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SIEMENS RFID在汽车制造行业的应用案例介绍（一）

2012-04-13 18:54:00作者：来源：

摘要RFID技术在物料与产品跟踪上的作用，对汽车生产物流产生极大影响。通过部署RFID系统，可实现生产物流过程的信息可视化管理。...

　一、前言

　中国的汽车产业经过几十年的发展，已步入一个高速发展阶段。大大小小的合资厂、民营厂通过引进技术、自主研发，技术工艺水平得以不断提高。与此同时，由于竞争的激烈，汽车制造商和零部件供应商面临的压力也越来越大。一方面，需要不断降低成本，另一方面，还要保证自己的产品符合该行业尤为严格的质量标准。近年来，汽车制造商在生产物流管理系统上花费了他们大量的费用，目的是实现透明与灵活的生产物流，提高生产效率。RFID技术在物料与产品跟踪上的作用，对汽车生产物流产生极大影响。通过部署RFID系统，可实现生产物流过程的信息可视化管理。

　二、汽车行业应用RFID的必要性

　汽车行业由于自动化程度很高，普遍采用RFID技术，用于生产过程中的流程控制与生产信息的控制，实现物流与信息流的同步。并且由于焊装车间、涂装车间等严酷的工业环境，条码不能满足高温、高湿等环境等级的要求，因此，RFID成为了最适合的解决方案。

　概括来说，汽车行业应用RFID，其必要性如下：

　 1.汽车工业质量法规的要求

　产品期望值越来越高，世界各地对产品质量的要求也越来越严格，竞争日益激烈，这些要求汽车工业各领域都要采取高效的质量管理系统（QM系统）。获取和保存质量数据的详细规定，越来越多的体现在汽车工业质量规范的要求中。必须符合ISO 9000认证标准，符合相关的法律制度，符合汽车制造商的利益。

　2.柔性化生产

　汽车制造商为提高生产效率，越来越多地采用柔性化生产线。即一条线上生产多种车型，一种车型喷涂几种颜色。这种情况下，需要根据生产计划的安排把生产信息写入到RFID标签中。在相应的工序将相关的生产信息读取出来，根据事先设定的安排进行生产操作。在一条生产线上生产多种车型，如何来对它进行不同车型的识别、颜色控制、物料分配，这些过程全部都是依靠RFID来进行控制，通过对安装在滑橇上的标签的读/写操作，所有信息均通过PLC上传给车间生产过程监控系统PMC进行进一步的处理和运算，从而实现对整个车间工件物流的跟踪和生产过程控制。

　 3.通过MES制造执行系统来进行物料拉动

　白车身从焊装车间出来进入涂装车间之前，会先贮存在WBS焊装车间缓冲区中。WBS中会有几条线，分别贮存不同的车型。管理系统需要知道在任一时刻，各种车型车身的位置和生产状况，根据生产计划自动安排生产，并通知物料拉动系统补充相应的物料，使得生产自动、高效、有序地进行。通过在吊具或滑橇上安装RFID标签，在工件物流的分岔处、涂装车间入口处等工位安装RFID读写器，读取RFID标签上贮存的车身信息，然后将此信息送入MES系统实现物料的管理。

　同样，涂装后的车身从涂装车间出来进入总装车间之前，会先贮存在PBS涂装车间缓冲区中，同样使用RFID来控制生产流程、进行生产信息、状态的管理。

　 4.涂装车间恶劣生产环境的要求

　涂装车间生产环境相当恶劣，不但有金属漆的飞溅，还有高温接近+200度的烘烤工序。这种环境下采用条码是不可能的，而必须用到RFID来完成对整个生产流程工步的控制和生产信息的追溯。

　为适应柔性化制造的需要，采用以RFID为核心的车体识别技术，实现以下的功能：

　 1）实现涂装车间内所有车身的精确定位。

　由于涂装的工艺过程中有前处理、电泳、喷漆等，因此，采用非接触式的RFID射频识别技术，完全能够满足恶劣的工作环境要求。

　进入涂装车间的每一台车体，系统均能够跟踪其当前流动位置，显示该车车型、颜色、车身、型号等详细信息。数据信息出现异常时，能够立刻反馈。

　 2）涂装车身调配。在对各个暂存区的车辆进行调配和管理。

　 3）涂装质量的监控。记录每辆车的重要的过程参数和质量检测参数，按照涂装批次对车辆进行控制。

　 4）PBS的管理。对质量检查合格的车辆，控制进入颜色车身的暂存位置，通常PBS采用的横的和竖的移行机组成，对于进入PBS的车辆必须能方便的进行起序列的调配，同时根据总装的序列，进入不同的位置。

　5.发动机装配线

　发动机装配线以缸体为基本载体将发动机零部件组装成发动机总成，包括主装配、准备区和检测等环节。控制的重点为装配精度、力矩、试验结果及装配过程中发生的缺陷，并对缸体、缸盖、曲轴、凸轮轴、连杆、缸套、飞轮、进排器管、油泵、燃油系统、链条、发电机、起动电机等关键部件进行批次追踪。

　采用RFID，对装配设备的重要参数进行记录，对装配过程合格品和不合格品进行管理控制，实现对生产信息的全程追踪。

　三、SIEMENS 用于汽车行业RFID产品的特点

　 1.SIEMENS提供工业级封装的RFID标签，牢固耐用，可经受住非常恶劣的工业环境的要求，而普通条码标签如用在工业生产环境中，如果发生沾污破损，容易造成信息的读取错误。

　 2.RFID标签是可读可写的，可反复进行信息的改写。而条码标签一旦打印出来，只可读不可写，在生产信息的实时管理控制上，RFID标签的应用灵活性更大，完全能满足自动化柔性生产线的要求。

　 3.RFID标签的存储容量大，可根据工艺流程的需要进行选择，因此，RFID标签相当于一个小型的移动数据库，可存储大量的生产质量信息。

　 4.根据RFID的工作原理，由于生产信息可存储在RFID标签中，一旦出现IT系统故障，也不会影响到RFID系统的工作，即对生产过程不会产生过大的影响。而如果采用条码，条码中只能存储容器或托盘的ID编号，容器或托盘中的原料、工件的信息是存储在数据库系统中的，通过ID编号和数据库中的信息进行关联。一旦出现IT系统故障，就会影响到生产过程中生产信息的管理。

　 5.SIEMENS的RFID系统可以方便地集成到SIEMENS的PLC中，即现场层的信息和控制层沟通极其方便。而且上位机管理系统软件对控制层的操作也十分容易。因此，基于SIEMENS的RFID和PLC及上层的MES管理系统构成了一整套完整的全集成自动化的解决方案，而不需要额外的管理系统的开发。

　四、SIEMENS RFID用于汽车行业的现状

　 SIEMENS的RFID产品以其卓越的性能和稳定性在汽车制造行业得到了广泛的应用。

　国外国内大大小小汽车整车厂商、在汽车整车制造的四大工艺段冲压、焊装、涂装、总装及发动机的装配制造过程中，广泛采用SIEMENS的RFID产品。很多汽车零部件供应商及OEM设备商也都普遍采用SIEMENS RFID，用于生产制造，显著提高了生产效率。举例说来，如：以Moby I为核心的AVI系统在SGM的三地四厂的涂装、车体分配中心及部分总装的应用，Moby I在奇瑞二厂涂装车间得应用。

　 RF300在上海翰鹏科技公司的发动机泵装配线的应用，Moby I在上汽荣威发动机装配中的应用，等等。

　以下介绍了一些较为典型的SIEMENS RFID在汽车行业的应用案例共参考。

案例一：SIEMENS Moby I产品在上海通用AVI系统中的应用

　一、概述

　上海通用在其上海、沈阳、烟台三地四个工厂中均使用了SIEMENS Moby I产品用于AVI自动车辆识别系统中，用于提高生产效率。举例说来，SIEMENS自动化和控制技术在上海通用的南厂用于涂装车间、BDC（车体分配中心）和部分总装车间，通过AVI自动车体识别系统在高复杂的生产线上来识别车体。

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图1 上海通用的南厂用于涂装车间、BDC（车体分配中心）和部分总装车间

　二、客户需求

　同一条生产线上生产四种不同平台的车型，通过AVI系统完成不同工艺段车体的自动识别跟踪和生产过程的控制。

　三、解决方案

　AVI自动车身识别系统控制焊装、车体分配中心、涂装的车体直到车体运送到总装。每个AVI系统通过以太网连接到工厂信息系统FLEX/SFE。AVI系统从FLEX/SFE系统请求生产数据，或把车身的信息送到FLEX/SFE系统。通过FLEX/SFE系统可知道某辆特殊的车体的位置，并且处于什么生产阶段。通过安排从车体分配中心过来的相同颜色的车体一起喷涂来提高生产效率。

　从焊装车间过来的白车身通过车体分配中心BDC进入涂装车间进行电泳、密封和喷涂。处理完后，车身通过车体分配中心送往总装车间作进一步装配。通过由SIEMENS Moby I系统组成的AVI系统实现了对整个过程进行全程跟踪。

　使用此技术，首先可以很好的了解现场中车体所处的位置，其次可以与IT部门很好的进行信息交换，决定在涂装车间对此车进行的工艺处理。

　 AVI站点任务分工各不相同，有些站点在车体行进开始前向FLEX/SFE请求数据，并将其写入滑橇或吊具上的载码体中；有些站点从滑橇或吊具上的载码体中读出数据并发送到 FLEX/SFE系统；有些站点可以对载码体进行初始化处理或者在流程结束时将载码体上的内容清除。

　四、客户收益

　上海通用采用以SIEMENS Moby I为核心的AVI系统，实现了多种车型共线生产的柔性化生产方式，提高了生产效率，缩短了新型号的生产周期。

案例二：SIEMENS Moby I产品在奇瑞涂装车间的应用

　一、概述

　奇瑞二厂的涂装线由世界著名的涂装专业公司杜尔公司引进，涂装设备和工艺技术都处于国际领先水平，采用了SIEMENS Moby I系统，实现生产过程的自动化流程控制。

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图2 生产过程的自动化流程控制

　二、客户需求

　由于涂装车间采用Rodip-3系统（全旋360°翻转）用于前处理电泳，PVC-中涂-面漆采用滑橇运输系统并配备自动擦净机、自动涂装机等自动化设备，前处理电泳滑橇和中涂、面漆滑橇在各自的存储线上实现自动堆垛和解垛。需要实现车身自动转接、存储功能，并通过PLC控制自动化设备根据存储在滑橇载码体中的生产指令进行相应的操作，实现柔性自动化生产。

　三、解决方案

　 MOBY-I车身识别系统、Siemens软件和硬件控制系统控制车身的自动运行、自动存储和自动转接。系统根据设计的工艺路线和车身的MOBY-I数据位，决定车身的走向，如：合格车身自动去喷蜡线，不合格车身去点修补线。在电泳车身存储线、中涂车身存储线、面漆车身存储线，当几条平行的存储线中的一条存满车身之后，后面的车身会自动存储到下一条存储线。

　自动擦净机从喷房入口的MOBY-I站自动读出车型和颜色数据，通过Profibus现场总线传给自动涂装机。自动涂装机通过换色阀、计量泵、雾化器等组成的硬件系统和DDE Server、Siemens S7等组成的软件控制系统，实现自动识别车型和颜色、自动喷漆、自动换色、自动清洗、自动注漆。

　四、客户收益

　生产线的高自动化水平决定了短的生产节拍，和单位时间内的更大的吞吐量。奇瑞汽车此条涂装线节拍时间是90s，通过车型自动识别系统自动读入读出生产信息，通过车体的自动运行、自动转接、自动喷涂，设备运行状况自动显示，参数自动控制与调节，故障指示及诊断等大大提高了生产效率，为生产的良性循环提供了保障。

案例三：SIEMENS Moby E在北京奔驰的应用

　一、概述

　在北京奔驰-戴姆勒·克莱斯勒的焊装车间和总装车间，采用了Siemens的MOBYE系统，在生产不同车型时进行车身识别。

　二、焊装车间解决方案

　在焊装车间里，每一个加工单元都是经过精心设计、优化组合而成，工件加工效率高，可充分满足生产节拍。这些单元可以看作制造过程的关键节点，而这些节点则需要有一条高效通道作为连接，才能形成一个完整的制造系统。负责将这些加工单元串接起来的，是贯穿整个生产车间的输送系统。车间物流输送体系采用了地面、空中分层运输方式，即在地面，使用轻型转运车、叉车等方式将冲压件、分总成件等零部件运送到工位，工位间采用气、电葫芦进行工件传递；在空中，白车身骨架总成则由EMS空中电动车自动从主焊装线传送。

　 EMS（Electrical Motor System）空中电动车自动传送系统可以根据生产需要，调整不同的传输速率。其抱具主体结构一致，抱具爪可根据不同车型的要求进行抱具块转换，实现车身混线传输、柔性化生产。在传送线上采用了Siemens的MOBYE系统，为在生产不同车型时进行车身识别，实现记录、识别车身动态信息和电动小车及抱具的检测功能，且可以通过LED显示屏，将生产信息和设备状态进行实时报告。

　焊装后的白车身骨架要通过一条总长120米的白车身总成调整线，该线以滑橇为车身载体与板式链构成一条20个工位的车身调整线，在沿线工位上完成车门、机盖、翼子板等分总成的安装和车身调整、打磨等工序的操作。在这里，每一个车身都要经过一系列精心的调试，保证各项工艺间隙的精确度，任何一个不平整的小瑕疵在车身经过检测光廊时都将无所遁形。

　经过检验合格后的白车身总成，通过举升机回到空中的车身输送线上，再通过车身识别系统，按照不同车型进行分类，有序地存放在车身储存区内。按照“一种车型存放在一条储存线”原则进行车身存放。根据涂装车间的生产安排，存储区会自动将不同车型的白车身输送至涂装车间的入口，随后空滑橇将按照系统规定的路线自动返回到车身调整线的开始端进入下一个生产循环。

　三、总装车间解决方案

　北京奔驰的总装生产线采用具有适合多车型柔性化混线生产的输送链系统，总装车间共有5条总装生产线，每条线增加缓冲区，在出现小问题时，缓冲区可缓冲15分钟，使整个生产线不停止运转；总装线可同时组装三种车型，采用了Siemens的MOBYE系统进行车身车型识别，实现混线生产，生产效率大为提高。

　 SHAPE * MERGEFORMAT

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图3 Siemens的MOBYE系统进行车身车型识别

案例四：SIEMENS Moby U助奥迪工厂提高生产效率

　一、概述

　在奥迪公司的Neckarsulm工厂，每天约有800辆A6系列旅行车（Avant）或轿车出厂，销往世界各地。在该工厂的总装车间生产线中采用了一套全自动系统，使用了西门子的超高频识别系统Moby U，用于获取和集中储存生产线上每部车辆的质量数据。

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图4 西门子的超高频识别系统Moby U

　二、解决方案

　在总装车间装配线的起始工位通过SIEMENS的工业端子ES380接收来自涂装车间的生产数据并进行分析，然后将装配流程有关的数据通过信息采集站传输到Moby U系统。该装配线一共使用了大约1700个载码体MDS U315直接安装于装配线上的车身上，通过安装在装配线上方的130个读写器SLG U92，来探测和读取信息。这样就可以把每项工作步骤的过程数据（如螺丝钉自动装配站的转矩值或填充高度）分配到车辆上和中央质量控制系统中。

　通过西门子的Ecos测试站（电子检测系统）完成对绝大部分装配工序的检测，因此，即使是复杂的模块、零部件、轮胎对准、刹车、填充高度等测试数据都可以自动获取，并发送到中央质量控制系统。

　采用SIEMENS的非接触式识别系统Moby U的根本原因源自它的经济效益。奥迪的IT项目运营管理负责人Frank Siefert解释说，“引进Moby U之前，工作人员不得不一次又一次地扫描条形码，条形码只保存了车辆识别号，这不仅浪费时间，也可能因条形码标签太脏等情况而导致错误的发生。”

　自动识别成效显著。举例来说，假设每个工作人员在每个工位仅用10秒钟来扫描条码，生产线上有250个工位，那么每辆车则会花去20多分钟的非生产性工作时间做这项工作。在Neckarsulm，每天生产下线的车辆约有800辆之多，所以说Siefert引进Moby系统乃英明之举——“大大提高了生产效率”。

　除了储存车辆数据之外，移动数据介质也会储存过程说明，根据车辆的识别号，这些数据可以对流水线的具体生产步骤发出指令。这样可以减少误差。

　三、SIEMENS Moby U适合应用于严酷的工业环境中

　奥迪精心选择Moby U，是因为它是唯一能可靠处理装配线上车辆之间的间隔且保证正确识别的系统。特别是在预装时，车辆的间隔只有1.5-2米，走过头可能会影响每辆车的识别。读写器SLG U92工作于ISM频段（2.4-2.4835GHz）中的传输频率，这一技术已在世界各地的工业、科技和医药行业中得到广泛应用。采用很低的传输功率，传输范围从几厘米到3米之间，传输速率高达8KB/s。采用稳健的调制方法和相应的测试机制，该频带非常适合用于抗电磁干扰，因此确保了无差错的数据传输和数据完整性。无需采取复杂的屏蔽措施和天线调整措施，Moby U就能消除UHF传输过程中产生的噪音，包括反射、干扰及超出范围等问题。

　移动数据载体MDS U315的提供了2KB的存储空间，防护等级为IP65，非常适合用于严酷的生产环境中，而且，可以直接安装到金属上。

案例五：SIEMENS Moby I在发动机泵装配线上的应用

　一、概述

　上海瀚鹏公司专业制造装配与检测设备，尤其在汽车零部件行业，已为法雷奥、康明斯、德尔福等国内外大型汽车零部件厂家配套。

　二、客户需求

　在汽车发动机泵的生产过程中，按照生产工艺流程可分为10多个的装配站点。在这条泵装配线上，泵是安装在托盘上进行装配的。在每一个站点，需要对所装配的泵的编号进行识别与确认，并在每个站点的工序完成之后，需要将完成的工序对应的站点编号写入到泵所在托盘上。

　在泵进入到下一个站点时，先要对泵已经完成的装配工序进行确认，即保证前面的工序已经完成后，再转入下工序的装配。

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图5 汽车发动机泵的生产过程

　三、解决方案

　采用SIEMENS的MOBYI解决方案（SLG 42读写器+ASM 456模块+MDS 403存储器）。

　将ASM 456模块安装于对应的每个装配站点下方的控制柜中，将SLG 42安装于每个装配站点的托盘运行轨道的侧面，将MDS 403安装于托盘上。在第一个装配站点处，由系统将所装配的泵的编号通过SLG 42读写器写入到托盘上的存储器MDS 403中。在每个站点的装配工序完成后，将站点的编号完成状态（OK或NG）写入到托盘上的存储器中。在下一个站点装配前，读取托盘上的存储器的泵的编号和完成的工序状态，进行确认，保证装配的正确性，即保证前一道装配工序完成并且合格才能进行下道工序的操作。

　四、客户收益

　通过将RFID产品引入到泵的装配过程中，使得泵的装配状态实时的记录到系统中，并由系统程序来保证泵装配的正确性。

　通过泵装配过程中泵的识别与确认的自动化，提高了泵的生产效率。

案例六：SIEMENS Moby E在江森自控的应用

　一、概述

　江森自控是汽车座椅的生产商。在比利时Geel的工厂需要在数月之内将产能增加到原来的两倍，如何应对这一挑战？在比利时Geel工厂通过引进一条全集成自动化的生产线，使其控制水平达到了世界一流。

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