基于二維碼及RFID的汽車制動器裝配質量追溯方法研究

李天音 劉銳濤 邵立

摘要：針對缺陷汽車產品召回管理條例實施的要求，亟需建立汽車制動器裝配過程中的物料批次追溯及裝配參數追溯。首先，以二維碼作為信息載體，制動器總成以“批次號+序列號”作為唯一碼，其他零部件以“批次號”作為批次碼，建立總成與零部件的物料追溯關系;接著，以托盤RFID標簽作為臨時唯一碼，建立裝配工藝參數與RFID、總成唯一碼與RFID的關聯，進而通過轉換建立工藝參數與總成的追溯關系;最后，在實驗部分，以某制動器總成為例，對提出方法的有效性進行了實例驗證。

關鍵詞：制動器總成;二維碼;RFID;質量追溯

中圖分類號：TP391? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）17-0261-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract： Aiming at the requirements of implementing the regulation of defective automobile product recall management， it is urgent to establish the traceability of material batches and assembly process parameters in the automobile brake assembly process.Firstly， QRcode is used as information carrier， “batch + serial” number is used as unique code for brake assembly， batch number is used as batch number for other parts， and traceability relationship between assembly and parts is established;Then， tray RFID tag is used as temporary unique code to establish assembly process parameters and RFID correlation， assembly unique code and RFID. The relationship between process parameters and assembly is established by conversion. Finally， in the experimental part， the effectiveness of the proposed method is verified by an example of a brake assembly.

Key words： brake assembly; two-dimensional code; RFID; quality traceability

《缺陷汽車產品召回管理條例實施方法》已經2015年7月10日國家質量監督檢驗檢疫總局局物會議審議通過，自2016年1月1日起實施。該實施方法第九條“生產者應當建立健全汽車產品可追蹤信息管理制度，確保能夠及時確定缺陷汽車產品的召回范圍并通知車主”。

葉明海等[1]提出了以批次管理為核心的質量追溯方法，實現貫穿召回前及召回中的全過程追溯管理;趙紅全等[2]開展了基于GS1的汽車零部件統一編碼與標識研究，展示了一維碼和二維碼在汽車零部件上的編碼與標識應用示例，為汽車零部件產品的信息化、標準化和可追溯管理提供了一條有效的技術發展思路;婁潔[3]采用條碼讀取和計算機網絡通信技術，將整車VIN碼與關鍵零部件條碼信息予以綁定，實現了關鍵零部件出現質量問題的快速追溯;寧林炎[4]、翟婧宇[5]采用 RFID信息采集技術實現追溯汽車零部件的供應鏈;汪灝[6]采用二維碼打標技術實現汽車發動機機加生產線的精準打標及精確追溯;劉桂君[7]、王兆華[8]從質量管理角度對汽車質量追溯進行了研究。

汽車制動器總成在車輛的安全方面上扮演著至關重要的角色，因而建立汽車制動器總成的召回追溯系統極其重要。在汽車制動器總成召回過程中，主要會存在以下三種召回情況：1）由于材料配比問題，導致材料性能滿足不了設計要求，需要對同批次的材料進行召回;2）由于設計錯誤，導致零件設計尺寸不滿足實際要求，需要修改零件尺寸，此時對已加工完的零件進行召回;3）裝配過程中的工藝參數不符合實際要求，需要精準定位工藝參數不符合的總成進行召回。針對上述存在的三種召回情況，本文在汽車制動器裝配過程中以二維碼與RFID為信息載體構建質量追溯系統。在質量追溯系統方案設計中，以二維碼作為信息載體，制動器總成以“批次號+序列號”作為唯一碼，零部件以“批次號”作為批次碼，建立總成與零部件的物料追溯關系;以托盤RFID標簽作為臨時唯一碼，建立裝配與RFID關聯、總成唯一碼與RFID關聯，進而通過轉換建立裝配參數與總成的參數追溯關系，從而實現汽車制動器正反向質量追溯。

1 總體思路

汽車制動器裝配質量追溯的核心在于采集數據及建立數據之間的關聯關系，從而實現基于關系的正反向搜索數據。如圖1所示，首先通過PLC （Programmable Logic Controller）技術采集生產線上產生的裝配數據及掃碼槍讀取的二維碼信息;接著通過OPC（OLE for Process Control）通信技術將PLC數據傳遞給數據處理層;然后，數據處理層對離散的數據進行處理，通過總成二維碼、RFID標簽值建立物料批次關系、裝配參數與總成關系，并將數據存儲到關系型數據庫;最后，基于構建的關系型數據，實現制動器總成的正反向質量追溯。

汽車制動器裝配質量追溯其具體步驟如下：

步驟1：開啟制動器半自動化裝配線，人工掃碼物料框碼，獲取物料編碼、物料批次號及物料數量，并將數據保存在PLC中;

步驟2：人工將軸承、卡簧放置到各自料倉上，其他物料放置各工位旁;

步驟3：第一道工序上的RFID讀寫器將固定于托盤上的RFID標簽進行修改并寫入當時時間作為唯一值;并將該工序的裝配參數值、物料相關數據、RFID標簽值寫入到數據庫中;

步驟4：人工將放置轉向節組件的托盤放入到半自動化裝配線，各工位上的RFID讀寫器讀取托盤上RFID標簽值，并與該工位的裝配參數值、物料編碼、RFID標簽值一起寫入數據庫中;

步驟5：在激光打標工序中，生成制動器總成二維碼并激光打標在擋泥版上，將RFID、二維碼總成二維碼數據寫入到數據庫中;通過RFID值搜索前幾道工序并將二維碼數據寫入到關聯的數據庫中，實現總成二維碼與工藝數據、物料數據的關聯。

步驟6：拖滯力矩檢測為抽檢，通過掃碼槍掃描擋泥板上的二維碼與PLC獲取的拖滯力矩寫入到數據庫中。

2 質量追溯系統實現方法

2.1 制動器總成裝配組成

制動器總成由轉向節、擋泥板、軸承單元、卡簧、輪轂單元、制動盤、卡鉗總成、擋泥板連接螺釘、十字槽沉頭螺釘以及支架連接螺釘組成，如圖2所示。擋泥板連接螺釘用于將擋泥板固定在轉向節上，十字槽沉頭螺釘用于將制動盤固定在輪轂單元上，支架連接螺釘用于將卡鉗總成固定在轉向節上。

2.2 制動器總成裝配工序

制動器總成裝配工序包含裝擋泥板、壓軸承、壓卡簧、壓輪轂單元、裝制動盤、盤跳檢測、激光打標及拖滯力矩檢測。表1顯示了每個裝配工序所涉及的物料及相關參數。

裝擋泥板工序通過擰緊機用螺釘把擋泥板固定在轉向節上，并分別采集螺釘擰緊力。壓軸承工序通過壓機將軸承壓入至轉向節內，并采集壓軸承的壓入力、位移。壓卡簧工序通過壓機將卡簧壓入至轉向節卡槽內，并采集壓卡簧的壓入力、位移。壓輪轂單元工序通過壓機將輪轂單元壓入至轉向節內，并采集壓輪轂單元的壓入力、位移。裝制動盤工序將制動盤裝在輪轂單元上，并通過擰緊機用字槽沉頭螺釘進行固定，并采集螺釘擰緊力。盤跳檢測工序檢測制動盤的啟動力矩及周邊盤跳量，并采集盤跳值、啟動力矩。裝卡鉗總成工序通過擰緊機用支架連接螺釘把卡鉗總成固定在轉向節上，并采集擰緊力。激光打標工序通過激光機將總成最終二維碼打標在擋泥板上，并存儲總成二維碼信息。拖滯力矩檢測工序對制動器進行拖滯力矩檢測，并采集拖滯力矩。

2.3 二維碼定義

制動器總成作為一個整體直接安裝在汽車上，為保證汽車安全性需要進行單個追溯，而組成制動器總成的部件可以批次進行追溯。本文將總成二維碼定義如下：

其中，[material]為9位編碼，表示物料號;[batch]為8位編碼，表示物料批次，用年月日進行表示;[order]為4位編碼，表示序列號，依次增1。采用該二維碼定義方法，可唯一表示總成。

本文將零部件二維碼定義如下：

其中，[material]為9位編碼，表示物料號;[batch]為8位編碼，表示物料批次，用年月日進行表示。采用該二維碼定義方法，可批次表示零部件。

2.4 RFID定義

在制動器總成裝配中，每個托盤固定一個RFID標簽，每個工位固定一個RFID讀寫器。第一個工序對RFID標簽進行寫入，其他工序讀取RFID標簽值，從而以RFID標簽值作為臨時唯一碼來建立物料之間、物料與參數之間的關系。本文將RFID標簽值定義如下：

其中，[time]為14位編碼，用年月日小時分鐘秒來表示，從而確定生產線及數據庫中的RFID為唯一值，不產生數據之間的沖突。

2.5 物料關聯建立

為實現通過總成二維碼正向追溯部件批次、通過部件批次逆向追溯總成，需要建立物料之間的關聯關系，本文將物料關聯定義如下：

其中，[QRCode_Assembly]為總成二維碼，[QRCode_part]為部件二維碼，[Process]為工序序號，[ RFID_Value]為托盤RFID標簽值。在激光打標工序之前，部件二維碼與[RFID_Value]進行關聯，[QRCode_Assembly]為缺省;在激光打標工序時，總成二維碼與[RFID_Value]進行關聯，并通過[RFID_Value]將前工序[QRCode_Assembly]進行補充，從而建立總成與部件之間的關聯關系。

2.6 裝配參數關聯建立

為了實現通過總成二維碼追溯該總成的裝配參數，需要建立總成與裝配參數之間的關聯關系，本文將總成與裝配參數關聯建立如下：

其中，[QRCode_Assembly]為總成二維碼，[Parameter]為裝配參數值，[Process]為工序序號，[Order]為該工序下的參數序號，[RFID_Value為托盤RFID標簽值。]在激光打標工序之前，[Parameter]與[RFID_Value]進行關聯，[QRCode_Assembly]為缺省;在激光打標工序時，總成二維碼與[RFID_Value]進行關聯，并通過[RFID_Value]將前幾道工序的[QRCode_Assembly]進行補充，從而建立總成與裝配參數之間的關聯關系。

3系統實例驗證

本系統以Microsoft visual studio 10為開發平臺，C#為開發語言，SQL作為關系型數據庫，開發了一套制動器總成裝配質量追溯系統。首先采用PLC技術采集制動器總成裝配生產線上產生的數據，接著采用OPC通信技術將PLC中數據傳遞給數據處理層，最后數據處理層將數據轉換成結構化的數據并存儲到SQL數據庫。

在完成數據采集、轉換及存儲的基礎上，實現了制動器總成裝配質量的正反向追溯。如圖3所示，總成二維碼 “12901001A1806190010”中， “12901001A”“180619”“0010”分別表示總成物料編碼，總成批次碼，總成序列號。通過掃碼總成二維碼，可以查詢得到部件的物料號及物料批次;并可獲得總成裝配過程中的裝配參數，從而實現以數據證實制動器總成的裝配質量。

當某個部件因為產品材料配方出現問題時，可逆向追溯總成二維碼，從而實現精準召回。如圖4所示，部件二維碼 “22901001A180617”中，“22901001A”“180617”分別表示部件的物料編碼、物料批次。通過輸入部件二維碼，可逆向查詢總成二維碼，顯示由該批次物料裝配而成的制動器總成。

4 總結

本文提出了一種基于二維碼及RFID的汽車制動器裝配質量追溯方法，實現了制動器總成的質量正反向追溯。該方法通過將二維碼作為信息載體、托盤RFID標簽作為臨時唯一碼，建立了總成二維碼與零部件二維碼、裝配參數的關聯關系。當制動器總成出現問題時，實現掃碼總成二維碼正向追溯零部件物料批次及裝配參數;當某個物料材料成分或者尺寸出現問題時，實現輸入部件二維碼逆向追溯總成二維碼。該方法的局限性在于未建立裝配參數與制動器總成質量之間的關系，從而無法通過裝配參數去定量評估制動器總成的質量，也無法實現通過優化裝配參數去提升制動器總成的質量。

參考文獻：

[1] 葉明海， 趙敏. 缺陷汽車產品召回的批次性質量追溯方法[J].汽車工程，2006，28（6）：595-597.

[2] 趙紅全， 陳震宇， 張志遠，等. 基于GS1的汽車零部件統一編碼與標識應用研究[J].中國標準化，2015（5）：123-127.

[3] 婁潔， 王云. 汽車關鍵零部件裝配防錯及追溯技術[J].長春工業大學學報，2015（1）：17-21.

[4] 寧林炎. 基于RFID的汽車零部件質量信息追溯系統研究[D].武漢理工大學，2011.

[5] 翟婧宇. 基于RFID的汽車供應鏈質量信息追溯研究[D].上海交通大學，2013.

[6] 汪灝. 南汽二維條碼打標追溯系統的設計和實現[D].大連理工大學，2012.

[7] 劉桂君. 華晨金杯汽車質量追溯管理信息系統開發方案研究[D].吉林大學，2014.

[8] 王兆華. 基于質量追溯的質量管理信息系統研究與實現[D].南京航空航天大學，2017.

【通聯編輯：唐一東】