諶田明，蔡燕

車型配置識(shí)別與跟蹤系統(tǒng)在車身柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線中的應(yīng)用

諶田明1，蔡燕2

（1.上汽通用五菱汽車股份有限公司信息系統(tǒng)與服務(wù)部制造與質(zhì)量系統(tǒng)科，廣西柳州545007；2.上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)中心自動(dòng)化部控制系統(tǒng)工程科，廣西柳州545007）

隨著市場(chǎng)需求變化，汽車產(chǎn)品及配置多樣化，需要生產(chǎn)線具備多種平臺(tái)多種配置高柔性化生產(chǎn)制造的能力，目前每條柔性線體可兼容至少3ˉ4個(gè)平臺(tái)的車型，每種車型又存在7ˉ8種不同配置，SGMW現(xiàn)有的生產(chǎn)模式要求每個(gè)班次根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃安排，平均可能出現(xiàn)5ˉ6次不同配置的生產(chǎn)切換。所以，零件防錯(cuò)、工裝夾具、機(jī)器人自動(dòng)識(shí)別切換的要求就尤為迫切。為了滿足柔性生產(chǎn)及設(shè)備自動(dòng)切換、人工防錯(cuò)的功能，SGMW車身自動(dòng)化生產(chǎn)線建立了車型配置識(shí)別系統(tǒng)，并經(jīng)過(guò)生產(chǎn)驗(yàn)證成功進(jìn)行運(yùn)用推廣。

車型配置；代碼識(shí)別；校驗(yàn)防錯(cuò)；傳遞跟蹤

本文圍繞車型配置識(shí)別與跟蹤系統(tǒng)在柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線中的成功應(yīng)用方案進(jìn)行介紹，重點(diǎn)從硬件配置和軟件配置方案兩方面詳細(xì)說(shuō)明如何確保該系統(tǒng)的準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性，從而實(shí)現(xiàn)車型配置獲取工位間的傳遞跟蹤、二次校驗(yàn)防護(hù)功能，以及如何滿足設(shè)備自動(dòng)切換、人工正確操作提醒，滿足柔性制造需求。

圖1 車身車間工藝線體走向示意圖

1 原有生產(chǎn)模式的不足

1.1 車身車間自動(dòng)化生產(chǎn)線工藝布局

寶駿車身車間以自動(dòng)化傳輸、自動(dòng)焊接為主，平均自動(dòng)化率達(dá)80%.圖1為整個(gè)車身車間工藝線體走向示意圖。其中車架中心線、主線和補(bǔ)焊線均為可兼容多車型多配置生產(chǎn)的柔性制造生產(chǎn)線，工裝夾具、機(jī)器人等設(shè)備均需要獲取車型配置信息，從而滿足自動(dòng)切換生產(chǎn)的能力。另外，從圖例中可看出，空中存儲(chǔ)區(qū)及轉(zhuǎn)運(yùn)區(qū)域均為一對(duì)多（即一個(gè)空中機(jī)運(yùn)匹配多條工藝線體）的形式，因此需要根據(jù)車型及配置信息進(jìn)行路由分配調(diào)度及跟蹤。由此可見(jiàn)，車型及配置識(shí)別系統(tǒng)在柔性生產(chǎn)中是不可缺少的環(huán)節(jié)，其可靠性也是保證柔性生產(chǎn)穩(wěn)定安全切換的首要措施。

1.2 原有生產(chǎn)模式

建立車型配置識(shí)別及跟蹤系統(tǒng)前，原有的生產(chǎn)模式如圖2所示。

圖2 原有的生產(chǎn)模式

原有生產(chǎn)模式，均由人工進(jìn)行控制柔性生產(chǎn)的斷點(diǎn)和切換，車型多、配置多，相同的車型有不同的配置，肉眼對(duì)零件的識(shí)別困難，人員傳遞失誤，容易造成斷點(diǎn)切換錯(cuò)誤，工裝夾具、機(jī)器人自動(dòng)抓取及焊接程序無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換。如果同一班次混批生產(chǎn)，產(chǎn)生多重?cái)帱c(diǎn)，設(shè)備切換、人工以及自動(dòng)上料的及時(shí)性和安全性不受控，風(fēng)險(xiǎn)極大。上件錯(cuò)誤將可能導(dǎo)致設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行碰撞干涉故障，或者批量質(zhì)量問(wèn)題傳遞至下游工序。

以下任意舉例兩個(gè)不同車型配置零件的差異說(shuō)明：

車架中心前車體線3#上件工位，兩種不同配置的“前圍板總成”零件，如圖3及圖4所示，零件區(qū)分：（1）AMT車型相較MT車型，少一個(gè)換擋拉鎖過(guò)孔；（2）AMT車型多一個(gè)螺母支架；人工取件混料錯(cuò)誤的幾率非常大，供應(yīng)商物料出現(xiàn)如果混裝，人工很難進(jìn)行識(shí)別，一旦錯(cuò)裝，將可能直接流到下一工藝，到總裝后會(huì)出現(xiàn)返修困難。

圖3 AMT配置的前圍板

圖4 B15T和MT配置的前圍板

2 車型配置識(shí)別與跟蹤系統(tǒng)的建立

2.1 系統(tǒng)建立的必要性

從上文的闡述中可看出車型配置識(shí)別系統(tǒng)的必要性，原有的線體生產(chǎn)模式無(wú)法完成柔性制造及自動(dòng)切換，必須要建立車型配置識(shí)別與跟蹤系統(tǒng)。目前獲取車型配置的最有效最可靠的方式，是通過(guò)掃描白車身代碼獲得車型代碼信息。通過(guò)不斷摸索與實(shí)踐，寶駿車身車間自動(dòng)化生產(chǎn)線已經(jīng)成功的實(shí)現(xiàn)了車型配置自動(dòng)獲取識(shí)別，以及自動(dòng)跟蹤防錯(cuò)系統(tǒng)，為柔性制造提供了良好的基礎(chǔ)。下文將詳細(xì)介紹該系統(tǒng)的組成及實(shí)際應(yīng)用方案。

2.2 系統(tǒng)的組成

車型配置識(shí)別與跟蹤系統(tǒng)目前應(yīng)用于車身柔性生產(chǎn)線，主要有車架中心、主線、補(bǔ)焊線、側(cè)圍線、空中輸送線等。每條線體的架構(gòu)及硬件配置根據(jù)線體結(jié)構(gòu)及零件產(chǎn)品差異，如機(jī)器人搬運(yùn)線、高速滾床輸送線等，選擇稍微不同的識(shí)別配置，但終其實(shí)現(xiàn)原理，都是一致的。本系統(tǒng)主要由兩大重要元素組成：硬件部分和軟件部分。其中硬件就如軀干，軟件則猶如神經(jīng)系統(tǒng)，共同配合完成系統(tǒng)的工作。主要的硬件配置有：條碼識(shí)別掃描站、天線讀寫站、鋼條碼讀寫站、二次校驗(yàn)開(kāi)關(guān)、車型顯示屏等。不同的線體在以上不同硬件中進(jìn)行選配。軟件配置均以通用標(biāo)準(zhǔn)程序架構(gòu)為模板，在此基礎(chǔ)上根據(jù)實(shí)際硬件配置進(jìn)行軟件的匹配。軟件部分在完成設(shè)備硬件動(dòng)作的同時(shí)，還肩負(fù)著失效防護(hù)、報(bào)警停機(jī)、人工干預(yù)等重要功能，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)邏輯的穩(wěn)定性、可靠性、安全性。

以下從硬件和軟件兩部分對(duì)這些不同的配置進(jìn)行詳細(xì)的實(shí)際應(yīng)用介紹，闡述整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程和原理。

3 車型配置識(shí)別及跟蹤系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 車型識(shí)別及配置信息匹配

首先確保白車身跟蹤碼中的代碼與車型配置存在唯一對(duì)應(yīng)關(guān)系，相當(dāng)于人的身份證，通過(guò)掃描槍掃描條碼中的代碼信息，即可獲取白車身零件的車型及配置。在生產(chǎn)線伊始，通過(guò)聯(lián)網(wǎng)下發(fā)綁定生產(chǎn)計(jì)劃，由生產(chǎn)人員打印出當(dāng)班次生產(chǎn)車型及配置零件的條碼。

3.1.1 條碼掃描及傳遞

車架中心作為車身車間自動(dòng)化生產(chǎn)線的起始點(diǎn)，也是獲取車型配置來(lái)源的始源。車架中心分為三個(gè)部分：前車體線、后部下車體線、三大件合拼線。除線旁幾個(gè)人工上件工位外，其余均自動(dòng)化工位，自動(dòng)化率基本達(dá)到100%.通過(guò)車型配置識(shí)別系統(tǒng)，完成了①人工上件斷點(diǎn)切換提醒；②設(shè)備自動(dòng)切換如工裝夾具切換、機(jī)器人抓取、機(jī)器人焊接。

車架中心車型識(shí)別系統(tǒng)主要硬件配置如下：

（1）前車體首工位M10A、MC10B處分別設(shè)置條碼自動(dòng)掃描站（自動(dòng)槍+備用手動(dòng)槍），掃描獲取車型配置代碼；

（2）臨時(shí)人工上線口設(shè)置手持式條碼掃描槍，對(duì)人工臨時(shí)上線的零件進(jìn)行掃碼校驗(yàn)防錯(cuò)；

（3）拼臺(tái)夾具上同時(shí)針對(duì)零件差異點(diǎn)設(shè)置開(kāi)關(guān)校驗(yàn)條碼、零件是否正確，校驗(yàn)條碼正確性；

（4）人工上件點(diǎn)處設(shè)置顯示屏，顯示車型配置代碼及零件號(hào)，提醒人工上件，斷點(diǎn)時(shí)通過(guò)聲光變化提醒，見(jiàn)下文詳細(xì)說(shuō)明；

（5）線體間通過(guò)邏輯傳遞，為后續(xù)工位提供車型配置，關(guān)鍵工位設(shè)置開(kāi)關(guān)二次校驗(yàn)。

人工上件口車型配置信息顯示屏。如圖5所示，屏幕根據(jù)系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算，顯示出當(dāng)前需要上件的車型配置代碼，并直接顯示料框中零件號(hào)，操作人員通過(guò)車型代碼與零件號(hào)匹配料框中的零件是否正確，從而正確判斷上件。當(dāng)車型配置出現(xiàn)斷點(diǎn)切換時(shí)，屏幕中的車型代碼進(jìn)行特定顏色閃爍，同時(shí)人工操作盒上的蜂蜜器響起，提醒人工斷點(diǎn)操作。

圖5 人工上件顯示屏

3.1.2 RFID天線/鋼條碼綁定識(shí)別

主線、補(bǔ)焊線、空中輸送線為滾床輸送形式的線體,RFID及鋼碼讀寫站用于工位綁定獲取車型配置信息。

（1）鋼碼識(shí)別站配置

如圖6所示為西車補(bǔ)焊線升降機(jī)工位、機(jī)器人自動(dòng)焊接工位兩種形式的滾床鋼碼及開(kāi)關(guān)配置，每個(gè)工位配置鋼碼識(shí)別站。鋼條碼識(shí)別的方式相對(duì)低成本、調(diào)試維護(hù)簡(jiǎn)單，可以每個(gè)工位都設(shè)置站點(diǎn)，但對(duì)工位空間要求相對(duì)較大。

圖6 高速滾床鋼碼及開(kāi)關(guān)檢測(cè)布局圖

如圖6滾床俯視圖所示，滾床設(shè)置C1-C8共8個(gè)檢測(cè)開(kāi)關(guān)（開(kāi)關(guān)的數(shù)量取決于線體實(shí)際滑撬數(shù)量）,為滑橇編碼檢測(cè)開(kāi)關(guān)，通過(guò)鋼碼與開(kāi)關(guān)組合得出的數(shù)值，與滑撬及車型代碼進(jìn)行綁定,從而實(shí)現(xiàn)每個(gè)工位的車型配置讀取功能。其中，C1、C8起校驗(yàn)確認(rèn)作用，C2-C6開(kāi)關(guān)信號(hào)通過(guò)二進(jìn)制組合得知處于當(dāng)前工位滑橇的編號(hào)，每個(gè)滑橇編號(hào)唯一，相鄰線體滑橇編號(hào)亦不重復(fù)。焊接機(jī)器人工位不設(shè)C1、C8兩個(gè)校驗(yàn)開(kāi)關(guān)，只設(shè)置C2-C7六個(gè)滑橇編碼檢測(cè)開(kāi)關(guān)。

為確保傳感器檢測(cè)結(jié)果的可靠性，必須對(duì)每個(gè)傳感器有失效防護(hù)報(bào)警，包括常通、常斷、閃爍等失效模式分析：

①常亮故障判斷：當(dāng)滾床上無(wú)滑橇?xí)r，即PX1、PX2、PX3均無(wú)感應(yīng)時(shí)，C1-C8有任一開(kāi)關(guān)有接通，則認(rèn)定該開(kāi)關(guān)為未關(guān)斷故障，報(bào)警停線由人工響應(yīng)處理；

②常滅故障判斷：對(duì)于C1-C7,當(dāng)滾床處于上件階段，且PX1被感應(yīng)，從PX1被感應(yīng)至滑橇到位過(guò)程中，C1-C7開(kāi)關(guān)務(wù)必出現(xiàn)一次ON的信號(hào)，若任一開(kāi)關(guān)未出現(xiàn)ON信號(hào)，則認(rèn)為該開(kāi)關(guān)為未接通故障，報(bào)警停線由人工響應(yīng)處理；同理，對(duì)于C8，若滑橇到位時(shí)，C8未接通，則認(rèn)為其出現(xiàn)未接通故障，報(bào)警停線人工處理；

③開(kāi)關(guān)閃爍判斷：當(dāng)滑橇到位且C1、C8開(kāi)關(guān)均被感應(yīng)時(shí)，保持1s延時(shí)（使用TON指令），取得當(dāng)前滑橇編碼值X1；當(dāng)X1不為0后，在相關(guān)到位狀態(tài)仍滿足1 s后（使用TON指令），再次取滑橇編碼值，賦值變量X2，若X1與X2相等，則認(rèn)為滑橇編號(hào)讀取正確，若X1與X2不等，則意味有開(kāi)關(guān)閃爍，必須報(bào)警停線；

（2）RFID天線讀寫站配置

RFID天線讀寫站相比鋼條碼成本稍高，但信息綁定及讀取穩(wěn)定性高，占用滾床空間較小。一般在每個(gè)PLC初始工位，或者間隔4～5工位配置一個(gè)站點(diǎn)，工位間采取傳遞的方式獲取車型配置信息。

如表1中所示，主線（含下車體線、總拼線）共分為4套PLC，每套PLC含4～6個(gè)工位。在每個(gè)PLC分區(qū)的第一個(gè)工位設(shè)置RFID讀寫站。條碼掃描站設(shè)置于主線上線前的空中輸送工位，用于掃碼獲取車型配置信息，主線UB10#工位抓手從空中抓取白車身零件后傳送中10#工位輸送線滾床，并通過(guò)UB10#工位處RFID將信息寫入滑撬上的載碼體TAG，將信息于每個(gè)滑撬TAG進(jìn)行綁定。UB10#工位由于存在隨行滑撬的切換，在滑撬切換處設(shè)置激光開(kāi)關(guān)組合檢測(cè)滑撬夾具切換是否到位判斷，因此滑撬切換檢測(cè)結(jié)果可作為車型配置二次校驗(yàn)，與抓手傳遞綁定的車型值進(jìn)行匹配校驗(yàn)。

表1 主線PLC及天線讀寫站分布示意

工位間通過(guò)邏輯進(jìn)行傳遞，在每套PLC連鎖交接處進(jìn)行RFID重新讀取，并與傳遞校驗(yàn)。工位間的邏輯傳遞方式及可靠性防護(hù)詳見(jiàn)下文軟件介紹。

3.2 邏輯傳遞及跟蹤

（1）滾床工位間邏輯傳遞跟蹤程序剖析

為了保證邏輯傳遞的穩(wěn)定性和可靠性，車型配置的軟件邏輯已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化及模板化，通用標(biāo)準(zhǔn)程序模板中車型傳遞程序采用步序傳遞的方式。每個(gè)工位設(shè)3個(gè)邏輯變量標(biāo)簽，分別命名為為“From_Prev”，“Current”,“To_Next”，用于邏輯傳遞步序過(guò)程中的車型存儲(chǔ)，工位間車型邏輯傳遞見(jiàn)圖7所示。邏輯傳遞條件及步驟分解說(shuō)明，詳見(jiàn)下文：

圖7 工位間車型邏輯傳遞示意圖

1）當(dāng)前車型賦值：當(dāng)滑橇到位且定位銷頂升到位時(shí)，若From_Prev不等于0而Current等于0，將From_Prev數(shù)值傳遞給Current，同時(shí)置位步序2；

2）前一車型清零：在判斷Current不等于0且與From_Prev相等后，將From_Prev數(shù)值清零，置位步序3；

3）下一車型賦值：當(dāng)四臺(tái)機(jī)器人均有焊接完成信號(hào)后，若To_Next等于0而Current不等于0，將Current數(shù)值傳遞給To_Next，在判斷Current等于To_Next后，置位步序4；

4）本工位傳遞至下一工位：本工位工作完成或向下運(yùn)行，空位且定位銷打開(kāi)，若本工位To_Next不等于0而下一工位From_Prev等于0，將To_Next數(shù)值傳遞給From_Prev,在判斷From_Prev不等于0且等于To_Next后，清空To_Next數(shù)值，并置位步序5；

5）本工位車型清零，進(jìn)入工位循環(huán)：本單元定位銷松開(kāi)到位后，置位上步序6；在步序6，當(dāng)PX1、PX3、PX4均無(wú)信號(hào)時(shí)，即到位感應(yīng)塊脫離后，清空Current的值，確認(rèn)Current清0成功后，置位步序1，如此往復(fù)循環(huán)。

步序5、6的目的在于，防止From_Prev得到值后，由于本工位未離開(kāi)而導(dǎo)致再次覆蓋Current②的值，造成傳遞錯(cuò)誤。加上步序5、6確保焊接完成后，本工位的車子確實(shí)離位。

（2）邏輯傳遞的可靠性校驗(yàn)

為了保障邏輯傳遞過(guò)程中的可靠性，需要對(duì)傳遞的結(jié)果進(jìn)行二次校驗(yàn)防護(hù)，以避免邏輯在傳遞時(shí)由于傳感器等硬件故障造成傳遞失誤。同時(shí)還需留出傳遞失效后，人工干預(yù)處理的界面。

1）機(jī)器人焊接前車型對(duì)比校驗(yàn)。同一工位存在多臺(tái)機(jī)器人，利用多臺(tái)機(jī)器人接收到的車型值進(jìn)行對(duì)比，并且與PLC發(fā)出的值進(jìn)行比較（單臺(tái)機(jī)器人也可進(jìn)行該比較），避免PLC發(fā)出的信息與機(jī)器人最終接收的不一致，校驗(yàn)OK后焊接機(jī)器人方允許繼續(xù)焊接動(dòng)作，否則報(bào)警停止設(shè)備動(dòng)作。該校驗(yàn)同樣適用于抓手機(jī)器人搬運(yùn)動(dòng)作前的檢測(cè)。

2）工裝夾具切換檢測(cè)校驗(yàn)。對(duì)于工裝夾具不兼容的車型及配置，在機(jī)器人執(zhí)行軌跡前，可通過(guò)夾具切換與白車身零件匹配進(jìn)行二次校驗(yàn)，當(dāng)夾具切換錯(cuò)誤時(shí)，立即停止機(jī)器人動(dòng)作，避免出現(xiàn)干涉碰撞事故。該方式只適用于工裝夾具需要切換的車型配置，當(dāng)工裝夾具兼容生產(chǎn)時(shí)則不適用。

（3）人工干預(yù)車型處理。

當(dāng)線體運(yùn)行出現(xiàn)異?；蚬收蠒r(shí)，常常需要人工干預(yù)進(jìn)行處理。所以軟件設(shè)計(jì)時(shí)不但要充分考慮自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)的邏輯可靠性，也要留出人工干預(yù)的界面，便于設(shè)備的維護(hù)。人工干預(yù)賦值的方式有兩種：①使用邏輯軟件直接在邏輯程序中進(jìn)行修改；②通過(guò)上位機(jī)（PC機(jī)或HMI）界面與PLC連線進(jìn)行修改。

1）人工干預(yù)處理邏輯程序：人工后退點(diǎn)動(dòng)：清空當(dāng)前工位所有中間變量的值，并解鎖（OTU）所有步序，在滑橇到位后，置位上步序2，人工輸入Current的車型值；

全線空位初始化：清空所有工位的中間變量，將每個(gè)工位置位在步序3，等待獲取本工位的下一個(gè)車型值。

2）觸摸屏賦值。通過(guò)HMI創(chuàng)建線體工位邏輯傳遞跟蹤界面,操作人員可直觀的目視化當(dāng)前邏輯傳遞的狀態(tài)，以及設(shè)備故障人工干預(yù)處理恢復(fù)后，可直接在HMI界面對(duì)工位車型進(jìn)行賦值，操作簡(jiǎn)便,跟蹤直觀，有效縮短了車型傳遞跟蹤故障的響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間。

以上從硬件和軟件配置兩個(gè)方面詳細(xì)地闡述了車型配置識(shí)別系統(tǒng)的詳細(xì)應(yīng)用，確保了該系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定運(yùn)行，以及失效模式處理，從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)可知，該系統(tǒng)已得到檢驗(yàn)和成功運(yùn)用。

4 結(jié)束語(yǔ)

車型配置識(shí)別系統(tǒng)的建立，為生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)和設(shè)備自動(dòng)切換奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，是不可或缺的一部分。系統(tǒng)在先期建立完成后，在后續(xù)導(dǎo)入新的車型及配置時(shí)，不需要再進(jìn)行較大工作量的改造，僅需根據(jù)工藝更新車型配置代碼及零件號(hào)等，一勞永逸的解決了識(shí)別跟蹤問(wèn)題。目前其在寶駿基地生產(chǎn)線中得到了成功應(yīng)用和驗(yàn)證，并逐步在東西部工廠柔性線、以及其它車間未來(lái)新建項(xiàng)目中推廣及日益完善。

The Important Application of Vehicle Configuration Identification and Tracking System in Flexible Automatic Line

CHEN Tian-ming1，CAI Yan2
（1.SAICGM Wuling Automobile Co.，Ltd.，IT Department，Manufacturing and Quality Section，Liuzhou Guangxi 545007，China；2.SAIC GM Wuling Automobile Co.，Ltd.，TDC Department，Control System Section，Liuzhou Guangxi 545007，China）

With the change of market demand and the diversification of product configuration，the body flexible line need to produce many kinds of Product configurations.Now each flexible line body can be compatible with at least 3～4 platform model，each of these models have 7～8 different configuration.According to production plan arrangement，the average 5～6 times different configuration of production may occur.So the vehicle configuration identification and tracking system is essential and important for the automatic equipment and operators which had be builded and applied effectively at SGMW.

vehicle configuration；code identification；check；transmit and track

TP391

A

1672-545X（2017）02-0228-04

2016-11-23

諶田明（1988-），男，湖北武漢人，工程師，學(xué)士，研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)集成管理；蔡燕（1986-），女，廣西北海人，工程師，學(xué)士，研究方向?yàn)樵O(shè)備控制。