1  引言 

　　汽車發(fā)動機裝配主要采用流水線作業(yè)方式。沒有采用RFID技術以前，要想全面而準確地獲取發(fā)動機在裝配過程中的信息十分困難，條形碼技術雖然解決了部分問題，但在實際操作過程中，信息流通前后脫節(jié)嚴重，不能滿足裝配線的實際需求。而且在產品檢測不合格時，條形碼很難快速地找出故障原因，造成資源的巨大浪費。 

　　因此，在發(fā)動機裝配過程中，急需一種識別技術以解決條形碼的不足。隨著科技的發(fā)展，RFID作為一種非接觸式自動識別技術，實現(xiàn)信息的快速流通，滿足裝配線的實際需求，而且它還具備故障識別功能，能快速地找出產品不合格的原因，因此，能很好的解決發(fā)動機裝配過程中出現(xiàn)的問題。該項技術在發(fā)動機裝配線上有很好的應用前景，許多汽車制造企業(yè)也都相繼開始實施RFID技術。 
  
　　2 RFID系統(tǒng)的基本組成部分 

　　RFID技術通過射頻信號自動識別目標對象并獲得相關數(shù)據(jù)，主要由電子標簽、讀寫器和控制器（中間件）三部分組成。 

　　2.1     電子標簽 

　　電子標簽核心主要由存儲容量較小的芯片組成。包含待識別物體的身份代碼信息或技術參數(shù)等信息的內部存儲器，則安裝在待識別物體的恰當部位。電子標簽與條形碼相比主要的優(yōu)勢：1）更大的信息存儲空間，并為以后的信息擴展提供可能。2）產品信息動態(tài)存儲。在整個產品裝配的周期里，這些信息可以自動提示工人或加工設備已經完成和未完成的作業(yè)內容，從而提高生產效率。3）經過二次封裝，適應震動、化學腐蝕、潮濕和灰塵等惡劣環(huán)境。4）信息讀寫時標簽不一定要在天線的可視范圍內，因此可以嵌入載體、容器、乃至產品中，使用十分方便。 

　　2.2   讀寫器 

　　主要包括讀寫裝置主機、天線和自動識別軟件等。通常安裝在待識別物體通過的通道或必須的數(shù)據(jù)采集點上。讀寫裝置采集到的信息包括待識別物體身份代碼信息，如產品型號、產品序號、制造時間，以及其它需加載信息。在發(fā)動機的裝配過程中，主要應用讀寫器非接觸式識別和快速讀寫的特點。非接觸式識別可避免人工介入，減少錯誤，實現(xiàn)裝配線信息輸入的自動化；快速讀寫可減小裝配線的節(jié)拍時間，提高生產效率。 

　　2.3   控制器（中間件） 

　　控制器是RFID應用框架中相當重要的一環(huán)，是用來管理讀寫器與PC/PLC、服務器或網(wǎng)絡接口模塊的通訊接口?？刂破髫撠煂崿F(xiàn)與RFID硬件以及配套設備的信息交互和管理，同時作為一個軟硬件集成的橋梁，完成與上層復雜應用的信息交換?？刂破髋cMES系統(tǒng)連接并通過并行端口、串行端口或通訊總線訪問電子標簽，也可以通過編輯程序直接利用電子標簽儲存的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)過程控制。 
  
　　3 RFID系統(tǒng)在發(fā)動機裝配線上的應用 

　　3.1   RFID系統(tǒng)的需求分析 

　　RFID技術應用之前，裝配線上主要使用條形碼技術，產品信息存儲在PLC或PMC數(shù)據(jù)庫里，對網(wǎng)絡通信速率，可靠性要求很高，需要高性能的PLC、大容量的數(shù)據(jù)庫和高效的PMC主機。在實際操作過程中會導致以下問題： 

　　1)    在裝配過程中，各環(huán)節(jié)信息都由手工輸入，容易會出現(xiàn)錯誤，使工作步驟不能正產銜接，影響生產流程和節(jié)拍時間； 
　　2)    若發(fā)現(xiàn)產品缺陷，由于紀錄數(shù)據(jù)不完全，導致不能查詢到需對產品缺陷負責相關工位； 
　　3)    生產部門與物流部門信息交流不暢，零部件配送效率低下；同時制成品會產生大量庫存放在現(xiàn)場，影響生產和現(xiàn)場物流； 
　　4)    管理人員不能直接了解生產線生產狀況，不能根據(jù)生產的實際情況及時調整作業(yè)計劃，解決生產中的實際問題缺乏可靠依據(jù)。應用了RFID技術以后以上問題就能迎刃而解：它能動態(tài)的存儲每個工位作業(yè)內容的信息；對生產線上實現(xiàn)并行管理，使需求計劃更加及時準確；實現(xiàn)JIT，減少時間和資源的浪費；通過與制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）無縫融合，追蹤每個產品的加工信息，跟其他部門進行有效交流，帶來了可觀的間接效益；更為重要的是，它提高ERP/MRPII的魯棒性，把生產過程中的數(shù)據(jù)存儲在標簽中，可以減少網(wǎng)絡架設的成本，部分地點和部門甚至不需要終端的延伸，信息系統(tǒng)發(fā)生災難時，生產過程數(shù)據(jù)也能夠得以保全。 

　　3.2   RFID系統(tǒng)在裝配線上的應用原理
 
　　裝配線是個循環(huán)系統(tǒng)，讀寫器和工位PC機由MES控制。如圖1所示，每個工位的讀寫器在托盤到達之前讀出標簽內容。工位PC機連接MES，來決定哪些零件組裝到發(fā)動機上，工作站的PC機屏幕顯示操作人員需要完成的作業(yè)。作業(yè)完成后，操作員按下完成按鈕，由MES來判斷所有作業(yè)是否完成并進入下一工位。 

　　3.3   RFID技術與自動化技術
 
　　關于RFID技術如何在無人工作站與機器設備進行對話，實現(xiàn)工工作站的完全自動化可以參考文獻[2]，F(xiàn)BC(Functionality Based Control)和S³(Scheduler, Selector and Synchronizer)的結合（圖2）為這種技術的實現(xiàn)提供了很好的構架，不僅使機器設備高度柔性化，而且簡化了中央數(shù)據(jù)庫及信息系統(tǒng)的邏輯關系，便于維護。                         

　　3.4   RFID技術應用的主要操作流程 

　　1)       電子標簽初始化。 
　　①       工人在0工位PC機中輸入即將生產的發(fā)動機型號和產量信息； 
　　②       工位PC機獲得待裝配缸體的唯一編號，并控制鉆刻機在發(fā)動機缸體上刻下鋼體編號，打印機根據(jù)編號打印出相應條形碼； 
　?、?nbsp;      讀寫器讀取電子標簽的ID號信息，將條形碼上的信息輸入電子標簽中，完成電子標簽的初始化； 
　?、?nbsp;      寫入了產品信息的電子標簽與托盤一起上線。為防止RFID系統(tǒng)不能正常工作而影響生產，條形碼作為預防措施隨托盤一起前進。 

　　2)       讀寫電子標簽信息。 
　?、?nbsp;      待加工產品輸送至裝配工位附近，限位開關自動卡住托盤，讀寫器獲得數(shù)據(jù)信息并傳輸至MES。 
　　②       根據(jù)每個電子標簽內容，工位PC機屏幕顯示該工位應安裝部件的名稱、型號，并提示工人進行正確操作； 
　　③       完成作業(yè)后，工人在PC機上進行確認，將已完成的作業(yè)信息反饋給MES； 
　?、?nbsp;      讀寫器在電子標簽內寫入該工位完成的作業(yè)信息后，下放限位開關，托盤遞送至下一工位。根據(jù)標簽內所存儲的不同加工信息，產品將遞送至相關的后續(xù)工位。 

　　3)       提取電子標簽信息。 
　　①       發(fā)動機檢測不合格，自動進入返修區(qū)。讀寫器提取已寫入信息，與MES存儲的相關產品規(guī)格進行比較，在返修工位PC機上顯示故障原因、相關工位、解決方案等； 
　?、?nbsp;      進入返修程序。返修完成后，標簽內寫入相關維修信息。 
　　4)       清空電子標簽信息 
　?、?nbsp;      讀寫器讀取標簽內信息并存儲至產品數(shù)據(jù)庫；  
　?、?nbsp;      電子標簽信息清零，以便于循環(huán)使用。 
  
　　4  MES功能模塊設計 

　　MES連接了ERP/MRPII等上層應用軟件和工廠車間的現(xiàn)場生產（圖3），是兩者進行有效溝通的橋梁。沒有實施RFID技術以前，ERP/MRPII把生產計劃數(shù)據(jù)傳到車間后，并不能有效控制每個產品的實際生產過程，有時會由于信息不準確出現(xiàn)脫離實際的錯誤決策。導入了RFID技術以后，使ERP/MRPII準確控制車間的生產成為可能。相應的，必須對相關的MES功能模塊進行升級，實現(xiàn)與新技術有效融合。相關模塊包括： 

　　4.1   生產計劃和生產作業(yè)管理 
　　生產計劃模塊可以利用EPR/MRPII接口構件，滾動獲得生產計劃，結合生產作業(yè)所需資源，自動生成車間作業(yè)計劃，實現(xiàn)計劃的及時調整。 

　　生產作業(yè)管理模塊通過RFID對標簽的信息讀取，提供實時生產情況查詢，為計劃調整提供依據(jù)，還可以在工位PC機顯示屏上動態(tài)顯示裝配產品的信息和加工要求。 

　　將生產計劃和生產作業(yè)管理結合在一起，以體現(xiàn)計劃與管理的整體效應，實現(xiàn)及時對比。 

　　4.2   現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集 
　　依靠RFID DCS和其他設備通信接口構件與現(xiàn)場設備進行交流，并運行由接口開發(fā)構件組成的各個接口或鍵盤，給現(xiàn)場操作人員提供信息輸入接口，幫助系統(tǒng)擁有第一手信息，將所需的與生產相關的信息全部收集在內。 

　　4.3   物料跟蹤查詢管理 
　　通過RFID技術實現(xiàn)對物料的個體/批次在生產線上推移、傳遞、消耗和轉化等信息的采集、跟蹤、整理、分析和共享。 

　　4.4   在制品（WIP）跟蹤查詢 
　　使管理人員迅速及時了解生產線生產情況，實時監(jiān)控產品質量和生產效率，后臺連接到相應數(shù)據(jù)庫，防止故障堆積，幫助降低在制品數(shù)量。
 
　　4.5   質量監(jiān)控和績效管理 
　　對發(fā)動機質量信息進行全面管理，實現(xiàn)質量信息采集自動化，對于統(tǒng)計過程中發(fā)現(xiàn)的問題及時處理，并盡快找到質量問題解決方案。 

　　4.6   產品生命周期檔案 
　　除了滿足品質保證、統(tǒng)計分析、庫存管理等要求之外，還可以讓消費者追溯產品質任何一個生產步驟，任何一個零部件信息，即使是特別處理的加工手續(xù)也不例外。 
  
　　5 RFID硬件設備選型 

　　RFID硬件設備主要是電子標簽和讀寫器，兩者選型主要從以下幾個方面來考慮：工作的可靠性；良好的性價比；識別的距離；識別的頻率；系統(tǒng)的可擴展性；產品提供及維護的便捷性；是否有成功的應用案例。 

　　最終，選擇了遠望谷公司的電子標簽XCTF-5013：可讀寫，存儲容量64位，工作頻率UHF 902-928 MHz，符合標準ISO 18000-6B，讀寫距離0～10m。讀寫器為XCRF-500系列。 
  
　　6 實施RFID技術的前景 

　　RFID技術給企業(yè)帶來的效益并非電子標簽與讀寫器的總和，單單靠這兩種設備獲得的只是比條形碼更有效的讀寫手段，不能給企業(yè)帶來長久的競爭力，不能引發(fā)企業(yè)本身的根本性轉變和創(chuàng)新。 

　　RFID技術的引進是企業(yè)在連續(xù)改進過程中的一個階段，要實現(xiàn)這種根本性的轉變和創(chuàng)新除了有效的數(shù)據(jù)采集之外，更要靠對企業(yè)本身軟件系統(tǒng)的升級，整合企業(yè)現(xiàn)有的各種資源，優(yōu)化流程，挖掘信息的有用價值，只有這樣方能把RFID技術的價值發(fā)揮至極，給企業(yè)帶來更高的效益。 

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