RFID在生產(chǎn)線上的應(yīng)用
加入技術(shù)交流群
許多供應(yīng)商為了符合新的RFID規(guī)定，在出貨前才貼上標(biāo)簽，但Wells'的做法不同，它在制造過程的早期就采用了RFID系統(tǒng)，從而節(jié)約成本并實現(xiàn)了其它優(yōu)勢。Wells'的工藝過程控制經(jīng)理Brad Galles于2004年中期開始與奶制品公司的自動化供應(yīng)商Rockwell Automation開展試驗性項目。其內(nèi)部開發(fā)的解決方案使用Allen-Bradley 1756 EWEB模塊用于ControlLogix來處理數(shù)據(jù)，有關(guān)數(shù)據(jù)來自Alien Technology的RFID讀取器和915-Mhz、96位的Squiggly標(biāo)簽。
天線讀取器在RFID標(biāo)簽上寫入，標(biāo)簽貼在兩桶裝的產(chǎn)品外包裝上，每分鐘可貼30個外包裝盒。速凍時再次讀取外包裝盒上的標(biāo)簽，這時速度可達(dá)先前的四倍，最后產(chǎn)品出貨。RFID系統(tǒng)將信息傳遞回Wells'控制體系，在公司的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)信息共享。Galles解釋說，要是采用通常的標(biāo)簽粘貼后再出貨的系統(tǒng)，Wells'就必須引入手工再包裝的工作，這就會增加勞動成本。
Galles指出：“我們從一開始就認(rèn)為采用RFID技術(shù)可推進(jìn)工藝轉(zhuǎn)變，提高業(yè)績。一旦采集了數(shù)據(jù)，我們就可用其來改進(jìn)目錄跟蹤，實現(xiàn)大部分質(zhì)量控制和目錄工作的自動化，并簡化數(shù)據(jù)采集工作?！盬ells'的報告還表明，其RFID系統(tǒng)使員工從繁重的工作中解放出來，減少了出貨錯誤，并盡可能的減少了人工修復(fù)工作。
該奶制品公司和Rockwell通過RFID系統(tǒng)實現(xiàn)了效率提高，充分利用了標(biāo)簽具備的數(shù)據(jù)處理功能。舉例來說，奶制品公司的每個RFID標(biāo)簽都連接到數(shù)據(jù)庫，其中帶有包裝盒中冰淇淋的生產(chǎn)參數(shù)，包括生產(chǎn)時間、批識別信息和產(chǎn)品線等。這使Wells'公司的操作人員能夠精確的了解每個標(biāo)簽何時被粘貼，而且批量發(fā)貨屬于哪一批等信息。
總而言之，RFID標(biāo)簽識別數(shù)據(jù)的高級特性有助于強(qiáng)化用戶數(shù)據(jù)庫的物理狀態(tài)和環(huán)境數(shù)據(jù)，確保工藝過程的變化或測試有效的進(jìn)行，并支持相關(guān)的決策和實施，以便進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量。
Galles指出：“RFID的作用在于，它能夠加強(qiáng)工廠生產(chǎn)的可視性，因為我們可利用RFID收集信息，信息采集的方式與現(xiàn)有設(shè)備相配套，這就為我們創(chuàng)造了更多的價值。為了實現(xiàn)投資的最高回報，我們應(yīng)繼續(xù)使用現(xiàn)有工藝進(jìn)程所采用的ControlLogix平臺來進(jìn)行RFID系統(tǒng)的設(shè)計工作。”
RFID基礎(chǔ)知識
RFID標(biāo)簽不需要監(jiān)視生產(chǎn)線，可以處理更多的數(shù)據(jù)。盡管條形碼無處不在，價格也相對低廉，但RFID標(biāo)簽的魯棒性更高，理應(yīng)取代條形碼。此外，RFID比傳統(tǒng)的無線電發(fā)射器和其它無線技術(shù)的成本都要低廉。
不過，就目前的應(yīng)用情況而言，RFID主要用于識別、材料處理和其它類型的文檔工作。這可以滿足沃爾瑪公司和美國國防部（DoD）關(guān)于安裝RFID系統(tǒng)的要求。人們對該技術(shù)的發(fā)展給予了極大的期望，不過也有報道指出，它實現(xiàn)還面臨著障礙，投資回報也存在著疑問，因此RFID的實施不宜操之過急。
有鑒于此，通常來說，應(yīng)用發(fā)展走勢如何說到底要靠用戶來做主，用戶應(yīng)當(dāng)明確自身需求，了解RFID的功能和成本，然后再決定RFID是否有助于提高工作效率，促進(jìn)決策，加強(qiáng)質(zhì)量控制，并促進(jìn)生產(chǎn)。如果不適合，用戶還是會選擇條形碼、無線電發(fā)射器或有線網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)。
Omron Electronics LLC的Bill Arnold指出：“如果說，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用其‘眼睛’看到條形碼，那么它也可以通過系統(tǒng)的‘耳朵’聽到RFID標(biāo)簽的信息，而且還能通過系統(tǒng)的‘語言’與其交談。如此說來，RFID技術(shù)對于供應(yīng)鏈實現(xiàn)控制和可視性來說顯然是更好的一種途徑。條形碼只有14至16位，而每個RFID標(biāo)簽則有96至256位，作為一種獨特的技術(shù)，它可用于明確產(chǎn)品的各種參數(shù)，包括生產(chǎn)班次、所用機(jī)床以及操作人員等?！?BR>
RFID標(biāo)簽可以是只讀的、一次寫入多次讀取的（WORM）、讀寫式的、可用天線/讀取器被動讀取的，或者是主動發(fā)送信號的（通常由電池協(xié)助）。
Omron推出的125-MHz RFID標(biāo)簽和V700 RFID讀取器最近還與Intermec條形碼系統(tǒng)相結(jié)合，系統(tǒng)集成商SMS Group將其安裝用于優(yōu)化印第安納州Total Interior Systems-America（TISA）公司的汽車座椅生產(chǎn)系統(tǒng)，并提高了它的跟蹤功能。該公司為附近的豐田工廠提供汽車座椅。SMS自動化和數(shù)據(jù)采集經(jīng)理Mike Deal指出：“這里，RFID標(biāo)簽用于取代已有的條形碼。RFID標(biāo)簽?zāi)軌蛉娓橳ISA的just-in-time（JIT）和just-in-sequence（JIS）系統(tǒng)，預(yù)先確定了每個座椅的標(biāo)準(zhǔn)和位置?！?BR>
Deal補(bǔ)充說，TISA的傳送帶由PLC和SMS的定制核心中間件控制，通過Omron的讀取器存取標(biāo)簽數(shù)據(jù)。中間件還與TISA的PLC及其ERP系統(tǒng)通訊。由于標(biāo)簽在RFID集成器的“閉環(huán)”中重復(fù)使用，因此TISA系統(tǒng)可實現(xiàn)持續(xù)的JIS確認(rèn)，而且據(jù)稱能在六個月內(nèi)收回投資。
Omron的報告顯示，該公司新近推出的RFID工具包包括RFID讀取器、軟件和打印機(jī)等，可幫助用戶以1.2萬至1.5萬美元的成本實現(xiàn)符合RFID標(biāo)準(zhǔn)的手工系統(tǒng)，低于傳統(tǒng)系統(tǒng)通常高達(dá)20萬美元的成本。
從閉環(huán)到開環(huán)
與傳統(tǒng)的無線電發(fā)射器類似，RFID標(biāo)簽設(shè)備以前也是成本約100美元的磚塊狀設(shè)備，通常在條件嚴(yán)酷的工業(yè)應(yīng)用中監(jiān)視工作過程（WIP），其功能強(qiáng)大，體現(xiàn)在工作距離更長等方面。
Pepperl+Fuchs的智能系統(tǒng)經(jīng)理Helge Hornis提到：“從歷史上說，RFID標(biāo)簽上存儲的讀寫數(shù)據(jù)能夠幫助用戶開發(fā)獨立的工作機(jī)床，因為標(biāo)簽保存了相關(guān)信息和其它工藝數(shù)據(jù)。隨著因特網(wǎng)和以太網(wǎng)的出現(xiàn)，用戶開始采用具有更小存儲器的標(biāo)簽來運行應(yīng)用，這些標(biāo)簽被連接到了中央數(shù)據(jù)庫和企業(yè)系統(tǒng)?！?BR>
幾年來，標(biāo)簽的大小不斷下降，與曲奇餅差不多大，其成本也降到幾美元左右，而且標(biāo)簽仍在閉環(huán)應(yīng)用中數(shù)百次的重復(fù)使用，這就降低了初始應(yīng)用成本。標(biāo)簽通常用于跟蹤大型物料，如汽車底盤和組件等，同時也加強(qiáng)了相關(guān)工作的經(jīng)濟(jì)性。
Siemens Energy Automation的工廠自動化感應(yīng)器業(yè)務(wù)經(jīng)理Alec Stuebler談到：“傳統(tǒng)的RFID標(biāo)簽工作時幾乎就像一部擴(kuò)展硬盤驅(qū)動器，用戶可在RFID標(biāo)簽上讀寫所有數(shù)據(jù)，實現(xiàn)所有必需的質(zhì)量測量要求。舉例來說，RFID標(biāo)簽可確認(rèn)汽車組裝過程中的工具測量扭矩以滿足預(yù)定義的測量要求，并允許組件裝配進(jìn)入下一步。另外，防熱標(biāo)簽還能啟動噴漆工作，在物料從250℃的爐子中完工出爐后還可監(jiān)督質(zhì)量?！?BR>
Steubler還講到，RFID標(biāo)簽的讀取距離從2毫米（工具加工應(yīng)用中的埋入式標(biāo)簽）到300米（頻率為2.4GHz的標(biāo)簽）不等。存儲器大小從96-112字節(jié)到64K字節(jié)不等，不過存儲器容量加大時用電也會增多，比如要消耗更多的電池電力才能保持存儲器工作、才能夠存取。
RFID系統(tǒng)的工作頻率主要有三種：低頻，低于1MHz；高頻，全球科學(xué)測量統(tǒng)一要求的13.56MHz通用頻率；以及超高頻（UHF），高于800MHz。UHF可實現(xiàn)更長的讀取距離，成本也更低，但同時也會面臨一些干擾問題。
Siemens計劃于2005年8月推出其Simatic RF 600和Simatic RF 300產(chǎn)品。上述900MHz的系統(tǒng)據(jù)說可實現(xiàn)3至5米的讀取距離，其中將包括RFID標(biāo)簽、讀取器、天線和軟件等。
近期的技術(shù)進(jìn)步使RFID標(biāo)簽的大小不斷降低，幾乎與半導(dǎo)體芯片的大小相當(dāng)，小到足夠植入于條形碼，或其它標(biāo)簽中，也可直接置于產(chǎn)品之中。RFID標(biāo)簽粘貼的產(chǎn)品外包裝或封裝越來越小，而且往往是一次性使用的外包裝，通常將此稱作“開環(huán)”應(yīng)用。
盡管技術(shù)不斷進(jìn)步，批量出貨的無源RFID標(biāo)簽單價通常仍要花費35至45美分，少量出貨要75至80美分，帶有數(shù)據(jù)讀寫、存儲和其它高性能功能的有源RFID標(biāo)簽單價則達(dá)85美分。不幸的是，有報道指出，RFID標(biāo)簽想要適用于大多數(shù)主流一次性開環(huán)應(yīng)用的話，就必須降到5至10美分的閾值水平，當(dāng)前價格顯然要高得多。
無源RFID標(biāo)簽由小量RF能源供電，它在接近RFID系統(tǒng)天線或讀取器周邊的電磁場時就會被激活。舉例來說，13.56MHz標(biāo)簽的讀取距離可達(dá)1米。一旦標(biāo)簽加電，讀取器就能與標(biāo)簽互動，并將標(biāo)簽數(shù)據(jù)傳送給相連的控制器、PLC、PC或進(jìn)一步上傳給更高級的企業(yè)系統(tǒng)。
干擾、安全性和魯棒性問題
與各種無線技術(shù)一樣，RFID技術(shù)也面臨干擾問題，通常在靠近金屬和液體時都會出現(xiàn)這種問題。要是存在物理障礙，那么就要求標(biāo)簽、讀取器的功能更強(qiáng)，這樣成本就會更高，或者還要采用其它定制方法。
距離和物理讀寫限制通?？梢员苊馕词跈?quán)存取標(biāo)簽數(shù)據(jù)，不過開發(fā)中的新式RFID二代標(biāo)準(zhǔn)預(yù)計還將進(jìn)一步解決當(dāng)前的安全性關(guān)切問題。一代技術(shù)公布了EPC全球標(biāo)準(zhǔn)，目前許多RFID開發(fā)商都已采用該標(biāo)準(zhǔn)。
Impinj報告指出，其近期推出了完全集成的RFID二代系統(tǒng)，包括全面符合二代標(biāo)準(zhǔn)的芯片、標(biāo)簽、貼紙、嵌體和讀取器等。
Escort Memory Systems（EMS）的市場經(jīng)理Bradley Todd指出：“條形碼是識別部件和部件去向的最廉價方法，不過在許多制造環(huán)境下，如噴漆爐、化工處理和肉類包裝等，條形碼根本就不能適用。RFID標(biāo)簽在工藝進(jìn)程中一步步傳遞著信息，從而能在制造過程中幫助企業(yè)資源計劃（ERP）進(jìn)行決策。舉例來說，用于跟蹤阿根廷試驗項目中牲畜養(yǎng)殖信息的標(biāo)簽可向養(yǎng)殖場的ERP系統(tǒng)添加信息，向其它閉環(huán)標(biāo)簽寫入信息，可為封裝上的條形碼添加信息。”
Todd補(bǔ)充說，Toyota南非公司近期實行了RFID車輛跟蹤系統(tǒng)（VTS）的第二階段，為工廠添加了EMS的LRP RFID讀寫器天線和標(biāo)簽功能。系統(tǒng)集成商EMS SA建立了在諸多制造階段和最終組裝過程中跟蹤車輛的RFID系統(tǒng)。EMS的報告指出，由于安裝后可同時采用重復(fù)性使用和一次性使用的標(biāo)簽，因此此次RFID的應(yīng)用意義非常重大。
該項目的第一階段采用了可重復(fù)使用的高溫HMS150標(biāo)簽，而第二階段則采用了LRP-L4982貼紙標(biāo)簽，其成本更低，大小與信用卡相當(dāng)，作為一次性紙質(zhì)標(biāo)簽，它還具備了存儲器存儲特性。
Todd還說：“由于RFID在每步之后都可讀寫，因此我們在工藝過程的早期就能發(fā)現(xiàn)問題，從而為后期節(jié)約了大量的金錢與時間。”
未來的發(fā)展
就RFID本身而言，它與傳統(tǒng)的控制和自動化似乎關(guān)系不大，不過，配合數(shù)據(jù)庫和其它現(xiàn)有的信息源，RFID對控制和自動化的工作大有裨益，盡管其發(fā)揮作用的方式往往是間接的。事實上，即將到來的技術(shù)進(jìn)步（如節(jié)能的有源RFID標(biāo)簽）將使標(biāo)簽成為模擬、數(shù)字、以太網(wǎng)和/或因特網(wǎng)數(shù)據(jù)的無線發(fā)射器，從而成為無可置疑的優(yōu)勢技術(shù)。Arnold指出：“今后兩三年內(nèi)，RFID標(biāo)簽可能將與溫度感應(yīng)器相結(jié)合，標(biāo)簽還可作為恒定溫度指示計。”
Colder Products公司的報告指出，可以在液體消毒劑包裝袋接口處添加極小的讀寫RFID標(biāo)簽，再配合13.56-MHz RFID讀取器，這樣就能識別標(biāo)簽。AmeriSpa公司在其足療足浴椅系統(tǒng)中采用這種通用消毒劑匹配（UDC）技術(shù)，實現(xiàn)了有計劃的消毒衛(wèi)生機(jī)制。
Colder的智能技術(shù)業(yè)務(wù)經(jīng)理Rick Garber指出，一旦接頭匹配，RFID標(biāo)簽上的信息將加密并報告確認(rèn)剩余藥劑。一旦消毒劑包裝清空，標(biāo)簽將轉(zhuǎn)入只讀狀態(tài)。
Colder的RFID標(biāo)簽包括Phillips Semiconductor的64字節(jié)I-Code 1 RFID芯片，其中8個字節(jié)為只讀序列號，48個字節(jié)為通用讀寫數(shù)據(jù)，8個字節(jié)為芯片的控制存取部分。
Garber解釋說，除了調(diào)節(jié)用藥劑量之外，AmerSpa足浴消毒衛(wèi)生系統(tǒng)中的UDC還可避免使用偽造的清潔器，從而避免了污染和感染。他補(bǔ)充說，匹配的讀取器可連接于更高級別的網(wǎng)絡(luò)，未來還可實現(xiàn)報告和預(yù)訂功能。
RFID基本術(shù)語解釋
基于英國的Pelican Control Sys-tems公司在其“RFID系統(tǒng)通用定義”網(wǎng)頁（www.pelican systems.co.uk）上介紹的許多基本的RFID概念。以下列出一些Pelican提供的常用定義：
RFID標(biāo)簽/貼紙/脈沖轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)是粘貼于監(jiān)視或處理物品上的標(biāo)識器。脈沖轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)的大小、存儲器容量、物理構(gòu)造和工作距離各不相同。
讀取器/掃描儀作為脈沖轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)和數(shù)據(jù)環(huán)境間的監(jiān)視和/或操作接口進(jìn)行工作。讀取器管理與脈沖轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)之間的數(shù)據(jù)通訊過程，并臨時存儲信息或向數(shù)據(jù)環(huán)境傳輸信息。
工作頻率，通常低于1MHz，為13.56MHz或高于800MHz，它決定著RFID系統(tǒng)的設(shè)計特性，如材料穿透、數(shù)據(jù)傳輸速率、所需的能量以及工作距離等。
無源RFID系統(tǒng)采用外部電源（如天線或讀取器）供電的脈沖轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)。無源脈沖轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)通常比有源產(chǎn)品便宜，但其工作距離和數(shù)據(jù)傳輸能力有限。
有源RFID系統(tǒng)使用電池或?qū)Ь€連接作為電源為邏輯電路系統(tǒng)供電，從而突破了無源RFID的限制。
電磁感應(yīng)、電場干擾（也稱作反向散射或現(xiàn)場干擾調(diào)制）和無線電數(shù)據(jù)通訊是標(biāo)簽和讀取器間RFID通訊耦合的三種方法。電磁感應(yīng)系統(tǒng)通常工作在低頻（約125kHz）上，調(diào)節(jié)要求很少；也可工作在13.56MHz頻率上，這時應(yīng)用正常的無線電和頻譜分配調(diào)節(jié)。電場基于讀取器發(fā)射的無線電能量將會通過脈沖轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)收集并反射。讀取器和脈沖轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)發(fā)射無線電信號進(jìn)行聯(lián)系時，就會形成無線電數(shù)據(jù)通訊。
抗?fàn)幱猛ㄓ崊f(xié)議。如果系統(tǒng)不使用抗?fàn)幱猛ㄓ崊f(xié)議，那么它一次只能與一個脈沖轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)通訊。這意味著脈沖轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)要彼此獨立，逐次處理，這樣在時間上就會相當(dāng)復(fù)雜，耗時不菲?？?fàn)幱脜f(xié)議在處理獨特或重復(fù)識別信息的能力上互有差異，在處理不同脈沖轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)數(shù)量、脈沖轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)穩(wěn)定性或變化移植情況時的功能也有所不同。
只讀存儲器脈沖轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)由制造商內(nèi)置獨特的編程代碼，不能改變。脈沖轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)識別信息必須通過檢索表與特定項目相關(guān)聯(lián)，這就實現(xiàn)了高級數(shù)據(jù)安全性，不過其靈活性較差。
一次寫入多次讀?。╓ORM）脈沖轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)可由用戶在制造之后根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行編程。一旦編碼后，數(shù)據(jù)不能改變。這實現(xiàn)了較高的安全性，也比只讀存儲器更為靈活。
讀寫脈沖轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)所包含的存儲器可在正常工作過程中加以改變，通常應(yīng)用于動態(tài)數(shù)據(jù)庫。
評論