INTEGRA RFiD and IoT Overview Animation
來源：e-works 作者：e-works 熊东旭
在智慧製造轉型趨勢下，RFID作為一種非接觸式的自動辨識技術，可以透過射頻信號自動辨識目標對象，並獲取相關數據，由於RFID實施和部署成本較低，數據採集和傳輸方式十分便捷，因此受到企業越來越多的關注。
相對於條碼、磁卡、IC卡等技術，RFID的應用優勢，是可以實現批量處理、遠距離非接觸讀寫，數據容量大，可重複使用，對污染不敏感，適應各種複雜的工況。
一、RFID工作原理與分類
RFID的工作原理很簡單：標籤進入磁場後，讀寫器會感應到標籤信號，標籤透過無線射頻信號，獲得能量(無源標籤或被動標籤)或標籤，主動發送某一頻率的信號(有源標籤或主動標籤)，然後解讀器讀取電磁波，並轉化為數據，送至中央資訊系統，進行有關數據處理。
圖1 一套完整的RFID系統
因此，一套完整的RFID系統包括閱讀器與、電子標籤及應用軟體系統三個部份組成。從RFID 卡片閱讀器，及電子標籤之間的通訊及感應方式來看，大致上可以分成：電感耦合和電磁波耦合兩種。
表1 電感耦合和電磁波耦合對比
電感耦合主要應用在無源標籤上，無源標籤透過磁場感應，獲取信號能量，由於RFID晶片支持頻率較低，辨識距離較短，辨識速度最快在100張/秒，實施成本較低。
電磁波耦合可以是無源標籤或有源標籤，由於有源標籤支持超高頻和微波頻段，且自帶電源，辨識距離和辨識速度，都要比電感耦合更遠、更快，實施成本也相對較高。
無論是有源RFID系統還是無源RFID系統，作用都是為了辨識貨物和讀取數據。但兩種類型的RFID系統在信號強度、感知範圍和讀取速度方面有所不同，各自支撐應用場景也不盡相同。
二、RFID在製造業的應用場景
RFID與感測器不一樣，感測器是動態連續獲取設備運行狀態數據，而RFID是只有標籤進入到感應範圍內時，才會讀取數據並進行傳輸。因此，RFID技術應用主要集中在生產線車間、物流和定位等應用場景。
1.RFID在智慧車間中的應用
1)產線混流製造
混流製造是企業在一定時期內，在一條流水線上，生產多種產品的生產方式，將工藝流程、生產作業方法，基本相同的若干個產品品種，在一條流水線上科學地編排投產順序，實行有節奏、按比例的混合連續流水生產，並以品種、產量、工時、設備負荷全面均衡為前提。
圖2 混流製造
隨著用戶個性化需求的成長，在製造企業的工業生產中，選配和訂製，已經逐漸成為趨勢，混流製造的混合流水線生產模式，能很好地滿足個性化的訂製選配生產需求。
透過在複雜零件和托盤上安裝RFID標籤，在加工設備和線體上安裝工業讀寫器，實現產品和設備的智慧通訊，有效的避免因數據採集不即時，導致工序管理混亂等諸多問題。
透過即時採集，在製品狀態和生產工序狀態，為MES提供數據支撐，保證MES可即時的生產調度每個工作站，使每個工作站週期內，都處於繁忙狀態，以完成最多的操作量，從而減少閒置時間，提高生產效率。
目前，中國上汽通用五菱，透過在缸體缸蓋加工生產線，安裝RFID標籤，實現六種以上的缸體混流生產，產線全過程品質數據，和過程數據都被有效採集。
美的家用空調在工廠的柔性裝配線、工序、工板上安裝RFID標籤，實現家電裝配過程數據自動採集、數據採集率提升至99%，每條線單件產品減少人工條碼掃描事件5分鐘，MES數據準確率提升至90%。
2)刀具全生命週期管控
刀具管控的目的，是實現對刀具全生命週期資訊管理，即時的瞭解刀具的使用和庫存狀態和位置。在刀具採購入庫前，為刀具加裝電子標籤，作為刀具的唯一身份辨識資訊。
在刀具的調度和使用過程中，通過及時採集刀具的信息，能在系統中清楚的瞭解刀具是否已經上刀，具體對應的機床以及使用的週期和時長等。
透過即時跟蹤刀具位置狀態、使用狀態，企業能透時的瞭解刀具磨損情況，並進行更換，保證刀具的使用安全。
圖3 刀具管控
武漢重型機床是對岸中國生產重型、超重型機床規格最大、品種最全的大型骨幹企業，刀具作為機床最重要的部件，企業透過為機床RFID晶片，即時讀取刀具的資訊，瞭解刀具使用狀態數據，並根據刀具磨損狀態回饋系統，及時更換刀具。提高刀具使用安全，保證機床加工生產效率處於最高效狀態。
3)智慧維護
東莞一家專注於電極管生產的企業，透過打通模具，從設計到製造的資訊流和製造流，提高CNC加工效率，減少倉庫人員，減少測量人員，提高EDM稼動率20%以上。
具體實現方式是對每個電極管安裝RFID標籤，從晶體管入庫、生產、測量、放電的全流程進行瓜農空。透過對庫存、配置、現場的數據採集，從電極的設計延伸到製造、測量和使用的全過程，使數據和製造無縫交互，實現全流程的自動化，無人化。
圖4 電極數據採集與資訊跟蹤
2.RFID在智慧物流中的應用
1)物料配送週轉箱管理
RFID技術應用於物流週轉箱管理，可以大大提高物流體系作業效率，實現數位化倉儲管理(倉儲貨位 管理、快速即時盤點)等，使管理更加科學、即時、有效，確保供應鏈的高品質數據交流，由此將帶來物流效率的大幅提高，從而降低系統的總體花費成本。
圖5 物流週轉箱管理
在三一重工18號廠房，所有的物料配送出口，都安裝RFID讀寫器，裝配線邊裝都有RFID領料器，所有物料的出入庫，以及線邊領料資訊，都會即時的被採集，並回饋到後台系統。
碼垛立庫智慧辨識系統，能透過自動立庫、RFID智慧小車、RFID托盤等智慧部件，實現配送過程透明化和智慧引導，提高裝配物料配送效率和精度。
2)供應鏈車輛引導與卸貨管理
透過RFID、智慧交通技術，結合廠區物料供應需求，實現廠區供應商車輛預約、排隊、身份辨識，廠區卸貨資源智慧化分配。這有點像乘車訂票系統，在沒到車站(工廠)之前，供應商透過線上預約系統，進行預約排隊(購票)，到工廠(車站)之後按照指示牌到預約卸貨位卸貨(等待和上車)。
圖6 供應鏈車輛引導與卸貨管理
目前美的微波爐馬龍基地，透過部署實施供應鏈車輛引導，與卸貨管理系統，實現物料拉動式供應鏈模式，透過RFID系統，來瞭解整個廠區的物流資源狀態，對廠區物流資源進行疏導，實現對供應鏈車輛的入廠時間、卸貨資源安排指引、時間控制，提高廠區物流資源利用率。
該工廠透過對廠區車輛和卸貨資源，統一調配和引導，提高物流資源使用率30%以上，送貨準確性15%以上。
3.RFID在智慧產品中的應用
智慧板卡配合RFID技術，可以實現從設計、生產、銷售、巡檢、診斷維修、資訊統計、報廢全週期的資訊管理、運行資訊記錄回饋、診斷與分析等功能。對提升產品智慧化形象，實現產品全生命週期智慧化有重要價值。
圖7 智能板卡配合RFID技術
智慧冷櫃，透過在產品內部嵌入智慧板卡及RFID晶片，實現從研發、製造到銷售的全生命週期管理。在製造生產環節，利用RFID，推動實現生產製造諸多環節一體化，實現跨越式的智慧產品新價值。透過採集家電產品的使用狀態數據，為客戶提供更好的服務體驗。
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