基于RFID技術汽車生產線托盤自動匹配系統的設計與實現

鄭雷 鄭學峰

摘 要：隨著國內汽車市場競爭的日益激烈，汽車制造企業需要對不斷變化的市場做出迅速的響應，所生產的產品在保證質量的同時，還要滿足顧客的個性化需求。所以，一條生產線需要滿足多種車型配置共線生產，而不同車型配置的托盤與主線匹配的問題急需解決。本文介紹一種基于RFID技術實現不同車型共線生產時托盤自動匹配的方案設計，對實現汽車自動化生產線的智能管理和有效防止誤操作有著重要的現實意義。

關鍵詞：RFID；智能被動；托盤自動匹配；生產線

中圖分類號：U468.2 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）04-0167-03

Abstract：With the increasingly fierce competition in the domestic automobile market，the automobile manufacturing enterprises need to respond quickly to the changing market. The products should guarantee the quality as well as meet the individualized demand. Therefore，a production line needs to meet a variety of vehicle production，and the matching problem of pallet to the main line is urgently needed to solve. This paper introduces a design of automatic matching of pallet based on RFID technology. It has important practical significance for intelligent management of auto production line and effective prevention of misoperation.

Keywords：RFID；intelligent passive；pallet automatic matching；production line

0 引 言

在汽車自動化生產線中，針對不同車型共線生產的問題，需要使用不同類型的托盤將不同的發動機、變速箱輸送給主線進行裝配。所以，需要對托盤進行有效地識別和控制，這就意味著需要將“智能”嵌入到每一個托盤中，并且提供一種有效的、低成本的通訊方式，而RFID技術的出現正好滿足了這一需求。

1 RFID介紹

1.1 RFID的組成

RFID是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象，并獲取相關信息，識別的工作不需要人工干預。作為一種簡單的無線系統，RFID系統有兩個基本器件，一個是讀寫器，另一個是標簽。其基本工作原理是：讀寫器以廣播的方式連續向周圍發送攜帶能量的基準信號，感應到能量的標簽通過調制電路信號，以反射的方式向閱讀器返回自身攜帶的數據，閱讀器對接收到的數據進行解碼，并傳送給主機進行處理。通常，一套RFID系統由電子標簽、天線、讀寫器以及用于信息存儲、信息處理的上位機等幾部分組成，如圖1所示。

1.2 RFID的特點

通過上述方式，RFID系統能夠提供有效的身份信息（Identity）和地址信息（Location）。相比其他智能系統，RFID系統具有如下的鮮明特點：

（1）能夠實現非接觸式的快速自動識別；

（2）標簽內能夠永久儲存一定大小的數據；

（3）標簽內含有一定數目的邏輯門，能夠進行簡單的邏輯處理；

（4）標簽具有普通無線設備的物理屬性；

（5）標簽成本低廉，可以大量部署。

根據RFID的這些特點，我們可以將電子標簽安置于托盤中，使用RFID讀寫器通過天線讀取托盤信息，使托盤“智能被動”，將托盤信息收集到上位機，通過PLC進行邏輯控制，從而實現托盤的自動化匹配。

2 托盤自動匹配系統設計

2.1 系統硬件配置

RFID通過硬件組態的方式組入PLC系統，如圖2所示。

2.2 分配對應的輸入輸出字節

RFID標簽信息如圖3所示。

2.3 托盤自動入庫、出庫

RFID讀取托盤標簽信息，根據標簽信息將托盤歸類入庫。當新的生產隊列生成以后，根據下一個產品所需要的托盤類型，系統會自動選擇對應類型的托盤出庫，托盤出庫時，RFID會再次掃描托盤，將出庫的托盤類型與主線裝配所需的托盤類型比較，比較結果一致則放行，形成二次校驗，避免出錯。出庫的托盤進入排序隊列如表1所示。

其過程可以歸納為：

（1）RFID讀取托盤標簽，將托盤分類入庫；

（2）PC機產生新的生產隊列，并將所需的托盤類型信息發送給PLC；

（3）PLC選擇對應的托盤出庫；

（4）托盤出庫后RFID再次掃描托盤，校對信息；

（5）校對后托盤出庫，進入排序隊列。

2.4 生產隊列出現錯亂時托盤的自動匹配

如表2所示，生產隊列一旦生成，對應的托盤類型隊列也就產生。通常生產隊列生成以后，不會隨意變動。因為整個生產線都是依據該生產隊列進行相關配件的供給。一旦生產隊列錯亂，對整個生產線的匹配及正常生產都會產生較大影響。對于托盤來說，生產隊列的變動意味著之前根據生產隊列生成的托盤隊列都需要改變，而且，托盤隊列通常有幾十個，甚至上百個，重新排序將耗費很長時間。所以，生產隊列的變動對于托盤排序來說，影響是巨大的，但是生產隊列的變動在實際生產中是不可避免的，比如：

（1）缺陷產品導致報廢；

（2）特殊情況需要在生產隊列中新加入產品；

（3）人為的放行失誤導致生產序列錯誤；

（4）排序系統的錯亂等。

發生托盤類型與產品所需托盤類型不匹配時，如果沒有RFID讀取此時排序內的托盤類型，那么，排序內的托盤將全部反庫，重新根據生產隊列出庫相應的托盤。

這種做法的缺點顯而易見，因為無法獲取排序內的托盤類型信息，出現排序錯亂時，會默認所有托盤全部反庫，再重新出庫。在托盤數量較多的情況下，等待托盤反庫時間加上托盤重新出庫時間會使整個生產線癱瘓。

如在每個托盤下加裝RIFD標簽，當發生托盤排序錯亂時，通過RFID讀取當前排序中的托盤信息，根據托盤類型，通過算法實現托盤的自動匹配，無需所有托盤全部反庫，而是將與生產序列相匹配的托盤上線，不匹配的反庫，確保排序內托盤的有效利用，減少生產線的停產時間。

如表2所示，在生產工位1，出現了托盤類型是B，但所需托盤類型是A的情況，如果采用托盤自動匹配，則B托盤反庫，下一個A托盤繼續裝配，無需回庫。后面的托盤以此類推，與下一個生產隊列匹配的直接上線，否則反庫，灰色標注為不受影響的生產隊列。同時，出庫系統根據生產隊列，確定下一個出庫托盤類型，在出現托盤與生產隊列不匹配的情況時，運用托盤自動匹配校驗，有效減少停線時間。

通過對托盤標簽的讀取，就可以根據生產需要控制托盤的動作，即使生產過程中出現一些偶然因素（如生產隊列錯亂），都可以通過事前設定好的程序來應對，整個過程無需人工干預，實現生產自動化，糾錯自動化。

3 結 論

RFID技術在物聯網及工業生產線得到越來越廣泛的使用，物體通過自身標簽被讀寫的方式“被智能”化，托盤標簽信息被讀寫，上傳到數據庫，而我們可以根據需要對托盤的動作進行相關的編程與控制。而且，每個標簽相當于一個身份，我們再做任何動作之前，都可以通過讀寫器讀寫標簽來驗證這個身份，符合我們預設的進行下一步動作，否則，提出警告或觸發我們事先設定的流程，將自動化生產的出錯概率降到最低。

有了RFID，我們可以對物件進行信息收集、追蹤、了解實時狀態，這種功能在物流管理方面已經廣泛被運用。本文提出的基于RFID技術托盤自動匹配的思想，在其他自動化生產線應用中也有著廣闊的推廣空間。

參考文獻：

[1] 董靨薇，陳平易，賀立龍.國內RFID封裝技術的現狀分析及研究 [J].物聯網技術，2011，1（1）：44-48.

[2] 謝磊.RFID數據管理：算法、協議與性能評測 [J].計算機學報，2013，36（3）：457-470.

[3] 谷瑞華.智能RFID閱讀器系統設計與實現 [D].北京：北京工業大學，2013.

[4] 蔡十華，王建秋，王瓊華，等.射頻識別技術的進展 [J].江西科學，2007（4）：434-437+457.

[5] 游戰清，李蘇劍，等.無線射頻識別技術（RFID）理論與應用 [M].電子工業出版社，2004.

[6] Sheng B，Li Q，Mao W. Efficient continuous scanning in RFID systems//Proceedings of the 29th Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications Societies（INFOCOM’10）. San Diego，USA，2010：01-09.

[7] Chen Q，Liu Y，Ni L. Cardinality estimation for large-scale RFID systems. IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems，2011，22（9）：41-54.

[8] Kodialam M，Nandagopal T，Lau W. Anonymous tracking using RFID tags//Proceedings of the 26th Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications Societies （INFOCOM’07）. Anchorage，USA，2007：17-25.

[9] Tan C C，Li Q，Xie L. Privacy protection for RFID-bases tracking systems//Proceedings of the IEEE International Conference on RFID. Orlando，USA，2010：53-60.

作者簡介：鄭雷（1989-），男，漢族，吉林人，就職于上海大眾，助理工程師，研究生在讀。研究方向：自動控制、信號采集、數據傳輸。