屈 波

(重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶 401120)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，市場(chǎng)競爭不斷加劇，這就要求各汽車制造企業(yè)不斷降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，以此在市場(chǎng)競爭中占據(jù)有利位置。另一方面，消費(fèi)需求越來越多樣化、個(gè)性化，這對(duì)于汽車制造企業(yè)既是個(gè)機(jī)遇又是個(gè)挑戰(zhàn)。需求的的多樣化就要求裝配過程的多樣化，要求一條裝配線能裝配出多種（甚至可達(dá)上百種）不同配置的車型。這使得裝配過程中零部件的供應(yīng)、識(shí)別和搬運(yùn)等工作顯得十分繁瑣，傳統(tǒng)的裝配方式很難滿足市場(chǎng)多樣化、多變的需求。新興的無線射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）給多樣化裝配過程的自動(dòng)化提供了可能。

無線射頻識(shí)別技術(shù)(RFID )是一種使用射頻通信實(shí)現(xiàn)的非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，可支持快速讀寫、非可視識(shí)別、移動(dòng)識(shí)別、多目標(biāo)識(shí)別、定位及長期跟蹤管理。RFID被認(rèn)為是21世紀(jì)最重要的技術(shù)之一，其發(fā)展和廣泛應(yīng)用將對(duì)汽車裝配過程產(chǎn)生革命性影響。

1 RFID系統(tǒng)構(gòu)成及技術(shù)原理

目前，常見的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)包括了條碼技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)、磁卡識(shí)別技術(shù)、生物統(tǒng)計(jì)識(shí)別技術(shù)、光學(xué)字符識(shí)別、機(jī)器視覺識(shí)別、磁性墨跡識(shí)別等。但是RFID技術(shù)具有非接觸、遠(yuǎn)距離、大容量、抗污染、智能化和可讀可寫等其他自動(dòng)識(shí)別技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢(shì)。

射頻識(shí)別系統(tǒng)通常由電子標(biāo)簽、讀寫器和計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)三部分組成（如圖1所示）。

圖1 RFID系統(tǒng)構(gòu)成

1）電子標(biāo)簽：又稱數(shù)據(jù)載體、載碼體，電子標(biāo)簽內(nèi)記錄著被識(shí)別的物體的相關(guān)信息，通常固定在被識(shí)別的物體上，在制造企業(yè)許多情況下被固定在托盤上記錄托盤所放物體的信息，可以通過讀寫器以非接觸的方式讀取/寫入數(shù)據(jù)。

2）讀寫器：又稱讀寫頭，是可以利用射頻技術(shù)讀寫電子標(biāo)簽內(nèi)信息的設(shè)備。通常與上位機(jī)（PLC或PC）相連接，受上位機(jī)控制，讀出的數(shù)據(jù)返回給上位機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的處理。

3）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)：在射頻系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)常用于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，完成通訊傳輸功能。讀寫器可以通過標(biāo)準(zhǔn)化接口（RS232、DeviceNet等）與計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)連接。

RFID技術(shù)的工作原理：電子標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器產(chǎn)生的磁場(chǎng)后，讀寫器發(fā)出射頻信號(hào)，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息（無源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽），或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)（有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽），讀寫器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理[1]。

2 國內(nèi)外RFID在汽車裝配中應(yīng)用研究現(xiàn)狀

對(duì)于RFID技術(shù)的研究主要涉及到射頻芯片、電子標(biāo)簽、天線和基帶系統(tǒng)等硬件的研發(fā)；射頻數(shù)據(jù)的完整性和安全性，射頻識(shí)別過程的碰撞與防碰撞算法研究研究；RFID技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化；RFID在具體的行業(yè)中應(yīng)用研究等方面。

2.1 國外研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

RFID在國外的研究起步較早，目前已有許多成熟的應(yīng)用。在芯片、標(biāo)簽、天線、射頻模塊和基帶系統(tǒng)等組成RFID系統(tǒng)的各個(gè)方面都有較為深入的研究，形成了一套R(shí)FID特有的理論體系。目前己形成一系列的標(biāo)準(zhǔn)或草案，包括用十物品管理的ISO18000系列標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)定義了從低頻到高頻工作時(shí)的一系列要求。

RFID產(chǎn)業(yè)方面，TI, Intel等美國集成電路廠商目前都在RFID領(lǐng)域投入巨資進(jìn)行芯片開發(fā)。Symbol公司等已經(jīng)研發(fā)出同時(shí)可以識(shí)別條形碼和射頻標(biāo)簽的讀寫器。IBM, Microsoft和HP公司等也在積極開發(fā)相應(yīng)的軟件及系統(tǒng)來支持RFID的應(yīng)用。歐洲的Phillips, ST微電子公司在積極開發(fā)廉價(jià)RFID芯片;Checkpoint公司在開發(fā)支持多系統(tǒng)的RFID識(shí)別系統(tǒng);Nokia公司在開發(fā)能夠基于RFID的移動(dòng)電話購物系統(tǒng);SAP公司則在積極開發(fā)支持RFID的企業(yè)應(yīng)用管理軟件。

Vasile G?ITAN等人建立了基于RFID控制的高度復(fù)雜的并且能與OPC服務(wù)器智能連接來實(shí)現(xiàn)類似于中心調(diào)度的功能。所開發(fā)的系統(tǒng)能夠滿足大批量的用戶要求的產(chǎn)品生產(chǎn)過程的監(jiān)控[2]。

Kenneth T.C.Poon等人鑒于條碼監(jiān)控技術(shù)并不能解決生產(chǎn)過程中潛在的關(guān)鍵問題，及效率低、成本較高等缺點(diǎn)，開發(fā)了基于RFID的實(shí)時(shí)制造過程風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)：一個(gè)RFID集成方案，不僅能標(biāo)識(shí)生產(chǎn)過程中的潛在問題，還能給出建議解決方案來應(yīng)對(duì)這些問題。提及的風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)集成了RFID和以規(guī)則為基礎(chǔ)的技術(shù)推理（RBR）與風(fēng)險(xiǎn)管理的概念來幫助監(jiān)視車間操作[3]。

在德國，世界最大的汽車零部件供應(yīng)商之一ThyssenKrup公司實(shí)施了包括數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、物品追蹤和物品管理等方面的基于RFID的汽車零部件追蹤整體解決方案。著名的汽車涂裝烘干設(shè)備制造商Durr Systems公司，利用RFID系統(tǒng)來控制噴涂機(jī)器人和浸泡車間，實(shí)現(xiàn)了高度靈活的生產(chǎn)控制系統(tǒng)，使這家總部位于斯圖加特的公司獲得了很大成功:世界上百分之六十的涂裝車間來自于該公司[4]。

寶馬集團(tuán)位于慕尼黑的一個(gè)工廠成功地把RFID技術(shù)應(yīng)用在其生產(chǎn)線上：不同的包裝袋內(nèi)分別裝入導(dǎo)線束先，每個(gè)包裝袋中都縫入一個(gè)帶有112byte數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的RFID標(biāo)簽并事先由供貨商根據(jù)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。標(biāo)簽周圍采用堅(jiān)固的材料加以保護(hù)可以多次重復(fù)使用。貨物到達(dá)寶馬工廠后，驗(yàn)貨、倉儲(chǔ)和進(jìn)入生產(chǎn)區(qū)域等過程都可以通過核對(duì)標(biāo)簽內(nèi)的數(shù)據(jù)，確保將正確的導(dǎo)線束安裝于正確的車輛上。寶馬汽車基于用戶提出的要求而生產(chǎn)，用戶可從上萬種內(nèi)外部選項(xiàng)中設(shè)定自己的汽車顏色和發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)及輪胎式樣等，這樣一條汽車裝配流水線上就得裝配上百種式樣的寶馬汽車，寶馬公司使用帶有汽車詳細(xì)要求的可重復(fù)使用的RFID標(biāo)簽，并在每個(gè)工作點(diǎn)處配有讀寫器，可保證流水線各位置能毫不出錯(cuò)地裝配。

在英國，中央政府大力資助在零部件供應(yīng)商與路虎裝配廠間應(yīng)用RFID追蹤汽車零部件的項(xiàng)目，捷豹汽車開始采用RFID來提高零部件供應(yīng)效率。

日本豐田南非Burnaston公司在其生產(chǎn)線中添加了RFID設(shè)備，用于生產(chǎn)過程的信息的自動(dòng)采集與可視化。工人可以使用固定或手持讀寫器向運(yùn)輸小車上面安裝的電子標(biāo)簽寫入數(shù)據(jù)，以記錄產(chǎn)品的型號(hào)、顏色、裝配信息等等。而且如果生產(chǎn)過程中出現(xiàn)寫入錯(cuò)誤或漏寫等情況時(shí)，可以手動(dòng)寫入以保證生產(chǎn)的連續(xù)性[5]。本田汽車在其意大利和英國的公司采用了RFID對(duì)生產(chǎn)全程監(jiān)視。

美國福特公司為了嚴(yán)格控制Essex發(fā)動(dòng)機(jī)廠年產(chǎn)約70萬臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)質(zhì)量，需要一套自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)信息的可視化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，確保產(chǎn)品質(zhì)量。利用RFID技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)上述要求，在大約2000道工序的處理過程中，表明“通過或失敗”的制造過程數(shù)據(jù)將被寫入電子標(biāo)簽。福特Essex發(fā)動(dòng)機(jī)廠使用了RFID系統(tǒng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)過程流水線化。如果一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)未能通過最終測(cè)試，工程師們無需拆開發(fā)動(dòng)機(jī)就能判斷問題出在哪里，通過查閱電子標(biāo)簽中的制造數(shù)據(jù)就可以確定故障原因。

2.2 國內(nèi)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

國內(nèi)RFID的應(yīng)用研究起步較晚但發(fā)展較快。在技術(shù)發(fā)展方面，目前國內(nèi)RFID應(yīng)用以低頻和高頻標(biāo)簽產(chǎn)品為主，超高頻標(biāo)簽還未開始規(guī)模生產(chǎn)，由于超高頻標(biāo)簽具有對(duì)移動(dòng)物體可遠(yuǎn)距離識(shí)別、低成本和可以同時(shí)讀取多張標(biāo)簽的優(yōu)勢(shì)，有望在未來五年內(nèi)成為應(yīng)用主流。在RFID核心技術(shù)方面，國內(nèi)的企業(yè)以引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新為主要手段，低頻和高頻標(biāo)簽產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)已基本掌握，產(chǎn)業(yè)鏈比較完整，但是與國際同類產(chǎn)品比較沒有競爭優(yōu)勢(shì)。在超高頻和微波級(jí)標(biāo)簽領(lǐng)域，由于我國企業(yè)缺乏核心技術(shù)，雖然已研發(fā)出一些產(chǎn)品，但可以量產(chǎn)的企業(yè)微乎其微。

國內(nèi)對(duì)于RFID在汽車裝配中應(yīng)用研究單位主要有浙江大學(xué)、重慶大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)，主要集中在理論研究，物流配送模型建立、仿真，也有在企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的案例。

浙江大學(xué)唐任仲提出了裝配過程狀態(tài)模型，采用RFID進(jìn)行數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)裝配過程的可視化監(jiān)控[6]。

重慶大學(xué)劉衛(wèi)寧等提出了動(dòng)態(tài)物料配送模型，采用RFID進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，物料的動(dòng)態(tài)供給由動(dòng)態(tài)配送算法控制，有效控制了物料動(dòng)態(tài)供給[7]。邱柯，雷琦，劉飛研究面向MES的車間物流信息系統(tǒng)，設(shè)計(jì)出了具體的物流系統(tǒng)功能模塊并與其他功能模塊集成，并運(yùn)用與實(shí)際取得了良好的應(yīng)用效果[8]。

合肥工業(yè)大學(xué)梁昌勇等對(duì)基于RFID的汽車物流配送管理系統(tǒng)進(jìn)行了分析，并擴(kuò)展到總裝現(xiàn)場(chǎng)物流配送系統(tǒng)，開發(fā)了功能模型，并進(jìn)行了仿真分析；提出了RFID托盤式作業(yè)模式，制定了RFID相關(guān)規(guī)范，提出了基于看板的供應(yīng)鏈供貨實(shí)現(xiàn)方法；研究了基于RFID的汽車裝配物流執(zhí)行系統(tǒng)，為汽車企業(yè)提供了參考解決方案；分析了物流系統(tǒng)主要作業(yè)流程，提出一種新的基于RFID的作業(yè)模式，設(shè)計(jì)除了基于RFID的物流管理系統(tǒng)框架[9]。

西北工業(yè)大學(xué)孫惠斌，常智勇提出一種裝配執(zhí)行過程Petri網(wǎng)模型，分別以裝配Agent、物流Agent和RFID標(biāo)簽來反映裝配狀態(tài)和物流狀態(tài)，可以有效解決了復(fù)雜裝配過程中物料流與信息流脫節(jié)的問題[10]。中國海洋大學(xué)于樹松、丁香乾分析了發(fā)動(dòng)機(jī)裝配車間產(chǎn)品跟蹤系統(tǒng)的原理和主要功能，給出了其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和硬件構(gòu)成，闡述了該系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)[11]。南京林業(yè)大學(xué)王春峰提出了基于RFID的生產(chǎn)物流信息管理系統(tǒng)，建立了某企業(yè)汽車總裝線生產(chǎn)物流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型并編程實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)功能[12]。

RFID是一項(xiàng)比較新的技術(shù)，涉及到技術(shù)保密，企業(yè)公開的技術(shù)資料很少，但是多數(shù)有實(shí)際項(xiàng)目的支持，有很強(qiáng)的實(shí)際參考價(jià)值。

上汽通用五菱汽車股份有限公司王運(yùn)峰介紹了RFID在汽車裝配線具體應(yīng)用，論證了RFID應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線的優(yōu)越性[13]。沈陽新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司在汽車離合器裝配生產(chǎn)線中應(yīng)用RFID技術(shù)，解決了汽車離合器裝配生產(chǎn)線的數(shù)據(jù)傳輸問題，提高了生產(chǎn)線自動(dòng)化程度[14]。

國內(nèi)上海通用、東風(fēng)日產(chǎn)、隆裕日產(chǎn)、哈飛等很多汽車制造商的生產(chǎn)線上也應(yīng)用了RFID。

3 目前RFID在汽車裝配應(yīng)用中存在的問題

我國RFID標(biāo)簽的研發(fā)中存在的問題:一缺高水平的設(shè)計(jì)人才，包括芯片、天線和讀寫器的設(shè)計(jì)，以及標(biāo)簽的集成創(chuàng)新;二缺資金，一條標(biāo)簽生產(chǎn)線需要十幾個(gè)億，而一套標(biāo)簽封裝設(shè)備也需要幾千萬元。

目前國內(nèi)還沒有形成完善的RFID標(biāo)準(zhǔn)化體系，并且用于汽車裝配線上的RFID的設(shè)備成本較高，這也是制約其推廣的重要原因。

4 結(jié)束語

汽車市場(chǎng)競爭的加劇，迫使各車企提升自己產(chǎn)品的市場(chǎng)競爭力，為市場(chǎng)提供更加“物美價(jià)廉”的產(chǎn)品。國內(nèi)外眾多研究成果與應(yīng)用實(shí)例表明：RFID技術(shù)的應(yīng)用能夠精準(zhǔn)地控制汽車裝配工過程中物料流、數(shù)據(jù)流，保證無差錯(cuò)裝配和問題部件原因可追溯，能提高企業(yè)的效率、降低生產(chǎn)成本。另一方面，隨著RFID標(biāo)簽技術(shù)研究的不斷深入，RFID系統(tǒng)的成本將會(huì)不斷下降，RFID在汽車裝配的應(yīng)用環(huán)境不斷完善，RFID技術(shù)在汽車裝配中的應(yīng)用也將會(huì)更加廣泛。

[1] 游戰(zhàn)清,李蘇劍.無線射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)理論與應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社.2004.

[2] Vasile G?ITAN,Cornel TURCU,Alexandru GOLOCA.High Complexity Control Gates with Advanced RFID Features for Production Process Monitoring.WAINA.2008:1351-1356.

[3] Kenneth T.C.Poon,K.L.Choy,Henry C.W.Lau.A Real-time Manufacturing Risk Management System:An Integrated RFID Approach[J].PICMET.2007:2872-2879.

[4] 西門子:RFID技術(shù)在汽車行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用RFID技術(shù)應(yīng)用,2009(4).

[5] RFID在南非豐田自動(dòng)化生產(chǎn)線的應(yīng)用,2009.

[6] 張俊,唐任仲.基于RFID和電子看板的裝配生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的研究[D].浙江大學(xué),2007.

[7] 劉衛(wèi)寧.基于RFID的裝配車間動(dòng)態(tài)物料配送模式研究[D].重慶大學(xué),2010.

[8] 邱柯,雷琦,劉飛針裝配型制造企業(yè)車間物流信息系統(tǒng)研究[J].現(xiàn)代制造工程,2008,7:83-85.

[9] 吳彬,梁昌勇.基于RFID技術(shù)的汽車總裝物流執(zhí)行系統(tǒng)應(yīng)用研究[D].合肥工業(yè)大學(xué),2010.

[10] 孫惠斌,常智勇.復(fù)雜產(chǎn)品裝配執(zhí)行過程建模與監(jiān)控方法研究[J].中國機(jī)械工程,2009,20(16):1947-1951.

[11] 于樹松,丁香乾.發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過程跟蹤管理系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)電工程技術(shù),2007,36(12):13-14.

[12] 王春峰.基于RFID的汽車制造企業(yè)生產(chǎn)物流的研究[D].南京林業(yè)大學(xué),2006.

[13] 王運(yùn)峰.RFID技術(shù)在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線的應(yīng)用研究[J].中國電子商情,2008,1:43-45.

[14] 趙洪濤,馬輝,尹景春.RFID產(chǎn)品識(shí)別及信息處理在汽車離合器裝配生產(chǎn)線中的應(yīng)用[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用,2009,28(2):53-73.