RFID車(chē)身追蹤系統(tǒng)在汽車(chē)總裝車(chē)間的應(yīng)用

鄭艷紅

（長(zhǎng)春泰坦斯科技有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130000）

目前，汽車(chē)總裝車(chē)間生產(chǎn)線車(chē)型信息采集方式需操作者手持掃碼設(shè)備讀取車(chē)型碼來(lái)識(shí)別車(chē)輛的信息。為了提高工作效率和生產(chǎn)自動(dòng)化水平，總裝生產(chǎn)線應(yīng)用無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)和二維碼定位方式來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)型信息的自動(dòng)讀取和識(shí)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(gè)系統(tǒng)基于良好的硬件平臺(tái)而進(jìn)行穩(wěn)定運(yùn)行，確保數(shù)據(jù)傳輸儲(chǔ)存安全可靠。

1 研究背景、目的、意義和關(guān)鍵問(wèn)題以及需求性能要求

1.1 研究背景

目前，汽車(chē)總裝車(chē)間需操作者手持掃碼設(shè)備讀取車(chē)型碼，每個(gè)工位干活前需先掃一下車(chē)身?xiàng)l碼，生產(chǎn)效率低，自動(dòng)化水平低，增加了工人重復(fù)勞動(dòng)。

在車(chē)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(guò)程中被有效識(shí)別、采集和記錄，就能夠在生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)線上車(chē)輛的質(zhì)量問(wèn)題。

1.2 研究的目的、意義和關(guān)鍵問(wèn)題

表1 條形碼與RFID對(duì)比

識(shí)別系統(tǒng)可節(jié)省生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本和生產(chǎn)周期。自動(dòng)識(shí)別可貫穿從產(chǎn)品組裝到產(chǎn)品運(yùn)輸整個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)。使用自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)將大大降低人工采集數(shù)據(jù)的誤差，節(jié)省運(yùn)營(yíng)成本，并使生產(chǎn)信息的實(shí)時(shí)性更強(qiáng)。為了提高工作效率和生產(chǎn)線自動(dòng)化水平，總裝生產(chǎn)線應(yīng)用無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)和二維碼定位方式來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)型信息的自動(dòng)讀取和識(shí)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(shí)時(shí)性和可靠性。

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

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

（3）運(yùn)動(dòng)中讀取，通訊時(shí)間要滿(mǎn)足線體運(yùn)行速度6米50秒。

2 RFID技術(shù)概述

2.1 RFID 的技術(shù)簡(jiǎn)介

RFID代表“射頻識(shí)別”，是指使用無(wú)線電波自動(dòng)識(shí)別物體或人員的技術(shù)。通常，序列號(hào)或其他與產(chǎn)品／對(duì)象相關(guān)的信息（標(biāo)識(shí)符）會(huì)存儲(chǔ)在微芯片上。該芯片連接到天線，使芯片能夠?qū)⑺璧淖R(shí)別信息傳輸?shù)阶x取設(shè)備。天線和芯片的組合被稱(chēng)為“RFID標(biāo)簽”或“RFID轉(zhuǎn)發(fā)器”。RFID讀碼器創(chuàng)造了一個(gè)可激活標(biāo)簽的能量場(chǎng)。最常見(jiàn)的RFID標(biāo)簽是無(wú)源的，因此基本上無(wú)需維護(hù)。根據(jù)RFID標(biāo)簽的類(lèi)型，一個(gè)標(biāo)簽上可以存儲(chǔ)大量不同的產(chǎn)品相關(guān)信息。專(zhuān)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(cuò)的手動(dòng)數(shù)據(jù)采集了。這意味著管理錯(cuò)誤最少、透明度更高以及巨大的速度提升。

2.2 RFID 的分類(lèi)

根據(jù)標(biāo)簽的供電形式分類(lèi)，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(wú)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(lèi)，標(biāo)簽的數(shù)據(jù)調(diào)制方式即標(biāo)簽是通過(guò)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(dòng)式、被動(dòng)式和半主動(dòng)式。根據(jù)工作頻率分類(lèi)，RFID系統(tǒng)的工作頻率即為讀頭發(fā)送無(wú)線信號(hào)時(shí)所用的頻率，一般可以分為低頻、高頻、超高頻和微波。

在無(wú)源RFID、有源RFID和半有源RFID三類(lèi)RFID產(chǎn)品中，無(wú)源RFID出現(xiàn)時(shí)間最早，最成熟，其應(yīng)用也最為廣泛。在無(wú)源RFID中，電子標(biāo)簽通過(guò)接收射頻識(shí)別讀寫(xiě)器發(fā)送的微波信號(hào)，并通過(guò)電磁感應(yīng)線圈獲取能量，使電子標(biāo)簽在短時(shí)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(gè)標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象閱讀器。

（2）閱讀器：讀取標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計(jì)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(hào)。

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(gè)部分組成，其工作原理是閱讀器發(fā)射一特定頻率的無(wú)線電波能量給電子標(biāo)簽，以驅(qū)動(dòng)電子標(biāo)簽電路將內(nèi)部的數(shù)據(jù)送出，此時(shí)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(chǎng)后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號(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（Passive Tag，無(wú)源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽），或者由標(biāo)簽主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)（Active Tag，有源標(biāo)簽或主動(dòng)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(chē)身追蹤系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1 基于RFID的車(chē)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(dòng)拿掃碼槍掃車(chē)身?xiàng)l碼，減少工人重復(fù)勞動(dòng)；過(guò)點(diǎn)信息自動(dòng)上傳；安裝零件工位，車(chē)輛到位自動(dòng)提示；識(shí)別率99.9%；識(shí)別過(guò)程不能影響線上工人干活；提高生產(chǎn)節(jié)拍；車(chē)輛實(shí)時(shí)位置查看；線末車(chē)輛不合格數(shù)據(jù)顯示。基于條碼采集方式效率低，識(shí)別率低，增加人工重復(fù)勞動(dòng)，條碼容量有限，不能把車(chē)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(qiáng)的抗干擾能力，像抵抗外部電磁干擾以及機(jī)械影響。整個(gè)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(chǔ)時(shí)間能長(zhǎng)達(dá)10年以上。

3.2 基于RFID的車(chē)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(xiě)頭作為底層設(shè)備，Bodytracking PC和PLC作為執(zhí)行發(fā)送控制層。車(chē)身追蹤系統(tǒng)PLC通過(guò)PNPN耦合器實(shí)現(xiàn)與線體PLC通訊，獲取車(chē)輛載體位置信息。Bodytracking PC通過(guò)OPC協(xié)議與車(chē)身追蹤系統(tǒng)PLC通訊，獲取車(chē)輛條碼和實(shí)時(shí)位置。Bodytracking PC通過(guò)OPC協(xié)議給線上PLC控制設(shè)備發(fā)送車(chē)輛準(zhǔn)確信息。Bodytracking PC通過(guò)TCP協(xié)議給線上MPC控制設(shè)備發(fā)送車(chē)輛準(zhǔn)確信息。Bodytracking PC通過(guò)XML協(xié)議給服務(wù)器發(fā)送車(chē)輛準(zhǔn)確信息。服務(wù)器發(fā)送給其他系統(tǒng)。

3.3 RFID識(shí)別系統(tǒng)與PLC接口設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

RFID識(shí)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(chǎng)，識(shí)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(dòng)讀／寫(xiě)載體數(shù)據(jù)和配置設(shè)備參數(shù)的自動(dòng)化系統(tǒng)。整個(gè)識(shí)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(guò)網(wǎng)絡(luò)傳給識(shí)別系統(tǒng)控制器，識(shí)別系統(tǒng)控制器將指令再發(fā)送給讀寫(xiě)設(shè)備。讀出的數(shù)據(jù)將按照指令傳送路線反饋給PLC。對(duì)于系統(tǒng)癱瘓狀態(tài)，用戶(hù)仍可以在現(xiàn)場(chǎng)讀取載體數(shù)據(jù)。RFID識(shí)別系統(tǒng)產(chǎn)品嚴(yán)格遵守相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)運(yùn)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(chē)身追蹤系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)

3.4.1 系統(tǒng)架構(gòu)

基于RFID的車(chē)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(shí)現(xiàn)與線體PLC、讀寫(xiě)頭、過(guò)點(diǎn)信息設(shè)備的通訊與數(shù)據(jù)采集。

（4）實(shí)現(xiàn)RFID標(biāo)簽及讀寫(xiě)頭作為底層設(shè)備。

3.4.2 基于RFID的車(chē)身追蹤系統(tǒng)具體實(shí)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(gè)轉(zhuǎn)掛點(diǎn)，每個(gè)轉(zhuǎn)掛點(diǎn)安裝兩套R(shí)FID，一套讀數(shù)據(jù)，一套寫(xiě)數(shù)據(jù)。每條生產(chǎn)線安裝三套R(shí)FID，線首兩套，一用一備，線尾安裝一套效驗(yàn)。

底層設(shè)備硬件主要由RFID系統(tǒng)組成，直接讀取車(chē)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(xiě)指令，并結(jié)合線體PLC信號(hào)，把車(chē)輛信息安照工位實(shí)時(shí)計(jì)算出來(lái)。Bodytracking接收到PLC發(fā)送信息發(fā)送給數(shù)據(jù)服務(wù)器同時(shí)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(chē)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?xún)?nèi)。

3.4.3 RFID與二維碼掃碼定位實(shí)現(xiàn)車(chē)輛實(shí)時(shí)信息算法的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)的算法編程如下：

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

序列開(kāi)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(kāi)始的位置上升沿做序列。每條線做30個(gè)條碼序列，每個(gè)條碼有18個(gè)字符串。條碼格式如表2所示。

表2 條碼格式

大線PLC給RFID車(chē)身追蹤系統(tǒng)發(fā)送每個(gè)載具的編號(hào)和實(shí)時(shí)位置；根據(jù)實(shí)時(shí)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(chē)身追蹤系統(tǒng)的其他功能模塊

可視化模塊功能：增強(qiáng)可視化展示，體現(xiàn)數(shù)字化效果；顯示車(chē)間車(chē)輛實(shí)時(shí)位置及條碼匹配狀態(tài)；車(chē)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(gè)過(guò)點(diǎn)信息的數(shù)量統(tǒng)計(jì)。

自動(dòng)化模塊功能：生產(chǎn)線自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率提升；建立智能化、數(shù)字化管理體制；通過(guò)多種數(shù)據(jù)檢驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)車(chē)身Vin讀取自動(dòng)化、準(zhǔn)時(shí)化；資源優(yōu)化，減少操作工時(shí)，簡(jiǎn)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(chē)身位置平臺(tái)，快速實(shí)現(xiàn)車(chē)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(shí)現(xiàn)信息流互鎖。車(chē)身信息與物流系統(tǒng)準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)對(duì)接；實(shí)現(xiàn)各個(gè)產(chǎn)線的車(chē)身數(shù)據(jù)共享；實(shí)現(xiàn)各個(gè)產(chǎn)線的位置數(shù)據(jù)共享，為物流提示更精準(zhǔn)的過(guò)點(diǎn)信息；實(shí)現(xiàn)及時(shí)準(zhǔn)確的備料和送料，為實(shí)現(xiàn)物料自動(dòng)呼叫功能提供底層數(shù)據(jù)。

質(zhì)量信息模塊功能：實(shí)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(shí)時(shí)與擰緊缺陷系統(tǒng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確對(duì)接，及時(shí)響應(yīng)報(bào)警信息；實(shí)現(xiàn)擰緊系統(tǒng)與合格證系統(tǒng)的強(qiáng)制關(guān)聯(lián)；為質(zhì)量缺陷系統(tǒng)提供生產(chǎn)線末端的過(guò)點(diǎn)狀態(tài)信息；系統(tǒng)末端返修PC收到過(guò)點(diǎn)信息時(shí)，可以顯示當(dāng)前車(chē)輛所有擰緊數(shù)據(jù)結(jié)果。

4 結(jié)論

通過(guò)RFID系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集、實(shí)時(shí)傳遞、實(shí)時(shí)核對(duì)和更新，既降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度又避免了在重復(fù)的人工操作中可能出現(xiàn)的錯(cuò)掃、漏掃、重掃等差錯(cuò)，能夠有效提高工作效率和準(zhǔn)確度。