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      研究RFID技術(shù)在汽車(chē)總裝線(xiàn)上的應用模式

       摘要:研究應用RFID技術(shù),探索重組企業(yè)信息流,更大限度地發(fā)揮我國制造業(yè)現有資源優(yōu)勢,推動(dòng)企業(yè)技術(shù)進(jìn)步及傳統制造業(yè)的升級換代的可行方案與模式,已成為當務(wù)之急。而將RFID技術(shù)融入MES系統之中,必定是促進(jìn)傳統制造業(yè)發(fā)展升級的眾多途徑之一。      原標題:研究RFID技術(shù)在汽車(chē)總裝線(xiàn)上的應用模式      原作者:2016/7/23    來(lái)源:21IC中國電子網(wǎng)    作者:佚名      
      關(guān)鍵字:RFID  汽車(chē)總裝制造  

       RFID(Radio Frequency Identification)是一種非接觸式的自動(dòng)識別技術(shù),它利用射頻信號通過(guò)空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))實(shí)現無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息達到識別的目的,識別工作無(wú)須人工干預,具有數據存儲量大、可讀寫(xiě)、非接觸、識別距離遠、識別速度快、保密性好、穿透性強、壽命長(cháng)、環(huán)境適應性好以及能同時(shí)識別多標簽等優(yōu)點(diǎn),并且可工作于各種惡劣環(huán)境。
        
          在離散制造業(yè)中,生產(chǎn)車(chē)間作為產(chǎn)品制造的中心場(chǎng)所、成品物流和供應物流的起訖節點(diǎn),車(chē)間的制造能力和其內部物流能力對企業(yè)的生產(chǎn)能力起到了決定性的作用。制造執行系統(Manufacturing Execution System,MES)作為承接ERP(EntERPrise Resource System,企業(yè)資源計劃) 系統、協(xié)調SCM(Supply Chain Management,供應鏈管理)系統、調度底層生產(chǎn)控制系統的樞紐,在車(chē)間生產(chǎn)過(guò)程中起到了重要的作用。激烈的市場(chǎng)競爭對現代制造業(yè)提出了進(jìn)一步的要求,具體表現在以下幾個(gè)方面:少量多種類(lèi)的生產(chǎn)模式,不斷縮短的生產(chǎn)周期,對客戶(hù)多變需求的及時(shí)響應。這些都要求現代制造業(yè)具備更高的自動(dòng)化和信息化程度。研究應用RFID技術(shù),探索重組企業(yè)信息流,更大限度地發(fā)揮我國制造業(yè)現有資源優(yōu)勢,推動(dòng)企業(yè)技術(shù)進(jìn)步及傳統制造業(yè)的升級換代的可行方案與模式,已成為當務(wù)之急。而將RFID技術(shù)融入MES系統之中,必定是促進(jìn)傳統制造業(yè)發(fā)展升級的眾多途徑之一。
        
          1、系統需求分析
        
          作為離散工業(yè)生產(chǎn)中的典型情況,汽車(chē)的裝配生產(chǎn)活動(dòng)具有以下特征:生產(chǎn)過(guò)程并行且異步,設備功能冗余度大,控制量相互獨立,生產(chǎn)資源管理復雜,在生產(chǎn)過(guò)程中的零部件處于離散狀態(tài),車(chē)輛的生產(chǎn)制造主要通過(guò)物理加工和組裝來(lái)實(shí)現。
        
          本文結合安徽省某汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)具體情況,對RFID技術(shù)在汽車(chē)總裝線(xiàn)上的應用模式進(jìn)行研究。
        
          該企業(yè)目前汽車(chē)總裝生產(chǎn)線(xiàn)上主要使用的是條碼技術(shù),工位員工采取手動(dòng)方式掃描車(chē)身VIN碼和零部件條碼進(jìn)行車(chē)輛跟蹤和裝配信息采集,整個(gè)采集過(guò)程耗時(shí)相對較大。當遭遇條碼損壞、沾染污漬無(wú)法識別時(shí),員工需手工輸入車(chē)輛VIN碼或零部件碼,出錯率高,耗時(shí)長(cháng),難以加快生產(chǎn)節拍。生產(chǎn)現場(chǎng)可視化程度有待提高,需要為工人提供實(shí)時(shí)準確的裝配指導,杜絕漏裝錯裝現象的發(fā)生,對生產(chǎn)線(xiàn)車(chē)輛的裝配情況也需要實(shí)時(shí)監控。物料消耗信息反饋不及時(shí),難以實(shí)現生產(chǎn)物料的實(shí)時(shí)拉動(dòng),導致生產(chǎn)物料庫存過(guò)多,影響資金流動(dòng)。缺少對員工和其裝配零部件的關(guān)聯(lián)管理,導致在追溯因為人工操作導致的質(zhì)量問(wèn)題時(shí)難以將責任落實(shí)到人。
        
          RFID技術(shù)不只是條碼技術(shù)的簡(jiǎn)單替換,它在離散制造業(yè)中的應用將改變離散制造企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)方式。由于RFID技術(shù)具有前文所述的諸多優(yōu)勢,用其取代條形碼在汽車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)上對車(chē)輛進(jìn)行標識和跟蹤,整個(gè)過(guò)程無(wú)人工干預,可以在極大程度上降低工人的勞動(dòng)強度和出錯率,F今已經(jīng)可以利用RFID技術(shù)來(lái)實(shí)現自動(dòng)、高速、有效的記錄,降低操作員的勞動(dòng)強度,從而提高了產(chǎn)品下線(xiàn)合格率。
        
          將RFID技術(shù)應用于汽車(chē)制造業(yè),融入到MES系統中,可提升生產(chǎn)過(guò)程的管理與控制水平,有效地跟蹤、管理和控制生產(chǎn)所需的包括物料、設備、人力等資源;與上層管理系統結合,可合理地調度、管理這些資源,提高制造競爭力,改善生產(chǎn)組織、縮短生產(chǎn)周期、減少在制品數量,提高產(chǎn)品的質(zhì)量和降低人力資源消耗。對于發(fā)展離散制造業(yè)生產(chǎn)制造系統模式和應用解決方案、提高制造過(guò)程可視化監控與產(chǎn)品質(zhì)量追蹤水平、促進(jìn)制造行業(yè)RFID技術(shù)應用標準規范形成、帶動(dòng)我國RFID技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展等方面具有重要的理論意義和應用價(jià)值。
        
          2、系統目標
        
          基于以上需求分析,提出以下系統總目標:充分利用RFID的技術(shù)優(yōu)勢,結合總裝車(chē)間MES系統,解決企業(yè)現行ERP系統的計劃層與車(chē)間現場(chǎng)自動(dòng)化系統過(guò)程控制層之間、LES(Logistic Execution System,物流執行系統)車(chē)間內部物流層面和MES系統生產(chǎn)控制層之間、車(chē)輛質(zhì)量追溯系統和原有MES 系統之間信息和管理的斷層問(wèn)題,實(shí)現制造和質(zhì)量的可視化和數字化管理。具體分解為以下幾個(gè)子目標:
        
          (1)將RFID技術(shù)與生產(chǎn)線(xiàn)調度系統進(jìn)行結合,在生產(chǎn)線(xiàn)調度自動(dòng)化的基礎上實(shí)現生產(chǎn)線(xiàn)調度智能化。
        
          (2)將RFID技術(shù)與融入生產(chǎn)車(chē)間的裝配工位之中,利用RFID標簽標識零部件進(jìn)行數據采集,時(shí)刻掌握生產(chǎn)線(xiàn)物料消耗信息,無(wú)延遲拉動(dòng)供應物流,進(jìn)一步滿(mǎn)足JIT供貨模式的需求;對重要部件進(jìn)行安裝記錄,為質(zhì)量追溯系統提供翔實(shí)可靠的數據支持。
        
          (3)將RFID技術(shù)與現場(chǎng)可視化系統相結合,向工位工人提供實(shí)時(shí)準確的裝配指導。
        
          (4)將RFID技術(shù)與車(chē)間人員管理系統和質(zhì)量追溯系統相結合,除了實(shí)現人員管理的功能,還可以對裝配操作進(jìn)行記錄,實(shí)現裝配責任落實(shí)到人。
        
          3、RFID技術(shù)在汽車(chē)總裝線(xiàn)上的應用方案
        
          應用方案中共涉及到高頻(13.56MHz)超高頻(915MHz)兩種不同類(lèi)型的RFID標簽,所選擇的RFID標簽規格如表1、表2 所示。
       
      高頻標簽參數列表
       
      表1 高頻標簽參數列表

       超高頻標簽參數列表

      表2 超高頻標簽參數列表
       
          研究RFID技術(shù)在汽車(chē)總裝線(xiàn)上的應用模式
        
          其中人員配備高頻RFID標簽,標簽內存放員工ID和基本信息;每個(gè)零部件料箱中放置一枚高頻RFID標簽,標簽內存放零部件號;每臺車(chē)輛上放置一枚超高頻RFID標簽,標簽內存放車(chē)輛唯一標識碼(VIN 碼)。車(chē)輛標簽采用膠磁封裝,方便吸附于車(chē)體表面。
        
          在車(chē)輛上線(xiàn)之前,工作人員將初始化的標簽安裝在車(chē)體前部引擎蓋上表面。
        
          生產(chǎn)線(xiàn)員工需在工位上的高頻讀卡器上刷卡,完成上崗認證,系統記錄當前工位員工上崗狀態(tài)信息。
        
          在車(chē)輛上線(xiàn)前,工作人員掃描車(chē)身VIN條碼,超高頻讀寫(xiě)器將VIN碼信息寫(xiě)入其天線(xiàn)場(chǎng)強范圍內的車(chē)輛RFID標簽,后續工位通過(guò)讀寫(xiě)車(chē)身RFID標簽來(lái)完成生產(chǎn)線(xiàn)車(chē)輛監控和數據采集等工作。
        
          在裝配工位,超高頻讀寫(xiě)器讀取車(chē)輛標簽后,提示相應工位的零部件安裝信息。工作人員安裝相應零部件,并在高頻讀寫(xiě)器上刷相應零部件料箱中的高頻RFID標簽。系統獲取相應車(chē)輛的部件安裝信息和工作人員信息以備后期質(zhì)量跟蹤,系統向LES系統返回物料消耗信息,并刷新工位零部件安裝信息提示,直至該工位所有應裝部件全部安裝完畢。在向生產(chǎn)線(xiàn)工位供貨環(huán)節中,生產(chǎn)物流部門(mén)將零部件送達工位之后,系統更新零部件數量信息。
        
          在下線(xiàn)工位,超高頻讀寫(xiě)器讀取車(chē)輛標簽,系統檢查裝配信息,工作人員取下RFID標簽,循環(huán)使用。
        
          4、基于RFID技術(shù)的汽車(chē)總裝制造執行系統
        
          4.1、系統功能模塊
        
          基于RFID技術(shù)的汽車(chē)總裝制造執行系統功能模塊主要分為車(chē)間生產(chǎn)管理、生產(chǎn)線(xiàn)可視化、RFID標簽管理、車(chē)間人員管理等四個(gè)功能模塊,具體功能結構如圖1 所示:
       
      汽車(chē)總裝制造執行系統
       
         圖1 汽車(chē)總裝制造執行系統
        
          車(chē)間人員管理:管理車(chē)間人員的基本信息,配置員工的工作崗位信息,為人員工作記錄和車(chē)輛零部件數采等功能提供相關(guān)基礎數據。
        
          總裝車(chē)間生產(chǎn)管理:在計劃層面從ERP系統獲取粗粒度生產(chǎn)計劃,分解成為日生產(chǎn)計劃,指導車(chē)間生產(chǎn)。在整車(chē)生產(chǎn)過(guò)程中對車(chē)輛的每一個(gè)裝配步驟進(jìn)行指導和監控,以規范整個(gè)生產(chǎn)流程,其中包括向裝配工人提供裝配作業(yè)指導,自動(dòng)化整車(chē)裝配和物料消耗數據采集,提供精確到零部件信息、裝配人員信息、供應商信息的裝配記錄,向MES系統實(shí)時(shí)反饋工位物料的消耗數據。
        
          生產(chǎn)線(xiàn)可視化:提供對生產(chǎn)線(xiàn)和車(chē)輛狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)反饋,有利于管理人員實(shí)時(shí)掌握生產(chǎn)情況。
        
          RFID標簽管理:負責人員標簽的發(fā)放和管理,在車(chē)輛標簽的循環(huán)使用中對標簽進(jìn)行發(fā)放和回收,并針對車(chē)輛標簽進(jìn)行資產(chǎn)管理。
        
          4.2、系統體系結構
        
          本系統利用部署在車(chē)間服務(wù)器中的RFID軟件中間件對車(chē)間讀寫(xiě)器網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行統一管理,有利于屏蔽RFID設備差異性、提高RFID讀寫(xiě)器網(wǎng)絡(luò )的穩定性和效率,且RFID 設備不依賴(lài)工位終端,無(wú)需對工位終端進(jìn)行特殊配置,方便部署;赗FID技術(shù)的汽車(chē)總裝制造執行系統結構如圖2所示:
       
      系統體系結構 
       
      圖2 汽車(chē)總裝制造執行系統結構  
       
          4.3、系統軟件架構
        
          本系統采用B/S架構,在J2EE開(kāi)發(fā)環(huán)境下,結合Struts2、Hibernate、Spring、DWR等主流開(kāi)源框架,具有良好的跨平臺兼容性;赗FID技術(shù)的汽車(chē)總裝管理系統的軟件架構如圖3所示:
       
      系統軟件架構
       
        圖3 系統軟件架構  
       
          Struts框架是基于MVC(Model-View-Controller)模式的框架,主要采用JSP與Servlet 技術(shù)實(shí)現。系統使用Struts框架整合Servlet、JSP、自定義標簽和信息資源,完成系統對前臺頁(yè)面操作的響應。
        
          系統采用Hibernate作為Java持久層解決方案,建立對象/關(guān)系映射,實(shí)現從關(guān)系型數據到對象型數據的轉換。
         
          DWR作為一種實(shí)現了Ajax交互能力的Web框架,可以把服務(wù)器端的任何Java對象公開(kāi)為可以通過(guò)瀏覽器中的JavaScript訪(fǎng)問(wèn)的遠程對象。本系統利用DWR框架實(shí)現正向和反向Ajax功能,將RFID處理模塊所獲取的數據實(shí)時(shí)推送至響應業(yè)務(wù)模塊中,減少瀏覽器冗余請求,降低服務(wù)器壓力,提高系統運行效率。
        
          Spring框架是在J2EE 的基礎上實(shí)現的一個(gè)輕量級J2EE框架。本系統用它來(lái)為程序提供Bean的配置、AOP的支持、抽象事務(wù)支持,組織系統中的業(yè)務(wù)服務(wù)層、數據訪(fǎng)問(wèn)層對象,實(shí)現組件對象創(chuàng )建與使用之間的松耦合。
        
          5、結束語(yǔ)
        
          據該系統在安徽某汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)總裝生產(chǎn)線(xiàn)上的實(shí)際運行情況表明,基于RFID 技術(shù)的汽車(chē)總裝制造執行系統使得企業(yè)能夠及時(shí)、準確的掌握生產(chǎn)線(xiàn)狀態(tài),提高生產(chǎn)效率,確實(shí)有利于MES系統和LES 系統之間協(xié)同工作,為產(chǎn)品的質(zhì)量跟蹤提供精確的數據保障



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