1  引言 

　　汽車發(fā)動機(jī)裝配主要采用流水線作業(yè)方式。沒有采用RFID技術(shù)以前，要想全面而準(zhǔn)確地獲取發(fā)動機(jī)在裝配過程中的信息十分困難，條形碼技術(shù)雖然解決了部分問題，但在實(shí)際操作過程中，信息流通前后脫節(jié)嚴(yán)重，不能滿足裝配線的實(shí)際需求。而且在產(chǎn)品檢測不合格時，條形碼很難快速地找出故障原因，造成資源的巨大浪費(fèi)。 

　　因此，在發(fā)動機(jī)裝配過程中，急需一種識別技術(shù)以解決條形碼的不足。隨著科技的發(fā)展，RFID作為一種非接觸式自動識別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信息的快速流通，滿足裝配線的實(shí)際需求，而且它還具備故障識別功能，能快速地找出產(chǎn)品不合格的原因，因此，能很好的解決發(fā)動機(jī)裝配過程中出現(xiàn)的問題。該項技術(shù)在發(fā)動機(jī)裝配線上有很好的應(yīng)用前景，許多汽車制造企業(yè)也都相繼開始實(shí)施RFID技術(shù)。 
  
　　2 RFID系統(tǒng)的基本組成部分 

　　RFID技術(shù)通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，主要由電子標(biāo)簽、讀寫器和控制器（中間件）三部分組成。 

　　2.1     電子標(biāo)簽 

　　電子標(biāo)簽核心主要由存儲容量較小的芯片組成。包含待識別物體的身份代碼信息或技術(shù)參數(shù)等信息的內(nèi)部存儲器，則安裝在待識別物體的恰當(dāng)部位。電子標(biāo)簽與條形碼相比主要的優(yōu)勢：1）更大的信息存儲空間，并為以后的信息擴(kuò)展提供可能。2）產(chǎn)品信息動態(tài)存儲。在整個產(chǎn)品裝配的周期里，這些信息可以自動提示工人或加工設(shè)備已經(jīng)完成和未完成的作業(yè)內(nèi)容，從而提高生產(chǎn)效率。3）經(jīng)過二次封裝，適應(yīng)震動、化學(xué)腐蝕、潮濕和灰塵等惡劣環(huán)境。4）信息讀寫時標(biāo)簽不一定要在天線的可視范圍內(nèi)，因此可以嵌入載體、容器、乃至產(chǎn)品中，使用十分方便。 

　　2.2   讀寫器 

　　主要包括讀寫裝置主機(jī)、天線和自動識別軟件等。通常安裝在待識別物體通過的通道或必須的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)上。讀寫裝置采集到的信息包括待識別物體身份代碼信息，如產(chǎn)品型號、產(chǎn)品序號、制造時間，以及其它需加載信息。在發(fā)動機(jī)的裝配過程中，主要應(yīng)用讀寫器非接觸式識別和快速讀寫的特點(diǎn)。非接觸式識別可避免人工介入，減少錯誤，實(shí)現(xiàn)裝配線信息輸入的自動化；快速讀寫可減小裝配線的節(jié)拍時間，提高生產(chǎn)效率。 

　　2.3   控制器（中間件） 

　　控制器是RFID應(yīng)用框架中相當(dāng)重要的一環(huán)，是用來管理讀寫器與PC/PLC、服務(wù)器或網(wǎng)絡(luò)接口模塊的通訊接口?？刂破髫?fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)與RFID硬件以及配套設(shè)備的信息交互和管理，同時作為一個軟硬件集成的橋梁，完成與上層復(fù)雜應(yīng)用的信息交換?？刂破髋cMES系統(tǒng)連接并通過并行端口、串行端口或通訊總線訪問電子標(biāo)簽，也可以通過編輯程序直接利用電子標(biāo)簽儲存的數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)過程控制。 
  
　　3 RFID系統(tǒng)在發(fā)動機(jī)裝配線上的應(yīng)用 

　　3.1   RFID系統(tǒng)的需求分析 

　　RFID技術(shù)應(yīng)用之前，裝配線上主要使用條形碼技術(shù)，產(chǎn)品信息存儲在PLC或PMC數(shù)據(jù)庫里，對網(wǎng)絡(luò)通信速率，可靠性要求很高，需要高性能的PLC、大容量的數(shù)據(jù)庫和高效的PMC主機(jī)。在實(shí)際操作過程中會導(dǎo)致以下問題： 

　　1)    在裝配過程中，各環(huán)節(jié)信息都由手工輸入，容易會出現(xiàn)錯誤，使工作步驟不能正產(chǎn)銜接，影響生產(chǎn)流程和節(jié)拍時間； 
　　2)    若發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品缺陷，由于紀(jì)錄數(shù)據(jù)不完全，導(dǎo)致不能查詢到需對產(chǎn)品缺陷負(fù)責(zé)相關(guān)工位； 
　　3)    生產(chǎn)部門與物流部門信息交流不暢，零部件配送效率低下；同時制成品會產(chǎn)生大量庫存放在現(xiàn)場，影響生產(chǎn)和現(xiàn)場物流； 
　　4)    管理人員不能直接了解生產(chǎn)線生產(chǎn)狀況，不能根據(jù)生產(chǎn)的實(shí)際情況及時調(diào)整作業(yè)計劃，解決生產(chǎn)中的實(shí)際問題缺乏可靠依據(jù)。應(yīng)用了RFID技術(shù)以后以上問題就能迎刃而解：它能動態(tài)的存儲每個工位作業(yè)內(nèi)容的信息；對生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)并行管理，使需求計劃更加及時準(zhǔn)確；實(shí)現(xiàn)JIT，減少時間和資源的浪費(fèi)；通過與制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）無縫融合，追蹤每個產(chǎn)品的加工信息，跟其他部門進(jìn)行有效交流，帶來了可觀的間接效益；更為重要的是，它提高ERP/MRPII的魯棒性，把生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)存儲在標(biāo)簽中，可以減少網(wǎng)絡(luò)架設(shè)的成本，部分地點(diǎn)和部門甚至不需要終端的延伸，信息系統(tǒng)發(fā)生災(zāi)難時，生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)也能夠得以保全。 

　　3.2   RFID系統(tǒng)在裝配線上的應(yīng)用原理
 
　　裝配線是個循環(huán)系統(tǒng)，讀寫器和工位PC機(jī)由MES控制。如圖1所示，每個工位的讀寫器在托盤到達(dá)之前讀出標(biāo)簽內(nèi)容。工位PC機(jī)連接MES，來決定哪些零件組裝到發(fā)動機(jī)上，工作站的PC機(jī)屏幕顯示操作人員需要完成的作業(yè)。作業(yè)完成后，操作員按下完成按鈕，由MES來判斷所有作業(yè)是否完成并進(jìn)入下一工位。 

　　3.3   RFID技術(shù)與自動化技術(shù)
 
　　關(guān)于RFID技術(shù)如何在無人工作站與機(jī)器設(shè)備進(jìn)行對話，實(shí)現(xiàn)工工作站的完全自動化可以參考文獻(xiàn)[2]，F(xiàn)BC(Functionality Based Control)和S³(Scheduler, Selector and Synchronizer)的結(jié)合（圖2）為這種技術(shù)的實(shí)現(xiàn)提供了很好的構(gòu)架，不僅使機(jī)器設(shè)備高度柔性化，而且簡化了中央數(shù)據(jù)庫及信息系統(tǒng)的邏輯關(guān)系，便于維護(hù)。                         

　　3.4   RFID技術(shù)應(yīng)用的主要操作流程 

　　1)       電子標(biāo)簽初始化。 
　?、?nbsp;      工人在0工位PC機(jī)中輸入即將生產(chǎn)的發(fā)動機(jī)型號和產(chǎn)量信息； 
　　②       工位PC機(jī)獲得待裝配缸體的唯一編號，并控制鉆刻機(jī)在發(fā)動機(jī)缸體上刻下鋼體編號，打印機(jī)根據(jù)編號打印出相應(yīng)條形碼； 
　?、?nbsp;      讀寫器讀取電子標(biāo)簽的ID號信息，將條形碼上的信息輸入電子標(biāo)簽中，完成電子標(biāo)簽的初始化； 
　?、?nbsp;      寫入了產(chǎn)品信息的電子標(biāo)簽與托盤一起上線。為防止RFID系統(tǒng)不能正常工作而影響生產(chǎn)，條形碼作為預(yù)防措施隨托盤一起前進(jìn)。 

　　2)       讀寫電子標(biāo)簽信息。 
　?、?nbsp;      待加工產(chǎn)品輸送至裝配工位附近，限位開關(guān)自動卡住托盤，讀寫器獲得數(shù)據(jù)信息并傳輸至MES。 
　?、?nbsp;      根據(jù)每個電子標(biāo)簽內(nèi)容，工位PC機(jī)屏幕顯示該工位應(yīng)安裝部件的名稱、型號，并提示工人進(jìn)行正確操作； 
　　③       完成作業(yè)后，工人在PC機(jī)上進(jìn)行確認(rèn)，將已完成的作業(yè)信息反饋給MES； 
　　④       讀寫器在電子標(biāo)簽內(nèi)寫入該工位完成的作業(yè)信息后，下放限位開關(guān)，托盤遞送至下一工位。根據(jù)標(biāo)簽內(nèi)所存儲的不同加工信息，產(chǎn)品將遞送至相關(guān)的后續(xù)工位。 

　　3)       提取電子標(biāo)簽信息。 
　　①       發(fā)動機(jī)檢測不合格，自動進(jìn)入返修區(qū)。讀寫器提取已寫入信息，與MES存儲的相關(guān)產(chǎn)品規(guī)格進(jìn)行比較，在返修工位PC機(jī)上顯示故障原因、相關(guān)工位、解決方案等； 
　?、?nbsp;      進(jìn)入返修程序。返修完成后，標(biāo)簽內(nèi)寫入相關(guān)維修信息。 
　　4)       清空電子標(biāo)簽信息 
　?、?nbsp;      讀寫器讀取標(biāo)簽內(nèi)信息并存儲至產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫；  
　?、?nbsp;      電子標(biāo)簽信息清零，以便于循環(huán)使用。 
  
　　4  MES功能模塊設(shè)計 

　　MES連接了ERP/MRPII等上層應(yīng)用軟件和工廠車間的現(xiàn)場生產(chǎn)（圖3），是兩者進(jìn)行有效溝通的橋梁。沒有實(shí)施RFID技術(shù)以前，ERP/MRPII把生產(chǎn)計劃數(shù)據(jù)傳到車間后，并不能有效控制每個產(chǎn)品的實(shí)際生產(chǎn)過程，有時會由于信息不準(zhǔn)確出現(xiàn)脫離實(shí)際的錯誤決策。導(dǎo)入了RFID技術(shù)以后，使ERP/MRPII準(zhǔn)確控制車間的生產(chǎn)成為可能。相應(yīng)的，必須對相關(guān)的MES功能模塊進(jìn)行升級，實(shí)現(xiàn)與新技術(shù)有效融合。相關(guān)模塊包括： 

　　4.1   生產(chǎn)計劃和生產(chǎn)作業(yè)管理 
　　生產(chǎn)計劃模塊可以利用EPR/MRPII接口構(gòu)件，滾動獲得生產(chǎn)計劃，結(jié)合生產(chǎn)作業(yè)所需資源，自動生成車間作業(yè)計劃，實(shí)現(xiàn)計劃的及時調(diào)整。 

　　生產(chǎn)作業(yè)管理模塊通過RFID對標(biāo)簽的信息讀取，提供實(shí)時生產(chǎn)情況查詢，為計劃調(diào)整提供依據(jù)，還可以在工位PC機(jī)顯示屏上動態(tài)顯示裝配產(chǎn)品的信息和加工要求。 

　　將生產(chǎn)計劃和生產(chǎn)作業(yè)管理結(jié)合在一起，以體現(xiàn)計劃與管理的整體效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)及時對比。 

　　4.2   現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集 
　　依靠RFID DCS和其他設(shè)備通信接口構(gòu)件與現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行交流，并運(yùn)行由接口開發(fā)構(gòu)件組成的各個接口或鍵盤，給現(xiàn)場操作人員提供信息輸入接口，幫助系統(tǒng)擁有第一手信息，將所需的與生產(chǎn)相關(guān)的信息全部收集在內(nèi)。 

　　4.3   物料跟蹤查詢管理 
　　通過RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)對物料的個體/批次在生產(chǎn)線上推移、傳遞、消耗和轉(zhuǎn)化等信息的采集、跟蹤、整理、分析和共享。 

　　4.4   在制品（WIP）跟蹤查詢 
　　使管理人員迅速及時了解生產(chǎn)線生產(chǎn)情況，實(shí)時監(jiān)控產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，后臺連接到相應(yīng)數(shù)據(jù)庫，防止故障堆積，幫助降低在制品數(shù)量。
 
　　4.5   質(zhì)量監(jiān)控和績效管理 
　　對發(fā)動機(jī)質(zhì)量信息進(jìn)行全面管理，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量信息采集自動化，對于統(tǒng)計過程中發(fā)現(xiàn)的問題及時處理，并盡快找到質(zhì)量問題解決方案。 

　　4.6   產(chǎn)品生命周期檔案 
　　除了滿足品質(zhì)保證、統(tǒng)計分析、庫存管理等要求之外，還可以讓消費(fèi)者追溯產(chǎn)品質(zhì)任何一個生產(chǎn)步驟，任何一個零部件信息，即使是特別處理的加工手續(xù)也不例外。 
  
　　5 RFID硬件設(shè)備選型 

　　RFID硬件設(shè)備主要是電子標(biāo)簽和讀寫器，兩者選型主要從以下幾個方面來考慮：工作的可靠性；良好的性價比；識別的距離；識別的頻率；系統(tǒng)的可擴(kuò)展性；產(chǎn)品提供及維護(hù)的便捷性；是否有成功的應(yīng)用案例。 

　　最終，選擇了遠(yuǎn)望谷公司的電子標(biāo)簽XCTF-5013：可讀寫，存儲容量64位，工作頻率UHF 902-928 MHz，符合標(biāo)準(zhǔn)ISO 18000-6B，讀寫距離0～10m。讀寫器為XCRF-500系列。 
  
　　6 實(shí)施RFID技術(shù)的前景 

　　RFID技術(shù)給企業(yè)帶來的效益并非電子標(biāo)簽與讀寫器的總和，單單靠這兩種設(shè)備獲得的只是比條形碼更有效的讀寫手段，不能給企業(yè)帶來長久的競爭力，不能引發(fā)企業(yè)本身的根本性轉(zhuǎn)變和創(chuàng)新。 

　　RFID技術(shù)的引進(jìn)是企業(yè)在連續(xù)改進(jìn)過程中的一個階段，要實(shí)現(xiàn)這種根本性的轉(zhuǎn)變和創(chuàng)新除了有效的數(shù)據(jù)采集之外，更要靠對企業(yè)本身軟件系統(tǒng)的升級，整合企業(yè)現(xiàn)有的各種資源，優(yōu)化流程，挖掘信息的有用價值，只有這樣方能把RFID技術(shù)的價值發(fā)揮至極，給企業(yè)帶來更高的效益。 

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