解读RFID在汽车行业中应用模式

　　前言

　　汽车产业作为国民经济的重要支柱产业，一直在国民经济和社会发展中起着重要的作用。为保证行业主导地位，应对全球市场的激烈竞争，汽车制造企业一直采用各种先进的制造技术和制造模式提升产品研发能力和企业管理水平。在产品设计方面，企业大都已采用CAD等技术；在生产制造方面，广泛利用CAM／CAPP等计算机技术、信息技术、自动控制技术和数控技术以提升制造装备的柔性化和制造过程的自动化、数字化以及智能化；管理方面，汽车行业已经历了批量流水线制造、团队制造、精益制造、大规模定制、敏捷制造和虚拟制造等多种先进制造模式并向全球化制造模式趋势发展。尽管汽车行业吸收了各先进制造模式的管理思想，但由于缺乏相应的技术手段，仍然面临着无法对整个供应链中与制造过程相关内外资源进行实时综合协调控制和精细化管理等问题，导致企业不能及时响应顾客的个性化需求和实现产品增值并为顾客提供更好服务。

　　射频识别(radio frequency identification，RFID)技术的出现，为解决以上问题提出了可行方案。RFID技术是一种基于射频原理实现的非接触式自动识别技术，该技术通过无线射频信号的空间耦合传输特性来实现对象的自动识别。RFID系统一般由标签、阅读器、天线和中间件组成。同传统条形码技术相比，RFID技术在识别速度、识别距离、存储容量、读写能力和环境适应性等方面具有明显优势，因此被逐步应用于社会、经济和国防等众多领域。目前RFID技术在国内外汽车行业的应用研究现状可概括为“应用实例先于理论研究”。应用实例方面，国外汽车厂商如通用、福特、丰田、宝马、沃尔沃和现代等汽车公司作为RFID应用的先行者已成为RFID行业应用的典型案例；国内汽车厂商逐渐认识到RFID技术的重要性，继上海大众、上海通用、一汽大众和江淮等汽车公司在主要生产车间实施了RFID之后，奇瑞、昌河和长安等汽车公司也相继推出了自己的RFID项目。理论研究方面，国内外学者重点研究了RFID在汽车供应链管理、物料协同配送、生产过程控制和质量管理等环节的相关技术和数学模型，探讨了汽车行业采用RFID技术的评价体系。总体来说，目前国内外汽车行业RFID的应用案例多于理论研究，而理论研究方面偏重于单个应用环节的技术解决方案，较少从管理角度系统研究汽车行业RFID应用的策略。为此，作者结合汽车行业的实际情况，从汽车行业价值链的角度探讨汽车行业RFID的应用模式，并期望能为国内汽车行业RFID的规划和实施提供一定参考。

　　RFID有两方面的含义，一是射频识别技术；二是射频识别卡，或称电子标签。本文中论述的REID应用主要指后者。

　　1 需求分析

　　1.1 汽车行业所面临的挑战

　　1.1.1 经济全球化的影响

　　经济全球化导致汽车制造行业的竞争进一步加剧，对汽车行业的影响主要体现在以下方面：随着科学技术的进步，企业生产方式由原来的生产计划推动型转变为市场需求拉动型；为维持核心竞争力，汽车行业分解其价值链，积极推行外包战略，建立全球制造服务网；企业以前所关注的成本、质量和产品上市时间不再是其获取市场份额的主要竞争优势，市场竞争的焦点转变为创新和服务。汽车行业对外面临经济全球化的压力，对内面临同行业的竞争，必须从价值增值的角度关注整个供应链过程，整合和优化内外部资源，快速适应市场，满足客户需求。

　　1.1.2 可持续发展战略的影响

　　传统的汽车行业制造模式正经历着“以产品为中心”、“以客户为中心”向“以可持续发展为中心”的转变，意味着企业要提高资源利用率、降低环境污染，实现经济效益与社会效益的协调和优化，承担着更多的社会责任。对于汽车行业来说，必须采取绿色制造的战略，以产品全生命周期为主线，协调T(时间)、Q(质量)、c(成本)、s(服务)、E(环境)和R(资源)等目标，最终实现可持续发展。

　　1.2 汽车行业价值链分析

　　价值链理论作为提高企业竞争力的有效手段，通过对价值创造过程中各参与主体及其活动进行系统研究，有利于调整、优化价值链，综合协调“以产品为中心”、“以客户为中心”和“以可持续发展为中心”的制造模式，实现企业利益的最大化¨引。汽车行业价值链中参与的主体主要包括：供应商、物流服务商、制造商、销售商、维修服务商和回收处理商等。

　　供应商的主要活动是为汽车生产制造及装配过程提供原材料、零件和组件；物流服务商贯穿于汽车供应链全过程，为各参与主体提供运输、仓储或其它价值增值服务；制造商的活动包括了零部件的生产制造、整车生产及装配；销售商接收从制造商分发来的车辆并提供给消费者；维修服务商在汽车使用过程中为使用者提供各种维修和保养服务；回收处理商从事处理废旧汽车资源化逆向物流管理活动，作为汽车产品生命周期的最后环节，主要包括从废旧汽车的回收、检测、分类、其他处理到回收产品的资源化处理、再分销等一系列的活动。

　　1.3 汽车行业RFID应用需求分析

　　汽车行业产业链长、关联度高，多以产业集群方式发展；“小批量、个性化”等产品特点使得汽车行业多采用战略联盟的形式实现资源共享。汽车制造商作为联盟的盟主企业须从供应链全局组织各种资源，提高物流和生产运作效率，降低经营成本，提高灵活性以快速响应用户需求。作者从制造商、供应链和产品生命周期3个不同角度来描述汽车行业RFID的应用需求。

　　1.3.1 基于制造商视角的RFID应用需求

　　(1)生产管理的实时化和透明化 利用RFID实现汽车生产全过程实时状态信息的监控，企业和车间各级管理人员能及时掌握生产情况并进行相应的决策和生产作业调度。

　　(2)生产管理的精益化 利用RFID实时跟踪原材料、在制品和零部件等物料的动态信息，提高车间均衡生产能力，逐步实现生产管理的精益化。

　　(3)生产过程的自动化和智能化 利用RFID采集的车型和车体颜色等实时信息来控制混流生产的车体队列分合流，提升喷涂机器人和PLC(可编程逻辑控制器)等现场控制设备的智能化水平。

　　(4)全面质量管理利用RFID实时采集和存储各关键工位质量信息，实现质量管理的自动化和无纸化，一旦产品出现质量问题有利于质量追溯。

　　1.3.2 基于供应链视角的RFID应用需求

　　(1)供应链物流管理 利用RFID提高供应商、物流服务商、制造商以及车辆分销商各自活动中物流、信息流的可见性和信息传递效率。供应商利用RFID获取制造商的实时生产进度信息，并制定出最优的供应计划；分销商利用RFID实时跟踪车辆运输和仓储库存等情况，制定合理的销售策略。

　　(2)客户及服务管理 利用RFID为消费者提供详细的产品信息、精细化产品支持和服务，降低产品维护成本和响应时间；维修人员可根据产品使用情况进行维修计划的合理安排，分析、解决和监控产品使用过程中出现的问题并反馈给相关人员如设计人员以减小产品召回风险。

　　1.3.3 基于产品生命周期视角的RFID应用需求

　　利用RFID对产品全生命周期信息进行闭环管理，实现过程、资源和产品的协调，并在适当的阶段做出正确的决策。通过RFID，顾客能获取更好的产品和服务；制造商能获取更多关于产品生产、使用、处理方式的信息；产品设计者利用以前产品的反馈信息设计出更好的产品；再制造商能获取更多关于产品剩余价值的信息。

　　2 汽车行业RFID应用模式

　　针对汽车行业的特征，结合汽车行业对RFID的应用需求，参照汽车行业其他先进技术和管理信息化系统的应用模式，提出基于产品生命周期维、应用领域维和视图模型维的RFID三维应用模式(见图1)。

图1 汽车行业RFID运行模式三维视图

　　2.1 产品生命周期维 

　　产品生命周期可以分为BOL(beginning of life)、MOL(middle of life)和EOL(end of life)3个阶段。BOL阶段包括产品的设计和生产制造，MOL阶段主要涉及到产品的包装运输、销售、使用和维护，EOL阶段关注的重点是产品的报废和回收。

　　RFID可单独用于各阶段实现不同目标，也可应用于整个产品生命周期实现产品全生命周期的闭环信息管理。闭环特性体现在两个方面：首先实现了各环节的信息共享(横向闭环)，使产品全生命周期所有活动的参与者不受时间、地点限制就能管理和控制产品信息；其次，产品生命周期各节点获取的数据能实现向知识无缝转化，而知识和信息又反过来作用于产品的设计、开发和生产过程(纵向闭环)，推动创新。

　　RFID在BOL的产品生产制造阶段，可获取生产现场数据实现柔性化生产和调度。在MOL阶段能为消费者提供详细的产品信息、精细化产品支持和服务、降低产品维护成本和响应时间；维修人员可根据产品使用情况进行预防性维护。在EOL阶段能为产品回收过程中所有参与者提供产品(零部件、材料)的精确信息、有效估计零部件的回收价值和回收质量并选择适当的处理方式，降低产品回收成本。

　　2.2 应用领域维

　　应用领域维包括了RFID的应用环节和层次。RFID应用环节可以分为供应链、生产制造(仓储、物料配送、质量控制、产品跟踪)、销售、维修服务和回收处理等环节。应用层次体现了RFID系统与其他管理信息系统或现场控制系统的集成程度。大致可分为：独立的RFID系统，即单独应用于某环节，实现简单的现场控制或业务管理功能；战术级应用，RFID系统与汽车制造企业MES(制造执行系统)集成，真正架起企业资源计划与现场控制的桥梁，改善生产流程实现实时生产调度和控制；战略级应用，RFID系统与企业所有管理信息系统实现集成和数据共享，实现企业整体业务的优化；战略联盟级应用，实现联盟内部供应链上下游企业、买卖方之间信息的可视化和透明化，消除信息失真。

　　2.3 视图模型维

　　视图模型维用于描述汽车行业RFID的具体规划实施过程。视图模型维分为功能视图、组织视图、过程视图和实施视图，以过程视图为核心，组织协调内外部资源实现系统的各种目标。

　　(1)功能视图 汽车行业RFID的应用必须与现有的多种制造模式相融合，综合协调人员、物料和设备等生产要素，其目标是以较低的生产成本、较高的产品质量为顾客提供较好的服务，并最终实现汽车行业的可持续发展。汽车行业RFID系统的功能模块根据具体应用领域可分为：仓储管理、物料配送管理、人员管理、生产任务及进度管理、质量管理、资产管理、供应链物流管理、供应商管理、维修服务管理和产品数据管理(全生命周期)等。

　　(2)组织视图 RFID系统的实施一般被认为是企业在面临外部竞争的压力或强制要求之下而采取的一种新的战略性方法，因此首先必须得到公司高层领导的支持，并成立领导牵头的RFID项目领导和实施团队。还须明确各团队人员的组织结构、责任及相关权限，分工协作完成需求分析、系统设计、系统实施、系统运行、系统维护和系统推广等各阶段工作。

　　(3)过程视图 用于描述RFID系统实施领域内所有参与主体及其活动之间的相互联系，实质为产品生命周期某阶段内软硬件、设备、物料和人力等各种资源的协调过程，其主要内容包括了为实现产品增值而服务的全部活动的输入和输出。

　　(4)实施视图 RFID系统的成功实施须制定出科学的实施方案，大致分为需求分析、系统设计和系统实施3个阶段。整个过程必须严格按照工程项目管理的要求进行RFID系统的开发和实施。 

　　①需求分析阶段详细分析企业现有的业务流程和信息系统的情况，针对汽车行业现状和企业现有问题明确RFID系统的目标、原则和风险，确定RFID应用领域并提出RFID的应用要求。同物流、零售和交通等领域相比，汽车行业流程多并伴随着复杂的物流、资金流和信息流，企业内部还存在大量的信息孤岛不能实现产品相关数据、信息和知识的无缝转化。因此RFID的应用不仅要处理海量数据实现业务的管理和控制，其最核心的价值就是架起计划层和控制层的桥梁，通过与ERP(企业资源计划)、SCM(供应链管理)、MES等系统的集成以掌控整个价值链；同时，汽车制造企业生产现场环境恶劣，主要参数如温度、湿度、焊枪的电压与电流、高频电磁辐射、酸碱度、周边设备质地、车体或零部件移动速度等联合作用对RFID设备(阅读器、标签、天线)的性能以及RFID系统的稳定构成挑战，这些都为RFID的应用提出了严格的要求。

　　对于汽车行业来说，RFID的应用要求主要包括：标签内承载的内容与格式(RFID编码的内容按照实际需求可包括供应商代码、车身VIN码、车型、车型状态、颜色代码、质量代码、上下线时间或其它特殊信息，具体视RFID应用的层次、领域和目标而定；编码格式应遵守汽车行业和企业内部的相关规定，并考虑与条形码相关编码格式兼容)、标签信息读取安全要求(标签内数据、标签与阅读器之间的空中接口以及企业内部网络的安全)和RFID设备性能要求(外形尺寸、工作频率、存储容量、物理特性、电气特性、环境特性等)。

　　②系统设计阶段针对需求分析的结果，制定详细的RFID设备性能评价方案，并通过第三方测试、实验室模拟测试以及现场测试综合选择性能可靠的RFID设备；构建系统的总体结构框架(数据采集、数据存储和数据管理等)进行系统建模、分析并以此为基础进行软件系统的开发。

　　系统实施阶段对软件系统进行测试，主要是通过系统上线试运行验证和优化系统性能并进行结果分析和评价。

　　3 应用实践

　　在国家高技术研究发展计划(863计划)的支持下，上述汽车行业RFID应用模式的研究在重庆某整车生产厂进行了应用实践。该厂目前已成功实施了ERP和基于条码的MES系统，但仍面临着如下问题：由于条形码不能循环使用，且易受环境污染而导致无法识别，影响生产效率；部分生产环节无法设置扫描点，不能实时监控产品所有状态信息；生产现场的质量信息采集手段落后且不及时，无法实现对单个车体的精细化管理；喷涂机器人、车体分道等控制环节还未完全实现自动化和智能化；由于缺乏车体的实时信息(车型、颜色等)不能实现车体队列的优化调度，影响车间均衡生产。针对工厂的实际需求，根据“总体规划、分步实施”的原则，确定在整车厂焊接、涂装和总装车间进行RFID系统试点应用。

　　从产品生命周期角度来看，RFID系统的应用属于BOL生产制造阶段。从应用领域角度来看，归属于单个企业内的战术级应用。

　　在功能视图方面，系统目标是通过对汽车整车生产的质量监控和流程管理实现精益生产。焊接和涂装车间利用RFID系统实现对车体的自动识别和实时跟踪；焊后链环节通过RFID系统实时采集车体队列信息并进行生产排序；面漆线利用RFID采集的信息控制喷涂机器人等设备执行正确的喷涂操作；涂装检测线通过RFID系统记录质量检测信息，并实现合格、返工和返修车辆的自动分流控制；涂装下线到总装线之间的缓冲区车体队列按车型进行排序实现均衡生产；总装车间利用RFID跟踪关键工位的车体实时状态。

　　在组织视图方面，成立了以公司管理信息部、汽车制造厂、系统集成商、重庆大学组成的项目实施小组分工协作进行需求分析、系统设计、系统实施和维护工作。

　　在过程视图方面，“以产品和服务为核心”进行整车生产过程中软硬件、设备、物料和人力等各种资源的协调管理实现系统的功能目标。

　　在实施视图方面，严格按照项目管理的要求进行RFID系统的建设。首先制定出项目管理计划，并做好相关准备工作(标准化工作、需求分析、培训等)，项目实施按照实施准备、实施调研、需求分析、方案设计、项目实施和推广等6个阶段，制定出详细的项目实施进度计划并进行严格的质量控制，保证项目的顺利实施。

　　RFID系统的实施在管理和经济两个方面取得了一定效益。

　　(1)管理方面 实现汽车生产全过程实时状态信息的监控，各级管理人员能掌握实际情况并进行相应的生产管理和作业调度；简化整车生产流程，更好地管理和控制现场设备，并指导其进行正确操作以实现生产流程的优化；利用车体的实时信息进行生产调度，有利于均衡生产；实现了汽车整车生产过程的全面质量管理和质量追溯；提升了生产过程的无纸化、自动化和智能化水平。

　　(2)经济方面可循环利用的RFID电子标签取代一次性条码；RFID自动扫描，减少了人工工时和工人数量；减少焊接与涂装、涂装与总装缓冲区的车体等待停线时间，降低了经济损失；减少涂装喷涂机器人换枪次数，节约了清洗剂和漆；无须单独对缓冲区编组平台进行硬件改造即可进行车体队列调度，节约了改造费用。

　　4 结束语

　　从系统角度提出了汽车行业RFID应用的模式，解决了汽车行业RFID应用目的和应用策略等问题。受现有商业模式的影响，目前汽车行业RFID的应用多采取闭环方式，主要集中于供应链、库存管理、生产制造和销售等单个环节或业务单元以期望获取最直接的利益。随着RFID技术的进步、相关标准的制定以及绿色制造理念的不断深入，汽车行业必将实现整个产品全生命周期过程的开环应用，并真正体现闭环产品生命周期管理的思想。