汽車電子控制器檢測系統在總裝生產線上的應用與研究

陳湜清

（同濟大學，上海 200092）

1 電子控制器檢測系統

汽車的故障診斷和檢測技術是相互關聯的。汽車故障診斷技術是以計算機控制技術、控制器網絡作為分析依據，汽車檢測、試驗技術作為測試手段的一門綜合技術。現代汽車電子控制系統故障診斷的防范是基于汽車車載診斷的原理。診斷設備通過車載診斷接口 （On-Board Diagnostics，OBD）與車載網絡進行診斷通信，診斷設備既可以直接與電子控制器進行數據通信，也可通過車載網絡再與各節點上的電子控制器通信。

本文針對整車在總裝生產線的汽車電子控制器檢測系統進行研究及設計，開發出檢測過程自動化，終端操作簡單、高效，能夠適應批量生產的電子控制器檢測系統，以確保生產線車輛下線時產品品質的一致性與穩定性。將現場總線控制系統的原理，應用在本文所研究的電子控制器檢測系統上 （圖1），可以設計出以下結構。

1）系統整體規劃采用“服務器／客戶端”架構，客戶端／服務器軟件架構模型源于PC網絡。客戶端被定義為服務請求者，服務器被定義為服務提供者。在該系統中，電子控制器檢測系統服務器負責將車輛信息在各個子系統數據庫服務器之間進行分配管理，也需要響應客戶端提出的服務請求。

圖1 電子控制器檢測系統

2）手持檢測終端設備配備客戶端程序，按照不同的工藝要求分配到生產線的不同工位，每個工位根據具體電子控制器的不同檢測流程，以實現各自對應的功能?，F場每個工位的手持檢測終端設備與電子控制器檢測系統服務器連接，獲取所需的車輛信息、檢測程序、控制器數據以及上傳從車輛讀取的檢測數據。

3）電子控制器檢測系統為了獲取生產線上每一臺車輛的生產物料清單 （Bill of Material，BOM），實現數據自動選擇、下載與寫入，檢測系統服務器還需要與制造生產過程執行管理系統 （Manufacturing Execution System，MES）對接。可以通過查找車輛的VIN代碼，自動選擇物料清單中記錄的電子控制器軟件數據進行下載、刷寫等操作。

4）產品生命周期管理系統 （Product Lifecycle Management，PLM）作為整車研發部門管理產品生命周期的數據系統，儲存著最新發布和凍結狀態的車輛控制器硬件、軟件信息。制造生產過程執行管理系統 （MES）與產品生命周期管理系統 （PLM）連接，實時獲取最新發布的車輛電子控制器軟硬件信息，用于檢測系統服務器查詢訪問。

由于柔性化生產的要求，在生產線上相鄰的2臺車的車型、配置基本上是不一樣的。汽車制造企業為了簡化生產過程的零件數量，往往采取裝配相同的電子控制器硬件，再針對不同的配置，寫入對應的底層軟件和應用程序。因此如何讓系統自動準確地獲得每臺車輛的控制器軟件數據，是本文重點研究的問題之一。

企業銷售系統生產車間接收到客戶訂單后，訂單信息先傳遞給制造生產過程執行管理系統MES，MES系統會根據訂單的詳細配置要求，針對每一臺車生成特定的單車生產物料清單BOM。單車BOM是為每一臺量身定制的，在生成單車BOM的過程中，MES系統會從產品生命周期管理系統PLM中獲取最新發布的控制器硬件、軟件版本信息，并將這些信息發送至電子控制器檢測服務器。最終再通過手持檢測終端設備輸入到生產車輛。

數據流轉框圖如圖2所示。

圖2 數據流轉框圖

2 整車信息獲取與比對

電子控制器檢測系統正常運行的關鍵是如何自動準確地獲取控制器軟件信息。在實際生產過程中，如果依靠人工來識別并輸入車輛信息，不僅費時費力，而且人工操作一定會出錯。因此，需要通過使用條碼掃碼器掃描車輛裝配單上的VIN碼，使系統自動獲取到該車的ECU硬件與軟件版本號，以避免人工操作的低效以及錯誤。整車信息獲取與比對流程見圖3。

圖3 整車信息獲取與比對流程

1）產品生命周期管理系統服務器PLM將最新發布的硬件號和軟件版本信息推送到制造生產過程執行管理系統服務器MES，MES服務器根據接收到的生產訂單生成單車生產物料清單，在單車BOM中每一臺車的VIN號碼與控制器的硬件號和軟件版本進行綁定，并下發給電子控制器檢測服務器。

2）電子控制器檢測系統服務器從MES服務器獲取該車輛VIN碼、配置信息、電子控制器軟硬件版本號等信息。

3）當車輛在生產流水線運行到電子控制器檢測工位時，操作工通過手持檢測終端配備的條形碼掃描器獲取車輛的VIN碼信息，手持檢測終端將生產車輛的VIN碼發送給電子控制器檢測系統服務器，服務器通過查找數據庫，查找出該車輛的配置信息、電子控制器軟硬件版本號等信息。與此同時，操作工將手持測試終端聯接到車輛OBD接口，向車載CAN網絡發送電子控制器軟硬件版本號讀取請求，車輛ECU做出應答。手持檢測終端將收到的報文信息傳回給電子控制器檢測服務器。通過比對，如果服務器數據庫中儲存的信息與車輛讀取到的信息一致，則手持檢測終端會顯示匹配成功。否則報錯，提醒操作員工是否進行進一步檢查，以及是否需要更新。

3 PLM系統與MES系統集成

PLM系統的主要作用是將新增或更新后的產品數據信息即時推送至MES系統。PLM系統作為數據流的始端，為各個終端系統或設備提供最準確的數據信息，是所有數據的源頭。當PLM系統中的數據發生變更時 （增加、刪除或修改），需要即時通知下游的MES系統并執行更新。

基于該流程的實際需求，我們采用了RabbitMQ作為連接PLM系統和MES系統的“中間橋梁”，RabbitMQ是目前主流的一種高級消息隊列協議 （AMQP）框架，它主要通過異步的消息推送、監聽或消費來實現可支持海量數據的生產消費者模型，換句話說，RabbitMQ主要是為了系統之間的雙向解耦而實現的。當生產者產生大量的數據，而處于另一端的消費者無法在有限的時間內快速消費，就會出現數據溢出。此時就需要一個中間層或者“緩沖區”來處理這些還未處理的數據，RabbitMQ就扮演了這樣的角色。在本系統中，由于MES系統設計生產工藝等眾多實際業務環節，因此其對于上游PLM系統中的數據進行處理需要花費較長時間，與此同時，PLM系統中的數據變更卻是非常頻繁，尤其是軟件的快速迭代導致版本更新。RabbitMQ框架的設計理念正好適用于這樣的數據供需關系。因此通過架設Rabbit－MQ來打通MES系統和PLM系統將有效解決兩個系統之間的數據高效存儲、更新和消費。

RabbitMQ的具體實現方式：首先PLM在RabbitMQ中開辟一個或多個虛擬的隊列實例作為消息推送的入口，此后將需要推送至MES端的數據根據實際應用場景分別推送進相應隊列中；另一方面，MES系統選擇監聽對應的RabbitMQ端口。這時RabbitMQ將根據MES系統的數據消費請求即時將儲存的數據推送至MES系統，而暫時還未消費的數據將被保存在RabbitMQ中。為確保以上過程避免發生數據傳輸過程中存在的數據丟失風險，RabbitMQ中可以配置多次推送模式，即在每一次消息推送活動過程中，一旦MES系統接收到來自RabbitMQ的任何信息，都必須返回一個成功信息給RabbitMQ，以此確認該消息已經收到并消費，若一定時間內RabbitMQ未收到來自下游MES系統關于某條消息的確認回復，則將再次發送該消息，以確保數據不會丟失。RabbitMQ服務架構圖如圖4所示。

圖4 RabbitMQ服務架構圖

4 電子控制器檢測系統與MES集成

電子控制器檢測系統通過事務觸發器即時訪問MES系統。電子控制器檢測系統主要與每一臺具體的車輛進行綁定，因此在電子控制器檢測系統訪問MES系統數據過程中，其主要特點如下。

1）并發量高?？赡艽嬖诙鄠€生產工位同時通過電子控制器檢測系統訪問MES系統數據的情況。

2）數據只讀。電子控制器檢測系統以只讀取權限訪問MES系統數據，無權限進行新增、修改或刪除。

基于以上兩點，我們通過引入一個事務觸發器來實現高并發的數據庫只讀操作模塊，當訪問請求到達時，該事務觸發器首先將MES系統中的數據進行持久化操作，保存在隨機存儲器 （RAM）中，其次根據訪問請求具體的請求參數進行響應，后一部分可以看作是一個經典的后端服務模式。電子控制器檢測系統流程圖如圖5所示。

圖5 電子控制器檢測系統流程圖

以上流程在具體實現中，通過手持檢測終端讀取車輛VIN碼，作為觸發事件，通過事件觸發器、觸發客戶端 （電子控制器檢測系統）去讀取客戶端 （MES系統）中儲存的該VIN碼車型對應的軟件配置數據。整個過程主要采用了MySQL數據庫結合Java的SpringBoot+MyBatis兩個框架來進行開發，其中MyBatis完成了MySQL數據庫的Select動作以及數據的持久化操作，SpringBoot主要通過切面注入的方式快速實現服務端路由，在整個模塊開發完成之后，還加入了現有的Nginx進行服務代理操作，從而達到一定的并發管理和負載均衡。