袁金蘋 王輝 趙輩 李琦

摘 要：文章結(jié)合實例重點介紹試點工廠的智能總裝車間策劃、實施框架搭建、業(yè)務(wù)操作流程及具體的RFID技術(shù)應(yīng)用。文章對汽車智能化車間建設(shè)領(lǐng)域的具體策劃及實施具有很好的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：總裝車間;智能制造;RFID

中圖分類號：U468 ?文獻標(biāo)識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）04-160-03

Application of Intelligent Manufacturing Technology Based on RFIDin Automobile Industry^*

Yuan Jinping¹， Wang Hui²， Zhao Bei²， Li Qi²

（?1.School of Applied Science and Technology， Shangqiu University，?Henan Shangqiu 476000;2.Manufacturing Technology Department， Chery Automobile Henan Co.， Ltd.，?Henan Kaifeng 475000?）

Abstract：?This paper focuses on the intelligent assembly workshop planning， framework building， business operation process and application of RFID technology in the pilot plant. Because this paper involves the implementation case of the whole vehicle manufacturing workshop， it has a good reference significance for the specific planning and implementation of the field of intelligent workshop construction of automobiles.

Keywords： Assembly workshop; Intelligent manufacturing; Radio Frequency Identification

CLC NO.： U468 ?Document Code： A ?Article ID：?1671-7988（2020）04-160-03

1 背景

受益于互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，智能互聯(lián)汽車迎來良好發(fā)展契機，呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展之勢。從被動安全到主動安全、從駕駛輔助到自動駕駛，伴隨各項技術(shù)的不斷更新發(fā)展，汽車被賦予了更多的功能和權(quán)利，逐步走向智能化^[1]。汽車智能化的快速發(fā)展也對其制造過程提出了跟高的要求，智能制造應(yīng)運而生。智能制造（Intelligent Manufacturing，IM）是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統(tǒng)，它在制造過程中能進行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。毫無疑問，智能化是制造自動化的發(fā)展方向。在制造過程的各個環(huán)節(jié)幾乎都廣泛應(yīng)用人工智能技術(shù)。

為適應(yīng)智能化發(fā)展趨勢，提高生產(chǎn)、物流、管理運營效率，對工廠現(xiàn)狀進行調(diào)研并制定智能化實施方案。

當(dāng)前裝配車間使用SAP ERP系統(tǒng)完成庫房管理，通過LES系統(tǒng)完成企業(yè)供應(yīng)鏈管理，通過單獨的考勤系統(tǒng)完成人員考勤，GE的MES系統(tǒng)完成車間的生產(chǎn)管理，已經(jīng)實現(xiàn)了車間生產(chǎn)過程管控。?但是在生產(chǎn)管理過程中依然存在如下問題：（1）物流配料過程容易出現(xiàn)配料錯誤情況，缺少對生產(chǎn)過程準(zhǔn)確性及關(guān)鍵數(shù)據(jù)的有效監(jiān)管和分析，對生產(chǎn)問題后期追溯存在缺陷;（2）缺乏對質(zhì)量全景數(shù)據(jù)進行集成、分析、判斷，現(xiàn)場質(zhì)量信息無法自動采集;（3）缺少全面性設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的收集及分析，設(shè)備預(yù)防檢修無客觀性數(shù)據(jù)支撐;（4）缺少自動化的人員出勤情況分析;（5）人工開展效率/過程變更分析，無法保證及時性;（6）運營數(shù)據(jù)人工集成匯總，無法保證及時性和客觀性。為解決上述問題，需策劃定制一套完整的生產(chǎn)、運營、物流、人員、設(shè)備智能化方案。本文主要研究基于RFID的智能制造技術(shù)在汽車工業(yè)中的應(yīng)用。

2 智能化車間方案策劃及實施框架搭建

通過本次項目實施計劃達(dá)到以下目標(biāo)：（1）通過質(zhì)量過程數(shù)據(jù)的采集、分析系統(tǒng)完善過程監(jiān)控，實現(xiàn)及時預(yù)警;（2）通過建立產(chǎn)線、工藝、操作全過程監(jiān)控，?提高生產(chǎn)準(zhǔn)確性;（3）通過設(shè)備的全生命周期管理，提高設(shè)備效能。通過數(shù)字化、可視化、透明化管理，優(yōu)化生產(chǎn)過程等，大副度提高人員、設(shè)備等綜合效率。做到全過程質(zhì)量追溯，通過數(shù)字化分析提前預(yù)測設(shè)備故障及對零件進行質(zhì)量分析，提前進行質(zhì)量預(yù)警。

項目實施對象為總裝車間XX線體，包含內(nèi)飾1-1線，內(nèi)飾1-2線，底盤線，內(nèi)飾二線，CP7線體，檢測線，淋雨線、CP8終檢線及物流配料區(qū)。

項目主要內(nèi)容：智能制造系統(tǒng)（以下簡稱系統(tǒng)）由生產(chǎn)管理、質(zhì)量管理、設(shè)備管理、物流管理、人員管理及現(xiàn)場展示等多個模塊組成，見圖1。系統(tǒng)接收MES在總裝車間的滾動計劃，通過配料管理，SPS小車及AGV小車監(jiān)控及物料預(yù)警，完成物流管控;通過工位進度采集、試裝管理、滯留車管理、工藝管理與MES集合實現(xiàn)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程追溯;通過實時監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)、計算設(shè)備綜合運行效率、大數(shù)據(jù)分析等實現(xiàn)設(shè)備的預(yù)防性維保;通過質(zhì)量數(shù)據(jù)采集（PLC直接采集和數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入兩種方式）分析，實現(xiàn)關(guān)鍵質(zhì)量指標(biāo)統(tǒng)計分析、過程質(zhì)量追溯及質(zhì)量風(fēng)險預(yù)警等;通過與考勤系統(tǒng)結(jié)合，實現(xiàn)人員屬性識別，監(jiān)控關(guān)鍵崗位作業(yè)人員的異常變動與效率指標(biāo)標(biāo)的統(tǒng)計分析。

項目架構(gòu)：系統(tǒng)總體體系架構(gòu)分為三層展示平臺層，現(xiàn)場采集展示平臺層和生產(chǎn)線設(shè)備層，每層都有其獨特的作用^[2]，見圖2?，F(xiàn)場應(yīng)用平臺主要用于現(xiàn)場數(shù)據(jù)展示和反饋，包括現(xiàn)場分控平臺和RFID應(yīng)用，現(xiàn)場分控平臺主要用于現(xiàn)場裝配測試線設(shè)備運行狀態(tài)，生產(chǎn)進度信息，質(zhì)量數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)收集和分析。展示平臺主要用于辦公環(huán)境中現(xiàn)場信息的反饋，包括異地監(jiān)控、總控大屏、PC端、手持端展示。

3 以RFID技術(shù)為基礎(chǔ)的智能化業(yè)務(wù)實施流程

射頻識別（RFID）技術(shù)在生產(chǎn)企業(yè)的制造執(zhí)行系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用^[3]。此次項目實施主要通過RFID技術(shù)獲取生產(chǎn)過程的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，基于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)內(nèi)傳遞，保證生產(chǎn)、質(zhì)量、物流、工藝、人員五大模塊的數(shù)據(jù)互通和智能化功能實現(xiàn)。以下主要介紹各個模塊的智能化功能及業(yè)務(wù)實現(xiàn)過程。

3.1 生產(chǎn)模塊

主要針對總裝車間的生產(chǎn)過程管理。包括工位進度采集、產(chǎn)線分析、工藝數(shù)據(jù)查看、滯留車管理及變更管理等幾部分內(nèi)容。

3.1.1?工位進度采集

工位進度采集是對車輛從10點至20點的裝配過程及20點至30點檢測過程的監(jiān)控，使生產(chǎn)進度的采集細(xì)化到工位層面，為車輛工位查詢、滯留車管理提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。工位進度采集是在工段開始和結(jié)束位置增加RFID讀寫器，在車輛具備可隨時讀取的電子標(biāo)簽的條件下，當(dāng)車輛從工位通過時讀寫器獲取該車輛的生產(chǎn)進度信息。

3.1.2 產(chǎn)線分析

主要對產(chǎn)線的產(chǎn)量和節(jié)拍進行分析。從生產(chǎn)線日志、產(chǎn)品生產(chǎn)明細(xì)、生產(chǎn)效率三個方面進行分析。能夠清晰的監(jiān)控每日產(chǎn)品生產(chǎn)時間的分布情況，根據(jù)產(chǎn)品每天的產(chǎn)量生成產(chǎn)品產(chǎn)量趨勢圖，分析每天的產(chǎn)量趨勢。

根據(jù)每天產(chǎn)品的產(chǎn)量、人員出勤情況和工作時間分析產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。在系統(tǒng)中設(shè)定不同效率指標(biāo)的計算公式，將效率分析數(shù)據(jù)形成圖表，指導(dǎo)效率分析。

3.1.3 工藝數(shù)據(jù)查看

通過建立準(zhǔn)確的作業(yè)文件智能化展示系統(tǒng)，使生產(chǎn)現(xiàn)場能夠快速、準(zhǔn)確的對各項作業(yè)文件進行搜索查看，從而提高生產(chǎn)效率，同時也能規(guī)范生產(chǎn)裝配項目各階段的流程和任務(wù)要求。具體業(yè)務(wù)涵蓋作業(yè)文件的上傳、作業(yè)文件查詢及刪除等。

3.1.4 滯留車管理

滯留車管理是基于工位進度采集的應(yīng)用，當(dāng)產(chǎn)品在裝配線上出現(xiàn)滯留時，系統(tǒng)按照約定的時間周期進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計。系統(tǒng)按照產(chǎn)品裝配完成后未在規(guī)定時間內(nèi)進入檢測線，檢測后未在規(guī)定時間內(nèi)進入淋雨線，淋雨后未在規(guī)定時間內(nèi)交付，系統(tǒng)實時預(yù)警提示。具體判斷滯留車的時間周期按照企業(yè)具體業(yè)務(wù)需求適應(yīng)性調(diào)整。

3.2 質(zhì)量模塊

本次項目中質(zhì)量數(shù)據(jù)主要包括兩部分內(nèi)容，一是根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備情況自動獲取產(chǎn)品的質(zhì)量信息;二是通過手工錄入質(zhì)量信息，系統(tǒng)根據(jù)錄入的質(zhì)量信息形成質(zhì)量報表。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對獲取的數(shù)據(jù)按車型、VIN、責(zé)任單位、缺陷類別、時間等方式從各個方向進行自動分析并形成報表，計算出產(chǎn)品符合率，實現(xiàn)車輛信息、質(zhì)量信息等多個信息源的追溯，通過與目標(biāo)值的對比實現(xiàn)超差報警。

3.3 設(shè)備管理模塊

主要包含建立設(shè)備臺賬、參數(shù)管理、維修管理、保養(yǎng)管理、設(shè)備運行狀態(tài)管理、能源管理、設(shè)備能力分析。系統(tǒng)實時監(jiān)控設(shè)備的故障狀態(tài)（如工作電壓、電流、時間等），根據(jù)系統(tǒng)自動采集的故障對設(shè)備進行有效及時的維護，從而提高設(shè)備的使用率。

3.4 物流模塊

主要實現(xiàn)裝配線物流配料的過程管控，保證裝配線物流配料的準(zhǔn)確性，主要通過物流配料管理、SPS配料信息匹配和物流大屏展示三個模塊完成。物流配料管理主要管理物流配料過程，提示操作人員裝配物料內(nèi)容，防止漏裝或錯裝。SPS配料信息匹配主要是SPS小車位置與在線車輛的信息匹配狀態(tài)。物流大屏展示主要用來實時展現(xiàn)物流區(qū)域的配料信息及產(chǎn)線異常情況預(yù)警。

3.5 人員管理模塊

主要針對關(guān)鍵崗位人員到崗情況分析和報警。人員異常情況報警需要首先定義關(guān)鍵崗位人員（通過人員屬性更改并與考勤系統(tǒng)結(jié)合），獲取人員到崗計劃，根據(jù)上述信息獲得人員到崗列表，并與具體考勤記錄比對生成人員到崗報警。根據(jù)人員異常情況統(tǒng)計人員到崗率報表，形成到崗率圖表分析人員到崗情況。

4 應(yīng)用效果分析

從物流、生產(chǎn)、質(zhì)量、人員及設(shè)備五個方面完成試點車間的智能化改造后，線體生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量都有了明顯提升。

4.1 物流方面

車間生產(chǎn)的物流訂單執(zhí)行率提高至100%，配料區(qū)出錯率由原來的3%降低至1%。

4.2 人員方面

關(guān)鍵崗位數(shù)字化質(zhì)量監(jiān)控覆蓋率提升至100%，每日8點10分系統(tǒng)自動推送關(guān)鍵崗位人員出勤詳單，以供工藝及質(zhì)保人員第一時間了解關(guān)鍵工序的工藝參數(shù)執(zhí)行情況。

4.3 設(shè)備方面

為所有設(shè)備建立維修保養(yǎng)檔案，按照保養(yǎng)計劃自動推送例行保養(yǎng)內(nèi)容的同時記錄設(shè)備生命周期內(nèi)的維修記錄、備件狀態(tài)等內(nèi)容，管理人員可以預(yù)測和評估設(shè)備當(dāng)前及未來一定時期內(nèi)的生產(chǎn)能力，進而指導(dǎo)車間未來的生產(chǎn)計劃排布。

4.4 生產(chǎn)方面

車輛配備RFID標(biāo)簽及讀寫裝置后，可在后臺PC端、智能監(jiān)控大廳展示端及手機APP端實時查看目前的生產(chǎn)計劃完成情況，系統(tǒng)自動生成日杜、月度及年度生產(chǎn)報表，同時可實現(xiàn)具體車輛的當(dāng)前位置定位。

4.5 工藝質(zhì)量方面

實時獲取車型產(chǎn)量及人員出勤信息的同時，可實現(xiàn)生產(chǎn)效率的自動計算機分析，比如線體HPV、單車型HPV等，此外，該系統(tǒng)具備工藝文件實時上傳及查詢功能，支持工藝作業(yè)文件的在線檢索及查看，大大提高了生產(chǎn)現(xiàn)場的問題處理效率。

5 結(jié)語

互聯(lián)時代對工業(yè)制造提出了更高的要求，依托信息物理系統(tǒng)（CPS）和信息通信技術(shù)的結(jié)合，工廠將引入大數(shù)據(jù)技術(shù)進行分析優(yōu)化管理，在計算機虛擬環(huán)境中，對整個生產(chǎn)過程進行仿真、評估和優(yōu)化，最終將實現(xiàn)自動化、智能化、互聯(lián)化的生產(chǎn)制造。在這場新的變革中，汽車制造商、零部件供應(yīng)商、軟件提供商等站在各自需求角度對智能工廠都有著各自的解讀，也因而帶來了不同層面的實踐，以及不同形態(tài)的智能制造解決方案。

正確的將智能制造系統(tǒng)應(yīng)用到工廠中，必須要根據(jù)工廠實際情況，精準(zhǔn)選擇核心功能模塊，重點實施以求效果最大化。以本文為例，方案實施前經(jīng)過了長時間的數(shù)據(jù)分析及效果評估，最終從1300多個數(shù)據(jù)采集需求中選擇了對企業(yè)較為有利的500多項內(nèi)容，整合后分人、機、料、法、環(huán)五個方面對整個車間進行數(shù)字化監(jiān)控，并取得了較好的實踐效果。

要將企業(yè)管理思想融入到智能制造系統(tǒng)中，使生產(chǎn)流程和智能制造系統(tǒng)相互融合，正確的實施可以大幅度的改善成本控制、管理作業(yè)進度，將企業(yè)制造的過程流程化、標(biāo)準(zhǔn)化。企業(yè)管理層也可更直接的獲取制造現(xiàn)場數(shù)據(jù)，為管理層的正確決策提供有效的支持。

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