一種汽車總裝柔性生產線的車型識別系統設計

關鍵詞：車型識別系統;視覺識別;柔性化生產;防錯系統;總裝生產線

0引言

為了快速響應市場和用戶的需求，在汽車生產制造過程中，總裝裝配生產線的柔性化生產和個性化生產能力建設是行業內的共識，也是實際生產排產中確保生產線效率最大化的手段之一。而生產線上的車型識別系統是多車型柔性化生產的基礎必備工藝裝備。通過車型識別系統，可以對生產排產數據、待產車型和配置等信息進行采集，并及時向物料管理、生產調度等相關部門進行信息傳送和校驗，這對零部件供應、物流管理、生產計劃實施等有著重要作用[1]。上線車型信息誤識別或者識別失敗，將會造成設備事故或者產線停線等生產問題。

因此，本文將對實際生產過程車型識別系統在使用中存在的問題和原因進行剖析，并提供一種新型的車輛信息視覺識別技術解決方案，以確保生產計劃在生產過程中能夠有效運作和執行。同時基于此新型技術解決方案，也為汽車總裝產線工藝和裝備的布局提供一種參考借鑒。

1現有技術下的車型識別系統的工作原理

在實際的汽車生產過程中，為應對零部件供應、生產效率調節等生產波動因素的影響，保證生產的連貫性，在每個工藝段都會設置一定數量的零部件和待加工車體的緩存。完成涂裝工藝下線的車體，需要經過總裝車體分配中心（總裝BDC）進行緩存，并根據車型、配置和生產計劃數等信息，最終分配到每一條總裝裝配生產線上進行裝配。

為保證生產計劃調度有序而且高效地進行，涂裝下線車體在總裝車體分配中心上，都需要根據整車信息按車型、按批次以及按流向碼進行緩沖存儲。因此，在存儲區入口，由車型識別系統通過激光掃描器掃描識別整車信息一維碼，并將整車信息存儲到車體滑撬的載碼體TAG中。當車體隨滑撬到達需要識別整車信息的工位時，需要依靠移行機設備上安裝的RFID讀寫器讀取滑撬上的TAG，獲取車體的車型信息、批次和流向碼[2]。機運PLC控制器根據獲取到的車型信息與存儲區存儲規則進行邏輯匹配和決策，將當前移行機上的車體輸送到具體的存儲道次（圖1）。

車體在總裝車體分配中心按照相應規則存儲后，最終流向總裝生產線。具體的操作方式如下。

先將生產計劃信息輸入到機運PLC控制器的上位系統，PLC控制器根據上位系統信息，確認存儲區內的車體上線優先級。比如，C線正在生產，需要從總裝車體分配中心中存儲C線車體的道次放出車體。此時，PLC發出指令，令存儲C線的車體道次出口自動打開，車體自動輸送到存儲區出口移行機。

當車體移動到移行機時，PLC令移行機上的RFID讀寫器讀取滑撬上的TAG信息，獲取當前車體的車型、批次和流向碼等信息。這些信息通過與上位系統內的生產計劃信息對比校驗，如果符合上位系統生產計劃信息規則，PLC令出口移行機放行車體;如果不符合，則PLC令移行機將車體滑撬運行到返回道次，并將不符合上線要求的車體存放到返回道次，以達到車體上線防錯的目的（圖2）。

2現有技術下的車型識別系統存在問題

目前，汽車制造行業內主流的車型識別系統是采用條形碼識別系統，即在車體上粘貼有代表車體特征信息的唯一性一維條形碼，條形碼中包含車體的車型、顏色和配置等相應信息。當車體到達需要識別車體信息的工位時，通過激光掃描器識別車體信息一維條形碼，從而獲得當前車體的車型信息，生成車型配置、移行機調用等相關信息，上傳機運PLC控制器。

但是在實際生產應用過程中，通用的激光掃碼設備在識別一維條形碼的過程具有一定的局限性，體現在以下幾個方面。

（1）車體在涂裝車間需經過前處理、電泳、烘干、上膠和噴涂等工藝過程[3]。經過涂裝車間的一系列工藝操作后，部分車體信息條碼存在被底漆、面漆等覆蓋的可能。當激光掃描器在對條碼信息進行掃描識別時，一定概率上會導致識別失敗問題。

（2）車體上的車體信息條形碼一般為人工或設備輔助粘貼。車體信息條形碼粘貼位置不對或者粘貼方向歪斜時，條形碼的方向與激光掃描器的激光束方向不垂直，會造成掃碼器的讀碼成功率下降，甚至出現識別失敗。

（3）RFID讀寫器主要應用無線射頻識別，是一種使用電磁波進行識別的非接觸式自動識別技術[4]，一般采用中段頻率（900MHz）。在電磁干擾比較大的環境下，RFID存在讀寫錯誤風險，會導致對滑撬上的TAG信息讀取錯誤，直接導致車輛信息上傳錯誤，影響車輛后續的上線生產。

（4）機運系統長期高負荷地生產運行，其振動和機運部件的磨損等會引起車體滑撬的變形或者造成滑撬載碼體TAG的松動。當載碼體TAG脫離RIFD讀寫器感應區域時，會導致RFID對車輛信息的讀寫錯誤或讀寫失敗。

以上幾種情況均會導致車輛信息識別錯誤或識別失敗。當車輛信息識別錯誤或失敗時，會造成裝配信息、線旁零部件備料與上線車輛不匹配，引起生產線停線。情況嚴重時，會直接導致車體在總裝產線升降機位置交接失敗，甚至會造成車體側翻、墜落或者引起其他設備事故（圖3）。

3新的技術解決方案設計

針對實際生產過程中車型識別系統存在的問題和漏洞，為了更好地優化系統穩定性，提高車型識別的準確性和有效性，實現生產線的最大柔性化生產，本文在原有系統的基礎上，提出了新的技術解決方案用于重構車型識別系統，用以提高生產效率。新的技術解決方案如下：應用視覺系統識別車體條碼，讀取車體的車型信息，并用激光光電傳感器根據車體差異化特征定性識別車型;同時基于PLC構建車型識別控制及防錯系統，從根本上提高車型識別的準確性和有效性（圖4）。

隨著視覺技術的蓬勃發展，不斷克服了圖像取樣不清晰、圖像處理速度慢以及光源干擾大等客觀困難，已經完全能夠適應汽車制造的生產場景[5]。視覺系統和激光光電特征識別技術的應用，很好地解決了以下生產過程中的問題。

（1）解決了普通激光掃碼設備的識別局限性，提高識別能力。只要車體上的信息條形碼粘貼在智能相機的視野里面，通過視覺掃碼就可以識別到車體上粘貼的任意角度姿態的條碼信息。同時，視覺掃碼還可以識別不完全缺失的條碼，即使車體條碼被部分覆蓋（圖5）。

（2）解決了單純依靠RFID讀寫器識別車型信息的穩定性問題。RFID讀寫受電磁環境干擾影響大，讀寫器天線與載碼體TAG的距離隨著滑撬的變形而變化，運行波動變化的影響最終導致RFID讀寫錯誤或讀寫失敗。應用視覺系統讀碼，穩定性和成功率得到大幅提升，徹底解決了這個問題。

（3）提高車型識別系統的可靠性和防錯能力。采用激光光電傳感器進行車型識別輔助，通過車型差異化特征檢測，能夠定性識別車體類型。同時配合視覺識別系統，可以構建多層次的車型識別及防錯系統，提高識別可靠性。

4新方案技術創新點和應用效果

視覺識別技術應用于汽車制造過程的車型識別及防錯控制，能夠有效降低系統故障的發生，大幅提高了生產過程的穩定性和可靠性，切實提高了產線的生產效率。具體技術創新及應用效果如下。

（1）視覺識別技術的應用，實現了視覺自動化掃碼識別，精確獲取上線車輛信息，從根本性上解決了激光型固定掃碼設備不能識別局部模糊或粘貼位置及姿態變化的條形碼問題，提高了車體掃碼識別的成功率。

（2）應用激光光電傳感器對車型差異化特征進行檢查和校驗，實現車型特征的定性識別。同時結合車體信息視覺識別技術，實現車型校驗和防錯功能，徹底消除了車型信息識別錯誤導致對產線大范圍停線的影響。

（3）基于車型識別系統，可以實現總裝生產線多車型柔性化生產的目的。同時，通過機運吊具PLC智能控制的關聯開發，實現機運車體吊具翻轉支腿翻轉不到位的自動補償和自動報警復位功能。這樣，就形成了車體吊具支腿翻轉動作不到位問題的自處理能力，從而降低車體交接側翻、墜落風險（圖6）。具體表現如下。

①通過車型信息的識別和獲取，由PLC控制器控制滑板定位器動作，實現車身交接位置自動調節功能。

②車型識別控制吊具支腿翻轉機構動作，實現車體在升降機交接時，根據不同車型應用不同吊具支撐腿支撐車體的功能。

5結束語

隨著科技的發展，特別是視覺識別技術的應用，顛覆了汽車生產線傳統的識別手段。通過視覺識別、成像比對，大幅度提高了識別控制的精度和可靠性。同時，基于PLC智能控制，實現產線的防錯聯動控制和應急自處理能力提升。本文以汽車實際生產過程中車型識別系統存在的問題作為切入點，融合新型技術手段，對汽車生產線傳統的識別方式進行技術和防錯控制升級，提高了生產穩定性和生產效率，同時，在進一步推動智能制造的發展上也具有一定參考價值。