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发表于 2015-7-21 10:10:13 | 显示全部楼层 |阅读模式

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汽车总装工位无线呼叫系统浅析

汽车总装工位无线呼叫系统浅析

        图1  单工位呼叫系统结构

        本文通过无线呼叫系统在总装生产线的应用,介绍了无线呼叫系统的结构以及原理,并对总装工位的装配作业管理、物料管理、装配质量管理、设备运行管理及可视化管理进行了阐述。
        汽车制造业是典型的多工种、多工艺及多物料的大规模生产型行业。汽车总装作为整车生产的最后环节,具有零部件众多、总装工序复杂的特点。汽车总装在保证汽车质量和生产任务方面具有关键的作用,在整车总装生产线流水化的作业中,任何装配的中断都意味着时间的浪费,同时增加了单车的制造成本。因此在汽车总装生产线上,特别是在采用了JIT(Just In Time)准时制生产方式的流水线上,原材料与汽车零部件必须准时送至装配工位,仓储库存与物料供给也必须满足生产线装配节拍的要求。
        总装工位以汽车零部件的装配为主要对象,涉及大量的生产物料(包括厂内自制件和外协件),在汽车的装配过程中不可避免会出现装配缺陷。装配缺陷有些来自零部件本身,有些是在本工序装配中产生的,还有些是上道工序装配中产生的。为了提高汽车的装配质量,降低总装的汽车返修率,必须对汽车生产线的生产进行实时监控、实时记录,并对总装缺陷及时采取补救措施。面对生产线的多工位、多物料及多人员的现状,生产线上各工位装配的实时监控水平以及补救措施的实施速度影响着整个生产线的生产效率。由此可见,对于汽车总装生产线应用高效、准确且直观的生产纠错系统是提升生产效率的必要条件。
        系统优势及设计目标
        总装工位无线呼叫系统在汽车生产线上的应用,有着其他技术无法比拟的优势。系统采用无线通信技术,可以非接触式自动获取数据并且可承受恶劣的工作环境;系统配置灵活、响应速度快并且对系统通信的要求低,使生产厂能准确采集相关数据并进行在线分析和处理,实现汽车生产线的自动实时追踪和有效监控,为提高生产效率提供保障。
        设计目标包括以下几点:采用RFID无线射频技术进行通信,实现快速反应,即时呼叫,即时响应;以无线连接为主,系统方便拆卸,并可重复使用,降低系统使用成本;呼叫信息同步传送给生产线各工段负责人以及生产管理人员等,提高生产线异常反应处理速度,各总装工位可以自由定义呼叫内容;RFID电子标签数据的内容可读、可写,便于写入新内容,实现对资源的重复利用。
        系统设计思路
        总装工位无线呼叫系统涉及无线通信技术、嵌入式技术、移动计算技术、计算机接口软件、中间件软件、应用管理软件、数据库及数字通信等方面。因此,总装无线呼叫系统除了考虑其功能外,在稳定性、可靠性、抗干扰能力、容错能力及异常保护等方面也必须充分考虑。系统利用现有成熟的TCP/IP、GPRS及工业485/232通信网络作为主传输平台,相应的无线识别器基站、RFID识别标签等设备与系统挂接,通过系统生产实时监控软件与主系统以标准的专用数据库进行后台数据交换从而实现汽车生产线的总装呼叫自动实时追踪和有效监控,提高生产效率。
        系统总体设计主要体现在:
        1.系统硬件基于工业级标准,可靠性高,耐用性强;系统软件界面友好,操作简便;系统软件提供二次开发接口,可以对接ERP/MES/SCM等其他生产管理软件系统。
        2.系统重点解决汽车总装工位的故障信息上报、呼叫求助及应急处理等问题。提高生产系统对生产过程实时监控的能力,同时提高生产效率。
        3.利用无线通信技术,实现工业环境下数据的自动采集、网络传输和报警提醒功能;生产数据即时自动生成图表,有机地将日常工作与IT系统紧密结合在一起,实现由后台系统对总装生产线进行有效的实时监控和记录,使生产管理人员在生产线区域外可以及时了解到总装生产状况及异常处理情况。
        4.整套系统具有安全性、可靠性、保密性、可扩容性、易维护性和易操作性等特点。管理系统充分体现“人性化、信息化和高度自动化”。使用BS结构,可以轻松实现更广阔地域的联网监控。
       

汽车总装工位无线呼叫系统浅析

汽车总装工位无线呼叫系统浅析

        图2  多工位呼叫系统架构

        系统设计特点及功能
        1.系统的主要特点
        (1)高度无线自动化 系统采用无线布局原则,经济性强,操作便捷。总装工位装配人员只需按动相应按钮,对应的指令即自动发送,数据经无线系统传送至控制单元并即时处理数据,控制单元发送相关定义指令执行相应操作。系统和管理人员的通信方式,采用无线传输、短信发送的形式,管理人员在无线信号覆盖范围内,均可通过接收短信,及时了解到当前生产线的工作状态。
        (2)成熟可靠的网络通信系统 安装在布控区域的无线通信终端设备,实时将采集到的信息通过无线通信网络传送到中心集控系统,整个过程无需人为干预。
        (3)完备的数据统计与信息查询软件 系统软件具备专用数据库管理系统,显示并打印各种统计报表资料,为生产管理人员的查询与管理提供全方位的服务。
        (4)系统的安全、稳定及可靠性设计 系统产品完全采用全天候连续可靠工作设计。
        (5)完善的异常情况(无效卡/标签、失效卡/标签、黑名单卡/标签)报警系统配置。
        (6)整套系统拆卸方便,并可以重复使用,生产监控完全可视化。
        (7)系统可实现与其他生产管理系统如ERP/MES/SCM的对接。
        2.系统实现的功能
        (1)工位作业管理 工位装配掉线求助呼叫、装配错误呼叫。
        (2)设备运行管理 通过维修站LED看板显示设备故障呼叫。
        (3)信息可视管理 通过LED看板显示呼叫信息、故障信息和停线信息。
        (4)物料管理 通过物料站LED看板显示物料呼叫信息。
        (5)质量管理 工位质检信息呼叫。
        (6)急停管理 紧急情况,对大链进行立即断电急停。
        系统的工作原理及结构
        1.系统工作原理
        总装工位呼叫系统基于RFID技术、计算机技术和互联网技术的应用。RFID技术是一种无接触自动识别技术,其基本原理是利用射频信号及其空间耦合、传输特性,实现对静止或移动中的物料的机器自动识别。RFID作为目前最先进的标识码,具备了不易破损、数据可靠、可重复读写、使用周期长和有效通信距离长等特点。
        无线呼叫系统一般由两个部分组成,即RFID和阅读器。RFID是一种具有微波通信功能和信息处理、存储功能的移动装置。RFID内置一个小型的实时任务系统,完成RFID内部的存储器、I/O、电源、通信协议、密钥、算法和命令协议处理等功能。应用中,RFID附着在待识别的物品上,当附着RFID的待识别物品通过其读出范围时,阅读器自动以无接触的方式将RFID中的约定识别信息取出或将特定的信息写入,从而实现自动识别物品或自动收集物品标识信息的功能。
        由于RFID不要求在标签和阅读器之间有光线通路,避免了其他自动识别呼叫系统(如条形码)的缺点。RFID的读写是完全自动、全透明的,不需要手工扫描被追踪对象,也不像其他接触式标签技术那样,需要激活磁条阅读器、IC卡阅读器等。
        短程通信技术采用的无线通信协议,其核心是利用小功率微波天线覆盖而构成的小区分割,并采用基于HDLC协议的时分多址和同步通信机制,通过设计相应的处理与控制软件来实现RWU-RFID之间的双向数据传输和信息交换。
        RFID与短程通信设备组成的系统主要包含智能RFID及读写设备(Read-Write Units,简称RWU)两部分,读写设备RWU和RFID之间的无线通信实现信息管理系统与RFID之间的信息交流。读写设备RWU是RFID的读写控制器,由微处理器、安全模块和微波通信控制器和RS232/485通信接口等组成,以短程通信协议和微波无线传递手段,实现RWU与RFID之间安全可靠的信息交换目的,RWU通过RS232/485/无线/GPRS与上位机连接,或通过无线数据传输设备与上位机连接,从上位机接收控制命令和数据,并返回数据。
        整个无线呼叫系统除电源线外,系统设备之间的通信实现完全无线。识别呼叫系统的无线终端主要由通信终端、报警灯、报警发声器、电源、按钮(或者拉绳)和外壳等组成。
        当按下物料呼叫按钮时,给无线终端一个高电平信号;终端收到高电平信号,一路信号启动工位上的声光报警器,另一路信号通过移动GPRS网络把该信号直接发到系统平台;系统平台会记录哪个车间、工位和按钮发出的信号,如01(车间号)001(工位号)1(按钮号),表现在后台为010011,表示一车间的第一个工位的第一个按钮物料。后台系统把该消息发送到物料中心,物料中心会适时地在看板上显示此信息;也可以通过移动短信网关,发送信息到相关人员的手机上。
        设备(工具)故障和装配质量问题的信息采集、传输也以同样的流程实现监控。
        2.系统结构
        总装工位无线呼叫系统主要由总装工位选择按钮、RFID有源电子标签、RFID无线识别读写器、PLC、控制器、声光报警、无线传输终端设备、数据库及后台控制系统、16路/32路控制器及LED显示屏组成。单工位呼叫系统结构和多工位呼叫系统架构如图1和图2所示。
        LED信息内容发布系统,主要由LED显示屏、LED控制卡、WMMP无线终端及发布管理软件4个部分组成。
        其中LED控制卡主要是驱动LED屏、存储并发布内容;无线传输终端负责建立无线传输通道。
        系统的实际应用
        1.呼叫系统的管理维护
        管理系统采用Web形式,任何时间、任何地点都可以通过Internet对总装无线呼叫系统进行管理、维护及使用,主要体现在以下6个方面:系统用户管理、权限认证管理、生产数据管理、LED无线发布系统、报警管理和资源管理。
        2.呼叫系统的生产应用
        总装工位无线呼叫系统通过RFID读写器设备进行工位信息的自动采集,主要为各总装工位呼叫所包含的生产线设备、总装工艺、物料和生产质量等方面的无线射频信号。电子标签RFID以一定的空中传输速率(1Mbps、250Kbps和2Mbps等)向RFID读写器无线传输数据,RFID读写器对接收的信号进行解调和解码然后送到读写器后台主系统进行相关处理。主系统根据逻辑运算判断该标签的合法性,针对不同的设定做出相应的处理和控制,发出指令信号并控制执行机构动作。
        (1)急停呼叫处理由RFID读写器向传送链端嵌置的另一台读写器设备无线传输指令数据;传送链端读写器经过接收、解调、解码及计算后将指令发送给传送链端预置的PLC;控制传送链断电,实现即时急停动作。同时RFID读写器设备将数据信息经无线数据传输模块同步远程无线传送至后台管理系统,LED显示屏发布停线信息。
        (2)触发生产物料、生产质量、生产线设备和总装工艺四种工位选择按钮后,由RFID读写器发出指令,通过16/32路控制器控制分布在对应工位的声光报警系统,进行声光报警;同时数据经由无线数据传输设备同步远程无线传送至后台管理系统;管理系统发出指令通过控制对应的物料、维修和车间通道LED显示屏显示总装工位呼叫内容,并提醒相关责任人执行对应操作,实现总装生产监控的及时性、准确性。
        (3)总装每个工位都设有呼叫选择按钮,当出现问题时,呼叫系统可控制声光报警、LED显示屏显示工位状态,及时反馈至生产管理人员;同时此次呼叫信息由后台管理系统进行记录、分析,生产数据即时自动生成图表文件。
        (4)采用总装工位呼叫系统上位监控软件,管理人员可检测呼叫信息以及生成综合信息报告。根据这些信息,工程技术人员和生产管理人员能够识别总装工艺需要改进的区域或者总装工位员工需要进行进一步培训的需求。通过高精度、柔性化和准时化的生产,在保证总装质量的前提下,最大限度地提高生产线的生产效率。
        结语
        “高质量、高效率和低成本”是制造业永恒的主题,总装工位无线呼叫系统以RFID技术为核心,实现了汽车总装生产线在工位作业、物料、质量、信息及设备运行方面的“高效率、高准确率、及时性和可视化”的管理模式,可极大地提高汽车生产的管理监控水平。
        随着RFID无线技术的不断发展和应用系统的推广普及,总装无线呼叫系统将极有可能成为汽车信息化制造与汽车信息化管理的主流,从而促进整个汽车制造业的发展。
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