浅析RFID 技术在汽车制造过程中的应用

苏丽媛，陆玉凯，况立江

（吉利长兴新能源汽车有限公司，浙江 湖州 313100）

关键字：自动化；车制造；RFID 技术；信息识别

前言

高自动化水平是目前工业生产中机械加工的主流发展方向，无线射频RFID（Radio Frequency Identification）技术是实现高自动化水平生产的重要一环，可自动识别信息并进行传输，极大地提高了汽车生产的效率和质量。

汽车产业作为我国国民经济的重要支柱产业，在打造中国品牌的进程中肩负重任，应结合产品、技术、价格优势去竞争市场份额。中国汽车制造业经历了从传统的机械加工到各种大型车床设备的应用，向更加柔性化的自动控制技术方向发展。但由于整车生产车间可视化程度低，生产数据流通较慢，信息不一致等问题，使生产管理人员无法实时了解车间的生产异常情况并对其进行处理，降低了企业的生产效率。在汽车生产中应用无线射频RFID（Radio Frequency Identifi-cation）技术建立信息识别系统，将RFID 技术与生产信息化管理系统集成，实现了生产数据的双向传输，且满足实际生产过程中长距离读写、自动化识别的需求，能够有效提升汽车的生产效率和质量。本文主要就RFID 技术在汽车生产过程中的应用展开分析。

1 RFID 的概述

1.1 RFID 技术的结构组成

RFID 在具体的应用过程中，根据不同的应用目的和应用环境，RFID 系统的组成会有所不同，在汽车制造业中，RFID 系统一般都由RFID 电子标签、阅读器两部分组成。

RFID 标签（Tag）：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象，且具有存储需要识别传输的信息的功能。RFID 电子标签一般是带有线圈、天线、存储器与控制系统的低电集成电路。

阅读器（Reader）：包含信号处理器，读写头/天线，是用来读取/写入标签信息的设备，可设计为手持式或固定式，基本功能就是作为服务器与标签之间数据传输的媒介。

1.2 RFID 的工作原理

阅读器通过发射天线发射特定频率的射频信号，当电子标签进入阅读器的识别范围后，标签内产生感应电流，获取足够能量后，标签会被激活并将存储的信息通过卡内天线发送出去，阅读器接收到信号后，对信息进行解调和解码，将信息发送至后台中央服务器进行有关数据处理。

2 RFID 在汽车制造过程中的应用优势

RFID 技术应用在汽车制造过程中，具有其他技术无法比拟的独特优势。

1）RFID 系统采用无线电信号数据传输，在阅读器与电子标签之间没有导线连接，即使标签表面脏污或安装了保护外壳，系统也可正常工作；

2）RFID 的电子标签可在恶劣的环境下工作：具有防水、防磁、耐高温（200℃以上）的特点，也可以防涂装车间化学品的腐蚀；

3）RFID 标签的存储能力很大（可达数兆字节）。可用来布置分布式模型，从而降低数据集中管理的成本；

4）RFID 电子标签的使用寿命很长，只要工作人员在使用时注意保护，电子标签可重复使用。

3 汽车制造过程中RFID 技术的应用

车辆上线时，根据MES（制造执行系统）中获取的订单信息，在超高频RFID 载码体内写入单台车辆基础信息并安装在车身上，随车依次经过焊装、WBS、涂装、PBS、总装等各个车间和线体，在关键工位安装RFID 阅读器读取车身信息。当车辆达到RFID 阅读器的扫描范围，车间控制网络会给阅读器下指令读取当前车辆RFID 芯片信息。阅读器获取信息后，把车辆识别号、物料号、订单号等信息发送给车间的服务器，根据芯片信息的不同对车身的生产工艺自动选择；同时车间服务器通过Web service 把车辆识别号码、过点时间、过点工位实时传递给MES，MES 把接收到的信息上传到数据库进行储存。

图1 制造执行系统

3.1 RFID 技术在焊装车间的应用

RFID 电子标签用一个塑料卡扣安装在车身横梁前端左侧，靠近防撞钢梁位置；采用无线电信号数据传输，在焊接生产线体左侧设置固定式RFID 阅读器，可以避免机器和人的影响。当车辆到达RFID 阅读器的扫描范围，阅读器读取当前车辆RFID 芯片的信息，识别白车身种类，根据不同车型的要求选择不同的零部件抱具，调用正确自动程序、车型指示为上件员工提供指导信息，为后续焊装过程追溯提供信息载体。强耐久性和强抗污染性的RFID 标签，在实际的汽车焊接生产中，能使内部供应链的可视化程度得到有效提高，极大地降低了识别错误和人为出错率。

3.2 RFID 技术在涂装车间的应用

汽车涂装生产线具有灵活性、车型多变和工艺复杂的特点，因此，高质量监控系统和高水平自动化系统是汽车涂装工艺所必需的。RFID 技术会在关键工位设置固定式阅读器，如：在涂装车间的出入口、烘干室、喷漆窒和缓存区等重要工艺的入口。这些阅读器可以将获取的芯片信息传递到涂装车间的服务器用于调取车型配置、指导喷涂颜色和涂胶选择、为涂装过程追溯提供信息载体。RFID 技术在汽车涂装车间车身识别系统中的应用，可以实时采集车辆在涂装车间中的生产状态、质量状态和各种现场数据等信息，使涂装生产自动化和灵活性得到了提高，确保了收集信息的及时性，降低了系统的差错率，提高生产效率。

3.3 RFID 技术在总装车间的应用

3.3.1 通过MES 制造执行系统来进行物料拉动

生产系统需要知道在任一时刻任意车辆的位置和生产状况，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。在PBS 精排区入口等工位安装RFID 读写器，读取RFID 标签上存的车身信息，然后将此信息送入MES 系统实现物料的拉动配送。

3.3.2 关事件数据记录与跟踪追溯

通过安装在装配线两侧的读写器来探测和读取信息，然后将装配流程有关的数据通过车间控制网络传输到MES 系统，这样就可以把每项工作步骤的过程数据（如螺栓拧紧工位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。例如在装配发动机和变速器时，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、进排气管、油泵、燃油系统、链条、发电机、起动机等关键部件进行批次追踪。

在此之前，操作人员只能重复地扫描条形码，而且条形码只能保存车辆识别代码，并不能记录其他生产信息。这不仅浪费时间，也可能因条形码标签太脏等情况而导致扫描出错。假设总装生产线上有180 个工位，每个工作人员在每个工位仅用10S 扫描条码，那么每辆车则会花去超过20min 的非生产性工作时间做这项工作。RFID 技术的应用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生产过程数据，根据车辆的识别码，这些数据可以对流水线的具体生产步骤发出指令，有效减少误差。

3.4 RFID 卡片的失效情况及措施

虽然RFID 可以在恶劣的环境下工作，但是如果遭受外力压迫超过了标签的承受力就会导致芯片损坏或线圈断裂；高静电或高压电也会对芯片造成修复的损毁。

为应对此种情况的发生，企业在订购标签时，需提前在标签上刻好与该标签唯一对应的标识号，当固定在车身上的标签在生产过程中产生信息丢失或损坏的情况时，可将旧标签从车身上取下来，然后在MES 系统中查询旧标签的标识号，用终端读写设备将旧标签的信息写到新标签上，同时更新MES 系统中该订单与新标签的绑定信息，完成标签更换。

4 结束语

RFID 技术具有快速读写、非接触操作和环境适用性强的特点，在汽车生产过程中已经取得了明显的效果。随着“5G+工业互联网”的诞生，RFID 技术有了更加广阔的发展空间，一方面可将原材料、生产设备、产品、物流等要素更紧密地连接起来，另一方面能够加快数据采集、故障报警等数字化运维效率，在此基础上，无线射频自动识别技术也会拥有更高的市场价值。