車型配置識別與跟蹤系統在車身柔性自動化生產線中的應用

諶田明，蔡燕

車型配置識別與跟蹤系統在車身柔性自動化生產線中的應用

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與服務部制造與質量系統科，廣西柳州545007；2.上汽通用五菱汽車股份有限公司技術中心自動化部控制系統工程科，廣西柳州545007）

隨著市場需求變化，汽車產品及配置多樣化，需要生產線具備多種平臺多種配置高柔性化生產制造的能力，目前每條柔性線體可兼容至少3ˉ4個平臺的車型，每種車型又存在7ˉ8種不同配置，SGMW現有的生產模式要求每個班次根據生產計劃安排，平均可能出現5ˉ6次不同配置的生產切換。所以，零件防錯、工裝夾具、機器人自動識別切換的要求就尤為迫切。為了滿足柔性生產及設備自動切換、人工防錯的功能，SGMW車身自動化生產線建立了車型配置識別系統，并經過生產驗證成功進行運用推廣。

車型配置；代碼識別；校驗防錯；傳遞跟蹤

本文圍繞車型配置識別與跟蹤系統在柔性自動化生產線中的成功應用方案進行介紹，重點從硬件配置和軟件配置方案兩方面詳細說明如何確保該系統的準確性及穩定性，從而實現車型配置獲取工位間的傳遞跟蹤、二次校驗防護功能，以及如何滿足設備自動切換、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 原有生產模式的不足

1.1 車身車間自動化生產線工藝布局

寶駿車身車間以自動化傳輸、自動焊接為主，平均自動化率達80%.圖1為整個車身車間工藝線體走向示意圖。其中車架中心線、主線和補焊線均為可兼容多車型多配置生產的柔性制造生產線，工裝夾具、機器人等設備均需要獲取車型配置信息，從而滿足自動切換生產的能力。另外，從圖例中可看出，空中存儲區及轉運區域均為一對多（即一個空中機運匹配多條工藝線體）的形式，因此需要根據車型及配置信息進行路由分配調度及跟蹤。由此可見，車型及配置識別系統在柔性生產中是不可缺少的環節，其可靠性也是保證柔性生產穩定安全切換的首要措施。

1.2 原有生產模式

建立車型配置識別及跟蹤系統前，原有的生產模式如圖2所示。

圖2 原有的生產模式

原有生產模式，均由人工進行控制柔性生產的斷點和切換，車型多、配置多，相同的車型有不同的配置，肉眼對零件的識別困難，人員傳遞失誤，容易造成斷點切換錯誤，工裝夾具、機器人自動抓取及焊接程序無法實現自動切換。如果同一班次混批生產，產生多重斷點，設備切換、人工以及自動上料的及時性和安全性不受控，風險極大。上件錯誤將可能導致設備自動運行碰撞干涉故障，或者批量質量問題傳遞至下游工序。

以下任意舉例兩個不同車型配置零件的差異說明：

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，零件區分：（1）AMT車型相較MT車型，少一個換擋拉鎖過孔；（2）AMT車型多一個螺母支架；人工取件混料錯誤的幾率非常大，供應商物料出現如果混裝，人工很難進行識別，一旦錯裝，將可能直接流到下一工藝，到總裝后會出現返修困難。

圖3 AMT配置的前圍板

圖4 B15T和MT配置的前圍板

2 車型配置識別與跟蹤系統的建立

2.1 系統建立的必要性

從上文的闡述中可看出車型配置識別系統的必要性，原有的線體生產模式無法完成柔性制造及自動切換，必須要建立車型配置識別與跟蹤系統。目前獲取車型配置的最有效最可靠的方式，是通過掃描白車身代碼獲得車型代碼信息。通過不斷摸索與實踐，寶駿車身車間自動化生產線已經成功的實現了車型配置自動獲取識別，以及自動跟蹤防錯系統，為柔性制造提供了良好的基礎。下文將詳細介紹該系統的組成及實際應用方案。

2.2 系統的組成

車型配置識別與跟蹤系統目前應用于車身柔性生產線，主要有車架中心、主線、補焊線、側圍線、空中輸送線等。每條線體的架構及硬件配置根據線體結構及零件產品差異，如機器人搬運線、高速滾床輸送線等，選擇稍微不同的識別配置，但終其實現原理，都是一致的。本系統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，軟件則猶如神經系統，共同配合完成系統的工作。主要的硬件配置有：條碼識別掃描站、天線讀寫站、鋼條碼讀寫站、二次校驗開關、車型顯示屏等。不同的線體在以上不同硬件中進行選配。軟件配置均以通用標準程序架構為模板，在此基礎上根據實際硬件配置進行軟件的匹配。軟件部分在完成設備硬件動作的同時，還肩負著失效防護、報警停機、人工干預等重要功能，從而實現系統邏輯的穩定性、可靠性、安全性。

以下從硬件和軟件兩部分對這些不同的配置進行詳細的實際應用介紹，闡述整個系統的實現過程和原理。

3 車型配置識別及跟蹤系統的關鍵技術

3.1 車型識別及配置信息匹配

首先確保白車身跟蹤碼中的代碼與車型配置存在唯一對應關系，相當于人的身份證，通過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。在生產線伊始，通過聯網下發綁定生產計劃，由生產人員打印出當班次生產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化生產線的起始點，也是獲取車型配置來源的始源。車架中心分為三個部分：前車體線、后部下車體線、三大件合拼線。除線旁幾個人工上件工位外，其余均自動化工位，自動化率基本達到100%.通過車型配置識別系統，完成了①人工上件斷點切換提醒；②設備自動切換如工裝夾具切換、機器人抓取、機器人焊接。

車架中心車型識別系統主要硬件配置如下：

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

（2）臨時人工上線口設置手持式條碼掃描槍，對人工臨時上線的零件進行掃碼校驗防錯；

（3）拼臺夾具上同時針對零件差異點設置開關校驗條碼、零件是否正確，校驗條碼正確性；

（4）人工上件點處設置顯示屏，顯示車型配置代碼及零件號，提醒人工上件，斷點時通過聲光變化提醒，見下文詳細說明；

（5）線體間通過邏輯傳遞，為后續工位提供車型配置，關鍵工位設置開關二次校驗。

人工上件口車型配置信息顯示屏。如圖5所示，屏幕根據系統自動計算，顯示出當前需要上件的車型配置代碼，并直接顯示料框中零件號，操作人員通過車型代碼與零件號匹配料框中的零件是否正確，從而正確判斷上件。當車型配置出現斷點切換時，屏幕中的車型代碼進行特定顏色閃爍，同時人工操作盒上的蜂蜜器響起，提醒人工斷點操作。

圖5 人工上件顯示屏

3.1.2 RFID天線/鋼條碼綁定識別

主線、補焊線、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）鋼碼識別站配置

如圖6所示為西車補焊線升降機工位、機器人自動焊接工位兩種形式的滾床鋼碼及開關配置，每個工位配置鋼碼識別站。鋼條碼識別的方式相對低成本、調試維護簡單，可以每個工位都設置站點，但對工位空間要求相對較大。

圖6 高速滾床鋼碼及開關檢測布局圖

如圖6滾床俯視圖所示，滾床設置C1-C8共8個檢測開關（開關的數量取決于線體實際滑撬數量）,為滑橇編碼檢測開關，通過鋼碼與開關組合得出的數值，與滑撬及車型代碼進行綁定,從而實現每個工位的車型配置讀取功能。其中，C1、C8起校驗確認作用，C2-C6開關信號通過二進制組合得知處于當前工位滑橇的編號，每個滑橇編號唯一，相鄰線體滑橇編號亦不重復。焊接機器人工位不設C1、C8兩個校驗開關，只設置C2-C7六個滑橇編碼檢測開關。

為確保傳感器檢測結果的可靠性，必須對每個傳感器有失效防護報警，包括常通、常斷、閃爍等失效模式分析：

①常亮故障判斷：當滾床上無滑橇時，即PX1、PX2、PX3均無感應時，C1-C8有任一開關有接通，則認定該開關為未關斷故障，報警停線由人工響應處理；

②常滅故障判斷：對于C1-C7,當滾床處于上件階段，且PX1被感應，從PX1被感應至滑橇到位過程中，C1-C7開關務必出現一次ON的信號，若任一開關未出現ON信號，則認為該開關為未接通故障，報警停線由人工響應處理；同理，對于C8，若滑橇到位時，C8未接通，則認為其出現未接通故障，報警停線人工處理；

③開關閃爍判斷：當滑橇到位且C1、C8開關均被感應時，保持1s延時（使用TON指令），取得當前滑橇編碼值X1；當X1不為0后，在相關到位狀態仍滿足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，則認為滑橇編號讀取正確，若X1與X2不等，則意味有開關閃爍，必須報警停線；

（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定性高，占用滾床空間較小。一般在每個PLC初始工位，或者間隔4～5工位配置一個站點，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個工位。在每個PLC分區的第一個工位設置RFID讀寫站。條碼掃描站設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UB10#工位處RFID將信息寫入滑撬上的載碼體TAG，將信息于每個滑撬TAG進行綁定。UB10#工位由于存在隨行滑撬的切換，在滑撬切換處設置激光開關組合檢測滑撬夾具切換是否到位判斷，因此滑撬切換檢測結果可作為車型配置二次校驗，與抓手傳遞綁定的車型值進行匹配校驗。

表1 主線PLC及天線讀寫站分布示意

工位間通過邏輯進行傳遞，在每套PLC連鎖交接處進行RFID重新讀取，并與傳遞校驗。工位間的邏輯傳遞方式及可靠性防護詳見下文軟件介紹。

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定性和可靠性，車型配置的軟件邏輯已實現標準化及模板化，通用標準程序模板中車型傳遞程序采用步序傳遞的方式。每個工位設3個邏輯變量標簽，分別命名為為“From_Prev”，“Current”,“To_Next”，用于邏輯傳遞步序過程中的車型存儲，工位間車型邏輯傳遞見圖7所示。邏輯傳遞條件及步驟分解說明，詳見下文：

圖7 工位間車型邏輯傳遞示意圖

1）當前車型賦值：當滑橇到位且定位銷頂升到位時，若From_Prev不等于0而Current等于0，將From_Prev數值傳遞給Current，同時置位步序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數值清零，置位步序3；

3）下一車型賦值：當四臺機器人均有焊接完成信號后，若To_Next等于0而Current不等于0，將Current數值傳遞給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行，空位且定位銷打開，若本工位To_Next不等于0而下一工位From_Prev等于0，將To_Next數值傳遞給From_Prev,在判斷From_Prev不等于0且等于To_Next后，清空To_Next數值，并置位步序5；

5）本工位車型清零，進入工位循環：本單元定位銷松開到位后，置位上步序6；在步序6，當PX1、PX3、PX4均無信號時，即到位感應塊脫離后，清空Current的值，確認Current清0成功后，置位步序1，如此往復循環。

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

（2）邏輯傳遞的可靠性校驗

為了保障邏輯傳遞過程中的可靠性，需要對傳遞的結果進行二次校驗防護，以避免邏輯在傳遞時由于傳感器等硬件故障造成傳遞失誤。同時還需留出傳遞失效后，人工干預處理的界面。

1）機器人焊接前車型對比校驗。同一工位存在多臺機器人，利用多臺機器人接收到的車型值進行對比，并且與PLC發出的值進行比較（單臺機器人也可進行該比較），避免PLC發出的信息與機器人最終接收的不一致，校驗OK后焊接機器人方允許繼續焊接動作，否則報警停止設備動作。該校驗同樣適用于抓手機器人搬運動作前的檢測。

2）工裝夾具切換檢測校驗。對于工裝夾具不兼容的車型及配置，在機器人執行軌跡前，可通過夾具切換與白車身零件匹配進行二次校驗，當夾具切換錯誤時，立即停止機器人動作，避免出現干涉碰撞事故。該方式只適用于工裝夾具需要切換的車型配置，當工裝夾具兼容生產時則不適用。

（3）人工干預車型處理。

當線體運行出現異常或故障時，常常需要人工干預進行處理。所以軟件設計時不但要充分考慮自動運行狀態的邏輯可靠性，也要留出人工干預的界面，便于設備的維護。人工干預賦值的方式有兩種：①使用邏輯軟件直接在邏輯程序中進行修改；②通過上位機（PC機或HMI）界面與PLC連線進行修改。

1）人工干預處理邏輯程序：人工后退點動：清空當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，將每個工位置位在步序3，等待獲取本工位的下一個車型值。

2）觸摸屏賦值。通過HMI創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前邏輯傳遞的狀態，以及設備故障人工干預處理恢復后，可直接在HMI界面對工位車型進行賦值，操作簡便,跟蹤直觀，有效縮短了車型傳遞跟蹤故障的響應恢復時間。

以上從硬件和軟件配置兩個方面詳細地闡述了車型配置識別系統的詳細應用，確保了該系統的可靠穩定運行，以及失效模式處理，從現場實際運行狀態可知，該系統已得到檢驗和成功運用。

4 結束語

車型配置識別系統的建立，為生產線實現柔性生產和設備自動切換奠定了堅實基礎，是不可或缺的一部分。系統在先期建立完成后，在后續導入新的車型及配置時，不需要再進行較大工作量的改造，僅需根據工藝更新車型配置代碼及零件號等，一勞永逸的解決了識別跟蹤問題。目前其在寶駿基地生產線中得到了成功應用和驗證，并逐步在東西部工廠柔性線、以及其它車間未來新建項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，學士，研究方向為數據集成管理；蔡燕（1986-），女，廣西北海人，工程師，學士，研究方向為設備控制。