申请学位级别：硕士专业：管理科学与工程

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合肥工业大学硕士学位论文

基于RFID的汽车生产过程控制管理系统体系结构的研究姓名：曹镭

申请学位级别：硕士专业：管理科学与工程

指导教师：梁昌勇

20090401

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基于ＲＦＩＤ的汽车生产过程控制管理系统体系结构的研究

摘要

当前我国的汽车业生产线上的普遍做法是依靠人工按纸质清单进行

信息记录和使用条形码技术采集汽车生产过程信息来实现汽车制造业生

产过程的监控和跟踪。这种操作方式存在信息采集不够及时、准确性较差，

人工干预性强等缺点。利用ＲＦＩＤ作为汽车生产过程控制系统的数据采集技术，通过ＲＦＩＤ阅读器将实时采集到的ＲＦＩＤ数据经过数据处理及时地传送到汽车生产过程控制管理系统中进行业务处理，能够解决我国汽车生产过程中信息采集不够及时、准确性较差等问题。ＲＦＩＤ数据的海量性和关联性等特性需要设计出高效的应用系统体系结构，在实现ＲＦＩＤ数据的检测和主动发布的同时，保持系统结构的良好扩展性和开放性，充分发挥出ＲＦＩＤ技术的优势。

本文首先分析了目前ＲＦＩＤ技术的数据处理和应用现状，然后在对我国汽车生产过程控制的业务现状进行分析的基础之上，提出了基于ＲＦＩＤ的汽车生产过程控制管理系统的体系结构设计方案。本体系结构包含了ＲＦＩＤ数据处理和发布模块、基于Ｓｐｒｉｎｇ架构的汽车生产控制业务服务系统和开放式的远程调用接口三个部分，设计思路是由ＲＦＩＤ数据处理和发布模块将ＲＦＩＤ原始数据进行处理，再发布到基于Ｓｐｒｉｎｇ架构的业务服务系统与数据库信息进行业务整合，并在业务服务系统的上层添加远程调用接口，以供其他业务系统调用。即保证了基于ＲＦＩＤ的汽车生产过程控制管理系统的独立性，又能够与汽车制造业已有的ＭＥＳ、ＥＲＰ系统无缝整合。

研究基于ＲＦＩＤ的汽车生产过程控制管理系统的体系结构，大幅度提高汽车生产过程中的信息采集的数据可靠性和及时性，为后续的基于ＲＦＩＤ技术的汽车生产过程控制和质量跟踪等系统的开发建立良好的理论和技术基础。

关键词：

无线射频识别；汽车生产过程；体系结构；Ｓｐｒｉｎｇ架构

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Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｏｆｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｃｏｎｔｒｏｌ

Ｓｙｓｔｅｍ

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ｐｒｏｃｅｓｓｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｒｅａｄｅｒｗｉｌｌｂｅｃｏｌｌｅｃｔｅｄｉｎｒｅａｌ—ｔｉｍｅＲＦＩＤｄａｔａｏｆｈｉｇｈｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｉｎ ^ａ

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Ｔｈｅｐａｐｅｒｆｉｒｓｔａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅ ^{ｃｕｒｒｅｎｔ} ＲＦＩＤｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｔａｔｕｓ，ａｎｄｔｈｅｎｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆＣｈｉｎａ’Ｓａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ

ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｏｆａｓｉｔｕａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｂｕｓｉｎｅｓｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄＲＦＩＤ—ｂａｓｅｄｖｅｈｉｃｌｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ ^ｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎ．ＴｈｅｐｒｏｇｒａｍｉｎｃｌｕｄｅｓｔｈｅＲＦＩＤｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅｓ，ｂａｓｅｄ ^ｏｎｔｈｅＳｐｒｉｎｇｆｒａｍｅｗｏｒｋｆｏｒｂｕｓｉｎｅｓｓｓｅｒｖｉｃｅｓ

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ｆｒａｍｅｗｏｒｋｆｏｒ

ｔｈｅｂｕｓｉｎｅｓｓｓｅｒｖｉｃｅｓｙｓｔｅｍａｎｄｓｅｒｖｉｃｅｓｙｓｔｅｍｉｎｔｈｅｂｕｓｉｎｅｓｓｏｆｔｈｅｕｐｐｅｒｉｎｔｅｒｆａｃｅｔｏａｄｄｌｏｎｇ－ｄｉｓｔａｎｃｅｃａｌｌ ^ｔｏｃａｌｌｆｏｒｏｔｈｅｒｂｕｓｉｎｅｓｓｓｙｓｔｅｍｓ．ＴｈａｔｉｓＲＦＩＤ—ｂａｓｅｄｖｅｈｉｃｌｅ

ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ

ｓｙｓｔｅｍ ^ｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ，ａｎｄｔｈｅａｕｔｏｍｏｔｉｖｅｉｎｄｕｓｔｒｙｗｉｔｈｅｘｉｓｔｉｎｇＭＥＳ，ＥＲＰｓｙｓｔｅｍｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｓｅａｍｌｅｓｓ．

Ｓｔｕｄｙ^ｏｎＲＦＩＤ—ｂａｓｅｄｖｅｈｉｃｌｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｆｏｒｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ

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ｃｏｎｔｒｏｌａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ

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ＲＦＩＤｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ｂａｓｅｄ

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Ｋｅｙ

Ｗｏｒｄｓ：ＲＦＩＤ；Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ

ｐｒｏｃｅｓｓｏｆａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ；Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ；Ｓｐｒｉｎｇ

Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ

ＩＩＩ

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插图清单

２～１ＲＦＩＤ系统工作原理图………７

２－２ＲＦＩＤ数据处理技术………９３－１汽车生产现有业务流程分析图………１５３－２车身入ＷＢＳ业务流程图………１７３－３车身入ＷＢＳ业务流程图………１^７３－４车身入ＰＢＳ业务流程图………１^８３－５车身入ＰＢＳ业务流程图………１９４—１基于ＲＦＩＤ的汽车生产过程控制系统体系结构………２４

４—２基于Ｓｐｒｉｎｇ轻量级容器的体系结构图………２^５４—３复合事件通用分析框架………２^８

４—４ＲＦＩＤ数据处理框架………２９４—５事件求值树结构………２^９５一ｌ需求分析一级结构图………３^５５－２角色结构图………３６５—３域模型结构图………３^６５—４用例结构图………３^７５—５焊装车间业务管理用例图………３^８５—６系统结构视图………３^９５—７系统层次结构图………４０

ＶＩＩ

图图图图图图图图图图图图图图图图图图图

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独创性声明

本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所

知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，

也不包含为获得金胆王些太堂

或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作

的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。

学位论文作者签字：摊 _{签字魄１年４月‘气日}

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解盒篷王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权金目墨王些盔

兰Ｌ可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫

描等复制手段保存、汇编学位论文。

（保密的学位论文在解密后适用本授权书）

学位论文者签名：礴尹铲蠢 ^{导师签名：}

签字日期．吲年≈月‘１ ^Ｅｌ

学位论文作者毕业后去向：

工作单位：

通讯地址：

．襄囊勃

签字日期：少砷｝年中月，７日

电话：

邮编

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致谢

本论文的撰写是在我的导师梁昌勇教授的指导下进行的。在两年半的硕士研究生期间，梁老师不仅为我们营造了一个轻松和谐、积极进取、求真务实的学术氛围，还给我们提供了很多动手实践的实习机会。在我的毕业论文写作阶段，梁老师付出了大量的心血和宝贵的时间，从论文材料收集到选题、开题、定期汇报直到完成论文的每个阶段，都严格要求、仔细审阅。梁老师渊博的学识、严谨的治学态度、创新的科研精神、敏锐的学

术思想以及开创的科研精神是我始终学习的楷模，激励着我不断培养自己

踏实、严谨、创新的学术作风。三年中我的进步是在他的指导下取得的。

论文从选题到最后定稿倾注了梁老师大量的心血，他独到的见解常常使我在论文中得到启发。他热情的为人，实干的精神和敏捷的才思给我留下了深刻的印象。谨向梁老师致以衷心的感谢和深深的敬意！

感谢蒋翠清、俞家文等老师的指导和帮助，他们严谨求实的治学态度、

诲人不倦的工作作风令人敬佩，在此表示衷心感谢！还要感谢在研究生学习阶段全体任课老师，教给我们丰富的专业理论知识和方法，感谢合肥工业大学管理学院的领导和老师们对我的培养、指导和帮助。

感谢曾同在一个研究所的师兄张俊岭、张恩桥，感谢朝夕相处的项目组成员徐彬、李刚、张怡远、周伟、王保敏、王浩远、吴彬、陆鑫等，你们给了我很多的支持和帮助，创造了一个轻松愉快、团结和睦、奋发向上的工作环境，让我学到了很多东西，真的感谢你们！

感谢研究生２６班的同班同学及远在各地的好友，有了你们的支持和

鼓励，我的论文才得以顺利完成。

最后要特别感谢我远在家乡的父母，你们的支持是我顺利完成学业不可或缺的巨大动力！以后将尽自己最大的努力来回报你们对我的爱！

ＩＶ

作者曹镭２００９年４月

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第一章绪论

１．１项目背景

１．１．１汽车制造过程的数据采集现状

汽车生产过程是汽车制造业的产品的形成过程，是汽车制造企业质量管理的基本环节…。它的基本任务是完成产品的制造，保证产品的制造质量，建立一个能够稳定生产合格品和优质品的生产系统。

目前，我国汽车制造过程控制与质量管理已经取得长足的进步，但与国际上大型汽车制造公司相比还有很大差距。汽车制造过程监控和跟踪是汽车生产过程的关键环节，目前我国汽车业的普遍做法是根据纸质装配清单人工进行装配过程的监控和跟踪。这种操作方式存在许多问题：难以保证装配零部件与装配任务的吻合度；难以（对车辆的生产过程）实施跟踪；对装配质量跟踪及责

任难以落实到人；装配过程中零部件的具体使用情况及次品率得不到实时、准

确的统计；对整个生产线不能实现有效的可视化监控与管理。

数据采集是车辆装配过程监控和跟踪的基础。目前数据采集活动主要在制造执行系统层面进行。制造执行系统（ＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｘｅｃｕｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）处于上下层信息系统之间，能将经营计划系统的命令进一步细化，在对生产过程发出制造指令的同时以作业计划表的形式向车间控制系统提供更精确、优化的调度；

将从车间控制系统收集整理的数据信息，反馈回经营计划系统，作为其下一步编制生产计划的依据【２．３^Ｊ。

传统的制造执行系统的数据采集主要采用两种模式：

（１）手工模式。在生产管理文件上记录每一批次产品在每一个工序的生产过程的数据，在该批产品加工完毕后，再把管理文件上记录的生产数据通过手工

录入到计算机中。这种方式操作烦冗，生产数据记录滞后，无法实现实时监控

和统计，数据的可靠性差，效率也非常低。而目前不少一部分企业仍然采用这一传统手工录入数据的方式。

（２）条形码模式。需要补充说明如何操作该技术在制造企业上取得了一定的

效果，但条形码本身也存在着许多问题，如对环境要求高、条形码上的数据不可更改、随带信息量小、～次只能读取一张、读取时间较长、条形码上信息没

有安全保障、只能近距离静态读取等。因此基于条形码流程工业的物流管理和质量管理系统一直没有较大的发展起来。

其他模式还包括：以磁卡技术作为制造执行系统的数据采集技术，虽然它的价格也很便宜，但容易磨损，数据量小，属于接触式识别，不利于在恶劣的生产环境中使用。ＩＣ卡也曾经尝试过使用，虽然它存储量大，数据安全性好，

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但是由于ＩＣ卡的触点暴露在外面，有可能因静电或人为原因损坏，所以也不适合在生产制造的恶劣环境下使用，进行数据采集。

１．１．２ＲＦＩＤ技术的兴起

ＲＦＩＤ

ｆＲａｄｉｏ

ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）技术是２０世纪９０年代开始兴起的一种自动识别技术。作为本世纪十大重要技术之一，ＲＦＩＤ在国外的应用已经较为普及。该技术涉及到工业、农业、商业、交通、运输、电子、计算机、管理等诸多领域【４】。

无限射频识别技术的核心是电子标签，电子标签即为ＲＦＩＤ，有的称射频标签、射频识别。它是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号识别目标对象并获取相关数据［５】，识别工作无须人工干预。作为条形码的无线版本，ＲＦＩＤ技术具有条形码所不具备的射频标签内存可变、作用范围广、使用寿命长、等优点。不需要光源、甚至可以透过外部材料读取数据、能在恶劣环境下工作，

能够轻易嵌入或附着在不同形状、类型的产品上、读取距离更远、可以读写数据、存取速度更快、内容可动态改变、能够同时处理多个标签、安全性更高、

数据存取有密码保护、还可以对ＲＦＩＤ标签所附着的物体进行追踪定位。

ＲＦＩＤ最大的优点就在于非接触性识别，因此完成识别工作时无须人工干预，适于实现自动化且不易损坏，也可识别高速运动物体并可同时识别多卡，

操作快捷方便。ＲＦＩＤ技术既保证了数据的可靠、准确性同时也提供了高效获取生产数据的技术方法。

随着汽车生产过程自动化水平的提高，人工采集数据甚至条形码技术都不能满足实际需要。ＲＦＩＤ阅读器作为汽车生产过程控制系统的数据采集端，将实时采集到的高可靠性ＲＦＩＤ数据及时地传送到汽车生产过程控制管理系统中进行数据处理，有望解决我国汽车生产过程中信息采集不够及时、可靠性较差等

问题。

ＲＦＩＤ数据与条形码数据相比较，具有海量性、不确定性等缺点，汽车生产过程控制管理系统中的数据处理和业务逻辑融合产生了新的研究问题，即如何将海量的包含一定误差数据的ＲＦＩＤ数据进行提炼，作为一个具有较高可靠性和及时性的实时采集数据，与汽车生产过程控制中的业务逻辑相结合，构建一个基于ＲＦＩＤ数据采集技术的汽车生产过程控制系统。

要构建一个基于ＲＦＩＤ数据采集技术的汽车生产过程控制系统，必须首先研究以下几个问题：

（１）对布置在汽车生产线的大量ＲＦＩＤ阅读器采集到的海量的包含不确定信息的ＲＦＩＤ数据如何预处理，提取出可靠性高的实时ＲＦＩＤ数据；

（２）如何与原有汽车生产过程控制系统的业务逻辑相关联，为汽车生产过程控制提供更高的自动化水平；

２

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（３）本系统中的ＲＦＩＤ数据如何被汽车生产企业的其他业务领域内的系统如整车跟踪系统、零部件采购管理系统使用，提供相应接口。

针对以上问题，本文基于汽车生产过程控制的业务逻辑的基础，使用成熟的软件设计框架技术整合ＲＦＩＤ数据处理和业务逻辑处理，设计出结构灵活、

扩展性较强的汽车生产过程管理系统的体系结构，以此为基础构建基于ＲＦＩＤ的汽车生产过程控制系统，弥补我国汽车生产过程中信息采集不够及时、可靠性较差等问题。

１．２

ＲＦＩＤ技术在汽车制造业中的研究现状

１．２．１国外的相关研究

２０世纪９０年代起，ＲＦＩＤ技术被美国军方广泛使用在武器和后勤管理系统中，美国军方利用ＲＦＩＤ技术对武器和物资进行了非常准确地调配，保证了弹药和物资的准确供应【６Ｊ。

ＲＦＩＤ技术现在已经被广泛应用在供应自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域：汽车、火车等交通监控；高速公路自动收费系统；停车场管理系统；物品管理；流水线生产自动化；安全出入检查；仓储管理；动物管理；

车辆防盗等等。由于其能够明显地提高自动化水平，导致ＲＦＩＤ技术在生产流水线上的运用受到了人们越来越多的关注，ＲＦＩＤ技术在生产流水线上能够实现自动控制、监视，提高生产率，改进生产方式，节约成本，下面所述是国外在生产线上应用ＲＦＩＤ技术的情况：

通用汽车公司在汽车生产厂的焊接、喷涂和装配等生产线上，都采用了ＲＦＩＤ技术来监控生产过程。例如，通过对电子标签采集信息，再与生产计划、

排程排序相结合，对生产线上的车体给出一个独立的识别编号，实现对车辆跟踪；在焊接生产线上，采用耐高温、防粉尘防金属、防磁场、可重复使用的有源封装ＲＦＩＤ标签，通过自动识别作业件来监控焊接生产作业：在喷涂车间采用防水、防漆的ＲＦＩＤ标签，对汽车零部件和整车进行监控，根据排程安排完成喷涂作业，同时减少污染；在装配生产线上，根据供应链计划编排出的生产计划、生产排程与排序，通过识别ＲＦＩＤ标签的信息，完成混装生产【７^Ｊ。

德国宝马汽车公司在装配流水线上应用射频识别系统，以尽可能大量地生产用户定制的汽车。宝马汽车的生产是基于用户提出的要求式样而生产。用户可以从上万种内部和外部选项中，选定自己所需的颜色、引擎型号和轮胎式样等。这样一来，汽车装配流水线就得装配上百种式样的宝马汽车，如果没有一个高度组织的、复杂的控制系统是难完成这样复杂的任务的。宝马公司在其装配流水线上配有ＲＦＩＤ系统，使用可重复使用的电子标签。该电子标签带有汽

车所需的所有详细要求，在每个工作点都有读写器，这样可以保证汽车在各个

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流水线位置，能毫不出错地完成装配任务‘引。丰田汽车公司除了将其用于生产过程中之外，还将其用于车辆的销售与售后服务领域，对车辆的运抵时间进行监控以及记录客户和车辆保修的有关信息。

１．２．２国内的相关研究

在我国，ＲＦＩＤ技术的应用才刚刚起步，尤其在应用方面与发达国家有很大差距。我国制造业企业内很少有ＲＦＩＤ技术为数据采集为基础的信息采集和跟踪的完整应用系统，这也严重影响和制约了制造业的生产自动化水平的提高。

目前，ＲＦＩＤ技术在我国的应用主要集中在：交通运输领域，如全国铁路车号识别系统、上海城铁明珠线控制系统、大连港集装箱管理以及高速公路自动收费等；安全防护领域，如门禁、车场管理（例如上海金茂大厦停车场）等。国内己开始建设ＲＦＩＤ演示中心，如模拟产品、供应商到零售客户的分销中心，到零售店等等。这些领域仅是ＲＦＩＤ技术应用的一部分，虽然具体的方案还有待详细的研究和实践证实，但是这些应用的可能性和可行性不容质疑，ＲＦＩＤ将是一个新的经济增长点【９】。

２００３年，作为日益国际化的家电企业，海尔集团也开始跟踪ＲＦＩＤ技术【ｌ…，

海尔希望发挥ＲＦＩＤ技术自动识别读写、群读及远距离读取的作用，代替原来的近距离人工条码读取，提高工作效率，并在更长远的未来，在一些可能的业务流程中，通过ＲＦＩＤ标签采集数据，从而提高海尔集团供应链管理的水平。

戴尔厦门组装厂在产品零部件上也安装了ＲＦＩＤ标签。它可以使网上订单迅速转化为无线射频信号。这些信号可以指示戴尔公司的自动零部件选取机为每台ＰＣ收集所需要的零部件；它还能把产品组装图传给工人，并补充成品的

出货量。戴尔的管理人员可以在网上监控产品在生产过程中所处的位置。

香港和记黄埔国际港口也安装了射频识别装置，并通过“物联网”获取货物抵达的中转信息和数据，实现物流信息的可视化，并且取得了很好的经济效益。

它们所采用的方案是在集装箱、托盘级采用有源ＲＦＩＤ标签，在小包装箱和单品上同时使用无源ＲＦＩＤ标签和条形码，为保证货品安全，还在集装箱上安装了射频电子关封，一旦货柜被非法打开，将在几秒之内自动报警。

汽车工业历来是制造业生产方式变革创新的前沿，并凭借其巨大的规模，

以及与社会经济各部门广泛的联系，推动了全世界制造业生产方式的变革。在

这一过程中，信息技术的应用为变革提供了强大的技术支持，保障了变革的成功。因此，汽车工业往往会成为新兴信息技术应用的先行者。ＲＦＩＤ技术在我国的发展刚刚起步，与国外汽车生产企业已采用了ＲＦＩＤ这一技术来监控生产过程的应用水准形成了较大差距，为了与国际接轨，紧跟世界先进技术。

４

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１．３本文研究的主要内容

随着汽车生产过程自动化水平的提高，人工采集数据甚至条形码技术都不能满足实际需要。ＲＦＩＤ阅读器作为汽车生产过程控制系统的数据采集端，将实时采集到的高可靠性ＲＦＩＤ数据及时地传送到汽车生产过程控制管理系统中进行数据处理，可以解决我国汽车生产过程中信息采集不够及时、可靠性较差等问题。

本文首先介绍了系统中将要用到的ＲＦＩＤ数据处理技术和Ｓｐｒｉｎｇ框架技术，

然后在分析了我国现有的汽车生产过程业务的基础上，对ＲＦＩＤ技术应用于汽车生产过程控制中的数据处理和与汽车生产过程控制业务逻辑整合等问题进行了研究，提出了一种基于ＲＦＩＤ的汽车生产过程控制管理系统的体系结构，在

此基础上，详细介绍了利用Ｓｐｒｉｎｇ架构整合ＲＦＩＤ数据到汽车生产过程控制系

统的实现技术。

本文的研究内容主要包含以下几点：

（１）ＲＦＩＤ技术应用于汽车生产过程中引起的数据采集和处理问题；

（２）分析现有汽车生产过程业务流程，为ＲＦＩＤ应用在汽车生产过程控制中如何和现有业务逻辑整合进行研究；

（３）基于ＲＦＩＤ的汽车生产过程控制系统的体系结构研究。从软件开发的技术角度，设计出一个结构灵活、扩展性强、具有开放接口的软件体系结构，

既能在此基础上实现一个基于ＲＦＩＤ的汽车生产过程控制系统制造执行系统，

提高现有汽车生产过程控制中的数据采集方式效率，又保留了ＲＦＩＤ数据对汽车生产企业中其他系统的开放性，提供数据接口。

１．４论文组织结构

本文的章节安排如下：

第一章：绪论。主要介绍了本文的研究背景，提出了要研究的问题。并且

介绍了ＲＦＩＤ技术在国内外的现状以及论文的研究内容和论文的结构组织。

第二章：ＲＦＩＤ技术和Ｓｐｒｉｎｇ架构介绍。主要介绍本文涉及的背景技术：

ＲＦＩＤ技术和Ｓｐｒｉｎｇ轻量级容器架构。首先介绍了ＲＦＩＤ技术的使用现状和技术处理方案，然后对轻量级容器Ｓｐｒｉｎｇ进行了介绍，为本文提出的基于ＲＦＩＤ的汽车生产过程控制管理系统的体系结构研究提供了技术基础。

第三章：着重介绍了汽车生产过程，对汽车生产的四大工艺做出简单介绍，

并在这些工艺基础上分析了汽车生产过程的业务流程，为设计系统做出业务需求方面的研究分析。

第四章：基于ＲＦＩＤ的汽车生产过程控制系统的体系结构设计。根据第二章介绍的Ｓｐｒｉｎｇ轻量级容器框架的特点，提出了基于ＲＦＩＤ的汽车生产过程控

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制系统在Ｊ２ＥＥ平台下的体系结构设计所需实现的核心机制，重点对轻量级容器Ｓｐｒｉｎｇ的体系结构和内部各层的设计开发进行研究。

第五章：基于前一章提出的系统体系结构设计，以作者开发中的课题作为项目实例，介绍了项目需求阶段的用例分析，以及由此指导的，在设计阶段的项目模块的横向划分和结构上的纵向层次划分。

第六章：总结与展望。对本文所作的工作进行总结，并基于本文的研究成果做出下一步工作的展望。

６

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第二章ＲＦＩＤ技术及Ｓｐｒｉｎｇ架构介绍

２．１

ＲＦＩＤ数据采集与处理技术

２．１．１ＲＦＩＤ技术介绍

ＲＦＩＤ射频识别是一种非接触的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据【ｌ¨。

ＲＦＩＤ的基本工作原理为：首先由阅读器向ＲＦＩＤ标签发送能量，标签向阅

读器返回数据，阅读器采集到数据并向主机返回数据。这种标签也称为无源的

被动式标签。还有一类是有源的主动式ＲＦＩＤ标签，其感应距离可以更远（超

出１０ｍ），也可以是可读写的，能够将有关数据写回标签。

图２一ｌ

ＲＦＩＤ系统工作原理图

ＲＦＩＤ标签可以携带的数据容量随着标签硬件发展水平的提供也在逐步上升，一个ＲＦＩＤ标签能够储存标签所依附物品的许多信息，但是由于ＲＦＩＤ数据的容量增加，由此而引起的数据不确定性问题随之而来，所以国际标准委员会制定了电子产品代码ＥＰＣＩｌ２】标准，产品定义全球唯一的ＩＤ，使每个标签只有唯一的识别码。在此标准下，ＲＦＩＤ阅读器读取到对象的标签数据值基本形式为三元组：＜ｒ，Ｏ，ｔ＞，即表示阅读器ｒ在时刻ｔ观察到对象Ｏ。由于Ｏ具有全球唯一的ＩＤ，通过这种观察可建立起物理世界与逻辑世界的一对一映射。而把所有的逻辑处理放到计算机软件系统中处理，计算机系统得到底层传来的基本数据后，结合数据库中保存的上下文信息和背景知识，如标签对应对象Ｏ的属性、位置、状态等，进行语义上的转换处理，得到可用的业务逻辑数据，最终向上集成到ＥＲＰ、ＣＲＭ等应用中【ｌ引。

ＲＦＩＤ技术的早期应用是为了快速准确识别物品和计算数据。例如，在物流配送系统中和门禁安检系统中，可以快速、准确地识别和统计出入人数或者物品。而实际上，通过计算机辅助系统的支持，ＲＦＩＤ技术也可以事件监控等

更高级的应用存在可行性，这些动态的ＲＦＩＤ数据的产生代表着某种基本事件

的发生，通过模式匹配、关联分析等智能推理手段，可以检测和发现更复杂的

事件，即复合事件。例如，在物流配送系统中，可以实时监控物品丢失、配送

阻塞等事件；在门禁安检系统中，可以发现异常活动和潜在的不安全因素等；

７

(15)

甚至在智能医院中，用于跟踪医生、病人、医疗设备和药品【１^４１。

从功能上来说，ＲＦＩＤ类似于条码扫描，但是由于ＲＦＩＤ标签具有低成本、

寿命长、不怕污染和适应恶劣环境等特点，有望在将来替代目前流行的条码。

２．１．２ＲＦＩＤ数据特点

与普通数据相比，ＲＦＩＤ数据具有如下特点：

（１）不准确性。现有的ＲＦＩＤ阅读器还存在误差问题，如漏读、多读和脏数据等读取缺陷。硬件技术发展带来的标签存贮字节数的增多和对大量标签同时读取的业务需求，也会加剧ＲＦＩＤ阅读器读取ＲＦＩＤ数据时的不准确性。

（２）流特性、批量性和海量性。ＲＦＩＤ数据是以数据流的形式快速、自动地产生的，需要积累起来以支持跟踪和监控应用。并且，有时具有批量读取的业务需求，即多个标签会同时被堆放在一起被阅读器采集数据，例如，当对一个堆满贴有ＲＦＩＤ标签的汽车零部件推车经过ＲＦＩＤ阅读器时，同时会读到大批数据。在大规模的ＲＦＩＤ应用中，也可能会产生空前的海量数据。目前，阅读器每秒可捕获１２０个到４００个标签数据。对于一个部署有１００个阅读器的中型仓储，每秒可产生１．２～４万条数据，若每条数据占２０字节，则每天产生１．６ＧＢ～６０ＧＢ［”】。因此，服务器需要处理的数据量非常庞大。

（３）时态性、动态性和关联性。ＲＦＩＤ阅读器动态地读取带有ＲＦＩＤ标签的物品的状态变化的观察数据，这些数据包含观察时间ｔ以及对应该时间的物品位置等数据。例如，物品的入库、出库等状态。一个ＲＦＩＤ数据不是独立存在的，而是相互关联的，由时态性和动态性衍生出关联性。时态关联表达了事件之间的时序关系，空间关联表达了事件发展的轨迹，时空关联共同表达了与对象有关的事件的变化过程【ｌ引。

（４）语义丰富性。被观察的对象携带含有与上下文状态和背景知识有关的信息，这些信息是隐含的，且与上层应用逻辑之间存在密切的关系。利用这些相关信息可以从数据库中进～步查询出其它衍生信息。例如，从产品的ＩＤ可查出它的型号、价格、产地等，从阅读器的位置可得知物品的存放货架位置等。

２．１．３ＲＦＩＤ数据处理技术

由本文上一节介绍的ＲＦＩＤ数据特点可见，ＲＦＩＤ数据是一种低级的基础数据，它必须经过预处理为高级的业务逻辑数据，与现有的业务逻辑相集成，才能真正地发挥作用。针对ＲＦＩＤ的数据特点，ＲＦＩＤ的数据处理过程必须包含数据清洗、事件检测和数据推送等几个组成部分，下面逐一介绍。

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图２—２ＲＦＩＤ数据处理技术

（１）ＲＦＩＤ数据清洗技术

在ＲＦＩＤ系统中，由于射频干扰和标签读取结构等诸多原因，数据读取的准确率较低，这严重影响了ＲＦＩＤ技术在各领域中的应用，例如在要求数据精确度高的货物跟踪系统中，ＲＦＩＤ数据读取的不准确性会导致系统识别系统的精确度下降，失去了应用ＲＦＩＤ技术的意义。因此，基于ＲＦＩＤ数据的信息管理系统中必须增加对ＲＦＩＤ数据的预处理环节，使阅读器读取到的数据，经过数据处理后，无论从时间序列还是从内容上，都尽可能地接近真实数据。

ＲＦＩＤ数据读取的准确率主要与其采用的无线射频信号相关，它们容易受到环境影响，而且有源的标签之间还可能相互干扰，尤其当标签和阅读器数量较多时，信号干扰加强，但这属于电磁波的物理特性，很难改变，只能从计算机的数据处理方面解决。ＲＦＩＤ源数据的不准确性，主要归结为下面３点：

①漏读：当一个标签在一个阅读器阅读范围之内时，该阅读器没有读到该标签。这种情况可能发生在同一时间段内，某个阅读器同时读多个标签时，

某些标签被遗漏。通常情况下，阅读器只能读到在它感应范围内６０％～７０％的标

签数据，即至少有３０％的标签数据读取时被遗漏。由此可见，在ＲＦＩＤ应用中，

数据漏读现象比较严重，应重点解决。这种错误也称为拒真（ｆａｌｓｅ

ｎｅｇａｔｉｖｅ）。

②多读：指当一个标签在一个阅读器阅读范围之外时，该阅读器仍然读

到了该标签。这种情况主要因为多个阅读器同时存在时的电磁波的干扰，随机

性很大。这种错误也称为纳伪（ｆａｌｓｅ

ｐｏｓｉｔｉｖｅ）。

^．

⑨脏数据：指一个标签在一个阅读器阅读范围之内时，该阅读器感应到

该标签存在，但读出的ＥＰＣ值不正确。

上面总结的３点主要是从数据的准确性方面考虑的，除此之外，还有两个方面需要考虑，即时序性和精简性。时序性是指ＲＦＩＤ数据在传输过程中的读取顺序现象需要得到标识，现在基本采用时间戳大小有序输出；而精简性是指消除数据冗余，避免造成存储空间浪费。目前，对ＲＦＩＤ应用中数据清洗技术的研究已经取得了一定的进展，对上面提出的问题也有了不同的解决方法，但

９

(17)

解决问题的类型主要分为两类，即主要只针对漏读现象的解决办法和针对各类问题的适应性解决办法。

目前，针对数据漏读现象，已经有了比较成熟的解决方法，如建立概率模型【１７１、建立ＳＱＬ查询模型【１８】以及利用机器学习方法建模【１９】等；综合性清洗技术中的主要技术有针对网络中多个阅读器进行优化调度策略【２们，以及同时解决漏读、多读和脏数据问题的综合清洗算法【２１１。

数据清洗的基本思想为针对数据漏读现象通过设置较高的阅读器频率来多次读取；针对多读现象预先设置一个过滤时间段，统计在该段时间内各标签被读到的次数，如果某个标签的统计次数小于某一阀值就认为该数据是多读数据而丢弃改数据，但是由于窗口大小和阀值都是预先定好的，不能自动调整，相关的改进算法大多是在自动调节窗口大小和阀值方面做出研究；对于重复数据的解决方案是将相隔时间太短的相同数据或是相似数据只保留一个数据。

（２）ＲＦＩＤ事件检测技术

ＲＦＩＤ事件处理的主要目的是进行事件检测，即按照给定的规则和模式，

检测出指定的事件。主要解决技术包括以ＲＦＩＤ数据为中心的技术和以事件复合检测为中心的技术：

①以ＲＦＩＤ数据为中心的技术。是最早采用的处理ＲＦＩＤ数据的方法，利用

了传统的数据库技术，对ＲＦＩＤ数据进行建模，采集到的数据全部保存在数据

库中，由数据库来处理ＲＦＩＤ数据的漏读、多读和脏数据问题，处理后的数据作为清洗后的数据被上层的信息管理系统调用，ＲＦＩＤ数据这时候就看作了数据库内容的一个部分。这一技术的代表性系统是Ｓｉｍｅｎｓ公司的ＲＦＩＤ中间件系统【２２１。Ｓｉｍｅｎｓ的ＲＦＩＤ中间件系统处理的对象也是以执行ＥＰＣ标准的三元组

＜ｒ，ｏ，ｔ＞，这个系统的突出贡献在于提出了面向时态的ＥＲ模型（ＤＲＥＲ），这个基于数据库Ｅ．Ｒ建模技术的扩展模型不仅能描述ＲＦＩＤ数据的特征，还能够表达简单的业务逻辑，技术方面支持基于分片的存储，具有可伸缩性。

另外一种思路是在数据库基础之上，基于规则的提供自动的ＲＦＩＤ数据过滤、转换和聚合，生成高层次的语义数据，为上层信息系统提供具有语义的ＲＦＩＤ

数据。类似的系统还有美国加州大学伯克利分校开发的ＨｉＦｉ系统【２

^{３１，ＨｉＦｉ系} 统的不同之处是在数据流系统Ｔｅｌｅ．ｇｒａｐｈＣＱ之上增加了一个事件检测机制，从而具有连续检测事件的功能。

②以事件为中心的方法。是新提出的ＲＦＩＤ处理技术，它是在人们发现以数据为中心的处理技术不能处理大批量的以流数据形式出现的ＲＦＩＤ数据时开始研究的新的ＲＦＩＤ处理技术。

基本思路是基于ＲＦＩＤ数据源而不是基于数据库对事件进行事件建模，将阅读器采集到的一次三元组看做一个ＲＦＩＤ原子事件，通过设置事件模型对事件直接进行检测过滤，获得更高的处理效率和更复杂的事件检测能力。主动数

１０

(18)

据库技术、Ｐｕｂｌｉｓｈ／Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅ系统技术和数据流系统技术都与这种技术有着一定的相关性。主动数据库当中事件的建模和复合事件处理的方法，

Ｐｕｂｌｉｓｈ／Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅ系统中对查询数量和流速的高效支持以及数据流系统中的查询语言接口和查询优化方法，都为以事件为中心的ＲＦＩＤ事件处理技术设计思

路提供了重要的借鉴作用。但是，例如文献［２４］，［２５】描述的主动数据库的处理技术没有考虑ＲＦＩＤ是一个流数据的特性，另外ＲＦＩＤ复杂事件可能包含着复杂的语义，因而不能直接用主动数据库技术来解决ＲＦＩＤ的复杂事件处理。

另一方面，ＲＦＩＤ重视同一事件流上不同事件之间的相关性，并且由这种相关性能够挖掘出更多的语义内容，这就不同于Ｐｕｂｌｉｓｈ／Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅ系统【ｚ叫中的

简单事件过滤和普通数据流处理中［２７】的基于关系代数的处理，可能需要重新设

计能够在内存中完成的高效、实时的事件处理机制。以事件为中心方法的核心问题是复杂事件处理（ＣＥＰ，Ｃｏｍｐｌｅｘ ^{Ｅｖｅｎｔ}Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ），即如何高效地将多个原子事件复合成为有着更加复杂语义的复合事件，包括考虑各种事件之间的时间限制和读取序列，甚至在一些应用中需要继续检测复合事件以生成更高层次的复合事件。

一些主动数据库的相关工作讨论了进行复合事件检测的基本模型，其中包

括：基于有限自动机的模型，基于Ｐｅｔｒｉ网的模型，基于匹配树的模型和基于有向图的模型。这些模型也是ＣＥＰ技术的基本处理模型，，对ＲＦＩＤ事件处理技术有着重要的借鉴意义。

（３）ＲＦＩＤ数据发布业务

ＲＦＩＤ数据被阅读器采集到以后，经过初期的数据清洗和随后的事件处理过滤后，得到的仍然只是一个复合事件或原子事件，必须发布给分布式服务或是直接被上层信息管理系统所采用，进而将事件信息与原有业务逻辑相结合，

构成最终的业务逻辑，实现基于ＩＲＦＩＤ技术的最终应用。

随着ＲＦＩＤ应用的多样化，更高层的ＲＦＩＤ应用，如监控系统，对ＲＦＩＤ技术的应用提出实时性的要求，如能够主动发布带有预先定义好的警示性信息，

这就需要在ＲＦＩＤ的事件处理后，提供一个推送机制，将预先定义好的ＲＦＩＤ事件及时发布到分布式系统或者上层的信息管理系统中。

目前还没有比较成熟的ＲＦＩＤ事件推送技术，比较成熟的通用技术是基于事件的通信模型。它是异步互连的部件之间通信的一种模型，在基于事件通信

模型的应用系统中，包含了事件产生方，事件接收方和时间服务支持组件，能

有效的应用于ＲＦＩＤ数据的处理。使用分布式的Ｐｕｂ／Ｓｕｂ体系的分布式事件信

息服务模型包含了ＲＦＩＤ事件在Ｐｕｂ／Ｓｕｂ系统中的表达模型，ＲＦＩＤ消息生成端

和ＲＦＩＤ事件接收端。消息生成端通过ＲＦＩＤ事件检测后得到需要发布的ＲＦＩＤ事件，然后将这些事件统一为Ｐｕｂ／Ｓｕｂ系统的标准格式，再以预定义的主题发布到指定的Ｐｕｂ／Ｓｕｂ系统中的ＲＦＩＤ事件接收端。

(19)

２．２轻量级容器框架Ｓｐｒｉｎｇ

２．２．１Ｓｐｒｉｎｇ起源和概述

框架就是指己开发过并已测试过的软件的程序块，这些程序块可以在多个软件的开发过程中重用。框架提供了一个概括的体系结构模板，应用这个模板来构建特定领域中的应用程序。框架允许通过指定、组合并重用组件，来有效地构建某些用户特定的信息管理系统。

Ｓｐｒｉｎｇ是一个使用广泛的Ｊａｖａ开源应用框架。作为一个开源项目，Ｓｐｒｉｎｇ项目是从２００３年２月开始启动，基础代码来自ＲｏｄＪｏｈｎｓｏｎ编写的《Ｅｘｐｅｒｔ

Ｏｎｅ．０１１．ＯｎｅＪ２ＥＥＤｅｓｉｇｎａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ））一书。后续的代码开发其实都是在实现书中提出的一些概念。

Ｓｐｒｉｎｇ是一个轻量级的容器，它是一个实现了ＩｏＣ（ＩｎｖｅｒｓｉｏｎｏｆＣｏｎｔｒｏｌ，反转控制）容器、非侵入性的框架，并且能够提供ＡＯＰ（面向切面编程）概念的实现方式，提供对持久层和事务的支持，还提供ＭＶＣＷｅｂ框架的实现，并对一些常用的企业服务ＡＰＩ提供了一致的封装模型，是一个全方位的应用程序框架，

框架结构如图２—３所示。除此以外，对于现存的各种框架（比如Ｔａｐｅｓｔｒｙ、Ｓｔｒｕｔｓ和Ｈｉｂｅｒｎａｔｅ）也提供了与它们整合的方案【２引。

Ｓｐｒｉｎｇ框架是一个全面的应用框架，目标是让访问底层的Ｊ２ＥＥ容器服务更加的简单。它可以在很多的应用层面发挥作用。Ｓｐｒｉｎｇ由多个子框架组成，而这些框架本身相互独立，但是只要开发人员愿意，可以将它们无缝集成，成为一个全面的应用框架。

２．２．２Ｓｐｒｉｎｇ主要概念

图２－３Ｓｐｒｉｎｇ框架结构

１２

习割

(20)

Ｓｐｒｉｎｇ框架的关键概念包括ｂｅａｎ工厂、应用上下文、ＡＯＰ框架、自动代理、事务管理、集成Ｏ／Ｒ集成工具和ｗｅｂＭＶＣ框架等，下面对其中最重要的几个做出简单介绍：

Ｂｅａｎ工厂。Ｓｐｒｉｎｇ轻量级ＩｏＣ容器能够配置、装配ＪａｖａＢｅａｎ和大多数ＰＯＪＯ，使得开发者不必定制Ｓｉｎｇｌｅｔｏｎ和自己的配置机制。Ｓｐｒｉｎｇ提供了多个“即拿即用”的ｂｅａｎ工厂实现，其中包含一个基于ＸＭＬ的ｂｅａｎ工厂。轻量级ＩｏＣ容器和依赖注入也是其中的主要实现思想。

应用上下文。应用上下文其实是对Ｂｅａｎ工厂的扩展：它在ｂｅａｎ工厂基础上增加了对信息源和资源加载的支持，并提供了接入现有系统环境的能力。

Ｓｐｒｉｎｇ提供了多个“即拿即用”的应用上下文实现，其中包含一个独立的应用上下文，以及一个基于ＸＭＬ的ｗｅｂ应用上下文。

ＡＯＰ框架。Ｓｐｒｉｎｇ的ＡＯＰ框架提供了对ＡＯＰ的支持，可以对轻量级容器管理的任何对象进行方法拦截。在ｂｅａｎ工厂中，可以很轻松地为ＪａｖａＢｅａｎ提供代理，从而在运行天衣无缝地将拦截器和其他的ａｄｖｉｃｅ整合起来。ＳｐｒｉｎｇＡＯＰ框架的主要用途就是为了ＰＯＪＯ提供声明性的企业级服务。

ＤＡＯ的抽象。Ｓｐｒｉｎｇ定义了一组通用的数据访问异常类型，在创建通用的ＤＡＯ接口时可以用这些异常类型抛出有意义的异常信息，而不依赖于底层持久机制。

集成Ｏ／Ｒ映射工具。Ｓｐｒｉｎｇ提供了对多种Ｏ／Ｒ映射工具的支持，如Ｈｉｂｅｒｎａｔｅ、ＪＤＯ和ｉＢＡＴＩＳ，很好的简化了资源的配置、获取和释放，并且将Ｏ／Ｒ映射与整个事务和ＤＡＯ抽象集成起来。这些集成包让应用无需定制ＴｈｒｅａｄＬａｃａｌ会话和自己的事务操作，也不用考虑底层究竟采用哪种Ｏ／Ｒ映射工具。

ｗｅｂ

ＭＶＣ框架。Ｓｐｒｉｎｇ提供了一个相当干净的ｗｅｂ

ＭＶＣ实现一同样采用

了统一的ＪａｖａＢｅａｎ配置方式。使用Ｓｐｒｉｎｇｗｅｂ框架时，ｗｅｂ控制器也可以在ＩｏＣ容器中配置，从而不必为“访问业务服务层”编写额外代码。Ｓｐｒｉｎｇ还提供了通用的ＤｉｓｐａｃｔｈｅｒＳｅｒｖｌｅｔ和“即拿即用”的控制器。请求与控制器之间的映射方式、

视图的判断、本地化、以及其他重要服务都是可接插的，使得整个框架具有良好的可扩展性【２９１。

(21)

第三章汽车生产过程分析

３．１汽车整车生产过程四大工艺介绍

（１）冲压工艺

冲压是所有工序的第一步。汽车制造中有６０％．７０％的金属零部件需经塑性加工成形，冲压加工是完成金属塑性成形的一种重要手段，它是最基本、最传统、最重要的金属加工方法之一。如车身上的各种覆盖件、车内支撑件、结构加强件，还有大量的汽车零部件，如发动机的排气弯管及消声器、空心凸轮轴、油底壳、发动机支架、框架结构件、横纵梁等等，都是经冲压成形技术正向精密、多功能、高效节能、安全清洁的生产方向发展，冲压工件的制造工艺水平及质量，在较大程度上对汽车制造质量和成本有直接的影响。

（２）焊装工艺

冲压好的车身板件局部加热或同时加热、加压而接合在一起形成车身

总成。在汽车车身制造中应用最广的是点焊。

（３）涂装工艺

所谓汽车涂装即指对金属和非金属表面覆盖保护层或装饰层。汽车的

涂装工艺，一般可分为两大部分：一是涂装前金属的表面处理，二是涂装

的施工工艺。

涂装工艺对于汽车制造来讲有两个重要作用，第一是对汽车防腐蚀，

第二是给汽车增加美观。涂装工艺过程比较复杂，技术要求比较高。主要有以下工序：漆前预处理和底漆、喷漆工艺、烘干工艺等。

（４）总装工艺

总装工艺是指将车身、发动机、变速器、仪表板、车灯、车门等构成整辆车的各零件装配起来生产出整车的过程。现代轿车装配作业中，借助计算机和机械手的帮助，许多工序都实现或部分实现了自动化化。但有些工序却难以让机械手操作，例如仪表板、内饰件安装等，耗费人工最多的地方就是内饰件装配。２０世纪９０年代底开始兴起的组合单元化，即模块化装配方式的采用使得总装生产线上的工序得到简化，生产线缩短，成本大幅度降低。

一般的总装车间主要有四大模块，即前围装配模块、仪表板装配模块、

车灯装配模块、底盘（动力总成）装配模块。经过各模块装配和各零部件

的安装后再经过车轮定位、车灯视野检测等检验调整后整辆车就可以下线了。

１４

(22)

３．２汽车生产业务流程分析

３．２．１汽车生产业务总体流程

汽车生产工艺的第一步是冲压，６０％～７０％的汽车金属零部件经冲压成

型，但是现在工厂很多小型零部件已经外包。各种冲压好的车身板件通过点焊接合在一起形成车身总成，焊接好的白车身会直接送到ＷＢＳ（白车身库存区），经过排产排序后进入涂装车间，涂装车间主要是对金属和非金属表面覆盖保护层或装饰层，涂装好的车身运入ＰＢＳ（喷涂车身存储区），最后进入总装车间，将车身、发动机、变速器、仪表板、车灯、车门等构成整辆车的许多零件装配起来生产出一辆整车。生产流程如图３．１所示。

图３－１汽车生产现有业务流程分析图

３．２．２焊装车间的业务流程分析

（１）焊装生产上线计划管理

为了帮助焊装车间生产操作人员更及时、准确的了解计划生产车型和数据，系统需要提供相关的生产指示功能帮助操作人员进行提前准备和装配，系统提供生产计划管理功能，包括计划导入、计划调整、计划查询等。

（２）焊装１０点生产报工

当车身上线时，按照生产管理部门下发的ＶＩＮ码列表对车身进行顺序上线操作，同时进行生产报工确认，形成焊装厂上线车身队列。并可以选择是否打印焊装装配指导书，确认后打印，操作人员把装配指导书绑定在车身上。

每上线一台车身的同时，需要根据固化队列的数量判断是否可以产生新的ＶＩＮ号补充到ＶＩＮ队列中，如果ＶＩＮ队列数量没有达到固化数量，

那么自动触发后台程序产生新的ＶＩＮ号码，同时消耗对应的焊装上线计划。如果ＶＩＮ队列数量大于固化数量，那么不产生新的ＶＩＮ号码。

（３）车身号打印

操作人员根据车身类型操作车身号打印系统，产生焊装车身号码并使用刻字机打印。

(23)

扫描车身ＶＩＮ条码，把新产生的车身号返回给系统，实现数据绑定。

车身号打印系统根据ＶＩＮ号产生车身号并且钢打，然后将车身号和ＶＩＮ

号返回系统实现数据绑定。

（４）焊装２０点完工报工

当车身经过２０点工位时，操作人员扫描车身上的ＶＩＮ条码，系统显

示车身生产信息，操作人员确认后进行报工，报工时需要录入车身的去向，

如ＷＢＳ、车间调拨等。系统默认进行当前车间的ＷＢＳ。

系统自动将进入ＷＢＳ的车身列表传送至ＷＢＳ管理系统。

（５）白车身厂间调拨

对于在２０点时设置为进行车间调拨的车辆，从焊装车间门口拉出时，

操作人员扫描车身ＶＩＮ条码，系统显示车身相关信息和去向车间，选择

去向车间后，确认录入。

（６）焊装车间Ｓｅｔ^{Ｉｎ／Ｓｅｔ}Ｏｕｔ操作

当焊装车身在生产过程中，有需要从主线拉下来时，为了能够保持系统和现场队列一致，需要对车身进行ＳｅｔＯｕｔ操作，当车身重新返回到主线上时，同样需要对车身进行ＳｅｔＩｎ操作，在ＳｅｔＯｕｔ操作时需要录入原

因，做返修原因记录。

当出现报废车时，需要从下拉菜单中选择车身报废状态，确定后这条车身的状态由原状态修改未报废车状态，同时系统记录报废时间、操作员、

原因等信息。

车身被抬下线时扫描ＶＩＮ号，输入返修原因，做ＳＥＴＯＵＴ操作。

车身重新上线时扫描ＶＩＮ号，输入要插入的前一辆车的ＶＩＮ号，做ＳＥＴ

ＩＮ操作。

３．２．３

ＷＢＳ相关业务数据流程分析

在ＷＢＳ入口车身分道操作时，操作人员扫描ＶＩＮ条码，同时根据实

际情况选择车身去的车道名称，在ＷＢＳ出口扫描ＶＩＮ条码，并选择车身

调拨目的涂装厂或者其它目的地。从ＷＢＳ查询界面可以根据厂名、道次

来查看当前ＷＢＳ中车身信息。

对于ＷＢＳ返回车身，操作人员录入ＶＩＮ号码后，从界面的下拉菜单中选择车身可能的去向，包括返修、调拨等，这些信息在焊装车间原因树上进行维护，确定后，系统记录车身去向，同时更改车身状态，并记录返回原因到日志表中，用于报表查询和车身跟踪。

当车身在焊装生产过程中发生了车身实际属性和计划属性不一致（销售类型改变、整车物料号等）的情况时，为了不影响后续车间的生产，需

要在进入涂装车间前修改这台车的车身属性和批次号，系统提供界面用于

１６

(24)

对这种操作进行记录。

＠Ｈ至卜［习一（ｗ需誉队Ｈ躲ＷＢ辑Ｓ－车擎Ｈ车辆信息（

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图３—２车亩函商务赫甄一一

获取总装车间１．ｆ总装车间预

预上线队列ｒ。１ ^上线队列

涂装车间预上线队列

显示车身信息

选髀身去向Ｈ燃餮出

图３—３车身出ＷＢＳ业务流程图

３．２．４涂装车间的业务流程分析

ＷＢＳ预出库车辆队列

（１）涂装１０点报工

当车身经过涂装１０点时，现场操作人员扫描车身ＶＩＮ条码，根据

ＶＩＮ号或者车身号记录车身经过涂装ｌＯ点的时间和操作人员信息，完成

确认以后进行报工操作。

（２）涂装车身定色

操作人员扫描ＶＩＮ码获取车辆总体信息，同时扫描涂装车身物料号，

根据涂装车身物料号规则获取颜色代码，通过ＭＤＳ系统确定涂装颜色，

对于手动进行定色的车辆，通过配置计算机和扫描枪，通过扫描涂装车身物料号，由系统提供车身颜色的代码和颜色描述。

（３）涂装Ｓｅｔ ^{Ｉｎ／Ｓｅｔ}０ｕｔ操作

当涂装车身在生产过程中，有需要从生产队列中移出时，为了能够保

持系统和现场队列一致，需要对车身进行ＳｅｔＯｕｔ操作，当车身重新返回

秒审！匿‘

(25)

到主线上时，同样需要对车身进行ＳｅｔＩｎ操作，在Ｓｅｔ

Ｏｕｔ操作时需要录

入原因。

（４）涂装２０点完工报工

当车身经过２０点工位时，操作人员扫描车身上的ＶＩＮ条码，系统显

示车身生产信息，确认后进行报工，报工时需要录入车身的去向。

（５）涂装厂间调拨

涂装车身从涂装车间门口拉出时，操作人员扫描车身ＶＩＮ条码，系

统显示车身相关信息和去向车间，选择去向车间如ＰＢＳ、厂间调拨等，确认录入。

３．２．５ＰＢＳ业务的相关业务流程分析

在ＰＢＳ入口车身分道操作时，操作人员扫描ＶＩＮ条码，同时根据实际情况选择车身去的车道名称，在ＰＢＳ出口扫描ＶＩＮ条码，并选择车身调拨目的涂装厂或者其它目的地。从ＰＢＳ查询界面可以根据厂名、道次来查看当前ＰＢＳ中车身信息。

对于ＰＢＳ返回车身，操作人员录入ＶＩＮ号码后，从界面的下拉菜单

中选择车身可能的去向，包括返修、调拨等，这些信息在涂装车间原因树上进行维护，确定后，系统记录车身去向，同时更改车身状态，并记录返回原因到日志表中，用于报表查询和车身跟踪。

当车身在涂装车间生产过程中发生了车身实际属性和计划属性不一致（颜色、整车物料号改变等）的情况时，为了不影响后续车间的生产，

需要在这条车身在涂装完工并且未打印装配指导书之间的时间内修改这台车的车身属性和批次号，系统提供界面用于修改车身属性同时录入新的

批次号以便区别与原来同一批次的车身，同时对这种操作进行记录。

(26)

ＰＢＳ工作人员

ＭＥＳ系统

获取总装车间预上线队列

总装车间预上线队列

扫猫牛钠Ｖ１Ｎ条码

。●＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿●●＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿●——

ＰＢＳ车辆队

芒

。。●＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿－●●＿●●＿＿＿＿●＿＿＿＿——

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－＿－＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿●＿＿－。＿●＿＿＿＿＿＿●——

／总装车问预

ＶＩＮ码Ｌ一显示车身信息

选择车身去向

图３－５车身出ＰＢＳ业务流程图

３．２．６总装车间的相关业务流程分析

判断是否为出ＷＢＳ车身

ＰＢＳ预出库车辆队列

（１）总装生产指示

为了指导总装车间现场操作人员有充足时间进行物料准备和装配操作，他们需要及时准确地了解生产计划执行情况和焊装、涂装车身生产情况和ＰＢＳ车身信息等。系统需要提供对ＰＢＳ车身的统计查询，能够显示ＰＢＳ中每条存储链的车身队列和每个车身的信息。总装厂上线队列查询功能，从总装１０点开始的车身上线队列。能够查询从ＰＢＳ出口到总装１０点之间的车身队列，显示每台车身的相关信息，包括批次号、销售类型、

整车物料类型、车身颜色等信息。

在ＰＢＳ出口（入口）打印总装装配配置表，根据车身类型和销售类型打印出不同的配置表，用于现场装配人员的装配指示。在动力总成分装上线处，操作人员可以看到总装１０点上线队列，队列显示车身类型等信息，用于动力总成分装指示。

（２）总装１Ｏ点报工

车辆到达时扫描ＶＩＮ号，记录该车辆１０点上线时间，进行报工，同时形成的车辆队列将作为后续相关工位装配的指导依据。在总装车间物料采集系统中，第一个数据采集点需要校验得信息来自ＥＲＰ系统的接口，通过ＶＩＮ号获取相关物料号，再根据整车物料号到物料扫描标准中获取相关信息作为后续扫描得依据，生产控制功能实现之后将替换原ＥＲＰ系统报工功能，同时将报工信息反馈到ＥＲＰ系统中。部分车间可能会将１０报工点与ＰＢＳ出口信息点合并。

１９

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（３）动力总成上线指导校验

计算机显示１０点开始的车身队列，同时提示需要的动力总成类型，当发

动机上线后对对应的队列进行确认，确认过后的车辆打印发动机装配指导书并粘贴到相应发动机上，根据整车或者ＳＫＤ车身物料号决定动力总成装配指导书的内容。

上线校验时扫描动力总成分装装配指导书上的ＶＩＮ条码和整车装配指导书的ＶＩＮ条码到文本框中，系统检测到两个文本框内容一致时就通过验证，否则提示错误。

（４）总装２０点报工

报工前需要校验随车卡发动机号和记录的发动机号码是否匹配，如果不匹配进行提示。同时提示前面扫过的车身和将要扫描的车身。

总装完工报工，数据采集系统中２０报工点信息从ＥＲＰ系统通过接口获取生产控制功能实现后将由系统获取车辆报工信息，同时将报工信息反馈到ＥＲＰ系统。

（５）淋雨前扫描

增加对２０点和３０点之前车辆的管理点，形成２０报工点到淋雨前

的车辆统计和淋雨质量原因的查看。操作人员扫描ＶＩＮ号码，系统提示

车身信息，第一次入淋雨只需直接确定，如果是第二次入淋雨系统提示需要录入原因，淋雨可能出现的原因需要在模型中配置原因树。

（６）铭牌打印

扫描ＶＩＮ号，铭牌打印系统外挂把ＶＩＮ号码传递给生产控制系统，

系统返回车身相关信息，对于整车且不是国际公司销售的车身，需要校验

总装入库计划，不在计划范围内的车身不打印铭牌。打印铭牌后，外挂程

序写打印时间到生产控制系统数据库表中对应的字段。

（７）合格证、免检单打印

系统从检测线系统读取免检单信息并打印。如果检测线系统没有相应信息，自动生成免检单信息并打印，系统根据ＶＩＮ信息，进行合格证打

印。

扫描ＶＩＮ号，获取车身信息，判断是否是出口车，如果不是出口车需要校验是否在入库计划中；系统获合格证相关信息后，把信息保存到数据

库中，同时按照标准格式把数据写到操作站Ｄ盘根目录下的文本文件中，

外挂程序检测到后，根据规则产生一个合格证编号，返写给系统；对于出口车不打印合格证，其它类型车身需要打印免检单和合格证；

保存免检单数据时需要按照规则产生一个免检单号码。

打印合格证时需要判断是否和铭牌打印同一天，如果不一样需要进行提示。

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（８）整车３０点出厂报工

扫描ＶＩＮ号，获取车身信息，数据采集系统中３０报工信息从ＥＲＰ系

统通过接口获取，同时将报工信息反馈到ＥＲＰ系统，与周入库计划进行校验。

３．３

ＲＦＩＤ在汽车生产过程控制系统中的应用

３．３．１汽车生产过程控制系统

根据上文的汽车生产过程分析，本文将汽车生产过程控制的研究范围定义为从生产计划下达到汽车整车下线的整个生产过程，包括生产计划下达、过程控制点跟踪、生产队列查询、车身车间调拨等业务处理。

汽车生产过程控制管理系统的业务范围主要包括了涂装、焊装和总装车间以及计划管理和生产管理部门。要实现的功能包括生产跟踪、生产计划执行控制、生产数据采集、计划查询和报表、系统接口和系统管理等。

生产跟踪和生产计划执行控制等主要功能都建立在生产数据的采集上，国内汽车生产企业的数据采集大多采用人工查看纸质材料和条形码技术为主，不能实现生产信息的主动采集和推送。采用ＲＦＩＤ技术，可以实现生产过程数据的主动采集，进而优化生产跟踪和生产计划执行等核心功能。

３．３．２ＲＦＩＤ应用分析

在汽车生产过程中采用ＲＦＩＤ技术，主要实现以下两个功能：

（１）目标跟踪

使用ＲＦＩＤ标签对白车身进行标记，通过利用设置在汽车生产流水线上的ＲＦＩＤ阅读器读取在汽车流水线上运动的车辆ＲＦＩＤ标签，对生产中车辆在流水线上的情况进行跟踪，达到对汽车生产过程的动态监控。

（２）数据采集

使用ＲＦＩＤ标签跟踪车辆在生产线流动情况的同时，添加对汽车生产过程中核心零部件等装配信息的采集，实现对汽车生产过程中的物料消耗信息、车辆装配进度的监控，达到在汽车生产过程中全面控制的目标。

２１

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第四章基于ＲＦＩＤ的汽车生产过程控制管理系统体系结构设计

４．１设计思路

本文的设计目标是为ＲＦＩＤ技术在汽车生产过程控制管理系统中的引用构建一个设计合理，简洁高效的体系结构，如下几个问题是将ＲＦＩＤ技术应用到汽车生产过程控制系统中急需解决的关键问题，也是本文研究的

体系结构设计需要解决的目标：

（１）从布置在汽车生产线的ＲＦＩＤ阅读器采集到的海量的包含不确定信息的ＲＦＩＤ数据如何预处理，提取出可靠性高的实时ＲＦＩＤ数据；

（２）ＲＦＩＤ数据作为一个简单的数据源，如何与汽车生产过程控制系统的业务逻辑相关联，为汽车生产过程控制服务，并保持系统本身体系结构的开放性和简单性；

（３）本系统中的ＲＦＩＤ数据如何与汽车生产企业的其他业务领域内的系统如整车跟踪系统、零部件采购管理系统相关联，并提供相应的应用接

口。

基于以上要实现的目标，本文选用以Ｓｐｒｉｎｇ轻量级容器为业务服务系统基础架构，将ＲＦＩＤ数据处理模块分离出来的思路进行设计，主要考虑了如下因素：

（１）Ｓｐｒｉｎｇ架构能够实现企业级应用的基本功能

Ｓｐｒｉｎｇ是一个开源的轻量级控制反转（ＩｏＣ）和面向切面（ＡＯＰ）的容器框架，它由ＲｏｄＪｏｈｎｓｏｎ创建。它是为了解决企业应用开发的复杂性而创建的。Ｓｐｒｉｎｇ使用基本的ＪａｖａＢｅａｎ来完成以前只可能由ＥＪＢ完成的事情

（Ｓｐｒｉｎｇ主要功能就是使用基本的ＪａｖａＢｅａｎ代替ＥＪＢ，并提供了更多的企业应用功能）。其核心是Ｂｅａｎ工厂（ＢｅａｎＦａｃｔｏｒｙ），用以构造所需要的业务对象。

Ｓｐｒｉｎｇ提供了ＡＯＰ（Ａｓｐｅｃｔ．ＯｒｉｅｎｔｅｄＰｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ，面向层面的编程）

的实现，用它来提供非管理环境下申明方式的事务、安全等服务；对Ｂｅａｎ工厂的扩展ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＣｏｎｔｅｘｔ更加方便实现Ｊ２ＥＥ的应用；ＤＡＯ／ＯＲＭ的实现方便进行数据库的开发；ＷｅｂＭＶＣ和ＳｐｒｉｎｇＷｅｂ提供了ＪａｖａＷｅｂ应用的框架或与其他流行的Ｗｅｂ框架进行集成。就是说可将两者一起使用，

达到将两者自身的特点进行互补。

Ｓｐｒｉｎｇ的特征使开发者能够编写更干净、结构清晰、易于测试的代码。

便于系统以后的功能扩展和代码维护。

（２）Ｓｐｒｉｎｇ架构对ＪＭＳ的支持

本文主要研究基于ＲＦＩＤ技术应用于汽车生产过程控制系统中采用的

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申请学位级别：硕士 专业：管理科学与工程

合肥工业大学 硕士学位论文

基于RFID的汽车生产过程控制管理系统体系结构的研究 姓名：曹镭