论RFID技术在焊装车间的应用

叶少剑 谢卫林 孙思达 熊露

摘 要：汽车制造行业智能改造需求十分旺盛，中国的整体经济正处在转型升级的关键节点。生产过程中数据传输与采集覆盖整个制造现场，保证海量现场数据传输与采集的实时性、准确性和全面性非常重要。根据各大主机厂焊装车间的工艺、信息采集对象、频次的不同要求，结合RFID无线传输技术的优势，论述RFID技术在主机厂焊装车间车型识别和设备备件管理等方面的应用，通过RFID技术改良设备缺陷、降低设备故障率以及提升焊装车间自动化率。

关键词：焊装;RFID;车型识别;载码体;标签;滑橇;备件

中图分类号：U466  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）04-170-04

On the Application of RFID Technology in Welding Workshop

Ye Shaojian， Xie Weilin， Sun Sida， Xiong Lu

（ GAC MOTOR CO.， LTD.， Guangdong Guangzhou 511434 ）

Abstract： There is strong demand for intelligent transformation of automobile manufacturing industry. China's overall economy is in the key node of transformation and upgrading. During the production process data transmission and collection cover the whole manufacturing site， so it is very important to ensure the real-time，accuracy and comprehensiveness of massive field data transmission and collection. According to the different requirements of process， information collection object and frequency of welding workshop in main engine plant， combined with the advantages of RFID wireless transmission technology， this paper discusses the application of RFID technology in vehicle identification and equipment spare parts management of welding workshop in main engine plant. Through RFID technology， equipment defect is improved， equipment failure rate is reduced and automation rate of welding workshop is improved.

Keywords： Welding workshop; RFID; Vehicle identification; Carrier code; Label; Skid; Spare part

CLC NO.： U466  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）04-170-04

前言

當前，《中国制造2025》发布实施已经到了第四个年头，中国制造业正经历新一轮深刻变革，十九大报告再次为我国“智造业”发展指明了新方向。因为劳动力成本递增以及需求急剧变化等各种压力，汽车制造行业智能改造需求十分旺盛，这在我国汽车制造行业中尤其明显。中国的整体经济正处在转型升级的关键节点，过去的劳动密集型经济正在逐渐衰退，取而代之的是新兴的技术密集型经济，汽车智能制造正是这波潮流中耀眼的明星。而与智造密不可分的工业制造，发展至今也从工业1.0的机械制造，进化至工业4.0的网络化生产，虚实融合。

随着微集成电路的进步，微型智能RFID载码体等到了很大进步，在低功耗IC技术方面取得重大突破，RFID技术具有无接触、精度高、抗干扰、密封性好、速度快以及适应环境能力强等显著优点，适应于焊装车间多粉尘、大电流干扰环境，广泛应用于物流管理、交通运输、医疗卫生以及商品防伪等领域。

1 RFID技术介绍

1.1 现有识别系统以及RFID技术优势

当前市场在使用的六大识别系统，如图1所示：

市场中现有主流六大识别系统为：条形码识别、二维码识别、IC卡、光标阅卷技术、生物识别技术、图型识别技术， 如图2所示：

RFID的优势：

①无须可见，读写可穿透木质，塑料等非金属材料;

②适用于恶劣环境（尘土、焊渣、油污、漆…）;

③数据读取速度快;

④可重复使用，使用寿命长;

⑤数据存储量大。

1.2 RFID系统构成

RFID系统构成（如下图3所示）：

（1）载码体（Tag）：载码体分为主动式和被动式，主动式内有电能，传输距离远但有寿命限制。被动式由外部磁场提供能源，传输距离短但寿命无限;

（2）读写头：用于读取或者写入载码体信息，并将读取到的信息传输到通讯接口中做下一步处理;

（3）通讯接口：将读写头读取到的信息转换为控制器能够识别的通讯协议或者将来自控制器的信号转换为读写头可以识别的信号;

（4）控制器：对读写头读取到的信息进行处理，并发出读写头需要写入的信息。

1.3 RFID系统工作原理

RFID系统的工作原理是：载码体进入磁场后，接收读写头发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（无源载码体或被动载码体），或者由载码体主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源载码体或主动载码体），读写头读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。

2 RFID技术在汽车制造生产线上的应用

2.1 RFID在车型传递上的应用

在汽车工业应用RFID系统，由于RFID 数据载体信息容量大、可读可写的特点，使生产过程中的所有信息都可以进行本地处理，也不需要通过负荷日益增加的网络来传播数据流，实现了生产信息的全程记录追踪，显著提高了生产效率。国内的主要汽车生产企业如广汽乘用车、上海大众、上海通用等均在其车身、涂装、总装、发动机等主要生产车间使用了RFID识别系统。RFID车型识别系统在汽车生产线上的应用，使得汽车生产线更加的柔性化和高效化。

2.1.1 RFID在焊接工位车型传递上的应用

在多车型混线生产的车间，焊接工位的特点是每个工位都需要进行RFID读写操作，用来进行车型确认。一般适用于需要连续确认车型的工位。以焊装车间为例，自动焊接工位如果需要确认车型，可以在搬运工件（如滑橇）的设备上安装1套RFID设备，载码体（Tag）被固定在载有工件的滑橇上，自始至终带着工件运行，在整个生产流程中白车身随时都携带“名片”，当白车身达到工位后，安装在滚床上的RFID读写头通过读取固定在滑橇上载码体（Tag），来获取车型等数据信息，如下图4所示。

基本过程为：当滑橇等工件运载设备往下一个工位搬运设备时，前工位车型通过PLC将车型数据传递给下一个工位，或者通过下一工件检测设备直接检测到车型，滑橇到位以后通过RFID读头读取滑橇载码体（Tag）中记录的车型数据，与前一工位通过PLC传递的车型数据或车型传感器检测到的数据进行对比确认，以确保车型正确，防止工装夹具切换错误或机器人程序号调用错误，导致严重的设备碰撞事故等。同样的情况可以应用于发动机装配线、总装板链输送线等需要连续确认车型的工位。如下图5所示。

2.1.2 RFID在输送线车型传递上的应用

输送线的特点是只需要在关键工位进行车型确认，一般适用于不能直接通过PLC传递车型的场合，载码体（Tag）专门用来传递车型且不需要与PLC的车型进行对比。输送线上的RFID根据工艺及生产管理需要，可在AGV、输送线接车入口处、输送线送车出口处、重要的工艺过程（如扫码、切换夹具、储存区等）入口处设置RFID读写头。

基本过程为：在输送线入口处，检测开关检测到工件载体到位信号后，在工件载体接车过程中，RFID读头将工件的车型信号写入到工件载体的载码体（Tag）上。载码体（Tag）随着工件载体在输送线中搬运，过程中不做车型信号交互。当工件载体来到输送线出口处，读写装置开始自动读取安装在工件载体上的载码体（Tag）中所存储的车型数据，并将车型数据发送给PLC，同时可以显示在人机界面上。如下图6所示。

2.2 RFID读写系统与人机交互界面

当出现以下情况时需要通过人机交互界面对RFID系统进行手动操作：

（1）带有载码体（Tag）的工件载体到达工作位以后，RFID读头车型读取异常，此时需要手动操作进行二次读取;

（2）载码体（Tag）内部车型数据丢失或者被RFID读头清除，此时需要手动操作进行车型写入。

我们以车身线上侧围与地板拼装工位为例来解读人机交互界面。RFID系統车型读写画面应当包含两个功能区：写入功能区（包含写入功能和车型清除）和读取功能区（包含车型读取功能）。各功能区主要包括以下内容：

1）车型信息概况：用来选择需要写入的车型或者显示当前读取到的车型;

2）写入和读取按钮：用来操作HMI写入或者读取载码体（Tag）车型;

3）写入或者读取完成显示：用来表示写入和读取操作是否成功。

RFID车型读写系统HMI画面，如图7所示。

3 RFID技术在设备备件出入库管理上的应用

3.1 传统备件管理方式的劣势和未来的趋势

传统备件管理系统通常使用人工仓库管理单据等方式，这些管理方式有着明显的缺点：

（1）传统出入库数据不是实时申报，很多是事后录入，库存数据滞后;

（2）人工录入出入库信息：工作繁琐，数据量大易出错漏，增加仓储环节人工成本，进出库状态难以管控;

（3）出入库操作：出入库操作繁琐，备件紧急维修后容易忘记补单，管理不规范，无法有效管理。

在RFID技术和物流自动化技术高速发展的今天，借助RFID 快速扫描、无障碍阅读等特点，快速、准确地进行数据采集和处理，实现备件仓库的标准化和高效化运营。未来备件仓库管理趋势：

（1）实现快速查货、找货，堆存直观，科学合理;

（2）通过现代先进的网络技术，实现入库、出库、库存统计等仓库管理信息在企业运营过程中的实时共享;

（3）方便生产部门对设备备件数量和库存情况进行监管。

RFID智能备件管理系统能有效提高备件仓库的周转率，减少设备备件库存浪费，是企业推行SSC理念的重要环节。

3.2 RFID智能备件管理系统

RFID智能备件管理系统由管理系统、手持终端、标签（Tag）和托盘组成。将制作好的标签（Tag）贴在每个备件的托盘上。在标签（Tag）中写入备件的具体资料、存放位置等信息。备件出入库时通过手持终端扫描对应托盘标签（Tag），确认被扫描托盘信息无误后对数量进行调整。变更的库存数据信息实时反馈至管理系统，管理系统结合安全库存对备件不足情况报警提示，同时可以随时生成统计报表。通过以上过程，我们可以实现出库、入库自动化并自动输出各种报表。系统拓扑图如图8所示。

3.2.1 备件入庫自动化

RFID智能备件管理系统中，我们的将制作的标签（Tag）贴在每种备件托盘上，当备件需要入库时，备件放入对应的托盘以后，我们通过手持终端扫描对应托盘的标签（Tag）后，手持终端弹出备件信息和备件库存，在确认无误后，输入新入库备件数量，该数据将实时反馈至服务器，并自动更新库存数据。过程如图9所示。

通过RFID手持终端可以将备件库存变化信息实时提交到服务器系统，相对传统方案的手工记录而后录入电脑的方案，库存的实时性和准确性有很大的提高，效率也得到很大提升。

3.2.2 备件出库自动化

需要备件出库时，持手持终端并找到对应备件的托盘，通过手持终端扫描对应托盘的标签（Tag），在弹出备件信息和备件库存并确认无误后，输入出库备件数量并取走备件。备件数据变化信息将实时反馈至服务器，并自动更新服务器库存数据。系统将根据设定的安全库存实时预警备件的缺货情况，方便采购担当及时进行采购。 过程如图10所示。

支持远程出库操作提交、现场仓库内部数据处理提交或查询，能够确保设备备件库存不足现状即刻被暴露，减少因传统仓库管理手工录入滞后导致备件申购滞后、备件缺失等问题。同时简化了操作，管理不再严重依赖员工素质，而是依赖系统，从而提高整个仓库的管理、运作能力。

4 RFID读写故障与安装优化方案

RFID在工厂应用过车中，也偶尔会出现载码体（Tag）数据无法读出的情况。根据PLC中数据分析，结合RFID模块反馈的不同数据，可以判断出设备当前状态。根据设备本身特性，总结出RFID安装注意事项：

（1）分离式设备的RFID控制器尽量安装在金属盒体内部，这样可以避免意外损坏或其它未知的干扰;

（2）天线工作区域不能直接安装在金属支架上，并且安装时各方向须远离金属，远离的距离参考技术手册;

（3）读写头进行读写操作时，应保证载码体（Tag）在天线操作范围内，为减少故障率，载码体（Tag）应尽量定位于读写头天线的中心区域;

（4）读写头的电缆与周边动力线应分开布线并良好接地，避免因为干扰导致读写头非正常反应;

（5）载码体（Tag）安装时，载码体（Tag）与金属之间须（参考技术手册）保持一定的距离，建议采用标准配置中提供的标准安装附件进行安装;

（6）当载码体（Tag）的安装环境中存在有载码体（Tag）侧向延长线上的侧向金属情况下，须（参考技术手册）确保载码体（Tag）与侧向金属间至少保持最低隔离间距以上，确保载码体（Tag）的正常读写操作不会受到侧向金属的影响。

参考文献

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[2] 刘军，薛明，李桂丽.RFID车型识别及信息处理在汽车生产中的应用[J].制造业自动化，2006，28（12）：84-8.

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[4] 王永靖，刘飞，王琦峰.面向绿色制造的汽车制造企业信息系统及关键技术研究[J].中国机械工程，2009，20（ 7）：832-837.