基于RFID技術的信息管理系統在汽車總裝生產線中的應用

鐘平

摘要： 介紹了一個基于RFID技術的信息管理系統。該系統的主站采用S7-1500型的PLC，RFID采用德國圖爾克公司的高頻讀寫頭，電子標簽采用64KB存儲，應用西門子以太網實現整個系統的控制。通過現場信息的采集，再與生產計劃、排程排序相結合，可對生產上的車輛跟蹤，完成混線生產。系統的結構簡單、經濟、實用。

Abstract： This paper introduces an information management system based on RFID technology. The main station of this system adopts S7-1500 type PLC， and RFID uses the high-frequency read-write head of Germany Turck Company， the electronic label adopts 64KB storage， and it applies Siemens Ethernet to realize the control of the whole system. Through the collection of on-site information， and then combined with the production plan and scheduling， production vehicles can be tracked to complete mixed-line production. The system's structure is simple， economical and practical.

關鍵詞： RFID；信息管理；PLC

Key words： RFID；information management；PLC

中圖分類號：TP272 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）04-0193-02

0 引言

汽車總裝車間主要完成車身與底盤的組裝以及內飾件的安裝，傳統的生產過程一般有以下的問題：首先，在生產過程中，各環節的信息一般都是由班組人員手工錄入，工作過程中難免出現抄寫錯誤，導致記錄數據與生產計劃不匹配；其次，管理人員不能直觀了解生產線當前生產狀況，生產計劃的調整不容易立即執行；最后，生產過程的數據不能實現可追溯，導致質量問題責任分不清。基于上述問題，一種智能化的信息采集與傳遞是整個生產過程中比較關鍵的問題，為了改善生產管理的效果，降低產品成本，我們提出了一種基于RFID的信息管理系統。

1 RFID技術介紹

隨著工業4.0技術的發展，工廠對于數據管理和數據分析越來越重視。為了實現生產過程的數字化，在工業發展過程中，經歷了銘牌標識、條形碼、二維碼等手段方式對物料進行標識。伴隨著智能化和數字化的發展，RFID的應用就給現場數據采集提供了一種智能、大容量和數字化的方式。

RFID是一種射頻識別技術，數據可以存儲在一個電子標簽中，電子標簽與讀寫器之間是基于磁場或電磁場的方式來進行數據的傳輸。電子標簽具有可讀和可寫的功能，能存儲大量數據，典型的數據存儲容量可達64KB，讀寫過程無需人工干預，可能自動讀取數據、寫入數據，信息的處理速度很快。

采用RFID的好處是可以對企業的供應鏈、生產過程等環節進行高效管理。

2 RFID系統硬件組成

RFID系統一般由讀寫器、電子標簽、控制器、通訊接口和通訊協議等組成。一般RFID系統的硬件結構如圖1所示，其中PLC控制器也可以是PC、DCS等控制器，接口模塊一般均支持多種通訊協議，如EtherNet/IP、DeviceNet、Modbus TCP、Profinet等。每個接口模塊能連接的RFID通道數量最多可達到8通道，并能實現可編程的功能。

讀寫器可采用高頻或超高頻，也可按安裝形式分為固定式和手持式，電子標簽的形式也可根據現場情況采用表面安裝、磁性安裝、帶粘貼的溥片等形式，其最小尺寸可以小于7.5mm，最高耐溫可達240度，同時也可應用于防爆等危險區域。

3 信息管理系統的構成

信息管理系統主體采用分布式控制和星形拓撲結構，整體系統由信息管理層、設備管理層及數據采集層等組成。

①信息管理層。信息管理層是本系統的頂層，主要負責與車間管理系統MES進行對接，能接收生產計劃，并對生產信息進行整合和上報，為管理者及時下達調度指令提供可靠的分析依據。②設備管理層。設備管理層負責管理總裝車間生產過程中車輛的信息及生產線的狀態信息，并將相關數據上傳給信息管理層。③數據采集層。數據采集層主要由現場的固定式RFID讀寫器及手持式RFID讀寫器進行采集，將車間的當前生產狀態傳輸給系統。

4 信息管理系統的工作過程

為了介紹管理系統的工作過程，下面以總裝車間的PBS存儲庫為例進行介紹。

總裝工藝是四大工藝中的工藝過程最為復雜，所耗工時最多，在進入總裝車間之前經PBS緩沖暫存并進行重新排序后，進入總裝車間的車身序列不僅能保證得各工位生產負荷基本均衡，而且還應保證各種物料消耗平準化。因此位于涂裝工藝與總裝工藝之間的PBS對整個汽車生產效率有到至關重要的影響，PBS的工作效率高低直接影響到總裝車間的生產效率高低，進而影響到整車生產的效率。

為了采集車身序列，在每個滑橇上均會安裝一個載碼體，載碼體記錄了車身的VDI碼，用于識別車身的型號、規格及生產批次等生產過程信息。這些車身信息再與生產計劃進行配對，從而實現車間的信息流按照原計劃進行生產，并對其過程進行實時管控。

在PBS的入口處、車身隊列排序處、下線處、空橇返回處等工位均設有讀碼器，可實現車身信息的檢查、錄入和反饋等工作。endprint

5 信息管理系統的實現

為了實現管理系統，我們選擇圖爾克的高頻RFID系統TN-Q80-H1147讀寫頭，網關采用PROFINET協議，RFID接口模塊采用BL20-2RFID-S，其載碼體TW-R30-B128的讀寫距離可達116mm，完全可實現信息的采集工作。

控制系統選用西門子的S71500系列S7-1516F型PLC，通過PROFINET網絡實現與RFID控制器BL20的信息交換。下面以PBS為例，說明信息管理流程。

①根據銷售計劃生產訂單，ERP將訂單數據下發至車間層級。②車間將訂單數據進行分解，按照底盤線、內飾線、車門線、發動機線、儀表線等線體類別進行任務下發。③PBS線體根據任務自動生成訂單序列。④當帶車身的滑橇進入到入口時，位置傳感器檢測到滑橇，RFID讀寫頭讀寫當前電子標簽的數據，根據車身的VDI碼判斷出車身型號、顏色及配置等數據。⑤數據比對。系統將RFID識別的車身信息與訂單序列中的車身型號進行比對，當比對結果一致時，線體允許啟動，進入下一個工位；當比對結果不一致時，通過ANDON系統報錯，提示操作人員到現場進行判斷，操作人員可以使用手持式讀寫器對電子標簽數據進行手動更改或是將信息反饋給MES系統，由系統進行核對。⑥數據記錄。當RFID識別成功后，系統將RFID識別的車身數據、當前工位及時間等數據進行存儲，用作現場生產數據，可用于車身質量追溯，當車身出現質量時間，可以通過數據追溯到指定工作及相關操作人員。

6 系統驗證

本系統應用在北汽新能源汽車的總裝車間，用于實現兩廂和三廂轎車的混線生產，經過生產檢驗，信息數據采集的正確率大于99%，提高了生產節拍，同時對生產過程中的質量信息進行了全面的管理，質量信息采集實現自動化，并通過現場服務器的分析能及時做出調整，實現了智能化管理。

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