RFID技術(shù)在白車身調(diào)整線中的應(yīng)用

摘 要：介紹了RFID（無線射頻識別）技術(shù)的基本原理及硬件組成，以焊裝調(diào)整線為例，說明了引入RFID技術(shù)需要具備的條件以及RFID技術(shù)在不同工位的具體應(yīng)用形式。闡述了RFID技術(shù)給生產(chǎn)現(xiàn)場信息傳遞的準確性、高效性、實時性帶來的提升。

關(guān)鍵詞：焊裝調(diào)整線；RFID技術(shù)；生產(chǎn)信息傳遞

隨著經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，汽車已然成為現(xiàn)代生活中不可或缺的組成部分。然而，激烈的市場競爭和消費者日新月異的需求，使得汽車配置愈加豐富多樣，進而對汽車生產(chǎn)線柔性化提出了更為嚴峻的要求。調(diào)整線作為焊裝車間白車身下線前的最后環(huán)節(jié)，通常需要處理來自多條白車身焊接線的產(chǎn)出，這就要求其必須具備快速、準確切換多車型、多配置生產(chǎn)的能力。

但傳統(tǒng)生產(chǎn)線間的信息傳遞形式存在明顯短板：線體之間的信息傳遞往往依賴于人工識別、采集和手動輸入，這種方式不僅效率低下且信息滯后，生產(chǎn)計劃的調(diào)整難以及時實施。更為嚴重的是，還會出現(xiàn)因人工信息采集或輸入的錯誤導(dǎo)致出現(xiàn)生產(chǎn)實物與生產(chǎn)計劃之間不匹配的情況。

為了從根本上解決這些問題，在焊裝車間生產(chǎn)線中引入了基于RFID（無線射頻識別）技術(shù)的信息采集、記錄和傳遞系統(tǒng)?？筛咝?、準確地實現(xiàn)焊裝車間內(nèi)部各線體之間，以及車間與車間之間的實時信息傳遞。本文以焊裝車間調(diào)整線為例，詳細闡述RFID技術(shù)的實際應(yīng)用，展示其帶來的效果提升。

RFID技術(shù)介紹

RFID（Radio Frequency Identification，即無線射頻識別）技術(shù)，是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，通過無線電信號來識別并讀寫特定目標的數(shù)據(jù)。該技術(shù)具有識別迅速、讀取距離遠、信息存儲容量大及適應(yīng)各種環(huán)境等特點。

1.RFID系統(tǒng)的硬件組成

RFID系統(tǒng)通常由數(shù)量不等的電子標簽、讀寫器、計算機、PLC系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)等組成，如圖1所示。

（1）電子標簽（RFID Tag）" 也被稱為載碼體或智能標簽。每個電子標簽都攜帶著唯一的電子編碼，這些電子標簽被牢固地安裝在目標物體上，以實現(xiàn)對目標對象的精準標識。電子標簽通常由一個芯片和一個天線構(gòu)成，芯片用于存儲和處理信息，天線則用于接收和發(fā)送射頻信號。在實際應(yīng)用中，電子標簽的安裝方式靈活多樣，可以根據(jù)具體需求選擇表面安裝、磁吸安裝或直接粘貼等方式。電子標簽通常設(shè)計為圓盤薄片形式（見圖2），其最小直徑可以＜10mm，以便于在各種場景中使用。

圖2 RFID電子標簽樣式

電子標簽的存儲容量一般從幾十字節(jié)到幾百字節(jié)不等，滿足了不同應(yīng)用場景下的數(shù)據(jù)存儲需求。同時，電子標簽的有效通信距離受其工作頻率和讀寫器功率的影響，低頻電子標簽的讀寫距離相對較近，一般在10cm以內(nèi)，而高頻和超高頻電子標簽的讀寫距離分別可以達到幾米甚至數(shù)十米的范圍。此外，電子標簽具有極強耐溫性能。其工作溫度范圍廣泛，在－40～+250℃。而部分采用特殊耐高溫材料的電子標簽更是能夠承受高達300℃的極端高溫環(huán)境，確保了其在不同工業(yè)環(huán)境中的穩(wěn)定可靠運行。

（2）讀寫器（RFID Reader）" 讀寫器是一種專門用于讀取或?qū)懭腚娮訕撕炐畔⒌脑O(shè)備，其設(shè)計靈活多變，既可以是便攜的手持式，也可以是穩(wěn)固的固定式（圖3為固定在升降機上的讀寫器），以適應(yīng)各種不同的應(yīng)用場景。讀寫器的核心組件包括天線和控制模塊。天線負責(zé)發(fā)送射頻信號，這些信號能夠激活附近的電子標簽，并接收激活標簽返回的信息?？刂颇K則負責(zé)對這些信息進行解碼和處理，然后通過通信網(wǎng)絡(luò)，將解碼后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C端，以供進一步的分析和應(yīng)用。

圖3 RFID讀寫器樣式

2.RFID技術(shù)的工作過程

讀寫器通過自身的天線發(fā)送一定頻率的射頻信號。當電子標簽進入讀寫器天線的工作范圍時會產(chǎn)生感應(yīng)電流從而獲得能量并被激活。被激活后，電子標簽就會通過其內(nèi)置的天線將存儲的信息發(fā)送出去。

讀寫器的天線在捕捉到這些來自電子標簽的信號后會對接收到的信號進行解碼。隨后，解碼后的信息會通過通信網(wǎng)絡(luò)被發(fā)送到計算機。計算機會對接收到的信息進行提取和分析，并根據(jù)預(yù)設(shè)的程序做出相應(yīng)的決策。

最后，計算機通過PLC系統(tǒng)發(fā)送指令信號到執(zhí)行機構(gòu)。這些執(zhí)行機構(gòu)可以是機器人、傳送帶、滾床及工裝夾具等，執(zhí)行機構(gòu)會按照計算機的指令進行精確的操作，從而完成整個RFID系統(tǒng)的工作交互流程。

調(diào)整線引入RFID技術(shù)需具備的條件

1.調(diào)整線線體輸送系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

焊裝白車身調(diào)整線輸送系統(tǒng)一般分為板式雙鏈結(jié)構(gòu)輸送系統(tǒng)和滑橇式輸送系統(tǒng)。在實現(xiàn)RFID技術(shù)與生產(chǎn)線的融合時，確保電子標簽與白車身的一一對應(yīng)是關(guān)鍵?；潦捷斔拖到y(tǒng)恰好滿足了這一需求，不僅每一個滑橇對應(yīng)著一臺白車身，還能攜帶白車身跨線體、跨車間運行。在每臺滑橇固定位置安裝一個電子標簽，當RFID讀寫器讀取到滑橇上電子標簽的信息時，就能準確地獲知當前滑橇所攜帶的白車身的車型信息，從而實現(xiàn)了車型信息的精確匹配和追蹤。相比之下，板式雙鏈結(jié)構(gòu)輸送系統(tǒng)由于其自身結(jié)構(gòu)的限制，要做到電子標簽與白車身一一對應(yīng)，需要將電子標簽安裝到白車身上，不僅安裝位置不能像滑橇一樣做到完全一致，還存在電子標簽的回收問題。此外，這種輸送系統(tǒng)的整條產(chǎn)線是整體運行的，因此沒有合適的位置來安裝固定的RFID讀寫器。因此，綜合考慮兩種輸送系統(tǒng)的特點以及RFID技術(shù)的應(yīng)用需求，選擇滑橇式輸送系統(tǒng)作為白車身焊裝調(diào)整線的輸送方案更為合適。圖4為集成了RFID技術(shù)的滑橇式輸送系統(tǒng)示意圖。

圖4 集成RFID技術(shù)的滑橇式輸送系統(tǒng)示意

2.車型信息碼規(guī)則

需要根據(jù)汽車生產(chǎn)的自身特點，定義一套便于使用的車型信息碼規(guī)則。該車型信息碼需涵蓋從焊裝到涂裝，再到總裝車間的所有必要車型配置信息。這樣，車身在各車間轉(zhuǎn)運時，就能直接沿用同一套車型信息碼，避免了在不同車間重新申請和更換信息碼的繁瑣過程。

鑒于車型信息碼所包含內(nèi)容較多，建議采用占用字節(jié)少且易于記憶的阿拉伯數(shù)字和英文字母來對應(yīng)各項配置。既可以有助于減少所需的電子標簽存儲空間，又提高了信息讀寫和處理的效率。

綜合各車間的需求，對車型配置信息進行了精煉和分類，形成了一套包含共用部分、焊裝部分、涂裝部分、總裝部分以及預(yù)留部分的車身信息碼編碼規(guī)則。共用部分主要包含了各車間生產(chǎn)需要的訂單信息和整車配置信息；焊裝部分則針對焊裝車間的生產(chǎn)需求，詳細列出了白車身配置信息和白車身流水號；涂裝部分和總裝部分則分別對應(yīng)涂裝車間和總裝車間的特定需求，確保各車間在生產(chǎn)過程中都能快速、準確獲取所需的車型信息。預(yù)留部分則為未來可能新增的車型配置信息預(yù)留了空間，保證了信息碼的靈活性和可擴展性，具體如圖5所示。

圖5 電子標簽攜帶車型信息示意

通過這套編碼規(guī)則，能夠?qū)崿F(xiàn)一車一碼的目標，確保每臺車身在整個生產(chǎn)周期都能被準確識別和追蹤。

RFID技術(shù)在調(diào)整線的具體應(yīng)用

1.機器人弧焊工位

機器人弧焊工位由弧焊房、弧焊機器人及配套弧焊設(shè)備、弧焊夾具、升降滾床、集中供氣系統(tǒng)及排風(fēng)系統(tǒng)等部分組成?；翑y帶白車身到達弧焊工位后，PLC根據(jù)滾床上3個占位傳感器狀態(tài)判斷滑橇位置是否正常，位置正常則滑橇抱閘夾緊，將滑橇固定。RFID讀寫器讀取滑橇上電子標簽攜帶的車型信息碼，解碼后將車型信息發(fā)送給PLC。PLC接收到車型信息，并根據(jù)預(yù)設(shè)程序分別下發(fā)相應(yīng)工作號給各作業(yè)單元?；『笝C器人、升降滾床及弧焊夾具收到工作號后開始作業(yè)，作業(yè)完成后發(fā)送完成信號給PLC，輸送白車身到下一工位，具體流程如圖6所示。

2.翼子板裝配工位

翼子板裝配工位由固定滾床、翼子板裝配工裝以及顯示屏組成，滑橇攜帶白車身到達工位后，RFID讀寫器讀取滑橇電子標簽攜帶的車型信息碼，并將這些信息分別發(fā)送給顯示屏和翼子板安裝工裝。顯示屏?xí)鶕?jù)接收到的車型數(shù)據(jù)，即時顯示需要上件零件的狀態(tài)，為操作者提供直觀的指引。操作者根據(jù)顯示屏的提示，選取所需零件，并通過翼子板裝配工裝將其安裝到白車身上。翼子板裝配工裝集成有多個零件狀態(tài)傳感器，可通過各個傳感器感應(yīng)到的零件狀態(tài)與收到的車型信息進行比對，只有當兩者吻合時工裝才會進行下一步動作，若出現(xiàn)不匹配的情況則會報警提示零件狀態(tài)錯誤，從而達到防錯的目的。

3.調(diào)整線下線升降機工位

滑橇攜帶白車身到達升降機工位后，升降機上的RFID讀寫器讀取滑橇上電子標簽攜帶車型信息碼并發(fā)送給PLC。PLC提取其中的第1位訂單類型（詳見圖5）后根據(jù)訂單類型下發(fā)不同的操作指令：如訂單類型為2，代表此白車身為商品車訂單，則根據(jù)預(yù)設(shè)程序?qū)总嚿硗ㄟ^升降機送入白車身緩存區(qū)緩存，等待后續(xù)送入涂裝車間繼續(xù)生產(chǎn)；如訂單類型為1，代表此白車身為試制訂單，升降機自動進入臨時白車身下線程序，攜帶白車身到達下車位，并通知操作者確認后將試制白車身下線。

4.白車身緩存區(qū)

白車身緩存區(qū)由兩個白車身緩存區(qū)域、旋轉(zhuǎn)滾床、移行滾床等部分組成，如圖7所示。

滑橇攜帶白車身通過調(diào)整線下線升降機工位進入緩存區(qū)后首先到達移行滾床1，移行滾床1上帶有RFID讀寫器，通過讀取滑橇電子標簽攜帶車身信息碼中的第2到第5位及第17到25位（詳見圖5）獲得車型配置及顏色信息，并按照顏色進行分類后自動將白車身送入緩存區(qū)不同的車道當中存放。緩存區(qū)中每一條存儲車道都帶有RFID讀寫器，可以統(tǒng)計當前緩存區(qū)所存放白車身的數(shù)量及車型信息。操作者可以實時查詢庫存信息然后根據(jù)生產(chǎn)計劃將需要的白車身通過移行滾床3批次送入涂裝車間。

結(jié)語

通過引入RFID技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時采集、統(tǒng)計、傳輸和處理，使得焊裝車間線體之間以及車間與車間之間的信息傳遞變得更為迅速、準確、順暢。降低了因信息傳遞延誤或信息傳遞錯誤而導(dǎo)致的生產(chǎn)成本浪費，確保了生產(chǎn)計劃與實際生產(chǎn)的緊密匹配。未來，隨著應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，RFID技術(shù)將在汽車生產(chǎn)線柔性化提升中發(fā)揮更加重要的作用。

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