摘要：从企业管理和生产环节两方面对无线射频识别(RFID)的应用需求进行分析，研究RFID在汽车制造生产线上的应用模式，构造一个基于RFID的汽车制造生产线垂直分布式应用模型体系框架，给出各功能模块的实现流程。应用结果证明，该模型可以解决生产过程中存在的信息采集数据缺失和遗漏、人工操作效率低下等问题，满足汽车制造生产线数据信息采集的实时性和准确性要求。
关键词：汽车制造；生产线；无线射频识别；应用模式
为了提高汽车生产线管理水平，汽车生产过程中的信息采集、信息利用以及现场目标产品的控制和跟踪变得越来越重要。在传统的制造生产中，通常是通过手工在生产管理文件上记录产品的生产过程信息，然后再统一录入到计算机中。近年来随着芯片技术、无线技术以及计算机网络技术的不断发展，RFID 技术开始大规模地占领市场，发挥着越来越重要的作用。由于 RFID 技术具有非接触读写、准确度高、可靠性强、环境耐久性等优点，将 RFID技术与现有的生产线管理执行系统相结合，能为执行系统提供快捷可靠的数据信息，有效提高汽车生产线的管理水平。
1 RFID技术的优势分析
所谓RFID，指的是射频识别技术，属于通过空间耦合（电磁场或者交变磁场）使用射频信号达到无接触传输信息的目的，并且完成信息识别的过程。一般来说，RFID系统是由应用软件、天线、读写器以及射频标签组成的。许多国内的汽车企业都是使用条形码来采集相应的生产线信息，但是这种方式具有一定的缺点，如果在生产线中使用具有较大的限制。比如，一个条形码所能承载的信息量十分有限。想要读取相应的信息必须保证对准扫描仪。如果条形码脱落、污损或者被撕裂，就会难以达到扫描的效果。在实际生产中需要投入大量的人力，所以容易出现认为失误以及扫漏的问题。而使用RFID技术能够完美解决相应的问题：比如RFID可以记忆大量的数据信息；可以通过无接触的方式传递相应的信息，并且进行有效的识别。射频标签可以在粉尘以及高温环境下使用，实际寿命比较长，并且能够循环使用。在实际使用中，可以全程自动化控制。
2 RFID技术在汽车生产线上的需求分析
目前，大多数国内汽车企业都采用了JIT（JustInTime，准时化）的生产模式，这对汽车生产线的现场管理和对生产计划的有效执行提出了更高的要求。由于很多汽车生产线上仍然采用条码技术采集信息，车间管理者和企业高层管理人员不能够及时、透明地了解生产线上的实际生产进度，导致实际生产常常不能完全符合生产计划的要求。尤其是在混线生产的生产线上，对于特殊的生产订单，如实验测试车辆、用户特殊需求车辆等，跟踪管理不及时就很容易出现零部件的错装、漏装，严重影响车辆的一次下线合格率，导致生产计划不能按时完成。
随着汽车产品型号的急剧增加，产品配置越来越复杂，为了在JIT的生产模式下，通过信息化的手段改善生产线的管理水平，汽车生产线需要引入RFID技术，具体表现在如下几个方面：①生产线实时化管理的需要：RFID作为一种先进的数据采集及识别技术，能为制造执行系统及时提供生产线的数据信息，帮助管理层及时做出相应的计划调整和生产安排，提高生产线的计划执行能力。②生产线灵活性管理的需要：利用RFID技术随时定位生产线上特殊车辆的位置，并了解车辆的装配情况和完成进度，可以有效防止装配错误，并加快管理层处理异常事件的响应速度。③生产线装配标准化的需要：标准化作业是JIT管理模式的具体要求之一，运用RFID技术能实现生产装配过程的可视化，从而保证作业人员进行标准化操作，提高汽车成品的一次下线合格率。④生产线物料动态配送的需要：利用RFID技术可以方便地采集到生产线上物料的实时消耗信息，零部件供应人员就可根据现场物料的消耗进度，实现及时准确的备料和送料，既能保证生产线的供应，又能避免生产线在制品的大量堆积。
3 RFID系统的分类
按照电子标签获取能量的方式，RFID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，其电能充足、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，其重量轻、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期，并且价格便宜，因此无源标签是电子标签的主流。
按照工作频率的不同，RFID系统分为低频(30kHz～300kHz)、高频(3MHz～30MHz)、超高频(300MHz～3GHz)和微波频段(2.4GHz～5GHz)系统。目前国际上RFID应用以低频和高频标签为主；超高频标签开始规模生产，由于它具有可远距离识别和低成本的优势，有希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，RFID系统可分为主动式、被动式和半主动式。一般地，无源系统为被动式，有源系统为主动式。主动式的RFID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RFID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RFID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。
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4 RFID在汽车生产线中的应用模式
4.1采集车辆队列的信息
在汽车总装车间中，需要把喷涂车身缓冲区的部件根据相应的计划，吊装到相应的生产线上。因为喷涂车身缓冲区的扭转能力比较有限，所以可能难以匹配具体的生产计划。如果使用射频识别采集相应的数据，能够把喷涂车身缓冲区的标签设置在相关车辆的顶部，其中可以录入代表车辆的标识码。如果相应的车辆到了具体的采集点，射频识别读写器可以马上读取到相关标签中的VIN码信息，而后利用无线网络传递给生产线的控制系统中，生产线系统利用车辆的VIN码，可以生成相应的队列信息。如果出现了紧急状况，比如需要取消一个待装的车辆或者插入临时的待装车辆。操作人员可以利用移动数据终端读取特定标签中的信息，并且手动修改相应的内容，并且确保生产队列信息的准确性。通过这种方法可以有效的收集车辆队列信息，并且合理配置现场的各方面资源，即便是发现了紧急情况，也能够快速的给出有效的资源调度策略。
4.2车辆定位跟踪
对混流生产线而言，车辆的定位跟踪非常重要。一般，车辆在焊装车间就开始跟踪，再到WBS（WhiteBodyStorage，白车身缓冲区），通过涂装车间，经过PBS区重新排序，直至总装车间下线检验结束后，进入成品库。因此，采用RFID技术实现车辆定位跟踪方案，可在各车间和各重要位置设置信息采集点。以总装车间为例，可在车辆的上线点，下线点以及多个重要的安装工位设置信息采集点:当车辆随输送链到达上线信息采集点时，RFID读写器读取高频标签中的VIN码信息，并通过无线网络传给ERP系统，完成车辆的上线报工。当车辆途经工位信息采集点时，读写器扫描到标签中的VIN码信息后通过数据库支持，可以获取当前车辆所在的工位位置，从而知道该车辆的装配进度。通过对每个车辆装配进度信息的汇总，可以获取整个装配线的车辆装配情况。当车辆装配完成到达下线信息采集点时，读写器扫描到标签中的VIN码信息后通过数据库支持，获取车辆的发动机号，下线点工作人员校验发动机号与VIN号匹配无误后，完成车辆下线报工，并回收随车附带的超高频标签，将标签循环使用。
4.3 RFID在汽车焊接生产线的应用
在早期汽车车体焊接生产线上，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。再遇到带有罩子的情况时，无论是条形码标签还是人工也都不能放心使用。为此，若采用RFID技术可以取得良好的焊接管理效果。选择耐高温、防粉尘、防金属、防磁场、可重复使用的有源封装标签，通过自动识别作业来监控焊接生产线作业。可将操作指示信息(车种信息、焊接指示信息、程序等)存储在目标托盘中，天线为了避开人和机器的影响可设置在焊接生产线较高的地方，由于RFID标签的强抗污染能力和强耐久性，大大减少了识别错误并且可以有效提高内部供应链的可视化程度。
4.4 RFID质量监控及追溯模块
汽车制造生产线应用RFID技术实现最重要的功能就是对产品、在制品零部件进行质量监控和质量追溯。RFID质量监控及追溯模块是汽车制造生产线信息集成系统框架的核心组成部分。该模块通过车间控制网络将PLC设备操作层传感网络采集的数据信息直接传送到MES设备执行层，以实现对在制品零部件生产过程实时数据的存储和监控。同时，在检测环节若发现车体存在质量问题，可以通过上层应用系统调用车间控制网络处理得到的MES设备执行层存储的数据信息，了解出现问题的具体环节，实现产品质量跟踪及反馈的功能。
4.5在汽车总装生产线的应用
总装车间作为汽车整车生产的最后环节，涉及零部件众多、工序繁多，对保证汽车质量和生产进度起着重要作用，任何装配工序的中断就意味着作业的耽误。在总装生产线上，特别是在采用JIT(JustInTime)准时制生产方式的流水线上，原材料与零部件必须准时送至工位，库存与物料供给也必须配合车辆装配进度。采用RFID技术之前，汽车制造厂是以人工方式，通过采用条形码或纸制识别卡来实现对车辆装配进度的实时追踪与监控，其缺点是条形码和识别卡极其容易被毁坏、调换或丢失，从而造成生产作业出现错误操作。因此，国外汽车界都在努力利用RFID技术向同步化装配流程目标努力。
结语：
RFID技术作为自动识别技术，能够弥补条码技术的不足，满足汽车生产过程中对信息准确性和及时性的需要，是改善生产线管理模式的重要手段。据某汽车制造公司的轿车生产总装线的实际运行情况表明，RFID能够满足MES系统获取生产线信息的需求，但目前的实践还仅停留在试点应用的阶段，其主要目的是将RFID引入了汽车生产线，通过试点了解RFID在汽车生产过程中体现出的各方面性能特点，并整合应用软件系统，为下一步将RFID技术遍布到整个生产线奠定基础。
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论文作者:卢建坤,闫水恒
论文发表刊物:《基层建设》2019年第26期
论文发表时间:2019/12/18
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