RFID在汽车焊装生产线的应用及影响因素分析(论文).pdf

第4 3 卷第6 期 重珲墩 v 0 1 4 3n o 6 2 0 1 3 年6 月 e l e c t r i cw e l d i n gm a c h i n ejun 2013 v rfid 在汽车焊装生产线的应用 及影响因素分析 李牧 孔淑华 一汽一大众汽车有限公司规划部焊装规划科 吉林长春1 3 0 0 1 1 摘要 在汽车焊装生产中 传统的条形码识别因为生产现场的粉尘 高温振动 油污等影响而发生车型 识别错误 采用r f i d 系统可减少识别错误的发生 介绍了射频识别r f i d r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n 系统的基本原理 构成以及在一汽一大众焊装车间的应用现状 分析了射频识别r f i d 系统应用的影响 因素 射频识别r f i d 系统在焊装车间某车型的应用 提高了生产效率 降低了识别故障率 关键词 射频识别r f i d 焊装生产线 车型识别 空间耦合 中图分类号 t g 4 0 8文献标志码 b文章编号 1 0 0 1 2 3 0 3 2 0 1 3 0 6 0 0 3 5 0 4 d o i 1 0 7 5 1 2 j i s s n 1 0 0 1 2 3 0 3 2 0 1 3 0 6 0 8 a p p l i c a t i o no na u t o m o t i v ew e l d i n gl i n ea n da n a l y s i so fi n f l u e n c ef a c t o r s l im u k o n gs h u h u a p l a nd e p a r t m e n t f a w v o l k s w a g e na u t o m o t i v el t d c h a n g c h u n13 0 0 11 c h i n a a b s t r a c t i nt h ep r o c e s so fa u t o m o t i v ew e l d i n gp r o d u c t i o n t r a d i t i o n a li d e n t i f i c a t i o nm e t h o do fb a r c o d ei so f t e nb ee f f e c t e db yd u s t h i g h t e m p e r a t u r e p e l l u t i o na n ds oo n r f i ds y s t e mc a na v o i dt h o s ep r o b l e m b a s i cp r i n c i p l ea n df o r mo fr f i di si n t r o d u c e d t h e n p r e s e n ta p p l i c a t i o ns t a t u si se x p l a i n e d t h ei n f l u e n c eo na p p l i c a t i o no fr f i di sa n a l y z e d t h ep r o d u c t i o ne f f i c i e n c yi sp r o m o t e dt h r o u g h a p p l i c a t i o no na u t o m o t i v ew e l d i n gl i n e i nf a w v w k e yw o r d s r f i d w e l d i n gl i n e a u t o m o t i v em o d e li d e n t i 6 c a t i o n s p a c ec o u p l i n g u刖罱 随着中国汽车市场的蓬勃发展 汽车生产企业 的竞争日益激烈 利用最少投资 人力 物流 占地 面积等条件实现一条焊装生产线可生产多种车型 的柔性化生产方式 成为汽车制造业的共识 但是 实现柔性化的一个基本前提是能有效地识别不同 车型 操作者可根据不同的识别结果安装对应的零 件 进行相应的焊装生产操作 在汽车制造流水线 生产的方式下 单纯靠人来区别不同车型无法满足 工艺及节拍和准确性要求 射频识另l j r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n r f i d 技 收稿日期 2 0 1 3 0 5 2 3 作者简介 李牧 1 9 7 7 1 男 博士 主要从事智能机器人 自动 控制及机器人焊接等研究工作 术的出现为解决以上问题提出了可行方案 r f i d 技术是一种基于射频原理实现的非接触式自动识 别技术 该技术通过无线射频信号的空间耦合传 输特性来实现对象的自动识别 r f i d 系统一般由 载码体 读写器 控制器和主机 p l c 或p c 组成 与传统条形码技术相比 r f i d 技术在识别速度 识 别距离 存储容量 读写能力和环境适应性等方面 优势明显 其应用范围日益广泛 2 i 在汽车生产工艺中 焊装生产工艺较为复杂 投资大 在早期汽车车身焊接生产线上大多使用人 工方式 看书面操作说明书一步接一步地操作 很 容易发生人为错误 后来逐渐改用条形码标签来管 理 虽然降低了人为出错率 但经常因为生产现场 的粉尘 高温振动 油污等影响而发生识别错误 再 万方数据 重点关注雹珲披第4 3 卷 遇到带有罩子的情况时 无论是条形码标签还是人 工都不能放心使用 而射频技术r f i d 的采用可以 取得良好的焊接管理效果 以一汽一大众汽车有限公 司二厂焊装车间某车型为例 r f i d 的应用极大地提 高了识别准确度 减少因识别错误导致的零件错装 漏焊及多焊等问题 实现对车型自动无人监管处理 和校验 并能确保故障出现时给出报警指示 同时 系统可以转换到手动状态 在出现故障和维修时方 便处理 尽最大可能减少停产时间 1 r f i d 基本原理 r f i d 基本原理如图1 所示 利用空间电磁波的 耦合或传播实现对象信息的无接触传递 以达到自 动识别被标识对象 获取标识对象相关信息的目的网 系统启动时 由读取器产生特定频率的无线电信 号 激发标签内部晶片中的程序 进而产生射频电 波 并将记忆体中的识别码 i d c o d e 传回读取器 经由计算机解码后完成辨识功能 一套最基本的 r f i d 系统必须包含电子标签 t a g 和阅读器 r e a d e r 两部爿4 l 电子标签和阅读器之间通过耦合元件实 现射频信号的空间耦合 交变磁场或电磁场 在耦 合通道内 根据时序关系 实现能量的传递与数据 的交换 为了更好地完成无线射频识别技术的识读 功能 在较大型的r f i d 系统中 还需要使用中间件 等附属设备来完成对多读头识别系统的管理1 5 1 图1r f i d 基本工作原理 按照电子标签获取能量的方式 r f i d 系统分 为有源系统和无源系统 有源标签通过自带的电池 供电 电能充足 工作可靠性高 信号传送的距离 远 但其寿命有限且价格昂贵 无源标签不含电池 利用耦合的读写器发射的电磁场能量作为自己的 能量 其质量轻 体积小 支持长时间的数据传输及 永久性的数据存储和使用 价格便宜 因此无源标 签是电子标签的主流 6 l 按照工作频率的不同 r f i d 系统分为低频 3 0 3 0 0k h z 高频 3 3 0m h z 超高频 3 0 0m h z 一3g h z 和微波频段 2 4 5g h z l 系统 目 前国际上r f i d 应用以低频和高频标签为主 超高频 标签开始规模生产 由于它具有远距离识别和低成 本的优势 有望在未来几年内成为主流 微波频段标 签在部分国家已经得到应用 我国已掌握高频芯片 的设计技术 并且成功地实现了产业化 同时超高频 芯片也已经完成开发 按照调制方式的不同 r f i d 系 统可分为主动式 被动式和半主动式 无源系统为被 动式 有源系统为主动式门 主动式的r f i d 系统用自 身的射频能量主动地发送数据给阅读器 读头 调 制方式可为调幅 调频或调相 被动式的r f i d 系统 使用调制散射方式发射数据 它必须利用阅读器的载 波来调制自己的信号 此时读头可以确保只激活一 定范围内的射频系统 半主动式的r f i d 系统也称为 电池支援式反向散射调制系统 它本身带有电池但只 起到对标签内部数字电路供电的作用 标签不通过 自身能量主动发送数据 只有被阅读器的能量 激 活 时 才通过反向散射调制方式传送自身数据1 8 1 2r f i d 在汽车焊装生产线的应用 2 1 基本结构 在承载白车身的滑橇上安装一载码体 用于承 载r f i d 信息 一个典型的r f i d 射频识别系统包 括四部分 载码体 读写器 控制器和主机 p l c 如 图2 所示 扫描器 霎与群 图2r f i d 系统基本结构 系统条码扫描仪扫描车体上的条码 将扫到的 车型信息传送给p l c 控制器 p l c 控制器通过r f i d 读写器把车型写入载码体m s d 卡中 校验无误后 容许发车 载码体进入读写器发出无线射频信号区后 接 收读写器发出的射频信号 无源载码体或被动载码 体凭借线圈上的感应电流获得能量启动载码体控 制电路和射频电路 发送存储在芯片中的数据 读 写器直接接受载码体发射的信号进行解码后 恢复 为载码体的原始信息 然后送至中央计算机等应用 系统进行有关数据处理 最后应用系统得到所需要 万方数据 的信息 从而实现车型识别 2 2r f i d 客户控制端 r f i d 信息汇总画面是对带有射频识别设备的 位置进行实时监控并显示监控信息的汇总画面 该 画面包括具体位置 位置是否占位 当前车型信息 故障信息 故障计数以及出车计数的信息 进入客户 端界面后 会显示班次生产信息以及汇总信息 如 图3 所示 占t鲁 簟 勘n u l i 一 一 曩 r 二 二 1 曩 l 曩 i i i l i n 曩 和i w u 日曩 l i l t l nm m 篷警 i i i m 1 l a i m o 抽 啤 i i t j t m t e m 曩 t l i l 曩置 t u b aa t m 一 i u 叠 啦 珥 i e o w 神e 拳 l i l t i i t 豇 i w m i t r l z j l eq 矗 1 1 1 1 i l l u t l l l i t l l t n i l a h l l l 姻 o i t l j 一 r 图3r f i d 信息汇总 界面中显示了带有射频识别设备的位置的实 时情况 当前位置显示的是正在监控的具体位置 如 位置4 x b 2 b 6 4 6 表示正在监控主焊中的b 6 4 6 号辊 床 显示监控位置是否有占位 当有占位时 该点为 绿色 无占位时为灰色 当前车型区域显示的是监控 位置上通过的车型 这里显示的是车型代码 对照 画面右侧的车型信息即可知道当前车型 3 r f m 系统的影响因素 3 1 技术标准 技术标准是r f i d 标准体系中最基本的组成 部分 标准化是推动产品广泛获得市场的必要措施 但射频识别读取机与标签的技术仍设有统一的标 准 因此无法一体化使用 阅读器与电子标签通信 的无线电频率使用不规范 标签上的芯片性能 存储 器存储协议与天线设计约定等 也都没有统一标准 在今后一段时间内 技术标准问题仍将继续阻碍 r f i d 在我国的推广 现有的r f i d 系统可能使用不 同的频率 不同的国家可能会把不同的无线电波段 分配给不同的用途 如果具有全球性标准 就可以整 合整个r f i d 系统 这对当下的全球化供应链发展 至关重要 3 2 电磁环境问题 r f i d 应用的电磁环境是一个开放的电磁环 境 对开放电磁环境的复杂性认识不足 缺乏足够 的依据和专业指导 特别是对于相对较复杂的汽车 工业生产现场 焊接设备在焊接过程中的电磁干扰 发射不仅会对电网造成污染 而且 对连接在同一 电网中的用电设备造成影响和损坏 对设备品质 网络通信和信号传输也都是重大的考验 此外 因为 r f i d 技术还处在发展过程中 其测试方法尚未形成 规范 远距离r f i d 系统面临的电磁环境问题尤其 突出 3 3 准确度与作业环境影响 现今阅读器辨别技术水平还没有达到在任何 时间任何条件下阅读准确度都保证达到1 0 0 阅 读器的准确度也不能得到严格保证 信息的出错率 就不能降到最低 环境影响 贴标签物品的材质 一 次阅读标签的数量都会影响到阅读的精确度 但是 对于一个想绝对依靠数据来提高为顾客服务水平 的企业来说 如果r f i d 不能够提供足够高的信息 精确度 就不会受到企业的欢迎 针对这种情形 可 以通过设置冗余阅读器以及改善阅读流程来提高 准确度 未来的解决办法是需要标签和阅读器研发 制造企业提供更加数据采集准确度更高的产品 以 支撑r f i d 的应用 如果贴上标签的产品是由反射 射频信号金属制造的 就会引发缩小操作范围的问 题 塑料材质包装可以很好地解决这个问题 但 塑料材质又会对环境带来污损和破坏 而且有很多 基于无线电的技术会对r f i d 系统造成干扰 从而 导致很多问题 因此 在选择可靠技术的时候 需要 重点考虑电缆和其他通讯设施 3 4 数据结构与系统集成 在产品项目管理层次实施r f i d 必然会产生 大量需要处理的数据 编码系统的全球标准化是一 个重要的课题 未来在r f i d 实施过程中 原有的 系统和r f i d 系统的技术整合及统一颇具挑战性 一些软件供应商在开发r f i d 应用软件的同时 把 新的r f i d 系统和原有系统进行无缝连接 虽然这 些应用软件缺乏统一标准 但仍可以帮助解决很多 实际问题 提供不同标准之间的转换方法 4 结论 r f i d 技术在一汽一大众汽车有限公司焊装生 产线中的应用 具有其他技术无法匹配的优势 非 壁熙警謦缭篓塑墅 7 饕 引 l 嚣露怒兰黾譬嚣 罨 茎 一 兰 万方数据 t 点关注重珲披 第4 3 卷 接触式自动获取数据并且可承受恶劣工作环境 其优点是配置灵活 响应速度快 对系统通信的要 求低 使焊装生产厂能准确采集相关数据并进行在 线分析和处理 实现汽车焊装生产线的自动实时 追踪和有效监控 提高了生产效率 随着r f i d 技 术的不断发展和应用系统的推广普及 r f i d 技术在 性能方面将会有较大提高 必将成为汽车信息化制 造与汽车信息化管理的主流 从而推动汽车产业的 发展 参考文献 1 x i a oy y ush w uk e ta 1 r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n t e c h n o l o g i e s a p p l i c a t i o n s a n dr e s e a r c hi s s u e s j 1 w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n s m o b i l ec o m p u t i n g 2 0 0 7 7 4 4 5 7 4 7 2 2 2 xgg a o x i a n gh w a n g a n djs h e n e ta 1 a na p p r o a e ht o s e c u r i t ya n d p r i v a e yo fr f i ds y s t e mf o rs u p p l yc h a i n a p r o e i e e ei n t e r n a t i o n a lc o n f e c o m m e r c et e e h n o l o g y f o rd y n a m i ce b u s i n e s s 2 0 0 4 1 6 4 1 6 8 3 3 c a r b u n a rb r a m a n a t h a nmk k o y u m r km e t 以 e f f i c i e n t t a gd e t e c t i o ni nr f i ds y s t e m s j j o u r n a lo fp a r a l l e la n d d i s t r i b u t e dc o m p u t i n g 2 0 0 9 6 9 2 1 8 0 1 9 6 4 skp a d h i nck a r m a k a r cll a w d u a lp o l a r i z e dr e a d e r a n t e n n aa r r a yf o rr f i da p p l i c a t i o n a n t e n n a sa n dp r o p a g a t i o ns o c i e t yi n t e r n a t i o n a ls y m p o s i u m i e e e 2 0 0 3 6 4 2 6 5 2 6 8 5 余雷 基于r f i d 电子标签的物联网物流管理系统叨 微计算机信息 2 0 0 6 2 1 2 3 3 2 3 5 6 6 t m p p e ycv t r a p p e yajc ng yp b u s i n e s sa n dl o g i s t i c sh u bi n t e g r a t i o nt of a c i li t a t eg l o b a ls u p p l yc h a i n l i n k a g e j j o u r n a lo fe n g i n e e r i n gm a n u f a c t u r e 2 0 0 7 2 21 7 1 2 2 1 1 2 3 3 7 丁斌 罗烽林 孙晓林 等 离散型制造企业r f i d 应用 策略研究忉 中国管理科学 2 0 0 8 1 6 2 7 6 8 2 8 8 g a u k l e rgm h a u s m a nwh r f i di nm i x e dm o d e la u t o m o t i v ea s s e m b l yo p e r a t i o n s p r o c e s sa n dq u a l i t yc o s ts a v i n g s j i i e e et r a n s a c t i o n s 2 0 0 8 4 0 1 1 1 0 8 3 1 0 9 6 建筑钢结构焊接技7 l c 鸟巢 焊接工程实践 书号 0 2 3 8定价 元 国家体育场 鸟巢 钢结构焊接工程所涉及的1 4 项焊接 技术基本覆盖了现场建筑钢结构焊接工程的全部焊接技术 同 传统焊接技术相比较在技术和理论上有一定建树和突破 因此 代表了当今建筑钢结构焊接技术的发展趋势 具有较大的推广 应用价值 本书应用工程中大量的第一手资料 比较系统地 总结了国家体育场 鸟巢 钢结构焊接工程所涉及的全部焊接 技术 采用国际通行的 案例教学 的模式 以工程总结为基础 以先进的施工技术和组织管理思想为主要线索 对焊接技术应 用理论进行了深入浅出的分析和阐述 适合业内人士学习和参 考 本书的主要读者是从事建筑钢结构制作安装的工程技术人 员 设计人员 含深化设计人员 工程技术管理人员 商务 行政 管理人员 项目经理 监理工程师 并可以作为高级焊接技师 高级焊工 大专院校材料专业 焊接专业 机械制造专业的参考 书籍 还可以作为建筑钢结构工程招 投标的参考资料 编写 焊接工艺评定方案 焊接方案 并指导实施的技术参考 订书热线 0 2 8 8 3 2 6 7 9 0 8联系人 黄秀艳 万方数据 rfid在汽车焊装生产线的应用及影响因素分析rfid在汽车焊装生产线的应用及影响因素分析 作者 李牧 孔淑华 li