聽對應(yīng)的RabbitMQ端口。這時RabbitMQ將根據(jù)MES系統(tǒng)的數(shù)據(jù)消費(fèi)請求即時將儲存的數(shù)據(jù)推送至MES系統(tǒng)，而暫時還未消費(fèi)的數(shù)據(jù)將被保存在RabbitMQ中。為確保以上過程避免發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸過程中存在的數(shù)據(jù)丟失風(fēng)險，RabbitMQ中可以配置多次推送模式，即在每一次消息推送活動過程中，一旦MES系統(tǒng)接收到來自RabbitMQ的任何信息，都必須返回一個成功信息給RabbitMQ，以此確認(rèn)該消息已經(jīng)收到并消費(fèi)，若一定時間內(nèi)RabbitMQ未收到來自下游MES系統(tǒng)關(guān)于某條消息的確認(rèn)回復(fù)，則將再次發(fā)送該消息，以確保數(shù)據(jù)不會丟失。RabbitMQ服務(wù)架構(gòu)圖如圖4所示。

圖4 RabbitMQ服務(wù)架構(gòu)圖

4 電子控制器檢測系統(tǒng)與MES集成

電子控制器檢測系統(tǒng)通過事務(wù)觸發(fā)器即時訪問MES系統(tǒng)。電子控制器檢測系統(tǒng)主要與每一臺具體的車輛進(jìn)行綁定，因此在電子控制器檢測系統(tǒng)訪問MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)過程中，其主要特點(diǎn)如下。

1）并發(fā)量高?？赡艽嬖诙鄠€生產(chǎn)工位同時通過電子控制器檢測系統(tǒng)訪問MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)的情況。

2）數(shù)據(jù)只讀。電子控制器檢測系統(tǒng)以只讀取權(quán)限訪問MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)，無權(quán)限進(jìn)行新增、修改或刪除。

基于以上兩點(diǎn)，我們通過引入一個事務(wù)觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)高并發(fā)的數(shù)據(jù)庫只讀操作模塊，當(dāng)訪問請求到達(dá)時，該事務(wù)觸發(fā)器首先將MES系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行持久化操作，保存在隨機(jī)存儲器 （RAM）中，其次根據(jù)訪問請求具體的請求參數(shù)進(jìn)行響應(yīng)，后一部分可以看作是一個經(jīng)典的后端服務(wù)模式。電子控制器檢測系統(tǒng)流程圖如圖5所示。

圖5 電子控制器檢測系統(tǒng)流程圖

以上流程在具體實(shí)現(xiàn)中，通過手持檢測終端讀取車輛VIN碼，作為觸發(fā)事件，通過事件觸發(fā)器、觸發(fā)客戶端 （電子控制器檢測系統(tǒng)）去讀取客戶端 （MES系統(tǒng)）中儲存的該VIN碼車型對應(yīng)的軟件配置數(shù)據(jù)。整個過程主要采用了MySQL數(shù)據(jù)庫結(jié)合Java的SpringBoot+MyBatis兩個框架來進(jìn)行開發(fā)，其中MyBatis完成了MySQL數(shù)據(jù)庫的Select動作以及數(shù)據(jù)的持久化操作，SpringBoot主要通過切面注入的方式快速實(shí)現(xiàn)服務(wù)端路由，在整個模塊開發(fā)完成之后，還加入了現(xiàn)有的Nginx進(jìn)行服務(wù)代理操作，從而達(dá)到一定的并發(fā)管理和負(fù)載均衡。