基于RFID技术的汽车混流装配生产监控系统的设计与实现

　1引言

   　 混流装配线，有时也特指混合车型组装线，是指在一定时间内，在同一条生产线上生产出多种不同型号的产品，产品品种可以限顾客需求的变化而变化。近年来，国内外关于RFID技术在生产制造中应用的研究很多。一些科研人员将RFID技术运用于生产车间的制造执行系统，对整个生产过程提供实时信息的数据采集系统进行了分析，将RFID技术与MES集成改善了业务流程，使制造过程中的成本和错误大大减少，提高了生产率，经济效益更为突出一些科研人员将RFID技术运用于离散制造业制造执行系统，针对离散制造业企业资源计划的计划层与现场过程控制层间信息和管理的断层而引起的生产管理问题，提出了通过工位和车间控制器协调配合完成生产计划的下发和现场生产数据的实时采集，通过系统集成接口实现制造执行系统与企业资源计划系统的数据和业务集成，实现了制造和质量的可视化和数字化管理。

　2汽车混流装配生产监控系统的结构设计

    　2.1系统的硬件布置

   　 汽车混流装配系统由RFID标签、读写器、读写器大线、电子看板、数据处理中间件等部件组成。整个系统硬件布置的示意图，如图1所示。

图1 RFID生产监控系统的硬件布置图

 　   2.2系统的软件架构

　    汽车混流装配生产监控系统软件架构，如图2所示。包括中间件层、控制层、功能层与表示层。业务逻辑组件主要负责对整个系统的各种业务进行处理.并将各个数据保存到数据库后传入上层企业管理系统。

    图2生产监控系统软件架构图

   　 数据采集处理主要是采集现场生产中的各种数据，中间层负责控制现场采集节点(智能终端)的适配配置，实现对RFID数据的采集和过滤、监听底层采集事件和上层系统的消息事件、协议封装和命令解析等功能.并将数据传人业务逻辑层。

　3汽车混流装配生产监控系统的功能模块设计

　    由于总装车间的加工工艺复杂和工序多等特点，主要是对总装车间的生产实时监控进行研究，面向客户订单的汽车生产监控系统的功能原理图，如图3所示。

    图3面向客户订单的汽车生产监榨系统的功能原理图

   　 3.1装配工艺与调度管理模块

   　 主要通过从订单管理模块中获取要生产的产品和生产的数量，工艺员对各种车型安排装配工艺，然后交由企业管理系统进行生产排产。

  　  调度管理主要解决在给定生产计划前提下，以实时监控模块实时信息为依据，针对故障、供需变动、工艺切换、资源波动造成的系统状态变化，在线调整作业计划，实时地作为有关生产方案、工艺路线，资源分配的变动决策。以满足实际生产的要求。

 　   3.2现场生产监控模块

 　   现场生产线上的RFID系统由HFID读写器、读写器天线、标签、电子看板4部分组成。

   　 (1)现场生产监控线上的RFID标签由公司统一制定，相关零部件供应商在零部件出厂时必须贴上此种标签，大型重要的零部件将标签直接贴在零部件上，小型的零部件将标签贴在其包装上。工艺员安排工艺时也必须严格按此编码进行安排装配工艺。

   　 (2)当车架从涂装车间进人总装车间时，在车架上贴上RFID标签(该标签作为车的唯一标识码)，标签上面记录着各个工位需要装配的零部件的标务代码，在总装车间的各个工位上都安装读写器和看板，并将读写器编号。当工件进入第一个工位时，读写器读取标签上的内容和读写器的编号，中间件根据读写器的编号提取标签上的代码并将第一个代码传入企业应用程序，经程序处理后将第一个工位的装配工艺发送到第一个工位看板。工位看板显示的内容。如图4所示。

    图4工位看板上显示的装配工艺卡

 　   (3)工位工人按照看板显示的内容进行装配，一旦拿错了零部件，零部件上的标签进人工位读写器的读入范围时。零部件的标签自动发送到中间件，当接收的代码与需要装配的代码不一致时，将发送错装警报并将正确的装配信息发送到看板。以后的工序以此类推。

　    3.3现场物流监控模块

　    汽车装配车间分为两条生产线，由于多车型共线生产，所以涉及到的物料品种多、数量大。车间内的物料配送由生产管理室负责配送。

   　 (1)生产管理室的工作人员根据管理室电子看板显示的生产汁划，去库房领料。由于现场堆放零部件的空间有限，管理人员每天开始领取可以使用2h的物料。

   　 (2)在仓库的出入口处安装RFID读写器和天线，当零部件经过出口时。读写器将出库要进入现场的零部件读人现场物流管理模块。

  　  (3)当零部件在士位被正确安装到车架上时，生产管理室的看板定时的显示已经使用的物料并显示需要去库房领取的物料。管理室的工作人员根据生成的现场物流监控视图对现场需要物料定时的进行补充，将空箱回收到规定地点置换满箱物料，配送到相应的工位。

  　  (4)记录每天上线的物料信息和每个班次后剩余的物料信息，当日下班盘点时以批处理的形式传给系统或每次物料配送后实时的发送给企业管理系统，当库房的库存物料低于一定值时，发送报警信息。

  　  3.4质量管理与售后管理模块

  　  质量管理模块主要是对零部件(尤其是重要零部件)从原材料到生产过程直到安装、使用阶段进行追踪，以适当方式进行标识。由于在汽车装配生产过程中使用的零部件出厂时贴有RED标签或其包装上贴有REID标签，标签的上面有专门的供应商编码，装配完成后通过质量检测如果出现了问题，可以及时的找到在什么地方出错和出错的原因，这样可以避免在下次装配同种型号的车辆时出现同样的错误，并可以及时追究相关人员的责任。如果售后出现问题，由于每辆车从涂装车间出来时都会贴上标签，此标签是本车的唯一标识码，当汽车经销售部门售出时，读写器将自动读取其上面的标签并记入数据库中存档。通过记录的售后信息可以很快的找到买主，以便及时追回不合格品，将损失减小到最低限度。

　4 RFID汽车装配生产监控系统中间件设计

 　   RFID中间件分为应用程序接口模块、读写器程序接口模块、事件处理模块和数据过滤模块，而数据处理器又是核心中的核心。

   　 应用程序接口模块和读写器程序接口模块主要是用来连接上层应用程序和读写器的一组标准接口(API)。生产监控系统中间件的功能模块图，如图5所示。

    图5生产监控系统中间件的功能模块图

   　 4.1 RFID中间件的数据过滤

   　 读写器读取的标签数据都是一些标签代码的原始数据，其中大部分都是重复和冗余数据。在汽车装配过程中，零件在每个工位都将停留一段时间，读写器在短时间内可能会多次重复读取标签数据。

   　 另外，在装配过程中的后续工序，由于要读取的标签数据特别的多，为了防止标签的漏读和碰撞等问题，可能会在工位上安装多个读写器和天线，这样也将会产生大量的重复和冗余数据。因此在RFID中间件中必须要有数据过滤模块，生产监控系统中间件的数据过滤模块的流程图，如图6所示。

    图6生产监控系统中间件的数据过滤模块的流程图

    　4.2 RFID中间件的事件处理

    　在装配的过程中，可能会出现设备故障、工人交接班和零部件上道工序出现问题等情况。因此在RFID中间件中设计了事件处理模块，读写器上的每个按键代表一种功能。

　5结束语

   　 在装备制造业信息化过程中，汽车装配由于生产工艺变更频繁、车间环境复杂、现场数据较难采集，因此实施难度较大。按照上述架构设计的RFID汽车装配生产监控系统，通过一些关键支撑技术的应用，其能很好地解决汽车装配过程中对现场数据的实时采集与监控、减少在装配过程中的出错率、质量监控与售后跟踪、物料的及时运转、减少纸张及数据自动录入方面的要求。

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