鄭艷紅

（長春泰坦斯科技有限公司，吉林 長春 130000）

目前，汽車總裝車間生產(chǎn)線車型信息采集方式需操作者手持掃碼設(shè)備讀取車型碼來識別車輛的信息。為了提高工作效率和生產(chǎn)自動化水平，總裝生產(chǎn)線應(yīng)用無線射頻識別技術(shù)和二維碼定位方式來實現(xiàn)車型信息的自動讀取和識別。系統(tǒng)數(shù)據(jù)很重要，應(yīng)采用成熟可靠的硬件產(chǎn)品和技術(shù)，以保證整個系統(tǒng)基于良好的硬件平臺而進(jìn)行穩(wěn)定運行，確保數(shù)據(jù)傳輸儲存安全可靠。

1 研究背景、目的、意義和關(guān)鍵問題以及需求性能要求

1.1 研究背景

目前，汽車總裝車間需操作者手持掃碼設(shè)備讀取車型碼，每個工位干活前需先掃一下車身條碼，生產(chǎn)效率低，自動化水平低，增加了工人重復(fù)勞動。

在車輛追蹤和追溯系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)獲取的準(zhǔn)確性很重要。數(shù)據(jù)在生產(chǎn)過程中被有效識別、采集和記錄，就能夠在生產(chǎn)過程中實時發(fā)現(xiàn)線上車輛的質(zhì)量問題。

1.2 研究的目的、意義和關(guān)鍵問題

表1 條形碼與RFID對比

識別系統(tǒng)可節(jié)省生產(chǎn)運營成本和生產(chǎn)周期。自動識別可貫穿從產(chǎn)品組裝到產(chǎn)品運輸整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)。使用自動識別系統(tǒng)將大大降低人工采集數(shù)據(jù)的誤差，節(jié)省運營成本，并使生產(chǎn)信息的實時性更強。為了提高工作效率和生產(chǎn)線自動化水平，總裝生產(chǎn)線應(yīng)用無線射頻識別技術(shù)和二維碼定位方式來實現(xiàn)車型信息的自動讀取和識別。

1.3 需求性能要求

獲取數(shù)據(jù)應(yīng)確保其準(zhǔn)確性、實時性和可靠性。

（1）汽車總裝車間電氣控制設(shè)備多，金屬多，可能會出現(xiàn)金屬或者同頻段設(shè)備對RFID數(shù)據(jù)讀寫產(chǎn)生干擾。

（2）RFID讀寫頭之間安裝距離干擾，RFID讀寫頭與載體之間安裝距離受限。

（3）運動中讀取，通訊時間要滿足線體運行速度6米50秒。

2 RFID技術(shù)概述

2.1 RFID 的技術(shù)簡介

RFID代表“射頻識別”，是指使用無線電波自動識別物體或人員的技術(shù)。通常，序列號或其他與產(chǎn)品／對象相關(guān)的信息（標(biāo)識符）會存儲在微芯片上。該芯片連接到天線，使芯片能夠?qū)⑺璧淖R別信息傳輸?shù)阶x取設(shè)備。天線和芯片的組合被稱為“RFID標(biāo)簽”或“RFID轉(zhuǎn)發(fā)器”。RFID讀碼器創(chuàng)造了一個可激活標(biāo)簽的能量場。最常見的RFID標(biāo)簽是無源的，因此基本上無需維護(hù)。根據(jù)RFID標(biāo)簽的類型，一個標(biāo)簽上可以存儲大量不同的產(chǎn)品相關(guān)信息。專用接口支持RFID系統(tǒng)與PLC或其他IT系統(tǒng)進(jìn)行通信。在流程中使用RFID系統(tǒng)后，就不必再使用容易出錯的手動數(shù)據(jù)采集了。這意味著管理錯誤最少、透明度更高以及巨大的速度提升。

2.2 RFID 的分類

根據(jù)標(biāo)簽的供電形式分類，依據(jù)射頻標(biāo)簽工作所需能量的供給方式，可以將RFID系統(tǒng)分為：有源、無源和半有源系統(tǒng)。根據(jù)標(biāo)簽的數(shù)據(jù)調(diào)制方式分類，標(biāo)簽的數(shù)據(jù)調(diào)制方式即標(biāo)簽是通過何種形式方法與讀頭之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，據(jù)此RFID可分為主動式、被動式和半主動式。根據(jù)工作頻率分類，RFID系統(tǒng)的工作頻率即為讀頭發(fā)送無線信號時所用的頻率，一般可以分為低頻、高頻、超高頻和微波。

在無源RFID、有源RFID和半有源RFID三類RFID產(chǎn)品中，無源RFID出現(xiàn)時間最早，最成熟，其應(yīng)用也最為廣泛。在無源RFID中，電子標(biāo)簽通過接收射頻識別讀寫器發(fā)送的微波信號，并通過電磁感應(yīng)線圈獲取能量，使電子標(biāo)簽在短時間內(nèi)完成信息交換。

2.3 RFID系統(tǒng)的基本組成

（1）標(biāo)簽：由耦合元件及芯片組成，每個標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識目標(biāo)對象閱讀器。

（2）閱讀器：讀取標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計為手持式或固定式。

（3）天線：在標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號。

一套完整的RFID系統(tǒng)由閱讀器、電子標(biāo)簽和應(yīng)用軟件三個部分組成，其工作原理是閱讀器發(fā)射一特定頻率的無線電波能量給電子標(biāo)簽，以驅(qū)動電子標(biāo)簽電路將內(nèi)部的數(shù)據(jù)送出，此時閱讀器便依次接收數(shù)據(jù)，并送給應(yīng)用程序做相應(yīng)的處理。

2.4 RFID系統(tǒng)的基本工作原理

RFID技術(shù)的基本工作原理并不復(fù)雜。標(biāo)簽進(jìn)入磁場后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息（Passive Tag，無源標(biāo)簽或被動標(biāo)簽），或者由標(biāo)簽主動發(fā)送某一頻率的信號（Active Tag，有源標(biāo)簽或主動標(biāo)簽），解讀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。

3 基于RFID的車身追蹤系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1 基于RFID的車身追蹤系統(tǒng)的需求分析

系統(tǒng)功能需求如下：取消人工手動拿掃碼槍掃車身條碼，減少工人重復(fù)勞動；過點信息自動上傳；安裝零件工位，車輛到位自動提示；識別率99.9%；識別過程不能影響線上工人干活；提高生產(chǎn)節(jié)拍；車輛實時位置查看；線末車輛不合格數(shù)據(jù)顯示。基于條碼采集方式效率低，識別率低，增加人工重復(fù)勞動，條碼容量有限，不能把車輛關(guān)鍵信息全部記錄。射頻標(biāo)簽載體內(nèi)的數(shù)據(jù)有很強的抗干擾能力，像抵抗外部電磁干擾以及機(jī)械影響。整個射頻系統(tǒng)將為您提供可靠穩(wěn)定的讀取率。數(shù)據(jù)存儲時間能長達(dá)10年以上。

3.2 基于RFID的車身追蹤系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和任務(wù)流程

RFID標(biāo)簽及讀寫頭作為底層設(shè)備，Bodytracking PC和PLC作為執(zhí)行發(fā)送控制層。車身追蹤系統(tǒng)PLC通過PNPN耦合器實現(xiàn)與線體PLC通訊，獲取車輛載體位置信息。Bodytracking PC通過OPC協(xié)議與車身追蹤系統(tǒng)PLC通訊，獲取車輛條碼和實時位置。Bodytracking PC通過OPC協(xié)議給線上PLC控制設(shè)備發(fā)送車輛準(zhǔn)確信息。Bodytracking PC通過TCP協(xié)議給線上MPC控制設(shè)備發(fā)送車輛準(zhǔn)確信息。Bodytracking PC通過XML協(xié)議給服務(wù)器發(fā)送車輛準(zhǔn)確信息。服務(wù)器發(fā)送給其他系統(tǒng)。

3.3 RFID識別系統(tǒng)與PLC接口設(shè)計與實現(xiàn)

RFID識別系統(tǒng)數(shù)據(jù)的交換可應(yīng)用于不同的網(wǎng)絡(luò) ：EtherNet，Profibus，Profinet，DeviceNet，Interbus，EtherCAT，CC－Link，或 Serial Interface。被安裝在工業(yè)現(xiàn)場，識別控制系統(tǒng)將和上層的控制系統(tǒng)相連。這樣的網(wǎng)絡(luò)連接形成了自動讀／寫載體數(shù)據(jù)和配置設(shè)備參數(shù)的自動化系統(tǒng)。整個識別系統(tǒng)兼容所有工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。從PLC發(fā)出的指令通過網(wǎng)絡(luò)傳給識別系統(tǒng)控制器，識別系統(tǒng)控制器將指令再發(fā)送給讀寫設(shè)備。讀出的數(shù)據(jù)將按照指令傳送路線反饋給PLC。對于系統(tǒng)癱瘓狀態(tài)，用戶仍可以在現(xiàn)場讀取載體數(shù)據(jù)。RFID識別系統(tǒng)產(chǎn)品嚴(yán)格遵守相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)運行安全可靠。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與通信結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與通信結(jié)構(gòu)

3.4 基于RFID的車身追蹤系統(tǒng)的功能實現(xiàn)

3.4.1 系統(tǒng)架構(gòu)

基于RFID的車身追蹤系統(tǒng)共有四層架構(gòu)，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖

（1）Mom系統(tǒng)既是數(shù)據(jù)源頭，又是與其他設(shè)備通訊的橋梁和紐帶。

（2）數(shù)據(jù)服務(wù)器作為中間應(yīng)用層，起到數(shù)據(jù)收集及轉(zhuǎn)發(fā)功能。

（3）Bodytracking和PLC作為執(zhí)行發(fā)送控制層，實現(xiàn)與線體PLC、讀寫頭、過點信息設(shè)備的通訊與數(shù)據(jù)采集。

（4）實現(xiàn)RFID標(biāo)簽及讀寫頭作為底層設(shè)備。

3.4.2 基于RFID的車身追蹤系統(tǒng)具體實現(xiàn)

線體按載具方式分4種生產(chǎn)線：滑橇線（BA0）、滑板線 1（BA12、BA56）、吊具線（BA34）、板式鏈（BA7），共8條生產(chǎn)線，共5個轉(zhuǎn)掛點，每個轉(zhuǎn)掛點安裝兩套RFID，一套讀數(shù)據(jù)，一套寫數(shù)據(jù)。每條生產(chǎn)線安裝三套RFID，線首兩套，一用一備，線尾安裝一套效驗。

底層設(shè)備硬件主要由RFID系統(tǒng)組成，直接讀取車輛滑板吊具等載具上安裝的載體。執(zhí)行發(fā)送控制層的PLC主要給RFID系統(tǒng)發(fā)送讀寫指令，并結(jié)合線體PLC信號，把車輛信息安照工位實時計算出來。Bodytracking接收到PLC發(fā)送信息發(fā)送給數(shù)據(jù)服務(wù)器同時按需求發(fā)送給線上設(shè)備。

PLC與RFID系統(tǒng)選擇成熟穩(wěn)定的PROFINET網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。Bodytracking PC與PLC、數(shù)據(jù)服務(wù)器以及線上設(shè)備均選用車間生產(chǎn)網(wǎng)，以節(jié)省大量網(wǎng)絡(luò)布線。RFID與載體之間的安裝距離應(yīng)在5cm以內(nèi)。

3.4.3 RFID與二維碼掃碼定位實現(xiàn)車輛實時信息算法的實現(xiàn)

系統(tǒng)的算法編程如下：

條碼判斷位置：選擇兩個讀寫頭讀取完成的位置判斷讀寫頭讀取完成信號，如果讀寫頭1讀取成功，就用讀寫頭1讀取數(shù)據(jù)；如果讀寫頭1讀取不成功，讀寫頭2讀取成功，就用讀寫頭2讀取數(shù)據(jù)。如果兩個讀取都不成功，就用大線PLC給的條碼。

序列開始的位置：將條碼按此位置做條碼序列。條碼序列有連續(xù)去重功能，要用序列開始的位置上升沿做序列。每條線做30個條碼序列，每個條碼有18個字符串。條碼格式如表2所示。

表2 條碼格式

大線PLC給RFID車身追蹤系統(tǒng)發(fā)送每個載具的編號和實時位置；根據(jù)實時位置，判斷載具位置，找到載具上的條碼；Bodytracking PC使用OPC協(xié)議每200ms獲取一次PLC里數(shù)據(jù)信息，把最新的條碼按位置信息發(fā)送給線上設(shè)備并上傳給數(shù)據(jù)服務(wù)器。

3.5 基于RFID的車身追蹤系統(tǒng)的其他功能模塊

可視化模塊功能：增強可視化展示，體現(xiàn)數(shù)字化效果；顯示車間車輛實時位置及條碼匹配狀態(tài)；車輛線末質(zhì)量缺陷狀態(tài)顯示；擰緊一次合格率Top5顯示；各個過點信息的數(shù)量統(tǒng)計。

自動化模塊功能：生產(chǎn)線自動化，實現(xiàn)生產(chǎn)效率提升；建立智能化、數(shù)字化管理體制；通過多種數(shù)據(jù)檢驗，實現(xiàn)車身Vin讀取自動化、準(zhǔn)時化；資源優(yōu)化，減少操作工時，簡化工作流程，合理利用資源；統(tǒng)一通道上傳，規(guī)范數(shù)據(jù)：統(tǒng)一的車身位置平臺，快速實現(xiàn)車身位置信息共享。

物流信息模塊功能：為物流系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)，實現(xiàn)信息流互鎖。車身信息與物流系統(tǒng)準(zhǔn)確、實時對接；實現(xiàn)各個產(chǎn)線的車身數(shù)據(jù)共享；實現(xiàn)各個產(chǎn)線的位置數(shù)據(jù)共享，為物流提示更精準(zhǔn)的過點信息；實現(xiàn)及時準(zhǔn)確的備料和送料，為實現(xiàn)物料自動呼叫功能提供底層數(shù)據(jù)。

質(zhì)量信息模塊功能：實現(xiàn)缺陷數(shù)據(jù)上傳，為質(zhì)量提升提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；實時與擰緊缺陷系統(tǒng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確對接，及時響應(yīng)報警信息；實現(xiàn)擰緊系統(tǒng)與合格證系統(tǒng)的強制關(guān)聯(lián)；為質(zhì)量缺陷系統(tǒng)提供生產(chǎn)線末端的過點狀態(tài)信息；系統(tǒng)末端返修PC收到過點信息時，可以顯示當(dāng)前車輛所有擰緊數(shù)據(jù)結(jié)果。

4 結(jié)論

通過RFID系統(tǒng)能夠?qū)崟r采集、實時傳遞、實時核對和更新，既降低了工人的勞動強度又避免了在重復(fù)的人工操作中可能出現(xiàn)的錯掃、漏掃、重掃等差錯，能夠有效提高工作效率和準(zhǔn)確度。