RFID在焊裝生產(chǎn)線上的應(yīng)用
隨著國內(nèi)汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展,汽車產(chǎn)品的多樣性、生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性使得生產(chǎn)信息管理的手段得到不斷提升,車體識(shí)別系統(tǒng)在汽車生產(chǎn)線上的應(yīng)用,更讓汽車生產(chǎn)的柔性化和按訂單生產(chǎn)成為可能。本文結(jié)合榮威350的應(yīng)用實(shí)例詳細(xì)介紹了RFID系統(tǒng)在焊裝生產(chǎn)線上的應(yīng)用。
在汽車生產(chǎn)線上采用車體識(shí)別系統(tǒng)(AVI),可以對(duì)各類車型生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、質(zhì)量監(jiān)控以及質(zhì)量信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集,并及時(shí)向物料管理、生產(chǎn)調(diào)度、質(zhì)量保證以及其他相關(guān)的各部門傳送,這對(duì)原材料供應(yīng)、生產(chǎn)調(diào)度、銷售服務(wù)、質(zhì)量監(jiān)控以及整車的終身質(zhì)量跟蹤、多車型混線生產(chǎn)等都有著重要的作用。
目前應(yīng)用的車體識(shí)別系統(tǒng)主要有兩種,即條形碼(Barcode)和射頻識(shí)別(RFID)。在此,本文將結(jié)合榮威350的應(yīng)用實(shí)例重點(diǎn)介紹RFID系統(tǒng)在焊裝生產(chǎn)線上的應(yīng)用。
RFID系統(tǒng)組成
一個(gè)典型的RFID系統(tǒng)包括載碼體TAG(數(shù)據(jù)載體或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器)、載碼體讀/寫(R/W)裝置和接口模塊(Interface)。
在焊裝車間,輸送設(shè)備為滑撬輸送機(jī)(Skid-Conveyor,見圖1),載碼體TAG被固定在載有工件的滑撬上,自始至終隨工件運(yùn)行。這實(shí)際上就形成了一個(gè)個(gè)隨工件運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)數(shù)據(jù)庫,工件由此變成了在整個(gè)生產(chǎn)流程中隨身攜帶數(shù)據(jù)庫的“智能工件”。
圖1 焊裝車間的滑撬輸送機(jī)
根據(jù)工藝及生產(chǎn)管理需要,可在焊裝車間的滑撬起始工位、工件物流的分岔處和重要的工藝過程(如機(jī)器人焊接、機(jī)器人拼裝)入口處設(shè)置載碼體讀寫站。載碼體讀寫站由工件位置檢測(cè)開關(guān)、載碼體讀/寫裝置、通信接口模塊和人機(jī)界面所組成。
讀取載碼體數(shù)據(jù)的過程為:工件位置檢測(cè)開關(guān)檢測(cè)到工件到位后,載碼體讀寫裝置開始自動(dòng)讀取安裝在滑撬上載碼體中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)傳給PLC,同時(shí)顯示在人機(jī)界面上;PLC將得到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理,以決定下一步的工序流程。
向載碼體中寫入數(shù)據(jù)的過程為:工件位置檢測(cè)開關(guān)檢測(cè)到工件到位信號(hào)后,工件停止,載碼體讀寫裝置將之前條碼掃描器掃描出的車型數(shù)據(jù)寫入載碼體,并將此次的操作結(jié)果顯示在人機(jī)界面上。
通過上述對(duì)安裝在滑撬上載碼體的讀/寫操作,所有信息均通過PLC上傳給車間生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng)(PMC)進(jìn)行進(jìn)一步的處理和運(yùn)算,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)車間工件物流的跟蹤和生產(chǎn)過程的控制。
可以看出,RFID是一種分散式的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng),在整個(gè)工藝流程中,全部或部分的工件信息存儲(chǔ)在載碼體里面,通過載碼體讀寫裝置來讀取工件信息,然后進(jìn)行相關(guān)的操作。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是配置靈活、響應(yīng)速度快且對(duì)系統(tǒng)通信的要求較低。另外,采用這種方式,不需要所有的讀寫裝置都和主數(shù)據(jù)庫通信,因此與主數(shù)據(jù)庫通信的失敗不會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)的停止。
RFID系統(tǒng)性能
在車身車間選用射頻識(shí)別系統(tǒng)時(shí)一般考慮以下幾個(gè)性能:
1.載碼體存儲(chǔ)容量
從幾十到上萬個(gè)字節(jié)不等,存儲(chǔ)容量越大,成本越高;在車身車間應(yīng)用時(shí),一般情況下載碼體存儲(chǔ)容量選擇幾千個(gè)字節(jié)左右即能滿足要求。
2.讀寫距離
讀寫距離是指載碼體讀/寫裝置表面到載碼體表面的正常工作距離。一般在滑撬輸送機(jī)上使用時(shí),選取30~150mm即可。
3.數(shù)據(jù)傳輸速率
包括載碼體讀/寫裝置的讀寫速率以及讀/寫裝置與PLC的通信速率。
4.工作環(huán)境
車身車間焊接工位較多,焊接飛濺的火花較大,因此載碼體需要具備一定的防護(hù)等級(jí)及耐溫性能。
5.接口形式
應(yīng)選擇能夠方便與PLC、總線等連接的接口形式。目前主要有RS232/485、現(xiàn)場總線等接口形式。
在焊裝生產(chǎn)線上的應(yīng)用
在榮威350焊裝生產(chǎn)線上廣泛應(yīng)用的RFID是美國EMS公司的HMS系列產(chǎn)品,載碼體型號(hào)為HMS150,讀寫頭型號(hào)為HF-ANT-1010-01,讀寫頭網(wǎng)絡(luò)適配器型號(hào)為HF-CNTL-DNT-01。
1.系統(tǒng)概述
該系統(tǒng)以Rockwell Guardlogix 1756-L62S作為主控單元、Rockwell 2711P-T12C4D2為數(shù)據(jù)操作人機(jī)界面,HF-CNTL-DNT-01通過PLC的1756-DNB模塊組成相對(duì)獨(dú)立的Devicenet網(wǎng)絡(luò)。識(shí)別系統(tǒng)PLC通過工業(yè)以太網(wǎng)將識(shí)別系統(tǒng)的所有信息傳送給滑撬輸送系統(tǒng)PLC、焊接工位機(jī)器人以及車間PMC系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)整個(gè)焊裝車間生產(chǎn)信息的管理。榮威350車型數(shù)據(jù)傳遞系統(tǒng)流程如圖2所示。
圖2 榮威350車型數(shù)據(jù)傳遞系統(tǒng)流程圖
2.系統(tǒng)硬件組成
(1)車體識(shí)別系統(tǒng)PLC 通過Devicenet網(wǎng)絡(luò)完成車體識(shí)別系統(tǒng)內(nèi)部的控制,并通過工業(yè)以太網(wǎng)將有關(guān)數(shù)據(jù)和車體信息傳送到滑撬輸送系統(tǒng)及各區(qū)域的控制系統(tǒng),參與相應(yīng)區(qū)域的控制,同時(shí)把這些信息傳送到中央控制室的監(jiān)控系統(tǒng),用于顯示、打印。
(2)現(xiàn)場讀寫站(R/W Station) 每個(gè)現(xiàn)場讀寫站都裝有觸摸屏(HMI)和接口模塊,觸摸屏主要完成車體順序號(hào)、滑撬號(hào)、車體顏色、是否天窗及車型等信息的寫入、讀出顯示和修改。接口模塊(HF-CNTL-DNT-01)主要處理讀寫頭HF-ANT-1010-01要寫入或讀出的信息,并把此信息通過Devicenet送到PLC的CPU中進(jìn)行處理?,F(xiàn)場設(shè)置的讀寫站主要有:
UB60讀寫站:設(shè)置車體上到滑撬上的初始工位,當(dāng)檢測(cè)開關(guān)檢測(cè)到車體到位后,讀寫站只進(jìn)行寫操作,將發(fā)動(dòng)機(jī)艙區(qū)域PLC所傳送過來的車型信息寫入TAG;發(fā)動(dòng)機(jī)艙的車型數(shù)據(jù)是通過人工掃描車型條碼得到的數(shù)據(jù),掃描的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳送到發(fā)動(dòng)機(jī)艙區(qū)域的控制PLC中,發(fā)動(dòng)機(jī)艙區(qū)域PLC再通過以太網(wǎng)將此數(shù)據(jù)在UB60工位寫入滑撬的載碼體中。
UB70、80、90,MB20、30、40、50、90、130、140、160、180和190讀寫站:這些工位均為機(jī)器人焊接工位,當(dāng)車體到位后,讀寫站讀取滑撬載碼體中的車型信息,并將讀取的結(jié)果傳送給該工位的控制PLC,PLC根據(jù)車型信息的不同,再通過以太網(wǎng)控制機(jī)器人調(diào)用不同的用戶程序,從而實(shí)現(xiàn)多車型的混線生產(chǎn)。
UB120讀寫站:該工位為檢查工位,具備出件和進(jìn)件的功能。當(dāng)重新進(jìn)一輛車體時(shí),人工在HMI上寫入車型信息,讀寫站再將此信息寫入載碼體;正常生產(chǎn)時(shí),由于考慮到MB10工位需要拼裝車頂,需要識(shí)別是天窗還是非天窗,并結(jié)合節(jié)拍等原因,UB120讀寫站還要執(zhí)行讀的功能,并且UB120工位還會(huì)進(jìn)行重新的人工掃碼,將掃描出的數(shù)據(jù)和讀寫頭讀出的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,確保數(shù)據(jù)不會(huì)有誤,以保證MB10工位拼裝工件的正確。
MB110、120和240讀寫站:這3個(gè)工位皆為升降機(jī)工位,且在升降機(jī)處可以將車臨時(shí)下線,也可將車體臨時(shí)插入上線,故在這幾個(gè)工位安裝了具備寫功能的讀寫站,當(dāng)臨時(shí)插入車體上線時(shí),首先在HMI上將車體信息輸入控制PLC中,PLC通過Devicenet控制讀寫頭將此信息寫入滑撬的載碼體中。
(3)載碼體(RF TAG) 載碼體采用防護(hù)等級(jí)為IP65的HMS150,載碼體安裝在每一個(gè)滑撬上。存儲(chǔ)車體的所有信息隨著工藝流程在焊裝車間內(nèi)循環(huán)使用。
此外,有些生產(chǎn)線上RFID系統(tǒng)采用只讀型載碼體,這種系統(tǒng)的運(yùn)行方式類似于條碼識(shí)別系統(tǒng),但數(shù)據(jù)讀取的準(zhǔn)確性比條碼識(shí)別系統(tǒng)要高,并且更能夠耐受惡劣的環(huán)境,優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)成本要比可讀寫識(shí)別系統(tǒng)低。據(jù)統(tǒng)計(jì),受環(huán)境因素及維護(hù)情況的影響,條碼識(shí)別系統(tǒng)數(shù)據(jù)讀取的準(zhǔn)確性只有不到90%,而RFID系統(tǒng)幾乎可達(dá)到100%。
結(jié)語
車體識(shí)別系統(tǒng)在汽車生產(chǎn)線上的應(yīng)用,使得汽車生產(chǎn)的柔性化和按訂單生產(chǎn)成為可能,車體信息檔案也將伴隨一輛車從制造到銷售,再到售后服務(wù)的全過程,為汽車的生產(chǎn)管理和售后服務(wù)提供了強(qiáng)大的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),為整車終身的質(zhì)量跟蹤、事故分析等提供了第一手資料。目前,國內(nèi)的主要汽車生產(chǎn)企業(yè)(如上海-大眾、上海通用和一汽大眾等)均在焊裝、涂裝和總裝等主要生產(chǎn)車間使用了車體識(shí)別系統(tǒng)。