一種汽車總裝柔性生產(chǎn)線的車型識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉旭穎 張新星 王慧捷

關(guān)鍵詞：車型識(shí)別系統(tǒng);視覺識(shí)別;柔性化生產(chǎn);防錯(cuò)系統(tǒng);總裝生產(chǎn)線

0引言

為了快速響應(yīng)市場(chǎng)和用戶的需求，在汽車生產(chǎn)制造過程中，總裝裝配生產(chǎn)線的柔性化生產(chǎn)和個(gè)性化生產(chǎn)能力建設(shè)是行業(yè)內(nèi)的共識(shí)，也是實(shí)際生產(chǎn)排產(chǎn)中確保生產(chǎn)線效率最大化的手段之一。而生產(chǎn)線上的車型識(shí)別系統(tǒng)是多車型柔性化生產(chǎn)的基礎(chǔ)必備工藝裝備。通過車型識(shí)別系統(tǒng)，可以對(duì)生產(chǎn)排產(chǎn)數(shù)據(jù)、待產(chǎn)車型和配置等信息進(jìn)行采集，并及時(shí)向物料管理、生產(chǎn)調(diào)度等相關(guān)部門進(jìn)行信息傳送和校驗(yàn)，這對(duì)零部件供應(yīng)、物流管理、生產(chǎn)計(jì)劃實(shí)施等有著重要作用[1]。上線車型信息誤識(shí)別或者識(shí)別失敗，將會(huì)造成設(shè)備事故或者產(chǎn)線停線等生產(chǎn)問題。

因此，本文將對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過程車型識(shí)別系統(tǒng)在使用中存在的問題和原因進(jìn)行剖析，并提供一種新型的車輛信息視覺識(shí)別技術(shù)解決方案，以確保生產(chǎn)計(jì)劃在生產(chǎn)過程中能夠有效運(yùn)作和執(zhí)行。同時(shí)基于此新型技術(shù)解決方案，也為汽車總裝產(chǎn)線工藝和裝備的布局提供一種參考借鑒。

1現(xiàn)有技術(shù)下的車型識(shí)別系統(tǒng)的工作原理

在實(shí)際的汽車生產(chǎn)過程中，為應(yīng)對(duì)零部件供應(yīng)、生產(chǎn)效率調(diào)節(jié)等生產(chǎn)波動(dòng)因素的影響，保證生產(chǎn)的連貫性，在每個(gè)工藝段都會(huì)設(shè)置一定數(shù)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(jīng)過總裝車體分配中心（總裝BDC）進(jìn)行緩存，并根據(jù)車型、配置和生產(chǎn)計(jì)劃數(shù)等信息，最終分配到每一條總裝裝配生產(chǎn)線上進(jìn)行裝配。

為保證生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度有序而且高效地進(jìn)行，涂裝下線車體在總裝車體分配中心上，都需要根據(jù)整車信息按車型、按批次以及按流向碼進(jìn)行緩沖存儲(chǔ)。因此，在存儲(chǔ)區(qū)入口，由車型識(shí)別系統(tǒng)通過激光掃描器掃描識(shí)別整車信息一維碼，并將整車信息存儲(chǔ)到車體滑撬的載碼體TAG中。當(dāng)車體隨滑撬到達(dá)需要識(shí)別整車信息的工位時(shí)，需要依靠移行機(jī)設(shè)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(jī)運(yùn)PLC控制器根據(jù)獲取到的車型信息與存儲(chǔ)區(qū)存儲(chǔ)規(guī)則進(jìn)行邏輯匹配和決策，將當(dāng)前移行機(jī)上的車體輸送到具體的存儲(chǔ)道次（圖1）。

車體在總裝車體分配中心按照相應(yīng)規(guī)則存儲(chǔ)后，最終流向總裝生產(chǎn)線。具體的操作方式如下。

先將生產(chǎn)計(jì)劃信息輸入到機(jī)運(yùn)PLC控制器的上位系統(tǒng)，PLC控制器根據(jù)上位系統(tǒng)信息，確認(rèn)存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的車體上線優(yōu)先級(jí)。比如，C線正在生產(chǎn)，需要從總裝車體分配中心中存儲(chǔ)C線車體的道次放出車體。此時(shí)，PLC發(fā)出指令，令存儲(chǔ)C線的車體道次出口自動(dòng)打開，車體自動(dòng)輸送到存儲(chǔ)區(qū)出口移行機(jī)。

當(dāng)車體移動(dòng)到移行機(jī)時(shí)，PLC令移行機(jī)上的RFID讀寫器讀取滑撬上的TAG信息，獲取當(dāng)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(tǒng)內(nèi)的生產(chǎn)計(jì)劃信息對(duì)比校驗(yàn)，如果符合上位系統(tǒng)生產(chǎn)計(jì)劃信息規(guī)則，PLC令出口移行機(jī)放行車體;如果不符合，則PLC令移行機(jī)將車體滑撬運(yùn)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(dá)到車體上線防錯(cuò)的目的（圖2）。

2現(xiàn)有技術(shù)下的車型識(shí)別系統(tǒng)存在問題

目前，汽車制造行業(yè)內(nèi)主流的車型識(shí)別系統(tǒng)是采用條形碼識(shí)別系統(tǒng)，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(yīng)信息。當(dāng)車體到達(dá)需要識(shí)別車體信息的工位時(shí)，通過激光掃描器識(shí)別車體信息一維條形碼，從而獲得當(dāng)前車體的車型信息，生成車型配置、移行機(jī)調(diào)用等相關(guān)信息，上傳機(jī)運(yùn)PLC控制器。

但是在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用過程中，通用的激光掃碼設(shè)備在識(shí)別一維條形碼的過程具有一定的局限性，體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）車體在涂裝車間需經(jīng)過前處理、電泳、烘干、上膠和噴涂等工藝過程[3]。經(jīng)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(dāng)激光掃描器在對(duì)條碼信息進(jìn)行掃描識(shí)別時(shí)，一定概率上會(huì)導(dǎo)致識(shí)別失敗問題。

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

（3）RFID讀寫器主要應(yīng)用無線射頻識(shí)別，是一種使用電磁波進(jìn)行識(shí)別的非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)[4]，一般采用中段頻率（900MHz）。在電磁干擾比較大的環(huán)境下，RFID存在讀寫錯(cuò)誤風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)導(dǎo)致對(duì)滑撬上的TAG信息讀取錯(cuò)誤，直接導(dǎo)致車輛信息上傳錯(cuò)誤，影響車輛后續(xù)的上線生產(chǎn)。

（4）機(jī)運(yùn)系統(tǒng)長(zhǎng)期高負(fù)荷地生產(chǎn)運(yùn)行，其振動(dòng)和機(jī)運(yùn)部件的磨損等會(huì)引起車體滑撬的變形或者造成滑撬載碼體TAG的松動(dòng)。當(dāng)載碼體TAG脫離RIFD讀寫器感應(yīng)區(qū)域時(shí)，會(huì)導(dǎo)致RFID對(duì)車輛信息的讀寫錯(cuò)誤或讀寫失敗。

以上幾種情況均會(huì)導(dǎo)致車輛信息識(shí)別錯(cuò)誤或識(shí)別失敗。當(dāng)車輛信息識(shí)別錯(cuò)誤或失敗時(shí)，會(huì)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(chǎn)線停線。情況嚴(yán)重時(shí)，會(huì)直接導(dǎo)致車體在總裝產(chǎn)線升降機(jī)位置交接失敗，甚至?xí)斐绍圀w側(cè)翻、墜落或者引起其他設(shè)備事故（圖3）。

3新的技術(shù)解決方案設(shè)計(jì)

針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過程中車型識(shí)別系統(tǒng)存在的問題和漏洞，為了更好地優(yōu)化系統(tǒng)穩(wěn)定性，提高車型識(shí)別的準(zhǔn)確性和有效性，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的最大柔性化生產(chǎn)，本文在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出了新的技術(shù)解決方案用于重構(gòu)車型識(shí)別系統(tǒng)，用以提高生產(chǎn)效率。新的技術(shù)解決方案如下：應(yīng)用視覺系統(tǒng)識(shí)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(jù)車體差異化特征定性識(shí)別車型;同時(shí)基于PLC構(gòu)建車型識(shí)別控制及防錯(cuò)系統(tǒng)，從根本上提高車型識(shí)別的準(zhǔn)確性和有效性（圖4）。

隨著視覺技術(shù)的蓬勃發(fā)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(jīng)完全能夠適應(yīng)汽車制造的生產(chǎn)場(chǎng)景[5]。視覺系統(tǒng)和激光光電特征識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用，很好地解決了以下生產(chǎn)過程中的問題。

（1）解決了普通激光掃碼設(shè)備的識(shí)別局限性，提高識(shí)別能力。只要車體上的信息條形碼粘貼在智能相機(jī)的視野里面，通過視覺掃碼就可以識(shí)別到車體上粘貼的任意角度姿態(tài)的條碼信息。同時(shí)，視覺掃碼還可以識(shí)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(shí)別車型信息的穩(wěn)定性問題。RFID讀寫受電磁環(huán)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(yùn)行波動(dòng)變化的影響最終導(dǎo)致RFID讀寫錯(cuò)誤或讀寫失敗。應(yīng)用視覺系統(tǒng)讀碼，穩(wěn)定性和成功率得到大幅提升，徹底解決了這個(gè)問題。

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

4新方案技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)和應(yīng)用效果

視覺識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于汽車制造過程的車型識(shí)別及防錯(cuò)控制，能夠有效降低系統(tǒng)故障的發(fā)生，大幅提高了生產(chǎn)過程的穩(wěn)定性和可靠性，切實(shí)提高了產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。具體技術(shù)創(chuàng)新及應(yīng)用效果如下。

（1）視覺識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了視覺自動(dòng)化掃碼識(shí)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(shè)備不能識(shí)別局部模糊或粘貼位置及姿態(tài)變化的條形碼問題，提高了車體掃碼識(shí)別的成功率。

（2）應(yīng)用激光光電傳感器對(duì)車型差異化特征進(jìn)行檢查和校驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)車型特征的定性識(shí)別。同時(shí)結(jié)合車體信息視覺識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)車型校驗(yàn)和防錯(cuò)功能，徹底消除了車型信息識(shí)別錯(cuò)誤導(dǎo)致對(duì)產(chǎn)線大范圍停線的影響。

（3）基于車型識(shí)別系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)總裝生產(chǎn)線多車型柔性化生產(chǎn)的目的。同時(shí)，通過機(jī)運(yùn)吊具PLC智能控制的關(guān)聯(lián)開發(fā)，實(shí)現(xiàn)機(jī)運(yùn)車體吊具翻轉(zhuǎn)支腿翻轉(zhuǎn)不到位的自動(dòng)補(bǔ)償和自動(dòng)報(bào)警復(fù)位功能。這樣，就形成了車體吊具支腿翻轉(zhuǎn)動(dòng)作不到位問題的自處理能力，從而降低車體交接側(cè)翻、墜落風(fēng)險(xiǎn)（圖6）。具體表現(xiàn)如下。

①通過車型信息的識(shí)別和獲取，由PLC控制器控制滑板定位器動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)車身交接位置自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。

②車型識(shí)別控制吊具支腿翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)車體在升降機(jī)交接時(shí)，根據(jù)不同車型應(yīng)用不同吊具支撐腿支撐車體的功能。

5結(jié)束語

隨著科技的發(fā)展，特別是視覺識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用，顛覆了汽車生產(chǎn)線傳統(tǒng)的識(shí)別手段。通過視覺識(shí)別、成像比對(duì)，大幅度提高了識(shí)別控制的精度和可靠性。同時(shí)，基于PLC智能控制，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)線的防錯(cuò)聯(lián)動(dòng)控制和應(yīng)急自處理能力提升。本文以汽車實(shí)際生產(chǎn)過程中車型識(shí)別系統(tǒng)存在的問題作為切入點(diǎn)，融合新型技術(shù)手段，對(duì)汽車生產(chǎn)線傳統(tǒng)的識(shí)別方式進(jìn)行技術(shù)和防錯(cuò)控制升級(jí)，提高了生產(chǎn)穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率，同時(shí)，在進(jìn)一步推動(dòng)智能制造的發(fā)展上也具有一定參考價(jià)值。