RFID技術在白車身調整線中的應用

摘 要：介紹了RFID（無線射頻識別）技術的基本原理及硬件組成，以焊裝調整線為例，說明了引入RFID技術需要具備的條件以及RFID技術在不同工位的具體應用形式。闡述了RFID技術給生產現場信息傳遞的準確性、高效性、實時性帶來的提升。

關鍵詞：焊裝調整線；RFID技術；生產信息傳遞

隨著經濟的蓬勃發展，汽車已然成為現代生活中不可或缺的組成部分。然而，激烈的市場競爭和消費者日新月異的需求，使得汽車配置愈加豐富多樣，進而對汽車生產線柔性化提出了更為嚴峻的要求。調整線作為焊裝車間白車身下線前的最后環節，通常需要處理來自多條白車身焊接線的產出，這就要求其必須具備快速、準確切換多車型、多配置生產的能力。

但傳統生產線間的信息傳遞形式存在明顯短板：線體之間的信息傳遞往往依賴于人工識別、采集和手動輸入，這種方式不僅效率低下且信息滯后，生產計劃的調整難以及時實施。更為嚴重的是，還會出現因人工信息采集或輸入的錯誤導致出現生產實物與生產計劃之間不匹配的情況。

為了從根本上解決這些問題，在焊裝車間生產線中引入了基于RFID（無線射頻識別）技術的信息采集、記錄和傳遞系統。可高效、準確地實現焊裝車間內部各線體之間，以及車間與車間之間的實時信息傳遞。本文以焊裝車間調整線為例，詳細闡述RFID技術的實際應用，展示其帶來的效果提升。

RFID技術介紹

RFID（Radio Frequency Identification，即無線射頻識別）技術，是一種非接觸式的自動識別技術，通過無線電信號來識別并讀寫特定目標的數據。該技術具有識別迅速、讀取距離遠、信息存儲容量大及適應各種環境等特點。

1.RFID系統的硬件組成

RFID系統通常由數量不等的電子標簽、讀寫器、計算機、PLC系統和通信網絡等組成，如圖1所示。

（1）電子標簽（RFID Tag）" 也被稱為載碼體或智能標簽。每個電子標簽都攜帶著唯一的電子編碼，這些電子標簽被牢固地安裝在目標物體上，以實現對目標對象的精準標識。電子標簽通常由一個芯片和一個天線構成，芯片用于存儲和處理信息，天線則用于接收和發送射頻信號。在實際應用中，電子標簽的安裝方式靈活多樣，可以根據具體需求選擇表面安裝、磁吸安裝或直接粘貼等方式。電子標簽通常設計為圓盤薄片形式（見圖2），其最小直徑可以＜10mm，以便于在各種場景中使用。

圖2 RFID電子標簽樣式

電子標簽的存儲容量一般從幾十字節到幾百字節不等，滿足了不同應用場景下的數據存儲需求。同時，電子標簽的有效通信距離受其工作頻率和讀寫器功率的影響，低頻電子標簽的讀寫距離相對較近，一般在10cm以內，而高頻和超高頻電子標簽的讀寫距離分別可以達到幾米甚至數十米的范圍。此外，電子標簽具有極強耐溫性能。其工作溫度范圍廣泛，在－40～+250℃。而部分采用特殊耐高溫材料的電子標簽更是能夠承受高達300℃的極端高溫環境，確保了其在不同工業環境中的穩定可靠運行。

（2）讀寫器（RFID Reader）" 讀寫器是一種專門用于讀取或寫入電子標簽信息的設備，其設計靈活多變，既可以是便攜的手持式，也可以是穩固的固定式（圖3為固定在升降機上的讀寫器），以適應各種不同的應用場景。讀寫器的核心組件包括天線和控制模塊。天線負責發送射頻信號，這些信號能夠激活附近的電子標簽，并接收激活標簽返回的信息。控制模塊則負責對這些信息進行解碼和處理，然后通過通信網絡，將解碼后的數據傳輸到計算機端，以供進一步的分析和應用。

圖3 RFID讀寫器樣式

2.RFID技術的工作過程

讀寫器通過自身的天線發送一定頻率的射頻信號。當電子標簽進入讀寫器天線的工作范圍時會產生感應電流從而獲得能量并被激活。被激活后，電子標簽就會通過其內置的天線將存儲的信息發送出去。

讀寫器的天線在捕捉到這些來自電子標簽的信號后會對接收到的信號進行解碼。隨后，解碼后的信息會通過通信網絡被發送到計算機。計算機會對接收到的信息進行提取和分析，并根據預設的程序做出相應的決策。

最后，計算機通過PLC系統發送指令信號到執行機構。這些執行機構可以是機器人、傳送帶、滾床及工裝夾具等，執行機構會按照計算機的指令進行精確的操作，從而完成整個RFID系統的工作交互流程。

調整線引入RFID技術需具備的條件

1.調整線線體輸送系統結構

焊裝白車身調整線輸送系統一般分為板式雙鏈結構輸送系統和滑橇式輸送系統。在實現RFID技術與生產線的融合時，確保電子標簽與白車身的一一對應是關鍵。滑橇式輸送系統恰好滿足了這一需求，不僅每一個滑橇對應著一臺白車身，還能攜帶白車身跨線體、跨車間運行。在每臺滑橇固定位置安裝一個電子標簽，當RFID讀寫器讀取到滑橇上電子標簽的信息時，就能準確地獲知當前滑橇所攜帶的白車身的車型信息，從而實現了車型信息的精確匹配和追蹤。相比之下，板式雙鏈結構輸送系統由于其自身結構的限制，要做到電子標簽與白車身一一對應，需要將電子標簽安裝到白車身上，不僅安裝位置不能像滑橇一樣做到完全一致，還存在電子標簽的回收問題。此外，這種輸送系統的整條產線是整體運行的，因此沒有合適的位置來安裝固定的RFID讀寫器。因此，綜合考慮兩種輸送系統的特點以及RFID技術的應用需求，選擇滑橇式輸送系統作為白車身焊裝調整線的輸送方案更為合適。圖4為集成了RFID技術的滑橇式輸送系統示意圖。

圖4 集成RFID技術的滑橇式輸送系統示意

2.車型信息碼規則

需要根據汽車生產的自身特點，定義一套便于使用的車型信息碼規則。該車型信息碼需涵蓋從焊裝到涂裝，再到總裝車間的所有必要車型配置信息。這樣，車身在各車間轉運時，就能直接沿用同一套車型信息碼，避免了在不同車間重新申請和更換信息碼的繁瑣過程。

鑒于車型信息碼所包含內容較多，建議采用占用字節少且易于記憶的阿拉伯數字和英文字母來對應各項配置。既可以有助于減少所需的電子標簽存儲空間，又提高了信息讀寫和處理的效率。

綜合各車間的需求，對車型配置信息進行了精煉和分類，形成了一套包含共用部分、焊裝部分、涂裝部分、總裝部分以及預留部分的車身信息碼編碼規則。共用部分主要包含了各車間生產需要的訂單信息和整車配置信息；焊裝部分則針對焊裝車間的生產需求，詳細列出了白車身配置信息和白車身流水號；涂裝部分和總裝部分則分別對應涂裝車間和總裝車間的特定需求，確保各車間在生產過程中都能快速、準確獲取所需的車型信息。預留部分則為未來可能新增的車型配置信息預留了空間，保證了信息碼的靈活性和可擴展性，具體如圖5所示。

圖5 電子標簽攜帶車型信息示意

通過這套編碼規則，能夠實現一車一碼的目標，確保每臺車身在整個生產周期都能被準確識別和追蹤。

RFID技術在調整線的具體應用

1.機器人弧焊工位

機器人弧焊工位由弧焊房、弧焊機器人及配套弧焊設備、弧焊夾具、升降滾床、集中供氣系統及排風系統等部分組成。滑橇攜帶白車身到達弧焊工位后，PLC根據滾床上3個占位傳感器狀態判斷滑橇位置是否正常，位置正常則滑橇抱閘夾緊，將滑橇固定。RFID讀寫器讀取滑橇上電子標簽攜帶的車型信息碼，解碼后將車型信息發送給PLC。PLC接收到車型信息，并根據預設程序分別下發相應工作號給各作業單元。弧焊機器人、升降滾床及弧焊夾具收到工作號后開始作業，作業完成后發送完成信號給PLC，輸送白車身到下一工位，具體流程如圖6所示。

2.翼子板裝配工位

翼子板裝配工位由固定滾床、翼子板裝配工裝以及顯示屏組成，滑橇攜帶白車身到達工位后，RFID讀寫器讀取滑橇電子標簽攜帶的車型信息碼，并將這些信息分別發送給顯示屏和翼子板安裝工裝。顯示屏會根據接收到的車型數據，即時顯示需要上件零件的狀態，為操作者提供直觀的指引。操作者根據顯示屏的提示，選取所需零件，并通過翼子板裝配工裝將其安裝到白車身上。翼子板裝配工裝集成有多個零件狀態傳感器，可通過各個傳感器感應到的零件狀態與收到的車型信息進行比對，只有當兩者吻合時工裝才會進行下一步動作，若出現不匹配的情況則會報警提示零件狀態錯誤，從而達到防錯的目的。

3.調整線下線升降機工位

滑橇攜帶白車身到達升降機工位后，升降機上的RFID讀寫器讀取滑橇上電子標簽攜帶車型信息碼并發送給PLC。PLC提取其中的第1位訂單類型（詳見圖5）后根據訂單類型下發不同的操作指令：如訂單類型為2，代表此白車身為商品車訂單，則根據預設程序將白車身通過升降機送入白車身緩存區緩存，等待后續送入涂裝車間繼續生產；如訂單類型為1，代表此白車身為試制訂單，升降機自動進入臨時白車身下線程序，攜帶白車身到達下車位，并通知操作者確認后將試制白車身下線。

4.白車身緩存區

白車身緩存區由兩個白車身緩存區域、旋轉滾床、移行滾床等部分組成，如圖7所示。

滑橇攜帶白車身通過調整線下線升降機工位進入緩存區后首先到達移行滾床1，移行滾床1上帶有RFID讀寫器，通過讀取滑橇電子標簽攜帶車身信息碼中的第2到第5位及第17到25位（詳見圖5）獲得車型配置及顏色信息，并按照顏色進行分類后自動將白車身送入緩存區不同的車道當中存放。緩存區中每一條存儲車道都帶有RFID讀寫器，可以統計當前緩存區所存放白車身的數量及車型信息。操作者可以實時查詢庫存信息然后根據生產計劃將需要的白車身通過移行滾床3批次送入涂裝車間。

結語

通過引入RFID技術，能夠實現生產數據的實時采集、統計、傳輸和處理，使得焊裝車間線體之間以及車間與車間之間的信息傳遞變得更為迅速、準確、順暢。降低了因信息傳遞延誤或信息傳遞錯誤而導致的生產成本浪費，確保了生產計劃與實際生產的緊密匹配。未來，隨著應用領域的拓展，RFID技術將在汽車生產線柔性化提升中發揮更加重要的作用。

參考文獻：

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