基于RFID技术汽车生产线托盘自动匹配系统的设计与实现

郑雷 郑学峰

摘 要：随着国内汽车市场竞争的日益激烈，汽车制造企业需要对不断变化的市场做出迅速的响应，所生产的产品在保证质量的同时，还要满足顾客的个性化需求。所以，一条生产线需要满足多种车型配置共线生产，而不同车型配置的托盘与主线匹配的问题急需解决。本文介绍一种基于RFID技术实现不同车型共线生产时托盘自动匹配的方案设计，对实现汽车自动化生产线的智能管理和有效防止误操作有着重要的现实意义。

关键词：RFID；智能被动；托盘自动匹配；生产线

中图分类号：U468.2 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2018）04-0167-03

Abstract：With the increasingly fierce competition in the domestic automobile market，the automobile manufacturing enterprises need to respond quickly to the changing market. The products should guarantee the quality as well as meet the individualized demand. Therefore，a production line needs to meet a variety of vehicle production，and the matching problem of pallet to the main line is urgently needed to solve. This paper introduces a design of automatic matching of pallet based on RFID technology. It has important practical significance for intelligent management of auto production line and effective prevention of misoperation.

Keywords：RFID；intelligent passive；pallet automatic matching；production line

0 引 言

在汽車自动化生产线中，针对不同车型共线生产的问题，需要使用不同类型的托盘将不同的发动机、变速箱输送给主线进行装配。所以，需要对托盘进行有效地识别和控制，这就意味着需要将“智能”嵌入到每一个托盘中，并且提供一种有效的、低成本的通讯方式，而RFID技术的出现正好满足了这一需求。

1 RFID介绍

1.1 RFID的组成

RFID是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象，并获取相关信息，识别的工作不需要人工干预。作为一种简单的无线系统，RFID系统有两个基本器件，一个是读写器，另一个是标签。其基本工作原理是：读写器以广播的方式连续向周围发送携带能量的基准信号，感应到能量的标签通过调制电路信号，以反射的方式向阅读器返回自身携带的数据，阅读器对接收到的数据进行解码，并传送给主机进行处理。通常，一套RFID系统由电子标签、天线、读写器以及用于信息存储、信息处理的上位机等几部分组成，如图1所示。

1.2 RFID的特点

通过上述方式，RFID系统能够提供有效的身份信息（Identity）和地址信息（Location）。相比其他智能系统，RFID系统具有如下的鲜明特点：

（1）能够实现非接触式的快速自动识别；

（2）标签内能够永久储存一定大小的数据；

（3）标签内含有一定数目的逻辑门，能够进行简单的逻辑处理；

（4）标签具有普通无线设备的物理属性；

（5）标签成本低廉，可以大量部署。

根据RFID的这些特点，我们可以将电子标签安置于托盘中，使用RFID读写器通过天线读取托盘信息，使托盘“智能被动”，将托盘信息收集到上位机，通过PLC进行逻辑控制，从而实现托盘的自动化匹配。

2 托盘自动匹配系统设计

2.1 系统硬件配置

RFID通过硬件组态的方式组入PLC系统，如图2所示。

2.2 分配对应的输入输出字节

RFID标签信息如图3所示。

2.3 托盘自动入库、出库

RFID读取托盘标签信息，根据标签信息将托盘归类入库。当新的生产队列生成以后，根据下一个产品所需要的托盘类型，系统会自动选择对应类型的托盘出库，托盘出库时，RFID会再次扫描托盘，将出库的托盘类型与主线装配所需的托盘类型比较，比较结果一致则放行，形成二次校验，避免出错。出库的托盘进入排序队列如表1所示。

其过程可以归纳为：

（1）RFID读取托盘标签，将托盘分类入库；

（2）PC机产生新的生产队列，并将所需的托盘类型信息发送给PLC；

（3）PLC选择对应的托盘出库；

（4）托盘出库后RFID再次扫描托盘，校对信息；

（5）校对后托盘出库，进入排序队列。

2.4 生产队列出现错乱时托盘的自动匹配

如表2所示，生产队列一旦生成，对应的托盘类型队列也就产生。通常生产队列生成以后，不会随意变动。因为整个生产线都是依据该生产队列进行相关配件的供给。一旦生产队列错乱，对整个生产线的匹配及正常生产都会产生较大影响。对于托盘来说，生产队列的变动意味着之前根据生产队列生成的托盘队列都需要改变，而且，托盘队列通常有几十个，甚至上百个，重新排序将耗费很长时间。所以，生产队列的变动对于托盘排序来说，影响是巨大的，但是生产队列的变动在实际生产中是不可避免的，比如：

（1）缺陷产品导致报废；

（2）特殊情况需要在生产队列中新加入产品；

（3）人为的放行失误导致生产序列错误；

（4）排序系统的错乱等。

发生托盘类型与产品所需托盘类型不匹配时，如果没有RFID读取此时排序内的托盘类型，那么，排序内的托盘将全部反库，重新根据生产队列出库相应的托盘。

这种做法的缺点显而易见，因为无法获取排序内的托盘类型信息，出现排序错乱时，会默认所有托盘全部反库，再重新出库。在托盘数量较多的情况下，等待托盘反库时间加上托盘重新出库时间会使整个生产线瘫痪。

如在每个托盘下加装RIFD标签，当发生托盘排序错乱时，通过RFID读取当前排序中的托盘信息，根据托盘类型，通过算法实现托盘的自动匹配，无需所有托盘全部反库，而是将与生产序列相匹配的托盘上线，不匹配的反库，确保排序内托盘的有效利用，减少生产线的停产时间。

如表2所示，在生产工位1，出现了托盘类型是B，但所需托盘类型是A的情況，如果采用托盘自动匹配，则B托盘反库，下一个A托盘继续装配，无需回库。后面的托盘以此类推，与下一个生产队列匹配的直接上线，否则反库，灰色标注为不受影响的生产队列。同时，出库系统根据生产队列，确定下一个出库托盘类型，在出现托盘与生产队列不匹配的情况时，运用托盘自动匹配校验，有效减少停线时间。

通过对托盘标签的读取，就可以根据生产需要控制托盘的动作，即使生产过程中出现一些偶然因素（如生产队列错乱），都可以通过事前设定好的程序来应对，整个过程无需人工干预，实现生产自动化，纠错自动化。

3 结 论

RFID技术在物联网及工业生产线得到越来越广泛的使用，物体通过自身标签被读写的方式“被智能”化，托盘标签信息被读写，上传到数据库，而我们可以根据需要对托盘的动作进行相关的编程与控制。而且，每个标签相当于一个身份，我们再做任何动作之前，都可以通过读写器读写标签来验证这个身份，符合我们预设的进行下一步动作，否则，提出警告或触发我们事先设定的流程，将自动化生产的出错概率降到最低。

有了RFID，我们可以对物件进行信息收集、追踪、了解实时状态，这种功能在物流管理方面已经广泛被运用。本文提出的基于RFID技术托盘自动匹配的思想，在其他自动化生产线应用中也有着广阔的推广空间。

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作者简介：郑雷（1989-），男，汉族，吉林人，就职于上海大众，助理工程师，研究生在读。研究方向：自动控制、信号采集、数据传输。