1.引言

　　隨著我國汽車行業的快速發展，汽車市場需求日益多樣化。企業資源管理系統雖然滿足了對汽車制造過程相關資源的有效管理，但是只能達到物品批次管理而無法實現單品精細化管理。因此，如何實時掌握在制品的車型、數量、進度、轉移、質量狀態等信息，實現車間物品層的精細管理和協調控制是關鍵之一。通過將無線射頻識別(RFID，Radio Frequency Identification)技術引入車間層管理系統中的制造執行系統(MES，Manufacturing Execution System)，跟蹤和監控單個車體的流動，可有效幫助管理者實時監控產品狀態，實現車間層可視化和數字化管理。

　　目前，國內外已有部分學者進行制造執行系統的相關研究。Jean Marcelo Simao等[1]針對基于規則導向和產品驅動的MES系統，提出了理論解決模型以滿足客戶定制化需求。吳剛等[2]通過應用XML和BizTalkserver技術的中間件集成方法，實現MES與ERP系統的集成。臧傳真和范玉順[3]通過分析RFID等智能物件技術在制造企業的應用場景，構建了基于智能物件的制造企業信息系統。Fagui Liu和Zhaowei Miao[4]在分析陶瓷浴缸生產過程的基礎上，提出了基于RFID的生產過程動態監控系統，并通過中間件實現與ERP數據庫的集成。汽車制造業作為離散制造業中的典型代表，同其他制造業相比有其獨特的工藝特點和特殊的生產環境，而針對將RFID技術應用于汽車制造執行系統的研究鮮見報道。

　　基于上述分析，本文通過分析汽車制造過程管理特點和RFID技術優勢，提出基于RFID的汽車制造執行系統(R-AMES，Automobile Manufacturing Execution System based on RFID)。

　　2.汽車生產管理現狀

　　汽車制造業的最終產品都是由成千上萬個零部件所組成，因此針對整車生產和裝配過程的監控是管理的重點。總體上來說汽車生產具有如下幾個主要特點：

　　第一，MTO(Made to Order)生產模式，需滿足客戶個性化定制要求，實現混線生產。雖然這種生產模式降低了庫存，但要求汽車廠商加強生產控制系統，監控整個生產過程以確保每輛車按時準確的完成生產裝配;第二，汽車生產工藝規程復雜，工藝路線長，主要包括焊裝、涂裝和總裝三大工藝，要求各車間和相關部門協同完成生產任務; 第三，整車裝配零部件種類繁多，且必須按照一定的裝配次序，如焊裝車間沖壓件的焊裝和總裝車間部件的裝配;第四，生產過程干擾因素多，加工過程不穩定，如焊裝車間的電磁干擾、涂裝車間高溫和酸堿環境等;最后，生產過程采集數據量大且分布于各個生產環節，要求實時采集、處理現場數據，便于管理者及時發現潛在的生產問題并及時采取措施。

　　目前，部分汽車企業通過ERP系統管理企業資源，現場自動化系統來管理車間現場，這種管理方式主要存在兩方面的問題：一是導致ERP和現場自動化系統之間存在信息斷層。如：企業ERP系統無法實時與現場自動化系統進行信息通訊，實時更新生產信息，導致高層管理人員無法實時了解生產線狀況和特殊定單完成情況等;二是傳統的ERP系統管理模式無法實現精細化管理。由于企業沒有引入有效的產品跟蹤標識技術和構建相應的車間層制造執行系統，導致企業管理者只能按批次對產品進行管理，不能有效滿足客戶的大量個性化需求。因此，需要在ERP系統和現場自動化系統之間構建一個橋梁以解決這兩方面的問題。本文結合汽車制造過程管理的需求，構建了一個基于RFID的汽車制造執行系統。該系統通過引入RFID技術，實現了汽車整車生產實時監控和精細化管理。

　　3.基于RFID的汽車制造執行系統

　　3.1 RFID 技術

　　RFID系統一般由標簽(Tag)、閱讀器(Reader)天線(Antenna)組成，同傳統的條形碼數據采集技術相比，RFID技術有著多方面的優勢，具體內容如表1所示[5][6]：

　　表 1 RFID 與條碼的特性比較

　　3.2 RFID 應用方案

　　如今，RFID技術已在物流等領域有一定應用，但是在制造業生產管理中的應用卻鮮見報道，此外相關部門也尚未制定出統一的應用標準。因此，本文提出的應用方案主要適用于汽車整車生產車間范圍內應用，通過安裝于車體或運輸載體上的電子標簽實現對車體的跟蹤和監控。RFID系統作為數據采集層，主要采集的數據包括三類：生產數據、質量數據和裝配數據.

　　上下線工位：根據車間的不同需求，在車間起始工位安裝電子標簽，將其固定在車體適當位置或牽引小車車架上，通過閱讀器將車輛VIN碼，車型編碼，顏色編碼，批次號等信息寫入電子標簽。由于VIN碼是按照國家標準統一制定的，具有唯一性，因此可作為車體跟蹤的關鍵標識信息。整車下線后可回收電子標簽實現循環使用，同時掃描標簽信息打印相應的條形碼貼于車身，作為整車出廠后的身份標識。

　　關鍵監控工位：在汽車生產過程監控的關鍵工位上，通過設置的閱讀器和天線自動獲取電子標簽內存儲的車體信息，一方面通過現場控制器傳入后臺監控系統，作為生產實時監控的基礎信息;另一方面通過現場控制器與現場PLC控制器、機器人等設備進行數據傳輸，控制其執行相應的生產指令，或通過電子看板指導現場工人完成正確的操作。此外，在關鍵質量檢驗工位，工人通過手持閱讀器掃描標簽，并錄入質量檢測數據到后臺系統中，實現單個車體的質量管理和監控。

　　關重件工位：為滿足汽車質量召回的要求，整車企業需要對關重件進行跟蹤管理。因此，在總裝車間關鍵裝配工位，如發動機等，當車體到達裝配工位時通過工位閱讀器讀取車體編碼，然后工人通過手持條碼槍掃描發動機條形碼，將發動機等關重件的數據與裝配車輛VIN碼傳送到后臺系統中進行關聯儲存，為車輛召回時進行質量追溯提供基礎信息。

　　3.3 系統總體結構

　　一、系統體系結構

　　系統采用分層結構，系統整個體系結構如圖1所示。從圖上可看出，該系統主要包括標簽部署層、物理層、中間件層、功能應用層和系統接口層。

　　標簽部署層主要根據汽車生產車間的不同應用需求將標簽安裝于車體或設備的相應區域，具體安裝位置需要通過大量的測試工作后方可進行確認。

　　物理層主要根據系統的應用需要將RFID閱讀器及其他硬件設備進行部署和管理，實現現場數據采集、打印、監控和設備驅動控制等。從工業現場的實際出發，選擇采用C/S模式。RFID中間件層主要實現現場數據采集設備與控制器和R-AMES系統的集成。功能應用層主要面向管理信息的維護、查詢、統計、報表等應用，要求應用靈活、管理和操作方便，選擇采用B/S模式。系統接口層主要實現R-AMES系統與企業信息管理系統如ERP之間的集成。　　基于RFID汽車制造執行系統業務主要包括兩大部分：核心業務和輔助業務。其中主要的功能包括：

　?、偕a計劃維護與管理：從ERP系統下載生產計劃，按照工藝制定并直接下達工序生產計劃到車間，并提供對生產計劃隊列的修改和查詢統計。

　　②車間實時追蹤與管理：在車間的關鍵或重要工位設置采集點，采集相關信息，追蹤產品的生產流動過程。

　?、凵a過程質量管理：在生產過程中的關鍵工位和有質量檢測要求的地點設置信息采集點，追蹤產品生產過程的質量狀況，同時進行科學的統計分析和處理。

　　④生產實時監控與查詢：針對采集的信息進行可視化處理，通過生產線圖形化的監控界面監控各條生產線實時運行狀況和生產訂單的完成情況。

　　二、系統整體構成

　　基于RFID的汽車制造執行系統構成如圖2所示。通過在生產線相應工位安裝的固定閱讀器或手持閱讀器實時采集生產線車體信息，并通過現場控制器實現與機器人等現場設備的實時通訊?，F場采集的數據通過車間現場總線傳輸到車間服務器進行數據處理和分析，最終通過中心服務器將各個車間的數據匯總到企業ERP系統。

　　4.實證研究

　　在國家863計劃支持下，RFID技術已成功的應用于國內某汽車企業涂裝生產線。圖4為該企業安裝了R-AMES系統的涂裝車間布局圖，現場設置了7處讀寫站。

　　如圖3所示，車體由白車身貯存線(WBS)進入涂裝線，白車身被轉掛到空滑橇上，當檢測開關發出滑橇到位信號時，Reader 1開始自動讀取滑橇標簽所存儲的數據，即讀出滑橇號和噴涂次數等，同時顯示在屏幕上;再進行寫操作，清除上一循環的VIN碼、車型、顏色信息，通過R-AMES系統寫入新的VIN碼、車型、顏色等信息，同時系統自動記錄當前時間作為該車身的上線時間，其它Reader均能實現時間的記錄，這樣就可對每輛車所處工藝段進行準確跟蹤。

　　白車身經過前處理、電泳和電泳烘干后進入電泳打磨線，當檢測開關發出滑橇到位信號時,設置的Reader2讀出標簽內的VIN碼并自動記錄當前到達時間;然后錄入車身電泳質量信息到R-AMES系統。

　　車身密封完成后進入面漆線進行噴漆，Reader3設置在自動擦凈機和自動噴涂機器人前，讀出滑橇號、VIN碼、車身顏色、車型等信息，確認噴涂顏色后給自動擦凈機、自動噴涂機器人發出正確的車型及噴涂顏色信息，滑橇噴涂次數自動加1。

　　車身經過面漆和烘干后進入檢測線，Reader4設置在噴涂質量檢查工位，現場檢測工人將檢查結果(合格、返修、返工)寫入標簽，同時錄入質量信息到監控系統中。車身從檢測線出站后到達分流點，此處設置的Reader5自動讀取當前標簽內的檢查結果信息，合格則進入下一工位，否則進入返修線;設置在返修線下線處的Reader6自動識別返工車，控制其返回面漆線重新噴涂。

　　檢測合格的車身到達車間下線工位后，通過Reader7讀取標簽內的VIN碼，打印條形碼作為總裝車間車體識別系統的標識數據;同時讀出滑橇噴涂次數，以決定是否對滑橇進行清洗;最后車體轉掛到PBS吊具上進入噴涂完工車身貯存線(PBS)。RFID技術的引入使得企業的管理更加精細化、透明化，管理者更加清晰的了解生產線的實時狀態，提高了管理和生產自動化的水平。系統實施后，生產率提高了15%，每年節約生產成本約160萬元。在實現了企業內部管理精細化后，逐步將RFID技術應用擴展到整個汽車供應鏈，實現整個供應鏈的可視化管理和質量追溯是企業進一步提高綜合實力的發展方向。

　　5.結束語

　　本文提出了基于RFID的汽車制造執行系統，并通過中間件實現了該系統與企業ERP系統、現場設備的集成，很好解決了汽車企業資源計劃層與生產線現場控制層的信息斷層問題，并結合RFID技術，實現單個物品的跟蹤管理。該制造執行系統的研究成果和實施經驗表明該系統能明顯提高生產效率和質量，在汽車制造業具有普遍推廣和應用的價值。RFID技術在汽車制造業的成功應用，為全面提升我國汽車制造業的生產信息化水平提供了充分的技術支持。