RFID在汽车物流监控与生产管理中的应用

随着我国经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，再加上公路建设的高速发展，推动了我国汽车工业的快速发展．汽车消费市场也迅速膨胀，由此，汽车制造企业也迎来了发展的机遇。面对国外汽车企业抢滩中国市场的强劲势头，国内汽车企业如何根据汽车制造的特点选择适当的生产模式，提高生产效率、降低生产成本、提高产品质量，是中国汽车企业发展的关键。 

汽车制造具有生产管理难度大、环境较为恶劣、数据采集实时性差、生产管理信息化程度低等特点，欲提高生产效率、降低生产成本、提高产品质量，就必须时刻了解生产过程中每一个工位的生产情况，并进行实时数据采集，因此要对汽车生产过程进行监控。 

目前，国内汽车生产企业已经开始对生产过程进行监控，其中大多使用条码技术，但现有的条码技术只能对生产过程的起始和终止进行监控，不能对整个生产过程中的每一个工位进行监控，也不能做到数据的实时采集。RFID技术作为一项新型技术正好可以实现汽车生产过程监控和实时数据采集，弥补了现有监控技术的不足。因此，本文提出将RFID技术应用于汽车制造企业，并对其在物流监控和生产管理中的应用进行了研究。 

1 汽车物流监控现状及发展 

汽车制造具有生产管理难度大、环境较为恶劣、数据采集实时性差、生产管理信息化程度低等的特点，对汽车生产过程进行监控可以实现生产过程的实时数据采集、可视化监控和优化调度管理，从而对整个生产过程进行有效管理。所以现在的汽车生产企业开始应用先进的物流监控技术对汽车生产过程进行监控，以提高生产效率。 

目前应用于汽车物流监控的技术主要有：GPS、GSM、条码、RFID等技术，其中GPS和GSM技术主要应用于整车销售物流在途监控，而本文主要研究整车生产过程物流监控，因此，以下主要介绍条码技术和RFID技术。 

1.1 条码技术 

条形码(简称条码)技术是在计算机技术和信息技术基础上发展起来的一门集编码、印刷、数据采集于一体的新兴技术。条码作为一种图形识别技术与其他识别技术相比，有制作容易、操作简单、信息采集速度快、采集信息量大、可靠性高、自由度大、灵活、实用、成本低等特点。因此，近20年间在实际应用中得到了飞速发展。在我国，该技术已经被广泛应用于工业、商业、卫生医疗事业以及图书出版业等方面。 

1.2 RFID技术 

RFID(Radio Frequency Identification，射频识别技术)，是自动识别技术的一种，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，对目标加以识别并获取相关数据。RFID系统可以标识每个物体，能非接触远距离地同时对多个物体进行识读，存储信息量非常大，可以快速扫描，体型小型化，形状多样化，抗污染能力强，可重复使用，具有穿透性和无屏障阅读，安全性能好。RFID技术涉及计算机、无线数字通信、集成电路、电磁场等众多学科，是一个新兴的融合多种技术的领域。 

1.3 汽车物流监控未来发展趋势 

汽车制造业生产管理难度大、环境较为恶劣，要有效管理生产线上的物料(零部件)、搬运容器等，必须实时监控其移动和分布状况，在激烈的市场竞争压力下，传统的条码技术已不能满足现有生产发展的需要，企业急需新的生产管理手段。RFID技术作为一项新兴技术，其自动快速识别的特性及良好的环境适应能力，正好迎合了汽车制造企业的需求，将RFID技术应用于汽车制造已是大势所趋。因此，本文提出了将RFID技术应用于汽车制造企业物流监控，以求提高汽车制造业的生产质量、改善汽车制造业的运作绩效、降低物流成本。 

2 RFID系统需求分析和设计原则 

2.1 RFID系统设计需求分析 

汽车整车制造企业RFID系统的建设需求主要体现在以下几个方面： 

(1)生产流程管理。通过在车体及各工位设置电子标签和阅读器，实现对车体的自动识别和实时跟踪；通过控制点工位阅读器，实时采集自动控制所需的车型、颜色等信息，与现场工控设备进行通讯，以控制现场设备(如喷涂机器人、自动分道装置)进行正确操作。 

(2)质量追踪管理。在检测线各工位安装读写器，将质量检测结果写入电子标签，在下线工位读取标签中的质量信息，实现合格、返工和返修车辆的自动分流和管理。 

(3)降低生产成本。通过建立RFID系统，降低生产现场对人力的依赖，避免维护成本，减轻操作人员的劳动强度。 

(4)提供领导层决策依据。通过RFID系统的完善，能够实现生产过程的监控，能够清晰地发现存在的问题，为高层决策提供准确的信息依据。 

(5)企业战略发展需要信息支撑。管理信息系统的不断完善，有利于实现与外部的高速信息交换，为企业的战略发展提供技术支持。 

2.2 RFID系统设计原则 

鉴于国内汽车整车制造企业目前的生产运作水平和管理水平，同时考虑到企业对RFID系统设计的目标要求，系统应该按照如下的原则进行设计： 

(1)系统性原则。根据用户需求，系统总体设计构思是通过建立可靠的网络平台，实现对汽车整车生产过程的流程管理和质量追溯。 

(2)先进性原则。信息系统的功能比较完善，在同行业中处于较高的水平，能满足企业战略发展要求。 

(3)实用性原则。系统的操作方式、界面采用标准中文界面，界面友好、方便易用。 

(4)实时性原则。系统是采用进行实时的数据采集和传输，并依托计算机技术、网络通信技术实现汽车整车生产线的信息化管理。 

(5)可靠性原则。选用合适的关系型数据库，有严格的安全控制和数据备份机制，可确保数据安全可靠。 

(6)安全性原则。在应用软件的设计上，强化权限管理功能，具有多级安全机制。 

(7)总体规划、分步实施。RFID系统的建设应注意整体性、系统性、长期性、开放性和集成性，将信息系统的实施完善与企业的中长期发展战略密切结合起来，在总体发展规划的指导下，分步建设。 

3 RFID系统实现方法和关键技术 

3.1 RFID系统总体架构 

为了使RFID系统在技术上与企业级信息系统和设备层控制系统有效集成，统一采用三层架构模式。针对工业现场和办公环境的不同，采用不同的三层架构实现模式，如图1。对于面向设备层的现场数据采集、打印、监控、设备驱动控制等类的应用，从工业生产现场的实际出发，采用c++控制模式。对于面向管理信息的维护、查询、统计、报表等类的应用，要求应用灵活、管理和操作方便，采用B／S(浏览器／月艮务器)模式。

 
图1 三层服务架构

同时，RFID系统应能满足如下要求： 

(1)系统可靠稳定。RFID系统涉及到焊接、涂装等汽车生产过程，是一个连续有序的生产过程，只有系统可靠、稳定，才能保证工厂正常生产。 

(2)现场数据采集能够傻瓜化，智能匹配，操作简单。现场数据采集受到生产环境、生产节拍、员工素质等因素影响，操作应尽量简单、实现智能匹配。 

(3)现场采集程序免维护自动升级。现场采集程序采用C++三层架构模式，能够有效和现场设备接口，同时实现快速数据采集。良好的系统架构能实现客户端程序的自动升级，免去不必要的维护。 

(4)软件功能可扩展性。为了满足生产线的扩建和信息采集点的调整要求，系统必须有灵活的可扩展性。 [page]

3.2 RFID系统网络拓扑图 

实施该系统时，主要参考借鉴国际先进的计算机网络化生产作业管理方式、系统方法和处理逻辑，并结合国内汽车整车制造企业现有信息化基础和汽车制造特点加以综合运用，得到RFID系统网络拓扑结构，如图2。

 
图2 RFID系统网络拓扑图

3.3 RFID系统功能结构设计 

RFID系统主要分为两个功能模块，即现场作业模块和维护管理查询监控模块，如图3所示。

 
图3 RFID系统功能结构图

3.4 RFID系统流程设计 

本文参照国内大部分汽车整车制造企业的生产流程，设计出RFID系统基本处理流程如图4所示：生产计划部门制定详细的周计划；焊接车间根据周计划排定详细的日生产计划队列；生产线按照待开工队列的顺序在生产线的关键工位采集追踪相应的车型和质量信息；后续的涂装车间按照焊接生产队列和生产计划分别在各关键工位设置信息采集点，追踪采集汽车的焊接、涂装生产过程信息。焊接、涂装车间RFID采集的信息导入条形码追踪系统指导总装车间、检测线、收车并实现整车的入库。

 
图4 RFID系统处理流程图

4 RFID系统在A公司的应用 

管理与信息化现状，选择适当的功能进行应用。以上根据RFID系统的需求和设计原则，得出了系统的实现方法，本课题已将该系统应用于A公司，以下简要介绍RFID系统在A公司的应用情况。 

根据整车生产企业的一般性需求，综合考虑RFID应用的成本及效益，将RFID在A公司中的应用分为以下三个阶段： 

(1)软、硬件测试阶段 

本阶段主要是对RFID系统所需的软件和硬件进行测试，软件主要包括中央信息系统、数据采集系统、中央控制系统等，硬件主要包括读写器、标签、天线等。该测试只要在实验室中进行，通过重复实验了解各软件系统的可行性和稳定性以及各硬件的读取成功率、读取速度和稳定性，为下一步试运行奠定基础。 

(2)试运行阶段 

本阶段主要是RFID系统在车间内试运行，将RFID标签安装在车体上，将RFID系统引入整车生产线，通过试点应用了解RFID在汽车生产环境中表现出的各方面性能特点，并整合信息系统，分析总结运行情况及出现的问题，实现车间内部的循环使用，为下一步全面实施奠定基础。该阶段可实现的功能有：生产及质量信息采集、指导装配过程、生产自动化等。 

(3)整体投入应用阶段 

本阶段是将RFID标签安装在车体载具、物料盛具及生产设备上，扩展RFID系统应用到整车生产全部车间中，充分利用其信息采集优势，深入挖掘应用潜力，扩展应用范围，并在大量应用基础上降低单位使用成本、增加使用效能。实现的主要功能除生产线上的车体识别，还包括零部件跟踪与管理相关功能及和生产运营相关的设备管理、人员管理等。RFID应用的三个阶段并不是绝对的，他们之间也可有交叉。企业应根据自身需求及生产 

5 结束语 

按照上述方法设计的RFID整车生产物流监控系统，通过一些关键支撑技术的应用，能很好地解决生产过程信息的可靠实时采集、转递和处理问题，掌握实时物料供应和生产动态信息，并快速而柔性地调度生产，弥补了汽车整车制造全过程监控和实时数据共享的空白，为汽车整车制造带来新的契机。该系统还可推广应用到其他离散制造行业，在保持总体架构和系统功能不变的情况下，还需要结合其行业生产工艺特点，对于生产对象标志、转送方式以及调度算法等内容进行针对性的调整。(end)