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基于 rfid 技术的汽车生产制造执行系统研究 基于 rfid 技术的汽车生产制造执行系统研究 摘摘 要要 mes 是面向车间生产的生产管理技术与实时信息系统，在整个企业信息集 成系统中承上启下，是生产活动与管理活动中信息沟通的桥梁，mes 对生产过 程中数据采集和处理的能力直接影响到了企业的生产效率。当前我国汽车产业 普遍借助条形码技术来完成汽车制造过程中的数据采集和跟踪监控等工作，具 有采集效率低、自动化程度低、不适应恶劣环境等缺点。rfid 是一种利用射频 通信实现的非接触式的自动识别技术，具有巨大的发展潜力与应用空间，被认 为是二十一世纪最具有发展前途的信息技术之一。 本文研究如何将 rfid 技术融入 mes 之中，用以取代条形码作为生产过程 中的数据采集手段，来解决因使用条形码而产生问题，有助于 mes 与其他系统 的数据共享，提高汽车生产过程中的数据采集效率和自动化程度。文章首先阐 述了 mes 和 rfid 技术的发展现状，然后结合具体企业对汽车制造工艺进行简 要阐述，在对汽车装配和调度流程进行详细地分析后提出现有汽车生产流程中 因数据采集手段低下而引起的具体问题以及企业中各系统之间存在的信息断层 问题。 在针对实际情况对 rfid 技术进行适用性分析后提出了基于 rfid 技术的 车间生产应用方案，并制订了新的生产业务流程，形成了“基于 rfid 技术的 车间生产应用模式” ，接着在原有 mes 系统的基础上结合 rfid 技术，形成基 于 rfid 技术的生产制造执行系统， 并使用 java 语言完成了实验室系统的开发， 最后对系统运行情况进行展示。 关键词：关键词：制造执行系统，射频识别，汽车制造 research of automobile mes based on rfid technology abstract mes is a kind of workshop manufacturing oriented manage technology and real time information system, which servers as a connecting link between the preceding and the following in the whole enterprise information integration. mes is a communication bridge between production activity and management activity. the data acquisition ability and data processing ability of mes influences manufacturing efficiency of the enterprise. at present, barcode technology has been used in automotive industry of china in order to acquire data, tracking and monitor vehicle during the whole manufacturing process. barcode has many disadvantages, such as low acquisition effect, low degree of automation, low adaptability of severe environment and so on. rfid is a kind of automatic identification technology which take advantage of radio frequency communication. rfid technology has huge potential for growth and wide application field and rfid technology was considered as one of the most promising information technologies. in this paper, how to use rfid technology as a data acquisition tool in manufacture procedure instead of barcode was investigated. by using rfid technology, many problems made by barcode technology could be resolved, automation level of automobile manufacture could be enhanced. rfid is also helpful of data sharing between mes and other systems. in this paper, the current situation of mes and rfid technology was introduced firstly. after the introduction and analysis of automobile manufacturing technology, production flow and dispatch flow, problems caused by improper data acquisition tool and the information gap between systems in the enterprise were mentioned secondly. relevant workshop manufacture application project and work flow based on rfid technology was proposed after applicability analysis of rfid technology, which composed the workshop manufacture application mode, thirdly. at last, the new manufacture executing system was constructed based on original mes and rfid technology. the lab system is developed by java language and introduced at the end of the paper. key words：mes，rfid，automobile manufacture 插图清单插图清单 图 1-1 rfid 技术基本原理. 5 图 2-1 焊装 10 点生产报工业务流程 . 10 图 2-2 车身号打印业务流程 . 11 图 2-3 焊装 20 点完工报工业务流程 . 11 图 2-4 白车身厂间调拨业务流程 . 12 图 2-5 焊装车间 set in / set out操作业务流程 . 12 图 2-6 车身入 wbs 业务流程 . 13 图 2-7 车身出 wbs 业务流程 . 13 图 2-8 wbs 其它业务流程. 14 图 2-9 涂装 10 点报工业务流程 . 14 图 2-10 涂装车身定色业务流程 . 14 图 2-11 涂装 set in / set out 操作业务流程 . 15 图 2-12 涂装 20 点完工报工业务流程 . 16 图 2-13 涂装厂间调拨业务流程 . 16 图 2-14 车身入 pbs 业务流程 . 17 图 2-15 车身出 pbs 业务流程. 17 图 2-16 pbs 其他业务流程. 17 图 2-17 总装 10 点报工业务流程 . 18 图 2-18 动力总成上线校验业务流程 . 18 图 2-19 总装 20 点报工业务流程 . 19 图 2-20 总装生产指示业务流程 . 20 图 2-21 动力总成分装指示业务流程 . 20 图 2-22 淋雨前扫描业务流程 . 20 图 2-23 铭牌打印业务流程 . 21 图 2-24 合格证、免检单打印业务流程 . 21 图 2-25 整车 30 点出厂报工业务流程 . 21 图 2-26 mes 在企业中的数据流集成模型图. 22 图 2-27 mes 功能模块及其与其他系统间关系图. 23 图 3-1 pbs 存储队列制定业务流程. 35 图 3-2 pbs 自动存储控制业务流程. 36 图 3-3 pbs 出车队列制定业务流程. 36 图 3-4 pbs 车辆信息查询业务流程. 37 图 3-5 总装 10 报工业务流程 . 37 图 3-6 动力总车上线校验业务流程 . 38 图 3-7 总装 20 报工业务流程 . 39 图 3-8 整车淋雨检测业务流程 . 40 图 3-9 整车路试业务流程 . 41 图 3-10 铭牌打印业务流程 . 41 图 3-11 合格证免检单打印业务流程 . 42 图 3-12 总装 30 出厂报工业务流程 . 43 图 3-13 总装出现漏装错装时的业务流程 . 43 图 3-14 总装 set in / set out务流程 . 44 图 3-15 总装车间工位数采和关键件安装提示业务 . 45 图 3-16 总装生产信息查询业务流程 . 45 图 4-1 基于 rfid 技术的 mes 系统在企业中的集成模型图 . 46 图 4-2 基于 rfid 技术的生产制造执行系统的功能模块图 . 48 图 4-3 各功能模块相互关系图 . 49 图 4-4 基于 rfid 技术的汽车生产制造执行系统软件架构图 . 50 图 4-5 rfid 中间件平台架构. 52 图 4-6 基于 rfid 技术的汽车生产制造执行系统网络架构图 . 54 图 4-7 webservice体系结构. 55 图 4-8 webshpere功能结构图 . 56 图 5-1 软件系统类结构图 . 60 图 5-2 pbs 车辆监控. 62 图 5-3 整车关键零部件数据采集 . 62 图 5-4 车辆生产周期计算 . 63 插表清单插表清单 表 3-1 rfid 常用国际标准. 28 表 3-2 各国 rfid 特征参数表 . 28 表 3-3 标签读取实验数据表 . 34 表 5-1 软件系统包结构 . 59 独独 创创 性性 声声 明明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据 我所知， 除了文中特别加以标志和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得 合肥工业大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签字： 王浩远 签字日期：2010 年 4 月 22 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 合肥工业大学 有关保留、 使用学位论文的规定， 有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅或借阅。 本人授权 合 肥工业大学 可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后适用本授权书） 学位论文者签名： 王浩远 导师签名： 梁昌勇 签字日期： 2010 年 4 月 22 日 签字日期： 2010 年 4 月 22 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位：中国农业银行软件开发中心 电话通讯地址：北京市东城区建国门内大街 69 号 邮编：100005 致致 谢谢 本论文的撰写是在我的导师梁昌勇教授的指导下进行的。在两年半的硕士 研究生期间，梁老师不仅为我们营造了一个轻松和谐、积极进取、求真务实的 学术氛围，还给我们提供了很多动手实践的实习机会。在我的毕业论文写作阶 段，梁老师付出了大量的心血和宝贵的时间，从论文材料收集到选题、开题、 定期汇报直到完成论文的每个阶段，都严格要求、仔细审阅。梁老师渊博的学 识、严谨的治学态度、创新的科研精神、敏锐的学术思想以及开创的科研精神 是我始终学习的楷模，激励着我不断培养自己踏实、严谨、创新的学术作风。 三年中我的进步是在他的指导下取得的。论文从选题到最后定稿倾注了梁老师 大量的心血，他独到的见解常常使我在论文中得到启发。他热情的为人，实干 的精神和敏捷的才思给我留下了深刻的印象。谨向梁老师致以衷心的感谢和深 深的敬意！ 感谢蒋翠清、俞家文等老师的指导和帮助，他们严谨求实的治学态度、诲 人不倦的工作作风令人敬佩，在此表示衷心感谢！还要感谢在研究生学习阶段 全体任课老师，教给我们丰富的专业理论知识和方法，感谢合肥工业大学管理 学院的领导和老师们对我的培养、指导和帮助。 感谢研究所的所有同学，感谢朝夕相处的项目组成员周伟、王保敏、张怡 远、吴彬、陆鑫、叶娟、马玲、刘松旺、朱义生、夏原野等，感谢曾同在项目 组的蔡美菊同学，你们给了我很多的支持和帮助，创造了一个轻松愉快、团结 和睦、奋发向上的工作环境，让我学到了很多东西，真的感谢你们！ 感谢研究生 27 班的同班同学及远在各地的好友，有了你们的支持和鼓励， 我的论文才得以顺利完成。 最后要特别感谢我的父母，你们的支持是我顺利完成学业不可或缺的巨大 动力！以后将尽自己最大的努力来回报你们对我的爱！ 王浩远 2010 年 4 月 1 第一章第一章 绪论绪论 1.1 研究背景研究背景 二十一世纪，是我国的汽车工业的快速发展阶段，中国汽车市场作为全球 汽车市场的一个重要组成部分，已经无可避免地介入全球化的竞争之中，而全 球化的汽车市场竞争实质上是现代科技的较量，是技术创新的竞争。当今世界 各大汽车公司己把主攻方向转为微电子技术和信息技术等高新技术，对汽车工 业的开发、生产、销售、服务和回收的全过程进行提，围绕安全、环保、节能 等重点领域占领技术制高点，而非仅仅着眼于实施精益生产、提高规模效益等 方面。可见，世界领先的汽车企业正在实现全过程信息化和高新技术化。 近些年来，国内汽车生产企业在汽车信息化方面实现了从无到有的飞跃， 并且取得了一定的成绩。但是我国汽车信息化技术发展较晚，起点较低，基础 薄弱，仍然存在许多障碍，大体表现在以下方面：我国汽车行业普遍缺乏相关 汽车信息化技术应用 1。虽然我国近些年的汽车工业发展迅猛，但信息化水平 较为低下，无论是相对小规模的民营企业还是专业的大型汽车生产厂，其汽车 制造的相关信息技术同样很低。汽车产业信息化发展的不均衡，同样是我国汽 车产业信息化水平不高的重要原因之一。并且，企业内部各信息系统存在明显 断层，缺乏统一的信息资源规划，形成了很多“信息孤岛” 2。 汽车生产过程是汽车制造业的产品的形成过程，是汽车制造企业质量管理 的基本环节，高效稳定的生产流程是保证产品制造和质量的核心因素。同样， 在生产过程的信息化方面，我国汽车企业同世界先进的汽车制造企业相比仍存 在较大的差距，主要体现在制造过程的车辆监控、自动化调度和数据采集等方 面。而数据采集作为车辆监控和自动化调度的实现基础，显得尤为重要。生产 过 程 中 的 数 据 采 集 活 动 主 要 集 中 在 制 造 执 行 系 统 （ mes， manufacturing execution system）中进行。 我国汽车企业同世界先进的汽车制造企业之相比，在生产过程信息化方面 的差距具体表现为以下方面： 1） 系统集成度低。企业在从整个制造车间以及生产系统的角度对 mes 系 统的功能集成、信息集成方面缺乏研究，导致无法在根本上保障 mes 与其他系统之间的信息传递和行为映射、无法保证各应用系统之间的信 息具备信息交互的一致性和准确性。从而造成各应用系统的操作人员不 得不进行大量繁琐的手工工作对数据进行录入和修改，使各应用系统数 据的正确性和完整性难以保证。 2） 数据采集手段难以适应生产要求。目前我国汽车企业大多采用条形码作 为物体标识和数据采集手段，作为一种“可视识别”手段，条形码无法 2 在有物体阻挡、易沾染油污、易破损划伤、高温易腐蚀的环境下正常工 作。 3） 数据载体与生产环境不匹配。目前我国汽车企业大多采用纸张作为生产 环境下的信息载体，例如：采用打印的装配清单附着在车体对装配工人 进行装配指导，这种方式难以兼顾装配工作的高效率和高匹配度，并且 造成一定的纸张浪费。 以上三点会产生如下具体问题： 1） 难以对生产中车辆进行实时跟踪，生产线可视化程度低。管理人员想要 只有在车辆上线和下线时才能得知车辆的位置，对于车辆具体处于哪个 工位以及其处于的装配环节难以得知，更无法直观、便捷地了解到整个 生产线运转的情况和线上车辆的装配情况。 2） 对于装配质量的跟踪难以落实到人。对于工人的装配工作没有详细的记 录，也没有相应地系统对装配信息进行收集和利用。 3） 生产线边零部件消耗及损毁难以实时反馈。在生产线边仍采用传统方 式，依靠巡检员进行供货通知，车间内部供货不及时，难以降低线边工 位库存。 4） 车辆调度自动化程度低且效率低下。在车辆暂存区和生产线仍大量依赖 人工和光学、磁传感器等进行车辆调度，自动化、智能化程度低。 以上这些问题的产生都是由 mes 系统可集成性差、数据载体和数据采集手 段的不适用造成，要解决以上问题，就需要将一种高速、大容量、非接触、环 境适应性好的“非可视识别”技术作为信息采集手段，融入汽车生产过程之中， 尤其是与车间生产的主要信息枢纽mes 系统相结合，增强 mes 系统的可 集成性，使得车间生产控制向自动化、智能化进一步迈进。 本课题来源于国家“863 计划”先进制造技术领域“射频识别（rfid）技 术与应用”重大项目“rfid 在汽车制造过程控制与质量跟踪系统中的应用”课 题中关于整车物流管理系统方面的研究。课题编号为 2006aa04a126，依托单 位为由合肥工业大学，协作单位为奇瑞信息技术有限公司。 本文中所涉及汽车制造相关业务流程以应用环境均参照奇瑞汽车有限公司 的现实情况。 1.2 mes 在汽车制造业中的应用现状在汽车制造业中的应用现状 1.2.1 mes 基本概念 mes（manufacturing execution system）俗称制造执行系统，是面向车间层 的生产管理技术与实时信息系统。mes 处于计划层和控制层之间，连接实时数 据库和关系数据库，对生产过程进行实时监视、控制和诊断，进而完成环境检 3 测、单元整合、过程模拟和参数优化等活动 3，在整个企业信息集成系统中承 上启下，是生产活动与管理活动信息沟通的桥梁。mes 通过对企业生产计划进 行“再计划” ，并且控制生产设备进行协同工作、干预和调整生产流程，可以有 效地消除 erp 系统（enterprise resource planning）和现场自动化系统之间出现 的信息断层，提供一个反应快速、有弹性、精细化的制造环境，有助于企业降 低成本、提高效率、提升产品的质量和服务水平。 1990 年 11 月，amr（美国先进制造研究中心，advanced manufacturing research）提出了 mes 的概念。amr 指出：mes 是在公司的整个资源按其经 营目标进行管理时，为公司提供实现执行目标的执行手段，通过实时数据库连 接基本信息系统的理论数据和工厂的实际数据，并提供业务计划系统与制造控 制系统之间的通信功能。 1997 年，mesa（国际制造执行系统协会，manufacturing execution system association）在公布的白皮书中重新定义了 mes 的含义并提出的 mes 功能组 件和集成模型 4。mesa 指出：mes 能通过信息的传递，对从订单下达开始到 产品完成的整个产品生产过程进行优化的管理，对工厂发生的实时事件，及时 做出相应的反应和报告，并用当前准确的数据对进行相应的指导和处理。mes 的功能组件包括：生产单元分配、工序详细调度、数据采集、资源分配和状态 管理、文档控制、产品跟踪和产品清单管理、性能分析、质量管理、人力资源 管理、维护管理、过程管理等 11 个功能，并规定只要具备 11 个功能之中的某 一个或几个，也属 mes 系列的单一功能产品。 2004 年，mesa 提出了协同 mes 体系结构（c-mes） 。c-mes 的功能覆盖 了制造过程管理的全过程，并与企业经营计划层的 erp，crm（供应链管理， supply chain management)， cad（计算机辅助设计，computer aided design) / cam（计算机辅助制造，computer aided manufacturing）等集成，形成在价 值链和企业中各种系统和人的更好集成能力，通过协同制造获取更大效益。为 了提高产品质量和生产效率，降低生产成本，同时减少资源消耗和环境污染， 流程型企业迫切需要实现管理扁平化和综合生产指标优化，并提出实现管理扁 平化和综合生产指标优化的流程工业 mes 功能模型。 mes 还会随着信息技术和企业生产理念的进步而不断发展，这不仅仅局限 于系统构建技术的不断创新，而更多地体现在丰富的系统接口与其他企业信息 化系统的集成、智能化上，在保证适用性、可重构性和针对性的基础上强调跨 平台和低成本高效率是 mes 未来的发展趋势 5，6，7。 1.2.2 mes 在国内外发展现状 mes 作为综合自动化系统的核心技术，是当今业界最为关注的热点之一。 早在 2000 年，日本丰田汽车公司在 mes 系统的支持下就可以共线生产 4000 4 多种类型的汽车，8 小时单线可班产 500 辆汽车。而截至 2006 年，国内汽车装 配线单线班产能力一般仅能达到 300辆， 共线生产的车型也一般在 1000种左右。 经过多年来的大力发展， mes 在我国制造业的各个领域都得到了广泛应用， 出现了很多具有针对性的应用方案，为我国制造业的发展起到了积极的作用 8， 9。 “十五”期间，国家 863 项目研究组将 mes 作为重点研究项目下达了研究课 题，并且将流程工业领域的 mes 技术研究作为突破口，以期实现最终目标：获 得 mes 技术研究成果、形成系统平台、实现产品的工程应用。目前，mes 已 经在钢铁、石化等行业得到应用，其应用效益得到用户认可，并且推进了企业 信息化不仅仅停留在 erp 实施，不断深化，部分企业的 mes 已经成为信息化 的主体，而在汽车制造等离散型制造业中，mes 技术也得到了相应的发展。国 家通过 863 重大专项“自主品牌汽车数字化设计制造管理集成应用平台开发与 实施”项目，开发了“imes 平台” ，并通过定制形式形成了适应于行业的软件 系统，如面向作业型与装配型制造企业，以制造资源管理为主的制造资源管理 系统；面向加工型生产（作业车间）的离散加工制造执行系统；面向装配制造 模式（流水车间）的装配制造执行系统等。应用这一平台，江淮汽车集团 mes 实施方案取得了令人满意的成果。首先是实现了生产现场的信息发布和车型配 置清单以指导生产；其次是实现了商务车和 srv（sports utility vehicle，运动 型多功能车）生产现场的实时数据采集；其三是实现了对商务车和 srv 装配全 过程的监控和管理；其四是实现了物料配送功能，做到了辅助生产指令的执行； 其五是实现了 mes 与计划管理层和过程监控层的集成。 可以看出，我国汽车产业 mes 正处于迅速的发展中，并在汽车制造企业得 到了广泛应用。 1.3 rfid 技术及其在汽车制造业中的应用现状技术及其在汽车制造业中的应用现状 1.3.1 rfid 技术基本概念 rfid（radio frequency identification，射频识别）是一种利用射频通信实 现的非接触式的自动识别技术，具有体积小、容量大、寿命长、可重复使用、 识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境等特点，可支持快速读写、非 可视识别、移动识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理 10。因为具备识别高 速移动物体、识别多个目标和非接触识别等特点，rfid 技术显示出巨大的发展 潜力与应用空间，被认为是 21 世纪最具有发展前途的信息技术之一。 rfid 系统由电子标签（tag） 、读写器（reader）和天线（antenna）组成。 rfid 技术按照应用频率的不同分为低频（lf） 、高频（hf） 、超高频（uhf） 、 微波（mw）等不同类别，而按照能源的供给方式分为无源 rfid，有源 rfid， 以及半有源 rfid 等等类别。 5 无源 rfid 标签自身不带电池，仅利用电磁感应的原理对标签芯片进行供 电，当 rfid 读写器发出的信号通过标签时，标签被激活并以一种反应的形式 发射出储存的信息。根据频段和封装的不同，标签可以在 10 毫米至 5 米的半径 范围内发挥作用。有源 rfid 标签自身具有功能设备，可将数据储存于其芯片 中的存储器内，并且，可以在较远距离读出标签数据或将数据写入标签。 图 1-1 rfid 技术基本原理 纵观历史，rfid技术的发展历程如下：二十世纪四十年代，在雷达技术发 展和应用的基础上，rfid技术应运而生，并确定了rfid技术的理论基础；二十 世纪五十年代是rfid技术的初步探索时期, 主要还停留在实验室研究层面；二 十世纪六十年代，rfid技术理论得到了进一步的发展, 并开始尝试应用；二十 世纪七十年代，rfid技术与产品的研发和测试进入了快速发展时期，并且有一 些rfid应用出现；二十世纪八十年代，rfid技术及产品进入商业应用阶段, 产 生了各种封闭系统的应用； 二十世纪末， rfid技术标准化的问题开始受到重视， rfid产品得到广泛采用；二十一世纪初，rfid技术标准化问题更加为人们所重 视， 产生了大量的rfid产品， rfid标签成本不断降低， 在互联网技术的支持下， rfid电子标签开始在开放物流领域得到应用。 1.3.2 国内外应用现状 rfid 作为一种新兴的自动识别技术，在国外已经发展了较长时间。但在我 国尚处于起步阶段，而且大部分是在物流管理中的仓储环节。目前 rfid 技术 已经不仅仅局限于商业和管理上的应用，而是逐渐向制造业中渗透。 福特汽车公司的 essex 发动机厂采用 rfid 数据采集系统来确保产品跟踪和 质量。该系统能够耐受苛刻的环境，载码体具有最快的读写速度和足够的存储 空间，并且封装在坚固的工业级外壳中，能够长期暴露在热水、油脂、肥皂、 噪声环境中正常工作。福特 essex 发动机厂使用了 rfid 系统，从而使发动机 修理过程流水线化。如果一台发动机未能通过最终测试，工程师们不需要拆开 发动机就能判断问题出在哪里，通过分析 rfid 载码体中的制造数据就可以确 定故障原因。 2007 年，南非丰田汽车有限公司选择 ems 公司的 rfid 设备作为汽车识别 6 的基础，并请南非系统集成商 datascan 公司帮助丰田公司制定合理的制造执行 系统改造方案。丰田公司对 rfid 技术并不陌生，而且已经在涂装生产线上使 用了 ab 公司生产的旧式有源 rfid 设备超过 10 年的历史。 2009 年初， bmw 公司德国 regensburg 集装厂采用一套 rfid 实时定位系 统（rtls，real time locate system） ，将被集装的汽车与正确的工具相匹配， 根据车辆的识别码（vin，vehicle identify number）自动实现每辆车的定制化 装配。由 ubisense 提供的这套 rtls 系统使 bmw 可以识别每一辆经过集装线 的车辆， 可以在长达 2 公里长的装配线将每辆车的位置精确定位到 15 厘米内， 还能识别邻近的自动生产设施如智能化工具和测试装备。对于工具装配的识别 时依赖于一套工具装备助理系统（tas，tool assistant system）实现的。3d 装 配车辆实时定位系统通过粘贴在装配车辆上面的 ubisense 公司的标签完成。 这 些标签本身就是小型应答器，它们的位置通过安装在生产线上面的固定传感器 和超宽带射频技术确定。位置和识别信息用于相关事件分析，信息同时直接输 送到宝马公司的信息系统。超宽带技术的优点是可以发送超短脉冲，消耗能量 极低（小于 0.1 毫瓦每平方米） ，也即对其它系统不会产生负面影响，不会损 害员工健康。这个系统在 regensburg 车辆装配工厂已经全面投入生产，总共 有 120 个工艺装备系统，每天可以生产 1000 台车辆。 目前，国内有些企业在应用 rfid 技术方面做了有益的尝试，国内的主要汽 车生产企业如上海大众、上海通用、一汽大众等均在其涂装、总装、发动机等 主要生产车间使用了基于 rfid 的车体识别系统。车体识别系统在汽车生产线 上的应用使得汽车生产的柔性化和按订单生产成为可能，车体信息档案也将伴 随一辆车从制造到销售，再到售后服务的全过程，为汽车的生产管理和售后服 务提供强大的基础数据，为整车终身的物流管理、事故分析等提供第一手资料。 与国外应用水平较高的企业相比，国内的应用水平还处于较初级的阶段。 随着 rfid 标签的国产化，成本已降到很低，实施 rfid 跟踪产品，已是提高汽车制 造业生产质量、生产效率的有效之路，所以 rfid 技术在汽车制造业生产线的 应用和研究仍将继续。 在汽车制造行业，无处不在的海量 rfid 信息的获取、处理、传输和安全对 rfid 的系统集成和应用技术提出了新的挑战。 rfid 系统集成软件将向嵌入式、 智能化、可重组方向发展，通过应用中间件技术，构建企业基础信息平台，将 使 rfid 信息资源的组织、管理和利用更为深入和广泛。 1.4 研究目标和主要内容研究目标和主要内容 本文研究目的在于将 rfid 技术融入汽车行业的制造执行过程之中， 形成一 套基于 rfid 技术的制造执行机制和业务流程，将 rfid 技术与 mes 系统相结 7 合，为 mes 系统提供实时、准确、高效、智能的数据采集手段，简化汽车生产 过程中数据采集流程和相关业务操作，提高生产过程的自动化程度。在 j2ee 平台上搭建原型系统，对基于 rfid 技术的制造执行系统方案可行性进行验证。 本文的研究内容主要包含以下几点： 1） 在分析现有汽车生产流程的基础上，提出现有流程中因数据采集手段不 适用而产生的各种问题。 2） 在对现存问题进行分析的基础上，在车辆生产过程中找到 rfid 技术的 应用点，确立“基于 rfid 的车间生产应用模式” 。 3） 依据“基于 rfid 的车间生产应用模式” ，结合“基于 rfid 的汽车生产 过程控制系统的体系结构”和 rfid 中间件技术，在实现基于 rfid 技 术的汽车生产制造执行系统，并为汽车生产环节的其他系统（物流执行 系统、质量追溯系统、整车物流系统、erp 等）提供数据接口和相关服 务，为消除系统间信息断层提供有力保障。 1.5 论文组织结构论文组织结构 根据需要研究问题，本文分为 6 章，章节及具体内容安排如下： 第 1 章 绪论。主要阐述本文的研究背景、提出了主要研究内容。介绍了 rfid 技术和 mes 系统的国内外发展现状和论文的组织结构。 第 2 章 汽车生产制造过程。对汽车生产工艺进行简要阐述，并详细分析汽 车装配和调度流程，提出现有汽车生产流程中因数据采集手段低下而产生的具 体问题并指出各系统间存在的信息断层。 第 3 章 基于 rfid 的车间生产应用模式。根据实际要求选择适用的 rfid 技术标准和产品规格，设计基于 rfid 技术的车间生产应用方案，最后根据实 际情况制定基于 rfid 技术的车间业务流程，形成“基于 rfid 技术的车间生产 应用模式” ，和其他各应用模式（物流执行、质量追溯、整车物流）共同组成“基 于 rfid 的汽车生产过程控制管理应用模式” 。 第 4 章 基于 rfid 的整车生产制造执行系统。以原有 mes 系统为基础，提 出了基于 rfid 技术的整车生产制造执行系统，分析其与上层、下层和平行系 统间的关系，提出了基于 rfid 技术的整车生产制造执行系统体系框架，并对 系统功能模块以及有关系统集成方法进行阐述。 第 5 章 系统实现。基于上文提出的“基于 rfid 的整车生产制造执行系统” 体系结构，结合相关技术搭建实验室系统，并对系统的软件模块结构进行详细 分析，最后展示实验室系统。 第 6 章 总结与展望。对本文所作的工作进行总结，并基于本文的研究成果 做出下一步工作的展望。 8 第二章第二章 汽车生产制造过程汽车生产制造过程 2.1 汽车制造四大工艺汽车制造四大工艺 一款汽车在通过设计、实验阶段的诸多步骤之后才能进入量产环节，而在 此环节中主要涉及汽车制造的四大工艺：冲压、焊装、涂装和总装。下面对四 大工艺进行简要阐述。 2.1.1 冲压工艺 冲压工艺作为四大工艺中的第一步，是汽车制造业中最为基本、传统和重 要的金属加工方法之一，它对汽车制造中接近七成的金属零部件进行塑性加工 成型。随着汽车生产工艺的提高，冲压技术也正向精密化、多功能、低能耗、 安全、清洁的方向发展，而冲压工件的制造工艺水平及质量直接影响着汽车的 质量和成本。而所谓的冲压工艺性是指冲压件对工艺品的适应性是否符合冲压 加工的工艺要求。衡量汽车冲压件工艺水平的重要标志有冲压件结构、总成分 块数量、总成分块尺寸和工序数量等因素。冲压过程的工序数，决定了冲压件 的数量、工装的数量、冲压过程传送装置的复杂度，操作人员数量和冲压占地 面积，所以冲压工序的数量设计是降低汽车制造成本的重要因素。而且，现代 汽车制造业中大量使用的卷材以及高强度钢板与镀锌钢板，对冲压的新工艺提 出了进一步的需求。 2.1.2 焊装工艺 焊装工艺是四大工艺中的第二步。焊装工艺的目的是将冲压成型后的车身 板材加热、加压从而焊接在一起形成车身总成。点焊是汽车车身制造中应用最 为广泛的一种焊接方式。点焊适于对薄钢板的焊接工作，操作时，正负电极同 时向两块钢板加压力使之贴合并同时使贴合点通电，利用贴合点的高电阻特性 对其加热，使其熔化从而牢固接合。对两个车身零件进行焊接操作时，其边缘 每隔 5 到 10 厘米进行一次焊接， 从而在两个零接合处件形成均匀分布的多个焊 点。对于一般的轿车车身，通常需要上前个焊点。焊点的接合强度很高，可以 承受超过 5kn 的外力对其进行撕拉，甚至将钢板撕裂，仍无法分离焊接部位。 另外，铆接作为一种低温接合方式也在汽车生产过程中被大量地使用。 9 2.1.3 涂装工艺 涂装工艺是四大工艺中的第三步。所谓汽车涂装即指对汽车车身表面覆盖 保护涂层和装饰涂层，对于汽车制造而言，涂装工艺具有对汽车进行防腐保护 和美化车辆的双重作用。汽车的涂装工艺分为两个部分：一是涂装前的金属表 面处理，二是涂装的施工工艺。 表面处理主要包括：清除待处理工件表面的附着物，并对待处理工件进行 表面修补，从而改善工件的表面状态，使其有利于涂料附着。表面处理还包括 对工件的表面进行化学处理和机械加工，例如对待处理工件进行磷化、氧化以 及钝化处理，而且根据车辆类别的不同，涂装工艺还会有所区别。涂装施工工 艺过程比较复杂，技术要求比较高，主要包括底漆工艺、面漆工艺、烘干工艺 等工艺。 2.1.4 总装工艺 总装工艺是四大工艺中的最后一步。汽车的总装工艺是指将车身、动力装 置、电气设备等等众多构成整辆车的零部件进行装配，并最终生产出整车的工 艺和过程。汽车的总装工艺是典型的离散型制造环节，现在，在电子计算机和 机械装置的帮助下，许多总装工序都已经实现了或部分实现了生产自动化。但 是，像仪表盘、内饰件等复杂工序却难以让机械装置独立完成，需要耗费一定 的劳动力。而模块化装配方式的兴起使得总装生产线上的工序得到简化，生产 线缩短，成本大幅度降低。 一般而言，总装工艺主要包括前围装配模块、仪表板装配模块、车灯装配 模块、动力总成装配模块等四大模块。车辆在经过各模块装配和零部件的安装 后再经过相关的质检调整步骤后就可以下线了。 2.2 汽车生产业务流程汽车生产业务流程 下面针对具体情况对汽车生产中焊装车间、涂装车间、总装车间的业务流 程进行阐述和分析，并将此业务流程称为“传统业务流程” 。其中与生产相关的 各种术语均参照生产现场的具体情况。 2.2.1 焊装车间的业务流程分析 下面将根据实际情况列举焊装车间的一些重要工序，并进行业务流程分析。 10 2.2.1.1 焊装 10 点生产报工 工作人员会在初步成型的白车身上线之时，按照生产管理部门下发的车辆 vin 号条码列表对车身进行顺序上线操作和生产报工作业，从而形成焊装车间 上线车身队列。同时可以在打印纸质焊装装配指导书之后，将其附在白车身上。 焊装 10 点生产报工业务流程如图 2-1 所示。 焊装10点 操作人员 车身顺序上线操 作 焊装10生产报工 打印焊装装配指 导书 检查是否产生新 vin号 否 是产生新vin码 打印vin号条码 vin号条码 车辆信息 焊装预上线 队列 焊装车身上 线队列 焊装装配指导 书 焊装预上线 队列 焊装预上线 队列 焊装装配物 料信息 扫描车辆 vin条码 vin码 车辆信息 图 2-1 焊装 10 点生产报工业务流程 在每一台白车身上线时，系统会根据生产管理部分下发的 vin 号列表来判 断是否产生新的