一種汽車總裝柔性生產(chǎn)線的車型識別系統(tǒng)設(shè)計

劉旭穎、張新星、王慧捷

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，柳州 545007）

0 引言

為了快速響應(yīng)市場和用戶的需求，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)和個性化生產(chǎn)能力建設(shè)是行業(yè)內(nèi)的共識，也是實際生產(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。通過車型識別系統(tǒng)，可以對生產(chǎn)排產(chǎn)數(shù)據(jù)、待產(chǎn)車型和配置等信息進行采集，并及時向物料管理、生產(chǎn)調(diào)度等相關(guān)部門進行信息傳送和校驗，這對零部件供應(yīng)、物流管理、生產(chǎn)計劃實施等有著重要作用。上線車型信息誤識別或者識別失敗，將會造成設(shè)備事故或者產(chǎn)線停線等生產(chǎn)問題。

因此，本文將對實際生產(chǎn)過程車型識別系統(tǒng)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(shù)解決方案，以確保生產(chǎn)計劃在生產(chǎn)過程中能夠有效運作和執(zhí)行。同時基于此新型技術(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)下的車型識別系統(tǒng)的工作原理

在實際的汽車生產(chǎn)過程中，為應(yīng)對零部件供應(yīng)、生產(chǎn)效率調(diào)節(jié)等生產(chǎn)波動因素的影響，保證生產(chǎn)的連貫性，在每個工藝段都會設(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）進行緩存，并根據(jù)車型、配置和生產(chǎn)計劃數(shù)等信息，最終分配到每一條總裝裝配生產(chǎn)線上進行裝配。

為保證生產(chǎn)計劃調(diào)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(jù)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(qū)入口，由車型識別系統(tǒng)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(dāng)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(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。機運PLC 控制器根據(jù)獲取到的車型信息與存儲區(qū)存儲規(guī)則進行邏輯匹配和決策，將當(dāng)前移行機上的車體輸送到具體的存儲道次（圖1）。

圖1 現(xiàn)有車型識別系統(tǒng)工作原理圖

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

先將生產(chǎn)計劃信息輸入到機運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)存儲區(qū)內(nèi)的車體上線優(yōu)先級。比如，C 線正在生產(chǎn)，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(fā)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(qū)出口移行機。

當(dāng)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(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)計劃信息對比校驗，如果符合上位系統(tǒng)生產(chǎn)計劃信息規(guī)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）。

圖2 緩沖存儲區(qū)車體調(diào)用示意圖

2 現(xiàn)有技術(shù)下的車型識別系統(tǒng)存在問題

目前，汽車制造行業(yè)內(nèi)主流的車型識別系統(tǒng)是采用條形碼識別系統(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(dāng)前車體的車型信息，生成車型配置、移行機調(diào)用等相關(guān)信息，上傳機運PLC 控制器。

但是在實際生產(chǎn)應(yīng)用過程中，通用的激光掃碼設(shè)備在識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。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)激光掃描器在對條碼信息進行掃描識別時，一定概率上會導(dǎo)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(shè)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(xiàn)識別失敗。

（3）RFID 讀寫器主要應(yīng)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(shù)，一般采用中段頻率（900 MHz）。在電磁干擾比較大的環(huán)境下，RFID 存在讀寫錯誤風(fēng)險，會導(dǎo)致對滑撬上的TAG 信息讀取錯誤，直接導(dǎo)致車輛信息上傳錯誤，影響車輛后續(xù)的上線生產(chǎn)。

（4）機運系統(tǒng)長期高負(fù)荷地生產(chǎn)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(dāng)載碼體TAG 脫離RIFD 讀寫器感應(yīng)區(qū)域時，會導(dǎo)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(dǎo)致車輛信息識別錯誤或識別失敗。當(dāng)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(chǎn)線停線。情況嚴(yán)重時，會直接導(dǎo)致車體在總裝產(chǎn)線升降機位置交接失敗，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）。

圖3 車輛信息識別錯誤的因素和風(fēng)險圖示

3 新的技術(shù)解決方案設(shè)計

針對實際生產(chǎn)過程中車型識別系統(tǒng)存在的問題和漏洞，為了更好地優(yōu)化系統(tǒng)穩(wěn)定性，提高車型識別的準(zhǔn)確性和有效性，實現(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別車型；同時基于PLC 構(gòu)建車型識別控制及防錯系統(tǒng)，從根本上提高車型識別的準(zhǔn)確性和有效性（圖4）。

圖4 視覺識別系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

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)場景。視覺系統(tǒng)和激光光電特征識別技術(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(tài)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）。

圖5 視覺識別系統(tǒng)條碼識別圖示

（2）解決了單純依靠RFID 讀寫器識別車型信息的穩(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，運行波動變化的影響最終導(dǎo)致RFID 讀寫錯誤或讀寫失敗。應(yīng)用視覺系統(tǒng)讀碼，穩(wěn)定性和成功率得到大幅提升，徹底解決了這個問題。

（3）提高車型識別系統(tǒng)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(tǒng)，可以構(gòu)建多層次的車型識別及防錯系統(tǒng)，提高識別可靠性。

4 新方案技術(shù)創(chuàng)新點和應(yīng)用效果

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

（2）應(yīng)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(xiàn)車型特征的定性識別。同時結(jié)合車體信息視覺識別技術(shù)，實現(xiàn)車型校驗和防錯功能，徹底消除了車型信息識別錯誤導(dǎo)致對產(chǎn)線大范圍停線的影響。

（3）基于車型識別系統(tǒng)，可以實現(xiàn)總裝生產(chǎn)線多車型柔性化生產(chǎn)的目的。同時，通過機運吊具PLC 智能控制的關(guān)聯(lián)開發(fā)，實現(xiàn)機運車體吊具翻轉(zhuǎn)支腿翻轉(zhuǎn)不到位的自動補償和自動報警復(fù)位功能。這樣，就形成了車體吊具支腿翻轉(zhuǎn)動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（圖6）。具體表現(xiàn)如下。

圖6 吊具支腿翻轉(zhuǎn)機構(gòu)動作智能控制示意圖

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(xiàn)車身交接位置自動調(diào)節(jié)功能。

②車型識別控制吊具支腿翻轉(zhuǎn)機構(gòu)動作，實現(xiàn)車體在升降機交接時，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，特別是視覺識別技術(shù)的應(yīng)用，顛覆了汽車生產(chǎn)線傳統(tǒng)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(xiàn)產(chǎn)線的防錯聯(lián)動控制和應(yīng)急自處理能力提升。本文以汽車實際生產(chǎn)過程中車型識別系統(tǒng)存在的問題作為切入點，融合新型技術(shù)手段，對汽車生產(chǎn)線傳統(tǒng)的識別方式進行技術(shù)和防錯控制升級，提高了生產(chǎn)穩(wěn)定性和生產(chǎn)效率，同時，在進一步推動智能制造的發(fā)展上也具有一定參考價值。