許雙全 李顯偉 周正偉（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545000）

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AVI系統(tǒng)在總裝車間的應(yīng)用

許雙全 李顯偉 周正偉
（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545000）

摘 要：本文以某公司總裝車間BDC為例，詳細(xì)介紹了AVI自動(dòng)車體識(shí)別系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和組成，主要介紹了AVI系統(tǒng)在幫助汽車企業(yè)提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平和優(yōu)化質(zhì)量管理、計(jì)劃排產(chǎn)管理和物流管理等方面發(fā)揮的積極效用。

關(guān)鍵詞：AVI；車身路由；控制；RFID；物流輸送系統(tǒng)

1 引言

AVI系統(tǒng)作為一個(gè)連接上層MES和現(xiàn)場(chǎng)FCS的制造執(zhí)行系統(tǒng)，可以向下從FCS層通過(guò)人工輸入、自動(dòng)識(shí)別獲取車體信息，向上通過(guò)網(wǎng)絡(luò)為MES和ERP系統(tǒng)提供車體信息，進(jìn)而幫助企業(yè)更加有效地實(shí)現(xiàn)計(jì)劃排產(chǎn)、實(shí)施質(zhì)量監(jiān)控以及為產(chǎn)品終身質(zhì)量追溯提供技術(shù)依據(jù)。因此，在當(dāng)今汽車行業(yè)，各大汽車生產(chǎn)商都已經(jīng)將AVI系統(tǒng)列為關(guān)鍵的生產(chǎn)系統(tǒng)，并且有更多的廠商正在尋求合理的AVI系統(tǒng)解決方案，以提高企業(yè)的自動(dòng)化水平和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

2 AVI系統(tǒng)簡(jiǎn)介

2.1 AVI系統(tǒng)的原理

AVI：Automatic Vehicle Identification，即車體自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)。

在汽車各類生產(chǎn)線上采用的AVI系統(tǒng)，采用RFID（Radio Frequency Identification，即射頻識(shí)別技術(shù)）技術(shù)和條形碼識(shí)別技術(shù)。RFID是一種無(wú)線通信方式，通信天線與載碼體之間無(wú)需建立機(jī)械或者光學(xué)接觸，使該技術(shù)在汽車生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用帶來(lái)了極大的方便。無(wú)線電的信號(hào)通過(guò)調(diào)成無(wú)線電頻率的電磁場(chǎng)，把車體信息從附著在車體滑撬上的載碼體（tag）上傳送出去，以自動(dòng)辨識(shí)與追蹤該車體。載碼體在識(shí)別時(shí)可以從讀寫(xiě)天線中發(fā)出的電磁場(chǎng)中得到能量，并不需要電池。通過(guò)這種方式，AVI系統(tǒng)可以對(duì)不同的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和相關(guān)的質(zhì)量信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集監(jiān)視，并可以通過(guò)與上層MES系統(tǒng)和ERP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，得到全廠的訂單信息、生產(chǎn)計(jì)劃等，結(jié)合本身的車體跟蹤信息，進(jìn)行合理的排產(chǎn)。同時(shí)，AVI系統(tǒng)也可以向物料管理、質(zhì)量保證以及其他部門(mén)傳送相關(guān)信息，這對(duì)物料供應(yīng)、銷售服務(wù)、質(zhì)量監(jiān)控以及整車的終身質(zhì)量跟蹤等都起著非常重要的作用，REID安裝方式如圖1所示。

2.2 AVI系統(tǒng)在總裝車間的主要功能

在總裝車間，AVI系統(tǒng)通常會(huì)包括以下功能：

圖1 RFID讀寫(xiě)站的安裝方式

實(shí)時(shí)的車體信息跟蹤：通過(guò)CIMPLICITY實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)畫(huà)面用戶可以方便地掌握BDC區(qū)（車體分配中心）的過(guò)車情況，了解當(dāng)前訂單的生產(chǎn)狀況，并快速的查找到某輛車的當(dāng)前位置，這可以幫助相關(guān)人員及時(shí)了解一些特殊訂單車、試驗(yàn)車或者有嚴(yán)重質(zhì)量缺陷的車輛的具體位置，方便進(jìn)行特殊處理。

路由功能：在車間內(nèi)某些機(jī)運(yùn)鏈的分道口和存儲(chǔ)區(qū)，AVI系統(tǒng)可以自動(dòng)計(jì)算出當(dāng)前車輛應(yīng)當(dāng)選擇的道次，并且發(fā)送給機(jī)運(yùn)系統(tǒng)。這一功能可以實(shí)現(xiàn)車輛在存儲(chǔ)區(qū)的自動(dòng)批次編組等功能，大幅提高存儲(chǔ)區(qū)以后工藝段的工作效率，在一些混線生產(chǎn)的車間里顯得尤為重要。另外該功能還大大地提高了車間的自動(dòng)化水平，為企業(yè)節(jié)省大量的人力成本。

表1

圖2 總裝車間AVI系統(tǒng)的架構(gòu)

圖3 BDC庫(kù)區(qū)入口AVI的布置

為其他系統(tǒng)提供信息：AVI系統(tǒng)可以為車間內(nèi)甚至全廠的其他系統(tǒng)提供他們所需要的車體信息和質(zhì)量信息。如下線區(qū)廣播功能可以為總裝車間的物料拉動(dòng)提供依據(jù)，減少總裝的停線率。

報(bào)表功能：可以生產(chǎn)質(zhì)量報(bào)表和設(shè)備故障報(bào)表幫助系統(tǒng)用戶了解每個(gè)時(shí)段每種車型的生產(chǎn)情況，借助相關(guān)的分析曲線等可以讓用戶方便的了解到生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的瓶頸工段，為人員調(diào)整等提供依據(jù)。

3 總裝AVI系統(tǒng)

本章節(jié)以某公司現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際AVI系統(tǒng)為例，介紹AVI系統(tǒng)在總裝車間BDC區(qū)域的布局結(jié)構(gòu)，并詳細(xì)說(shuō)明了一個(gè)RFID讀寫(xiě)站的具體工作工程

3.1 AVI系統(tǒng)的架構(gòu)組成

如圖2所示為某公司總裝車間的AVI系統(tǒng)架構(gòu)圖，系統(tǒng)由6個(gè)安裝于車間機(jī)運(yùn)系統(tǒng)的RFID讀寫(xiě)天線，兩條手持式條碼掃描槍，兩臺(tái)自動(dòng)掃描槍，3臺(tái)西門(mén)子ITOUCH觸摸屏，1臺(tái)冗余AVI服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，以及機(jī)運(yùn)控制系統(tǒng)組成。

從結(jié)構(gòu)上看，該系統(tǒng)使用ETHERNET+ DEVICENET兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。PLC以上使用ETHERNET連接，包括系統(tǒng)服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、觸摸屏操作站等；PLC以下使用AB公司的現(xiàn)場(chǎng)總線DEVICENET連接，包括RFID天線、BARCODE掃描槍（包括手持式和自動(dòng)掃碼機(jī)），以及機(jī)運(yùn)系統(tǒng)的分布式IO等。系統(tǒng)中，AVI服務(wù)器上使用GE FANUC公司的CIMPLICITY組態(tài)軟件，提供實(shí)時(shí)的監(jiān)控畫(huà)面，操作人員可以及時(shí)了解整個(gè)車間的車體信息，還負(fù)責(zé)路由的邏輯運(yùn)算以及與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)交換等，還可以生成報(bào)表供操作人員隨時(shí)調(diào)用?，F(xiàn)場(chǎng)采用西門(mén)子的ITOUCH觸摸屏，使機(jī)運(yùn)故障可以實(shí)時(shí)顯示，方便維修人員辨識(shí)故障，該系統(tǒng)還可以顯示并改寫(xiě)AVI讀寫(xiě)站的狀態(tài)以及路由信息。AVI服務(wù)器采用冗余服務(wù)器，一臺(tái)服務(wù)器有故障時(shí)系統(tǒng)工程可以自動(dòng)切換到另一臺(tái)服務(wù)器運(yùn)行，保證生產(chǎn)提供產(chǎn)量。在本方案中，AVI控制器選用ABControl LogixPLC，RFID天線和條碼掃描槍與PLC通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線Device Net通信，PLC和AVI服務(wù)器通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行通信。

3.2 AVI系統(tǒng)在總裝車間的實(shí)施方案

表1為某公司總裝車間AVI站點(diǎn)、掃描槍以及觸摸屏（HMI）的布局方式，其說(shuō)明了各個(gè)AVI站點(diǎn)的作用及配置。

3.3 AVI系統(tǒng)的一個(gè)RFID站點(diǎn)的工作過(guò)程

AVI系統(tǒng)主要依靠安裝在車體滑橇上的載碼體和固定在車間關(guān)鍵位置的滾床上的RFID天線來(lái)進(jìn)行車體識(shí)別和跟蹤。每一個(gè)RFID天線稱為一個(gè)AVI站點(diǎn)，負(fù)責(zé)進(jìn)行對(duì)載碼體的讀寫(xiě)，并將讀到的車體信息通過(guò)DEVICENET傳送到PLC，對(duì)于關(guān)鍵的AVI站通常會(huì)設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)操作屏，方便故障的排除和進(jìn)行一些特殊操作?？傃b車間內(nèi)所有滑橇上均裝有一個(gè)載碼體，載碼體中記錄著滑橇上承載的車體的信息，其中包括車體的顏色、車型、發(fā)生過(guò)的質(zhì)量問(wèn)題、滑撬號(hào)、車輛配置、車體批次號(hào)和車體序列號(hào)等等，如圖5所示。車體的信息在總裝車間上線處，即第一號(hào)AVI站寫(xiě)入載碼體，直到車間下線口或者換橇后才被清除。寫(xiě)入載碼體的信息將被作為這輛車的車體信息，在車體經(jīng)過(guò)整個(gè)車間的過(guò)程中被識(shí)別跟蹤。

圖4 BDC庫(kù)區(qū)入車規(guī)則的選擇設(shè)定

圖5 車體信息采集示例

如圖3以BDC庫(kù)區(qū)AVI02站點(diǎn)（控制5、6、7道次的路由）為例，每當(dāng)車體經(jīng)過(guò)該AVI站點(diǎn)時(shí)，該AVI站點(diǎn)所在的滾床和移行機(jī)停止運(yùn)行，向AVI系統(tǒng)發(fā)送車體到位信號(hào)。AVI系統(tǒng)收到到位信號(hào)后，開(kāi)始觸發(fā)RFID天線進(jìn)行載碼體的讀寫(xiě)，如果掃描不成功，系統(tǒng)報(bào)警進(jìn)行人工干預(yù)手動(dòng)輸入；同時(shí)系統(tǒng)對(duì)條碼號(hào)的合法性進(jìn)行檢查：如果掃描到的條碼信息不合法，觸摸屏顯示提醒信息，需再次掃描或輸入條碼信息，直到條碼信息正確為止；讀寫(xiě)完畢后將信息發(fā)送給PLC，PLC會(huì)將該信息送到服務(wù)器，供服務(wù)器上進(jìn)行實(shí)時(shí)的畫(huà)面顯示，并將信息送到數(shù)據(jù)庫(kù)。服務(wù)器收到車體信息后，根據(jù)車體信息和預(yù)先編制好的路由規(guī)則和優(yōu)先次序計(jì)算出該車體正確的放行路由，例如系統(tǒng)計(jì)算出此時(shí)應(yīng)該向5道次放行車輛，系統(tǒng)會(huì)向機(jī)運(yùn)系統(tǒng)發(fā)送車體放行信號(hào)，并給出道次的信息。移行機(jī)移行到5道次入口，滾床運(yùn)行將車輛送入5道次，車輛搬出完畢后滾床回到初始位置進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。對(duì)于無(wú)需進(jìn)行路由選擇的機(jī)運(yùn)系統(tǒng)，AVI系統(tǒng)只需讀寫(xiě)信息成功并檢查沒(méi)有發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后即可直接向機(jī)運(yùn)系統(tǒng)給出放行信號(hào)。

4 庫(kù)區(qū)出入車規(guī)則介紹

下面筆者詳細(xì)介紹存儲(chǔ)區(qū)的進(jìn)出車規(guī)則（如圖4所示），通過(guò)此規(guī)則可以判斷出車輛將要進(jìn)入哪個(gè)道次，或者將要出哪個(gè)道次的車輛，如圖4和圖5所示。

4.1 入車規(guī)則

A型車進(jìn)A型道次。

同一類型的進(jìn)同一道次。

若A型車可進(jìn)多條道次，則優(yōu)先級(jí)高的先進(jìn)。

Q型，X型車進(jìn)優(yōu)先級(jí)低的道次。

N型車進(jìn)優(yōu)先級(jí)高的道次。

4.2 出車規(guī)則

優(yōu)先出N型車。

根據(jù)選定的出車邏輯出車。

若以上不滿足，則出其他類型的車。

若以上不滿足，則出斷點(diǎn)車進(jìn)返回道。

若以上不滿足，則出鎖定車進(jìn)返回道。

若以上不滿足，則出X型，Q型進(jìn)返回道。

若以上不滿足，則出限制車。

注：數(shù)據(jù)庫(kù)沒(méi)有此筆車體信息→車型為“X”型，數(shù)據(jù)庫(kù)有此車體信息，但操作員沒(méi)有設(shè)定的車→車型為“Q”型。

結(jié)語(yǔ)

汽車工業(yè)應(yīng)用RFID，由于RFID數(shù)據(jù)載體信息容量大、可讀可寫(xiě)的特點(diǎn)，使生產(chǎn)過(guò)程中的所有信息都可以進(jìn)行本地處理，也不需要通過(guò)負(fù)荷日益增加的網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳播數(shù)據(jù)流，實(shí)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。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類號(hào)：TP272

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A