基于RFID技術的汽車混流裝配生產監控系統的設計與實現

　　1引言

　　混流裝配線，有時也特指混合車型組裝線，是指在一定時間內，在同一條生產線上生產出多種不同型號的產品，產品品種可以限顧客需求的變化而變化。近年來，國內外關于RFID技術在生產制造中應用的研究很多。一些科研人員將RFID技術運用于生產車間的制造執行系統，對整個生產過程提供實時信息的數據采集系統進行了分析，將RFID技術與MES集成改善了業務流程，使制造過程中的成本和錯誤大大減少，提高了生產率，經濟效益更為突出一些科研人員將RFID技術運用于離散制造業制造執行系統，針對離散制造業企業資源計劃的計劃層與現場過程控制層間信息和管理的斷層而引起的生產管理問題，提出了通過工位和車間控制器協調配合完成生產計劃的下發和現場生產數據的實時采集，通過系統集成接口實現制造執行系統與企業資源計劃系統的數據和業務集成，實現了制造和質量的可視化和數字化管理。

　　2汽車混流裝配生產監控系統的結構設計

　　2.1系統的硬件布置

　　汽車混流裝配系統由RFID標簽、讀寫器、讀寫器大線、電子看板、數據處理中間件等部件組成。整個系統硬件布置的示意圖，如圖1所示。

圖1 RFID生產監控系統的硬件布置圖

　　2.2系統的軟件架構

　　汽車混流裝配生產監控系統軟件架構，如圖2所示。包括中間件層、控制層、功能層與表示層。業務邏輯組件主要負責對整個系統的各種業務進行處理.并將各個數據保存到數據庫后傳入上層企業管理系統。

圖2生產監控系統軟件架構圖

　　數據采集處理主要是采集現場生產中的各種數據，中間層負責控制現場采集節點(智能終端)的適配配置，實現對RFID數據的采集和過濾、監聽底層采集事件和上層系統的消息事件、協議封裝和命令解析等功能.并將數據傳人業務邏輯層。

　　3汽車混流裝配生產監控系統的功能模塊設計

　　由于總裝車間的加工工藝復雜和工序多等特點，主要是對總裝車間的生產實時監控進行研究，面向客戶訂單的汽車生產監控系統的功能原理圖，如圖3所示。

圖3面向客戶訂單的汽車生產監榨系統的功能原理圖

　　3.1裝配工藝與調度管理模塊

　　主要通過從訂單管理模塊中獲取要生產的產品和生產的數量，工藝員對各種車型安排裝配工藝，然后交由企業管理系統進行生產排產。

　　調度管理主要解決在給定生產計劃前提下，以實時監控模塊實時信息為依據，針對故障、供需變動、工藝切換、資源波動造成的系統狀態變化，在線調整作業計劃，實時地作為有關生產方案、工藝路線，資源分配的變動決策。以滿足實際生產的要求。

　　3.2現場生產監控模塊

　　現場生產線上的RFID系統由HFID讀寫器、讀寫器天線、標簽、電子看板4部分組成。

　　(1)現場生產監控線上的RFID標簽由公司統一制定，相關零部件供應商在零部件出廠時必須貼上此種標簽，大型重要的零部件將標簽直接貼在零部件上，小型的零部件將標簽貼在其包裝上。工藝員安排工藝時也必須嚴格按此編碼進行安排裝配工藝。

　　(2)當車架從涂裝車間進人總裝車間時，在車架上貼上RFID標簽(該標簽作為車的唯一標識碼)，標簽上面記錄著各個工位需要裝配的零部件的標務代碼，在總裝車間的各個工位上都安裝讀寫器和看板，并將讀寫器編號。當工件進入第一個工位時，讀寫器讀取標簽上的內容和讀寫器的編號，中間件根據讀寫器的編號提取標簽上的代碼并將第一個代碼傳入企業應用程序，經程序處理后將第一個工位的裝配工藝發送到第一個工位看板。工位看板顯示的內容。如圖4所示。

圖4工位看板上顯示的裝配工藝卡

　　(3)工位工人按照看板顯示的內容進行裝配，一旦拿錯了零部件，零部件上的標簽進人工位讀寫器的讀入范圍時。零部件的標簽自動發送到中間件，當接收的代碼與需要裝配的代碼不一致時，將發送錯裝警報并將正確的裝配信息發送到看板。以后的工序以此類推。

　　3.3現場物流監控模塊

　　汽車裝配車間分為兩條生產線，由于多車型共線生產，所以涉及到的物料品種多、數量大。車間內的物料配送由生產管理室負責配送。

　　(1)生產管理室的工作人員根據管理室電子看板顯示的生產汁劃，去庫房領料。由于現場堆放零部件的空間有限，管理人員每天開始領取可以使用2h的物料。

　　(2)在倉庫的出入口處安裝RFID讀寫器和天線，當零部件經過出口時。讀寫器將出庫要進入現場的零部件讀人現場物流管理模塊。

　　(3)當零部件在士位被正確安裝到車架上時，生產管理室的看板定時的顯示已經使用的物料并顯示需要去庫房領取的物料。管理室的工作人員根據生成的現場物流監控視圖對現場需要物料定時的進行補充，將空箱回收到規定地點置換滿箱物料，配送到相應的工位。

　　(4)記錄每天上線的物料信息和每個班次后剩余的物料信息，當日下班盤點時以批處理的形式傳給系統或每次物料配送后實時的發送給企業管理系統，當庫房的庫存物料低于一定值時，發送報警信息。

　　3.4質量管理與售后管理模塊

　　質量管理模塊主要是對零部件(尤其是重要零部件)從原材料到生產過程直到安裝、使用階段進行追蹤，以適當方式進行標識。由于在汽車裝配生產過程中使用的零部件出廠時貼有RED標簽或其包裝上貼有REID標簽，標簽的上面有專門的供應商編碼，裝配完成后通過質量檢測如果出現了問題，可以及時的找到在什么地方出錯和出錯的原因，這樣可以避免在下次裝配同種型號的車輛時出現同樣的錯誤，并可以及時追究相關人員的責任。如果售后出現問題，由于每輛車從涂裝車間出來時都會貼上標簽，此標簽是本車的唯一標識碼，當汽車經銷售部門售出時，讀寫器將自動讀取其上面的標簽并記入數據庫中存檔。通過記錄的售后信息可以很快的找到買主，以便及時追回不合格品，將損失減小到最低限度。

　　4 RFID汽車裝配生產監控系統中間件設計

　　RFID中間件分為應用程序接口模塊、讀寫器程序接口模塊、事件處理模塊和數據過濾模塊，而數據處理器又是核心中的核心。

　　應用程序接口模塊和讀寫器程序接口模塊主要是用來連接上層應用程序和讀寫器的一組標準接口(API)。生產監控系統中間件的功能模塊圖，如圖5所示。

圖5生產監控系統中間件的功能模塊圖

　　4.1 RFID中間件的數據過濾

　　讀寫器讀取的標簽數據都是一些標簽代碼的原始數據，其中大部分都是重復和冗余數據。在汽車裝配過程中，零件在每個工位都將停留一段時間，讀寫器在短時間內可能會多次重復讀取標簽數據。

　　另外，在裝配過程中的后續工序，由于要讀取的標簽數據特別的多，為了防止標簽的漏讀和碰撞等問題，可能會在工位上安裝多個讀寫器和天線，這樣也將會產生大量的重復和冗余數據。因此在RFID中間件中必須要有數據過濾模塊，生產監控系統中間件的數據過濾模塊的流程圖，如圖6所示。

圖6生產監控系統中間件的數據過濾模塊的流程圖

　　4.2 RFID中間件的事件處理

　　在裝配的過程中，可能會出現設備故障、工人交接班和零部件上道工序出現問題等情況。因此在RFID中間件中設計了事件處理模塊，讀寫器上的每個按鍵代表一種功能。

　　5結束語

　　在裝備制造業信息化過程中，汽車裝配由于生產工藝變更頻繁、車間環境復雜、現場數據較難采集，因此實施難度較大。按照上述架構設計的RFID汽車裝配生產監控系統，通過一些關鍵支撐技術的應用，其能很好地解決汽車裝配過程中對現場數據的實時采集與監控、減少在裝配過程中的出錯率、質量監控與售后跟蹤、物料的及時運轉、減少紙張及數據自動錄入方面的要求。