論RFID技術(shù)在焊裝車間的應用

葉少劍 謝衛(wèi)林 孫思達 熊露

摘 要：汽車制造行業(yè)智能改造需求十分旺盛，中國的整體經(jīng)濟正處在轉(zhuǎn)型升級的關鍵節(jié)點。生產(chǎn)過程中數(shù)據(jù)傳輸與采集覆蓋整個制造現(xiàn)場，保證海量現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸與采集的實時性、準確性和全面性非常重要。根據(jù)各大主機廠焊裝車間的工藝、信息采集對象、頻次的不同要求，結(jié)合RFID無線傳輸技術(shù)的優(yōu)勢，論述RFID技術(shù)在主機廠焊裝車間車型識別和設備備件管理等方面的應用，通過RFID技術(shù)改良設備缺陷、降低設備故障率以及提升焊裝車間自動化率。

關鍵詞：焊裝;RFID;車型識別;載碼體;標簽;滑橇;備件

中圖分類號：U466 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）04-170-04

On the Application of RFID Technology in Welding Workshop

Ye Shaojian， Xie Weilin，?Sun Sida，?Xiong Lu

（?GAC MOTOR CO.，?LTD.，?Guangdong Guangzhou 511434?）

Abstract：?There is strong demand for intelligent transformation of automobile manufacturing industry. China's overall economy is in the key node of transformation and upgrading. During the production process data transmission and collection cover the whole manufacturing site， so it is very important to ensure the real-time，accuracy and comprehensiveness of massive field data transmission and collection. According to the different requirements of process， information collection object and frequency of welding workshop in main engine plant， combined with the advantages of RFID wireless transmission technology， this paper discusses the application of RFID technology in vehicle identification and equipment spare parts management of welding workshop in main engine plant. Through RFID technology， equipment defect is improved， equipment failure rate is reduced and automation rate of welding workshop is improved.

Keywords： Welding workshop; RFID; Vehicle identification; Carrier code;?Label;?Skid;?Spare part

CLC NO.： U466 ?Document Code： A ?Article ID：?1671-7988（2020）04-170-04

前言

當前，《中國制造2025》發(fā)布實施已經(jīng)到了第四個年頭，中國制造業(yè)正經(jīng)歷新一輪深刻變革，十九大報告再次為我國“智造業(yè)”發(fā)展指明了新方向。因為勞動力成本遞增以及需求急劇變化等各種壓力，汽車制造行業(yè)智能改造需求十分旺盛，這在我國汽車制造行業(yè)中尤其明顯。中國的整體經(jīng)濟正處在轉(zhuǎn)型升級的關鍵節(jié)點，過去的勞動密集型經(jīng)濟正在逐漸衰退，取而代之的是新興的技術(shù)密集型經(jīng)濟，汽車智能制造正是這波潮流中耀眼的明星。而與智造密不可分的工業(yè)制造，發(fā)展至今也從工業(yè)1.0的機械制造，進化至工業(yè)4.0的網(wǎng)絡化生產(chǎn)，虛實融合。

隨著微集成電路的進步，微型智能RFID載碼體等到了很大進步，在低功耗IC技術(shù)方面取得重大突破，RFID技術(shù)具有無接觸、精度高、抗干擾、密封性好、速度快以及適應環(huán)境能力強等顯著優(yōu)點，適應于焊裝車間多粉塵、大電流干擾環(huán)境，廣泛應用于物流管理、交通運輸、醫(yī)療衛(wèi)生以及商品防偽等領域。

1 RFID技術(shù)介紹

1.1 現(xiàn)有識別系統(tǒng)以及RFID技術(shù)優(yōu)勢

當前市場在使用的六大識別系統(tǒng)，如圖1所示：

市場中現(xiàn)有主流六大識別系統(tǒng)為：條形碼識別、二維碼識別、IC卡、光標閱卷技術(shù)、生物識別技術(shù)、圖型識別技術(shù)，?如圖2所示：

RFID的優(yōu)勢：

①無須可見，讀寫可穿透木質(zhì)，塑料等非金屬材料;

②適用于惡劣環(huán)境（塵土、焊渣、油污、漆…）;

③數(shù)據(jù)讀取速度快;

④可重復使用，使用壽命長;

⑤數(shù)據(jù)存儲量大。

1.2 RFID系統(tǒng)構(gòu)成

RFID系統(tǒng)構(gòu)成（如下圖3所示）：

（1）載碼體（Tag）：載碼體分為主動式和被動式，主動式內(nèi)有電能，傳輸距離遠但有壽命限制。被動式由外部磁場提供能源，傳輸距離短但壽命無限;

（2）讀寫頭：用于讀取或者寫入載碼體信息，并將讀取到的信息傳輸?shù)酵ㄓ嵔涌谥凶鱿乱徊教幚?

（3）通訊接口：將讀寫頭讀取到的信息轉(zhuǎn)換為控制器能夠識別的通訊協(xié)議或者將來自控制器的信號轉(zhuǎn)換為讀寫頭可以識別的信號;

（4）控制器：對讀寫頭讀取到的信息進行處理，并發(fā)出讀寫頭需要寫入的信息。

1.3 RFID系統(tǒng)工作原理

RFID系統(tǒng)的工作原理是：載碼體進入磁場后，接收讀寫頭發(fā)出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息（無源載碼體或被動載碼體），或者由載碼體主動發(fā)送某一頻率的信號（Active Tag，有源載碼體或主動載碼體），讀寫頭讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進行有關數(shù)據(jù)處理。

2 RFID技術(shù)在汽車制造生產(chǎn)線上的應用

2.1 RFID在車型傳遞上的應用

在汽車工業(yè)應用RFID系統(tǒng)，由于RFID 數(shù)據(jù)載體信息容量大、可讀可寫的特點，使生產(chǎn)過程中的所有信息都可以進行本地處理，也不需要通過負荷日益增加的網(wǎng)絡來傳播數(shù)據(jù)流，實現(xiàn)了生產(chǎn)信息的全程記錄追蹤，顯著提高了生產(chǎn)效率。國內(nèi)的主要汽車生產(chǎn)企業(yè)如廣汽乘用車、上海大眾、上海通用等均在其車身、涂裝、總裝、發(fā)動機等主要生產(chǎn)車間使用了RFID識別系統(tǒng)。RFID車型識別系統(tǒng)在汽車生產(chǎn)線上的應用，使得汽車生產(chǎn)線更加的柔性化和高效化。

2.1.1?RFID在焊接工位車型傳遞上的應用

在多車型混線生產(chǎn)的車間，焊接工位的特點是每個工位都需要進行RFID讀寫操作，用來進行車型確認。一般適用于需要連續(xù)確認車型的工位。以焊裝車間為例，自動焊接工位如果需要確認車型，可以在搬運工件（如滑橇）的設備上安裝1套RFID設備，載碼體（Tag）被固定在載有工件的滑橇上，自始至終帶著工件運行，在整個生產(chǎn)流程中白車身隨時都攜帶“名片”，當白車身達到工位后，安裝在滾床上的RFID讀寫頭通過讀取固定在滑橇上載碼體（Tag），來獲取車型等數(shù)據(jù)信息，如下圖4所示。

基本過程為：當滑橇等工件運載設備往下一個工位搬運設備時，前工位車型通過PLC將車型數(shù)據(jù)傳遞給下一個工位，或者通過下一工件檢測設備直接檢測到車型，滑橇到位以后通過RFID讀頭讀取滑橇載碼體（Tag）中記錄的車型數(shù)據(jù)，與前一工位通過PLC傳遞的車型數(shù)據(jù)或車型傳感器檢測到的數(shù)據(jù)進行對比確認，以確保車型正確，防止工裝夾具切換錯誤或機器人程序號調(diào)用錯誤，導致嚴重的設備碰撞事故等。同樣的情況可以應用于發(fā)動機裝配線、總裝板鏈輸送線等需要連續(xù)確認車型的工位。如下圖5所示。

2.1.2?RFID在輸送線車型傳遞上的應用

輸送線的特點是只需要在關鍵工位進行車型確認，一般適用于不能直接通過PLC傳遞車型的場合，載碼體（Tag）專門用來傳遞車型且不需要與PLC的車型進行對比。輸送線上的RFID根據(jù)工藝及生產(chǎn)管理需要，可在AGV、輸送線接車入口處、輸送線送車出口處、重要的工藝過程（如掃碼、切換夾具、儲存區(qū)等）入口處設置RFID讀寫頭。

基本過程為：在輸送線入口處，檢測開關檢測到工件載體到位信號后，在工件載體接車過程中，RFID讀頭將工件的車型信號寫入到工件載體的載碼體（Tag）上。載碼體（Tag）隨著工件載體在輸送線中搬運，過程中不做車型信號交互。當工件載體來到輸送線出口處，讀寫裝置開始自動讀取安裝在工件載體上的載碼體（Tag）中所存儲的車型數(shù)據(jù)，并將車型數(shù)據(jù)發(fā)送給PLC，同時可以顯示在人機界面上。如下圖6所示。

2.2?RFID讀寫系統(tǒng)與人機交互界面

當出現(xiàn)以下情況時需要通過人機交互界面對RFID系統(tǒng)進行手動操作：

（1）帶有載碼體（Tag）的工件載體到達工作位以后，RFID讀頭車型讀取異常，此時需要手動操作進行二次讀取;

（2）載碼體（Tag）內(nèi)部車型數(shù)據(jù)丟失或者被RFID讀頭清除，此時需要手動操作進行車型寫入。

我們以車身線上側(cè)圍與地板拼裝工位為例來解讀人機交互界面。RFID系統(tǒng)車型讀寫畫面應當包含兩個功能區(qū)：寫入功能區(qū)（包含寫入功能和車型清除）和讀取功能區(qū)（包含車型讀取功能）。各功能區(qū)主要包括以下內(nèi)容：

1）車型信息概況：用來選擇需要寫入的車型或者顯示當前讀取到的車型;

2）寫入和讀取按鈕：用來操作HMI寫入或者讀取載碼體（Tag）車型;

3）寫入或者讀取完成顯示：用來表示寫入和讀取操作是否成功。

RFID車型讀寫系統(tǒng)HMI畫面，如圖7所示。

3?RFID技術(shù)在設備備件出入庫管理上的應用

3.1?傳統(tǒng)備件管理方式的劣勢和未來的趨勢

傳統(tǒng)備件管理系統(tǒng)通常使用人工倉庫管理單據(jù)等方式，這些管理方式有著明顯的缺點：

（1）傳統(tǒng)出入庫數(shù)據(jù)不是實時申報，很多是事后錄入，庫存數(shù)據(jù)滯后;

（2）人工錄入出入庫信息：工作繁瑣，數(shù)據(jù)量大易出錯漏，增加倉儲環(huán)節(jié)人工成本，進出庫狀態(tài)難以管控;

（3）出入庫操作：出入庫操作繁瑣，備件緊急維修后容易忘記補單，管理不規(guī)范，無法有效管理。

在RFID技術(shù)和物流自動化技術(shù)高速發(fā)展的今天，借助RFID?快速掃描、無障礙閱讀等特點，快速、準確地進行數(shù)據(jù)采集和處理，實現(xiàn)備件倉庫的標準化和高效化運營。未來備件倉庫管理趨勢：

（1）實現(xiàn)快速查貨、找貨，堆存直觀，科學合理;

（2）通過現(xiàn)代先進的網(wǎng)絡技術(shù)，實現(xiàn)入庫、出庫、庫存統(tǒng)計等倉庫管理信息在企業(yè)運營過程中的實時共享;

（3）方便生產(chǎn)部門對設備備件數(shù)量和庫存情況進行監(jiān)管。

RFID智能備件管理系統(tǒng)能有效提高備件倉庫的周轉(zhuǎn)率，減少設備備件庫存浪費，是企業(yè)推行SSC理念的重要環(huán)節(jié)。

3.2?RFID智能備件管理系統(tǒng)

RFID智能備件管理系統(tǒng)由管理系統(tǒng)、手持終端、標簽（Tag）和托盤組成。將制作好的標簽（Tag）貼在每個備件的托盤上。在標簽（Tag）中寫入備件的具體資料、存放位置等信息。備件出入庫時通過手持終端掃描對應托盤標簽（Tag），確認被掃描托盤信息無誤后對數(shù)量進行調(diào)整。變更的庫存數(shù)據(jù)信息實時反饋至管理系統(tǒng)，管理系統(tǒng)結(jié)合安全庫存對備件不足情況報警提示，同時可以隨時生成統(tǒng)計報表。通過以上過程，我們可以實現(xiàn)出庫、入庫自動化并自動輸出各種報表。系統(tǒng)拓撲圖如圖8所示。

3.2.1?備件入庫自動化

RFID智能備件管理系統(tǒng)中，我們的將制作的標簽（Tag）貼在每種備件托盤上，當備件需要入庫時，備件放入對應的托盤以后，我們通過手持終端掃描對應托盤的標簽（Tag）后，手持終端彈出備件信息和備件庫存，在確認無誤后，輸入新入庫備件數(shù)量，該數(shù)據(jù)將實時反饋至服務器，并自動更新庫存數(shù)據(jù)。過程如圖9所示。

通過RFID手持終端可以將備件庫存變化信息實時提交到服務器系統(tǒng)，相對傳統(tǒng)方案的手工記錄而后錄入電腦的方案，庫存的實時性和準確性有很大的提高，效率也得到很大提升。

3.2.2?備件出庫自動化

需要備件出庫時，持手持終端并找到對應備件的托盤，通過手持終端掃描對應托盤的標簽（Tag），在彈出備件信息和備件庫存并確認無誤后，輸入出庫備件數(shù)量并取走備件。備件數(shù)據(jù)變化信息將實時反饋至服務器，并自動更新服務器庫存數(shù)據(jù)。系統(tǒng)將根據(jù)設定的安全庫存實時預警備件的缺貨情況，方便采購擔當及時進行采購。?過程如圖10所示。

支持遠程出庫操作提交、現(xiàn)場倉庫內(nèi)部數(shù)據(jù)處理提交或查詢，能夠確保設備備件庫存不足現(xiàn)狀即刻被暴露，減少因傳統(tǒng)倉庫管理手工錄入滯后導致備件申購滯后、備件缺失等問題。同時簡化了操作，管理不再嚴重依賴員工素質(zhì)，而是依賴系統(tǒng)，從而提高整個倉庫的管理、運作能力。

4 RFID讀寫故障與安裝優(yōu)化方案

RFID在工廠應用過車中，也偶爾會出現(xiàn)載碼體（Tag）數(shù)據(jù)無法讀出的情況。根據(jù)PLC中數(shù)據(jù)分析，結(jié)合RFID模塊反饋的不同數(shù)據(jù)，可以判斷出設備當前狀態(tài)。根據(jù)設備本身特性，總結(jié)出RFID安裝注意事項：

（1）分離式設備的RFID控制器盡量安裝在金屬盒體內(nèi)部，這樣可以避免意外損壞或其它未知的干擾;

（2）天線工作區(qū)域不能直接安裝在金屬支架上，并且安裝時各方向須遠離金屬，遠離的距離參考技術(shù)手冊;

（3）讀寫頭進行讀寫操作時，應保證載碼體（Tag）在天線操作范圍內(nèi)，為減少故障率，載碼體（Tag）應盡量定位于讀寫頭天線的中心區(qū)域;

（4）讀寫頭的電纜與周邊動力線應分開布線并良好接地，避免因為干擾導致讀寫頭非正常反應;

（5）載碼體（Tag）安裝時，載碼體（Tag）與金屬之間須（參考技術(shù)手冊）保持一定的距離，建議采用標準配置中提供的標準安裝附件進行安裝;

（6）當載碼體（Tag）的安裝環(huán)境中存在有載碼體（Tag）側(cè)向延長線上的側(cè)向金屬情況下，須（參考技術(shù)手冊）確保載碼體（Tag）與側(cè)向金屬間至少保持最低隔離間距以上，確保載碼體（Tag）的正常讀寫操作不會受到側(cè)向金屬的影響。

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