基于RFID的智能制造技術(shù)在汽車工業(yè)中的應(yīng)用

袁金蘋 王輝 趙輩 李琦

摘 要：文章結(jié)合實(shí)例重點(diǎn)介紹試點(diǎn)工廠的智能總裝車間策劃、實(shí)施框架搭建、業(yè)務(wù)操作流程及具體的RFID技術(shù)應(yīng)用。文章對(duì)汽車智能化車間建設(shè)領(lǐng)域的具體策劃及實(shí)施具有很好的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：總裝車間;智能制造;RFID

中圖分類號(hào)：U468 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）04-160-03

Application of Intelligent Manufacturing Technology Based on RFIDin Automobile Industry^*

Yuan Jinping¹， Wang Hui²， Zhao Bei²， Li Qi²

（?1.School of Applied Science and Technology， Shangqiu University，?Henan Shangqiu 476000;2.Manufacturing Technology Department， Chery Automobile Henan Co.， Ltd.，?Henan Kaifeng 475000?）

Abstract：?This paper focuses on the intelligent assembly workshop planning， framework building， business operation process and application of RFID technology in the pilot plant. Because this paper involves the implementation case of the whole vehicle manufacturing workshop， it has a good reference significance for the specific planning and implementation of the field of intelligent workshop construction of automobiles.

Keywords： Assembly workshop; Intelligent manufacturing; Radio Frequency Identification

CLC NO.： U468 ?Document Code： A ?Article ID：?1671-7988（2020）04-160-03

1 背景

受益于互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，智能互聯(lián)汽車迎來(lái)良好發(fā)展契機(jī)，呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展之勢(shì)。從被動(dòng)安全到主動(dòng)安全、從駕駛輔助到自動(dòng)駕駛，伴隨各項(xiàng)技術(shù)的不斷更新發(fā)展，汽車被賦予了更多的功能和權(quán)利，逐步走向智能化^[1]。汽車智能化的快速發(fā)展也對(duì)其制造過(guò)程提出了跟高的要求，智能制造應(yīng)運(yùn)而生。智能制造（Intelligent Manufacturing，IM）是一種由智能機(jī)器和人類專家共同組成的人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，它在制造過(guò)程中能進(jìn)行智能活動(dòng)，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。毫無(wú)疑問(wèn)，智能化是制造自動(dòng)化的發(fā)展方向。在制造過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)幾乎都廣泛應(yīng)用人工智能技術(shù)。

為適應(yīng)智能化發(fā)展趨勢(shì)，提高生產(chǎn)、物流、管理運(yùn)營(yíng)效率，對(duì)工廠現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研并制定智能化實(shí)施方案。

當(dāng)前裝配車間使用SAP ERP系統(tǒng)完成庫(kù)房管理，通過(guò)LES系統(tǒng)完成企業(yè)供應(yīng)鏈管理，通過(guò)單獨(dú)的考勤系統(tǒng)完成人員考勤，GE的MES系統(tǒng)完成車間的生產(chǎn)管理，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了車間生產(chǎn)過(guò)程管控。?但是在生產(chǎn)管理過(guò)程中依然存在如下問(wèn)題：（1）物流配料過(guò)程容易出現(xiàn)配料錯(cuò)誤情況，缺少對(duì)生產(chǎn)過(guò)程準(zhǔn)確性及關(guān)鍵數(shù)據(jù)的有效監(jiān)管和分析，對(duì)生產(chǎn)問(wèn)題后期追溯存在缺陷;（2）缺乏對(duì)質(zhì)量全景數(shù)據(jù)進(jìn)行集成、分析、判斷，現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量信息無(wú)法自動(dòng)采集;（3）缺少全面性設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的收集及分析，設(shè)備預(yù)防檢修無(wú)客觀性數(shù)據(jù)支撐;（4）缺少自動(dòng)化的人員出勤情況分析;（5）人工開展效率/過(guò)程變更分析，無(wú)法保證及時(shí)性;（6）運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)人工集成匯總，無(wú)法保證及時(shí)性和客觀性。為解決上述問(wèn)題，需策劃定制一套完整的生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)、物流、人員、設(shè)備智能化方案。本文主要研究基于RFID的智能制造技術(shù)在汽車工業(yè)中的應(yīng)用。

2 智能化車間方案策劃及實(shí)施框架搭建

通過(guò)本次項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃達(dá)到以下目標(biāo)：（1）通過(guò)質(zhì)量過(guò)程數(shù)據(jù)的采集、分析系統(tǒng)完善過(guò)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)及時(shí)預(yù)警;（2）通過(guò)建立產(chǎn)線、工藝、操作全過(guò)程監(jiān)控，?提高生產(chǎn)準(zhǔn)確性;（3）通過(guò)設(shè)備的全生命周期管理，提高設(shè)備效能。通過(guò)數(shù)字化、可視化、透明化管理，優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程等，大副度提高人員、設(shè)備等綜合效率。做到全過(guò)程質(zhì)量追溯，通過(guò)數(shù)字化分析提前預(yù)測(cè)設(shè)備故障及對(duì)零件進(jìn)行質(zhì)量分析，提前進(jìn)行質(zhì)量預(yù)警。

項(xiàng)目實(shí)施對(duì)象為總裝車間XX線體，包含內(nèi)飾1-1線，內(nèi)飾1-2線，底盤線，內(nèi)飾二線，CP7線體，檢測(cè)線，淋雨線、CP8終檢線及物流配料區(qū)。

項(xiàng)目主要內(nèi)容：智能制造系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱系統(tǒng)）由生產(chǎn)管理、質(zhì)量管理、設(shè)備管理、物流管理、人員管理及現(xiàn)場(chǎng)展示等多個(gè)模塊組成，見圖1。系統(tǒng)接收MES在總裝車間的滾動(dòng)計(jì)劃，通過(guò)配料管理，SPS小車及AGV小車監(jiān)控及物料預(yù)警，完成物流管控;通過(guò)工位進(jìn)度采集、試裝管理、滯留車管理、工藝管理與MES集合實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程追溯;通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、計(jì)算設(shè)備綜合運(yùn)行效率、大數(shù)據(jù)分析等實(shí)現(xiàn)設(shè)備的預(yù)防性維保;通過(guò)質(zhì)量數(shù)據(jù)采集（PLC直接采集和數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)入兩種方式）分析，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析、過(guò)程質(zhì)量追溯及質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等;通過(guò)與考勤系統(tǒng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)人員屬性識(shí)別，監(jiān)控關(guān)鍵崗位作業(yè)人員的異常變動(dòng)與效率指標(biāo)標(biāo)的統(tǒng)計(jì)分析。

項(xiàng)目架構(gòu)：系統(tǒng)總體體系架構(gòu)分為三層展示平臺(tái)層，現(xiàn)場(chǎng)采集展示平臺(tái)層和生產(chǎn)線設(shè)備層，每層都有其獨(dú)特的作用^[2]，見圖2?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用平臺(tái)主要用于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)展示和反饋，包括現(xiàn)場(chǎng)分控平臺(tái)和RFID應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)分控平臺(tái)主要用于現(xiàn)場(chǎng)裝配測(cè)試線設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，生產(chǎn)進(jìn)度信息，質(zhì)量數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)收集和分析。展示平臺(tái)主要用于辦公環(huán)境中現(xiàn)場(chǎng)信息的反饋，包括異地監(jiān)控、總控大屏、PC端、手持端展示。

3 以RFID技術(shù)為基礎(chǔ)的智能化業(yè)務(wù)實(shí)施流程

射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)在生產(chǎn)企業(yè)的制造執(zhí)行系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用^[3]。此次項(xiàng)目實(shí)施主要通過(guò)RFID技術(shù)獲取生產(chǎn)過(guò)程的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，基于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)內(nèi)傳遞，保證生產(chǎn)、質(zhì)量、物流、工藝、人員五大模塊的數(shù)據(jù)互通和智能化功能實(shí)現(xiàn)。以下主要介紹各個(gè)模塊的智能化功能及業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

3.1 生產(chǎn)模塊

主要針對(duì)總裝車間的生產(chǎn)過(guò)程管理。包括工位進(jìn)度采集、產(chǎn)線分析、工藝數(shù)據(jù)查看、滯留車管理及變更管理等幾部分內(nèi)容。

3.1.1?工位進(jìn)度采集

工位進(jìn)度采集是對(duì)車輛從10點(diǎn)至20點(diǎn)的裝配過(guò)程及20點(diǎn)至30點(diǎn)檢測(cè)過(guò)程的監(jiān)控，使生產(chǎn)進(jìn)度的采集細(xì)化到工位層面，為車輛工位查詢、滯留車管理提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。工位進(jìn)度采集是在工段開始和結(jié)束位置增加RFID讀寫器，在車輛具備可隨時(shí)讀取的電子標(biāo)簽的條件下，當(dāng)車輛從工位通過(guò)時(shí)讀寫器獲取該車輛的生產(chǎn)進(jìn)度信息。

3.1.2 產(chǎn)線分析

主要對(duì)產(chǎn)線的產(chǎn)量和節(jié)拍進(jìn)行分析。從生產(chǎn)線日志、產(chǎn)品生產(chǎn)明細(xì)、生產(chǎn)效率三個(gè)方面進(jìn)行分析。能夠清晰的監(jiān)控每日產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)間的分布情況，根據(jù)產(chǎn)品每天的產(chǎn)量生成產(chǎn)品產(chǎn)量趨勢(shì)圖，分析每天的產(chǎn)量趨勢(shì)。

根據(jù)每天產(chǎn)品的產(chǎn)量、人員出勤情況和工作時(shí)間分析產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。在系統(tǒng)中設(shè)定不同效率指標(biāo)的計(jì)算公式，將效率分析數(shù)據(jù)形成圖表，指導(dǎo)效率分析。

3.1.3 工藝數(shù)據(jù)查看

通過(guò)建立準(zhǔn)確的作業(yè)文件智能化展示系統(tǒng)，使生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)能夠快速、準(zhǔn)確的對(duì)各項(xiàng)作業(yè)文件進(jìn)行搜索查看，從而提高生產(chǎn)效率，同時(shí)也能規(guī)范生產(chǎn)裝配項(xiàng)目各階段的流程和任務(wù)要求。具體業(yè)務(wù)涵蓋作業(yè)文件的上傳、作業(yè)文件查詢及刪除等。

3.1.4 滯留車管理

滯留車管理是基于工位進(jìn)度采集的應(yīng)用，當(dāng)產(chǎn)品在裝配線上出現(xiàn)滯留時(shí)，系統(tǒng)按照約定的時(shí)間周期進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。系統(tǒng)按照產(chǎn)品裝配完成后未在規(guī)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)入檢測(cè)線，檢測(cè)后未在規(guī)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)入淋雨線，淋雨后未在規(guī)定時(shí)間內(nèi)交付，系統(tǒng)實(shí)時(shí)預(yù)警提示。具體判斷滯留車的時(shí)間周期按照企業(yè)具體業(yè)務(wù)需求適應(yīng)性調(diào)整。

3.2 質(zhì)量模塊

本次項(xiàng)目中質(zhì)量數(shù)據(jù)主要包括兩部分內(nèi)容，一是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備情況自動(dòng)獲取產(chǎn)品的質(zhì)量信息;二是通過(guò)手工錄入質(zhì)量信息，系統(tǒng)根據(jù)錄入的質(zhì)量信息形成質(zhì)量報(bào)表。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)獲取的數(shù)據(jù)按車型、VIN、責(zé)任單位、缺陷類別、時(shí)間等方式從各個(gè)方向進(jìn)行自動(dòng)分析并形成報(bào)表，計(jì)算出產(chǎn)品符合率，實(shí)現(xiàn)車輛信息、質(zhì)量信息等多個(gè)信息源的追溯，通過(guò)與目標(biāo)值的對(duì)比實(shí)現(xiàn)超差報(bào)警。

3.3 設(shè)備管理模塊

主要包含建立設(shè)備臺(tái)賬、參數(shù)管理、維修管理、保養(yǎng)管理、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)管理、能源管理、設(shè)備能力分析。系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備的故障狀態(tài)（如工作電壓、電流、時(shí)間等），根據(jù)系統(tǒng)自動(dòng)采集的故障對(duì)設(shè)備進(jìn)行有效及時(shí)的維護(hù)，從而提高設(shè)備的使用率。

3.4 物流模塊

主要實(shí)現(xiàn)裝配線物流配料的過(guò)程管控，保證裝配線物流配料的準(zhǔn)確性，主要通過(guò)物流配料管理、SPS配料信息匹配和物流大屏展示三個(gè)模塊完成。物流配料管理主要管理物流配料過(guò)程，提示操作人員裝配物料內(nèi)容，防止漏裝或錯(cuò)裝。SPS配料信息匹配主要是SPS小車位置與在線車輛的信息匹配狀態(tài)。物流大屏展示主要用來(lái)實(shí)時(shí)展現(xiàn)物流區(qū)域的配料信息及產(chǎn)線異常情況預(yù)警。

3.5 人員管理模塊

主要針對(duì)關(guān)鍵崗位人員到崗情況分析和報(bào)警。人員異常情況報(bào)警需要首先定義關(guān)鍵崗位人員（通過(guò)人員屬性更改并與考勤系統(tǒng)結(jié)合），獲取人員到崗計(jì)劃，根據(jù)上述信息獲得人員到崗列表，并與具體考勤記錄比對(duì)生成人員到崗報(bào)警。根據(jù)人員異常情況統(tǒng)計(jì)人員到崗率報(bào)表，形成到崗率圖表分析人員到崗情況。

4 應(yīng)用效果分析

從物流、生產(chǎn)、質(zhì)量、人員及設(shè)備五個(gè)方面完成試點(diǎn)車間的智能化改造后，線體生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量都有了明顯提升。

4.1 物流方面

車間生產(chǎn)的物流訂單執(zhí)行率提高至100%，配料區(qū)出錯(cuò)率由原來(lái)的3%降低至1%。

4.2 人員方面

關(guān)鍵崗位數(shù)字化質(zhì)量監(jiān)控覆蓋率提升至100%，每日8點(diǎn)10分系統(tǒng)自動(dòng)推送關(guān)鍵崗位人員出勤詳單，以供工藝及質(zhì)保人員第一時(shí)間了解關(guān)鍵工序的工藝參數(shù)執(zhí)行情況。

4.3 設(shè)備方面

為所有設(shè)備建立維修保養(yǎng)檔案，按照保養(yǎng)計(jì)劃自動(dòng)推送例行保養(yǎng)內(nèi)容的同時(shí)記錄設(shè)備生命周期內(nèi)的維修記錄、備件狀態(tài)等內(nèi)容，管理人員可以預(yù)測(cè)和評(píng)估設(shè)備當(dāng)前及未來(lái)一定時(shí)期內(nèi)的生產(chǎn)能力，進(jìn)而指導(dǎo)車間未來(lái)的生產(chǎn)計(jì)劃排布。

4.4 生產(chǎn)方面

車輛配備RFID標(biāo)簽及讀寫裝置后，可在后臺(tái)PC端、智能監(jiān)控大廳展示端及手機(jī)APP端實(shí)時(shí)查看目前的生產(chǎn)計(jì)劃完成情況，系統(tǒng)自動(dòng)生成日杜、月度及年度生產(chǎn)報(bào)表，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)具體車輛的當(dāng)前位置定位。

4.5 工藝質(zhì)量方面

實(shí)時(shí)獲取車型產(chǎn)量及人員出勤信息的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率的自動(dòng)計(jì)算機(jī)分析，比如線體HPV、單車型HPV等，此外，該系統(tǒng)具備工藝文件實(shí)時(shí)上傳及查詢功能，支持工藝作業(yè)文件的在線檢索及查看，大大提高了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的問(wèn)題處理效率。

5 結(jié)語(yǔ)

互聯(lián)時(shí)代對(duì)工業(yè)制造提出了更高的要求，依托信息物理系統(tǒng)（CPS）和信息通信技術(shù)的結(jié)合，工廠將引入大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行分析優(yōu)化管理，在計(jì)算機(jī)虛擬環(huán)境中，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行仿真、評(píng)估和優(yōu)化，最終將實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化、互聯(lián)化的生產(chǎn)制造。在這場(chǎng)新的變革中，汽車制造商、零部件供應(yīng)商、軟件提供商等站在各自需求角度對(duì)智能工廠都有著各自的解讀，也因而帶來(lái)了不同層面的實(shí)踐，以及不同形態(tài)的智能制造解決方案。

正確的將智能制造系統(tǒng)應(yīng)用到工廠中，必須要根據(jù)工廠實(shí)際情況，精準(zhǔn)選擇核心功能模塊，重點(diǎn)實(shí)施以求效果最大化。以本文為例，方案實(shí)施前經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)分析及效果評(píng)估，最終從1300多個(gè)數(shù)據(jù)采集需求中選擇了對(duì)企業(yè)較為有利的500多項(xiàng)內(nèi)容，整合后分人、機(jī)、料、法、環(huán)五個(gè)方面對(duì)整個(gè)車間進(jìn)行數(shù)字化監(jiān)控，并取得了較好的實(shí)踐效果。

要將企業(yè)管理思想融入到智能制造系統(tǒng)中，使生產(chǎn)流程和智能制造系統(tǒng)相互融合，正確的實(shí)施可以大幅度的改善成本控制、管理作業(yè)進(jìn)度，將企業(yè)制造的過(guò)程流程化、標(biāo)準(zhǔn)化。企業(yè)管理層也可更直接的獲取制造現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，為管理層的正確決策提供有效的支持。

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