1、RFID技術原(yuan)理(li)
RFID 是Radio Frequency Identification的縮寫，即無線(xian)射頻(pin)識別(bie)(bie)。RFID常稱(cheng)為感(gan)應(ying)式電(dian)子(zi)晶片(pian)或(huo)接(jie)(jie)近卡、感(gan)應(ying)卡、非接(jie)(jie)觸(chu)卡、電(dian)子(zi)標簽、電(dian)子(zi)條(tiao)(tiao)碼，等(deng)等(deng)。RFID技(ji)術(shu)(shu)是一種非接(jie)(jie)觸(chu)式的自動(dong)識別(bie)(bie)射頻(pin)技(ji)術(shu)(shu)，它通過射頻(pin)信號自動(dong)識別(bie)(bie)目(mu)標對象并(bing)獲取相關數據，識別(bie)(bie)工(gong)作無須人工(gong)干預，可(ke)工(gong)作于各種惡劣環境。RFID技(ji)術(shu)(shu)可(ke)識別(bie)(bie)高速運動(dong)物體并(bing)可(ke)同時識別(bie)(bie)多個(ge)電(dian)子(zi)標簽，操作快捷方(fang)便。作為一種非接(jie)(jie)觸(chu)式信息采(cai)集技(ji)術(shu)(shu)，采(cai)用RFID進(jin)行信息采(cai)集不怕(pa)油(you)漬、灰塵污染等(deng)惡劣的環境，可(ke)在這樣的環境中替代條(tiao)(tiao)碼，例如(ru)用在倉庫中或(huo)車間(jian)生產流水(shui)線(xian)上(shang)跟蹤物體。
如圖3(a)所(suo)示，一(yi)套(tao)完整的RFID系(xi)統由以下4個部分組成(cheng)：
（1）標簽(Tag)：由耦合元件及芯片組成，每個RFID標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象，俗稱電子標簽或智能標簽。根據自身是否帶有電源是否能夠主動發射某一頻率的信號，將標簽分為有源標簽（主動標簽）和無源標簽（被動標簽）。
（2）讀(du)(du)取器/讀(du)(du)寫器(Reader/Writer)：讀(du)(du)取(有時(shi)還可(ke)以寫入(ru))標簽信息的設備，可(ke)設計(ji)為(wei)手持式(shi)或固定式(shi)。
（3）天線(Antenna)：在RFID標(biao)簽和(he)讀取器間傳遞射頻信(xin)號。
（4）數據傳輸和(he)處理系統。
(a)RFID系統組成 (b)RFID系統工作(zuo)原(yuan)理
圖(tu)3 RFID系統(tong)組成與工作原理(li)
如圖3(b)所示(shi)，RFID系統的(de)(de)工作原理如下：電(dian)子標(biao)簽(qian)進入接(jie)收(shou)天線(xian)的(de)(de)磁場射頻范圍后，自動接(jie)收(shou)RFID天線(xian)發射的(de)(de)電(dian)磁波信號，標(biao)簽(qian)內部生成感應電(dian)流，激活標(biao)簽(qian)內置天線(xian)的(de)(de)工作狀(zhuang)態，反(fan)饋(kui)出標(biao)簽(qian)芯(xin)片中(zhong)的(de)(de)產(chan)品(pin)身份信息(xi)；RFID 讀(du)寫器(qi)通過讀(du)取(qu)反(fan)饋(kui)數據信息(xi)并(bing)對其進行(xing)解碼(ma)操作后，將整理好的(de)(de)信息(xi)傳送(song)給信息(xi)管理系統進行(xing)相(xiang)關數據的(de)(de)儲存與(yu)和處理。
2、RFID技術(shu)應用
RFID技術在制造(zao)業中得到了(le)廣泛應用(yong)。基(ji)于(yu)RFID系(xi)統可提供不斷(duan)更新的(de)實時數據流(liu)，可用(yong)來(lai)保證正確(que)(que)使用(yong)勞動力、機(ji)器、工具和部(bu)件(jian)，從而實現(xian)無(wu)(wu)紙化生產(chan)和減少(shao)停(ting)機(ji)時間，以(yi)保證可靠性和高(gao)質量；搜集如產(chan)品標(biao)識(shi)符、物(wu)理屬性、訂貨號等信息，自動建立(li)支持(chi)質量保證體系(xi)所要求的(de)質量跟蹤(zong)和工作(zuo)歷史文(wen)檔(dang)，實現(xian)復雜的(de)批(pi)次跟蹤(zong)。特別是在混合(he)裝配線生產(chan)中，能(neng)準確(que)(que)無(wu)(wu)誤地將裝配零部(bu)件(jian)送達指定區域(yu)，從而減少(shao)了(le)出(chu)錯率。
RFID在(zai)(zai)(zai)制造車(che)間(jian)數據采集、制造過(guo)程實時(shi)跟(gen)蹤(zong)與(yu)產(chan)(chan)品質量回溯等(deng)方(fang)面應(ying)用的(de)優勢日(ri)趨(qu)顯(xian)著，被(bei)認為(wei)是最(zui)具潛力且(qie)在(zai)(zai)(zai)制造信(xin)(xin)息(xi)化(hua)中發揮(hui)巨大作用的(de)技(ji)術(shu)革(ge)新。在(zai)(zai)(zai)車(che)間(jian)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)制造過(guo)程中，RFID主要(yao)應(ying)用于工(gong)件(jian)(jian)自(zi)動(dong)識(shi)別管理(li)、生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)過(guo)程控(kong)(kong)(kong)制、智(zhi)能物(wu)件(jian)(jian)跟(gen)蹤(zong)定(ding)位等(deng)。工(gong)件(jian)(jian)自(zi)動(dong)識(shi)別管理(li)是指(zhi)對于按(an)訂單生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)的(de)制造過(guo)程，需及(ji)時(shi)準確地識(shi)別出生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)線上的(de)工(gong)件(jian)(jian)信(xin)(xin)息(xi)，以保證在(zai)(zai)(zai)正確的(de)工(gong)位裝配正確的(de)零(ling)部件(jian)(jian)；生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)過(guo)程控(kong)(kong)(kong)制可以細(xi)分為(wei)生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)狀態監(jian)控(kong)(kong)(kong)及(ji)可視化(hua)、閉環生(sheng)(sheng)產(chan)(chan)計劃及(ji)控(kong)(kong)(kong)制、車(che)間(jian)物(wu)理(li)控(kong)(kong)(kong)制優化(hua)等(deng)幾個方(fang)面；智(zhi)能物(wu)件(jian)(jian)跟(gen)蹤(zong)定(ding)位指(zhi)通過(guo)RFID技(ji)術(shu)跟(gen)蹤(zong)這些綁定(ding)RFID標簽的(de)智(zhi)能物(wu)件(jian)(jian)的(de)過(guo)去、現在(zai)(zai)(zai)和未(wei)來的(de)潛在(zai)(zai)(zai)狀態信(xin)(xin)息(xi)并加以利用、處(chu)理(li)。
應(ying)用(yong)RFID技(ji)術能夠實現產(chan)(chan)品(pin)從原材料到(dao)最終成品(pin)的(de)(de)(de)(de)(de)全面跟蹤。例如(ru)，基(ji)于RFID實現發動(dong)(dong)機(ji)裝(zhuang)配(pei)(pei)過(guo)程(cheng)數(shu)據(ju)(ju)(ju)采集與(yu)監(jian)控。在(zai)汽車(che)(che)(che)(che)發動(dong)(dong)機(ji)裝(zhuang)配(pei)(pei)線中(zhong)，每一個(ge)發動(dong)(dong)機(ji)托盤上配(pei)(pei)有RFID存(cun)(cun)(cun)儲器，在(zai)每個(ge)工(gong)位配(pei)(pei)有RFID讀(du)寫頭，用(yong)于記錄在(zai)各工(gong)位獲(huo)得的(de)(de)(de)(de)(de)裝(zhuang)配(pei)(pei)信(xin)息(xi)(xi)：發動(dong)(dong)機(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)唯一序列號(發動(dong)(dong)機(ji)號)、發動(dong)(dong)機(ji)加工(gong)生產(chan)(chan)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)事件(jian)(jian)(jian)及其時間(jian)、發動(dong)(dong)機(ji)各關鍵零(ling)部件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)批(pi)次編號、發動(dong)(dong)機(ji)裝(zhuang)配(pei)(pei)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)測試數(shu)據(ju)(ju)(ju)和擰緊力矩數(shu)據(ju)(ju)(ju)等(deng)。并在(zai)發動(dong)(dong)機(ji)總成的(de)(de)(de)(de)(de)下(xia)料工(gong)位，由讀(du)寫頭讀(du)出存(cun)(cun)(cun)儲器中(zhong)保存(cun)(cun)(cun)的(de)(de)(de)(de)(de)信(xin)息(xi)(xi)，送入中(zhong)央控制室數(shu)據(ju)(ju)(ju)管理(li)服(fu)務(wu)器進行存(cun)(cun)(cun)儲和管理(li)。這樣，RFID系統(tong)(tong)(tong)建立(li)的(de)(de)(de)(de)(de)生產(chan)(chan)過(guo)程(cheng)記錄將為今后的(de)(de)(de)(de)(de)查詢和檢索提供可(ke)靠的(de)(de)(de)(de)(de)數(shu)據(ju)(ju)(ju)，同(tong)時也(ye)建立(li)了每臺發動(dong)(dong)機(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)生產(chan)(chan)過(guo)程(cheng)及其零(ling)部件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)追溯體系。在(zai)汽車(che)(che)(che)(che)總裝(zhuang)生產(chan)(chan)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)車(che)(che)(che)(che)身識(shi)別與(yu)跟蹤系統(tong)(tong)(tong)(AVI)是RFID技(ji)術的(de)(de)(de)(de)(de)另一個(ge)典型應(ying)用(yong)。該系統(tong)(tong)(tong)能夠自動(dong)(dong)識(shi)別每輛(liang)車(che)(che)(che)(che)所(suo)包含的(de)(de)(de)(de)(de)客戶要求(qiu)，以便組織生產(chan)(chan)。比如(ru)白(bai)車(che)(che)(che)(che)身來到(dao)涂裝(zhuang)車(che)(che)(che)(che)間(jian)時，控制系統(tong)(tong)(tong)應(ying)能夠通過(guo)基(ji)于RFID的(de)(de)(de)(de)(de)車(che)(che)(che)(che)輛(liang)識(shi)別確定車(che)(che)(che)(che)身被(bei)要求(qiu)的(de)(de)(de)(de)(de)顏色，自動(dong)(dong)轉(zhuan)換噴(pen)頭。當車(che)(che)(che)(che)身從涂裝(zhuang)車(che)(che)(che)(che)間(jian)進入總裝(zhuang)車(che)(che)(che)(che)間(jian)時，車(che)(che)(che)(che)輛(liang)識(shi)別系統(tong)(tong)(tong)應(ying)能夠根(gen)據(ju)(ju)(ju)車(che)(che)(che)(che)身信(xin)息(xi)(xi)，打(da)印裝(zhuang)車(che)(che)(che)(che)清單，提示操作工(gong)根(gen)據(ju)(ju)(ju)不同(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)車(che)(che)(che)(che)輛(liang)，安裝(zhuang)不同(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)選件(jian)(jian)(jian)；當車(che)(che)(che)(che)輛(liang)下(xia)線時，車(che)(che)(che)(che)輛(liang)識(shi)別系統(tong)(tong)(tong)將讀(du)取(qu)車(che)(che)(che)(che)輛(liang)實際被(bei)加工(gong)的(de)(de)(de)(de)(de)信(xin)息(xi)(xi)，將之制作成報(bao)表(biao)并匯報(bao)給管理(li)層。
根據(ju)RFID在MES中(zhong)的(de)應用模式，可以(yi)歸納成(cheng)以(yi)下4種普適的(de)應用場景：
（1）基(ji)于固(gu)定(ding)RFID讀(du)寫器/天線(xian)的固(gu)定(ding)探(tan)測空間控制模(mo)式：在(zai)固(gu)定(ding)RFID探(tan)測空間內，安裝(zhuang)于固(gu)定(ding)工位處的固(gu)定(ding)RFID讀(du)寫器/天線(xian)探(tan)測RFID貼標物體的“進(jin)入/離開(kai)”事(shi)件。
（2）基于(yu)固定RFID讀寫器(qi)/天線(xian)的(de)移動探(tan)測空間控制模式(shi)：在(zai)移動RFID探(tan)測空間內，安裝于(yu)運(yun)輸小(xiao)車、庫存叉車等的(de)車載RFID讀寫器(qi)/天線(xian)探(tan)測RFID貼(tie)標(biao)物體的(de)“進入/離(li)開”事件。
（3）RFID讀寫(xie)器/天(tian)線(xian)的(de)門(men)禁(jin)控(kong)制模式：在(zai)進出門(men)禁(jin)或固定探(tan)測(ce)點，固定的(de)RFID讀寫(xie)器/天(tian)線(xian)探(tan)測(ce)RFID貼(tie)標物體(ti)的(de)“進入/離開(kai)門(men)禁(jin)”事(shi)件。考慮到這兩個(ge)事(shi)件發生的(de)瞬時性，可將其融合成(cheng)一(yi)個(ge)“經過門(men)禁(jin)”事(shi)件。
（4）基(ji)于移(yi)動RFID讀(du)寫(xie)器(qi)/天(tian)線的(de)(de)隨機探(tan)測空間(jian)控制模式：利用(yong)手持式RFID讀(du)寫(xie)器(qi)（含天(tian)線）對RFID貼(tie)標物(wu)(wu)體(ti)進行隨機的(de)(de)狀態跟蹤，既可(ke)以是(shi)在(zai)固定RFID探(tan)測空間(jian)（如在(zai)固定工位通過手持式RFID讀(du)寫(xie)器(qi)掃描獲取物(wu)(wu)體(ti)的(de)(de)狀態信息），也可(ke)以是(shi)在(zai)移(yi)動RFID探(tan)測空間(jian)（如在(zai)倉庫中通過手持式RFID讀(du)寫(xie)器(qi)掃描定位目標物(wu)(wu)體(ti)并讀(du)取其狀態信息）。
圖4 制造車(che)間中對應(ying)四種RFID應(ying)用場景的典型應(ying)用
圖4給出了制(zhi)造(zao)車(che)間(jian)中對應(ying)(ying)上述四種場景的(de)(de)(de)RFID應(ying)(ying)用(yong)案例(li)。其中，案例(li)一為(wei)固(gu)定(ding)工(gong)(gong)位的(de)(de)(de)RFID應(ying)(ying)用(yong)；案例(li)二為(wei)AGV或運輸小車(che)的(de)(de)(de)RFID應(ying)(ying)用(yong)；案例(li)三為(wei)跨(kua)企(qi)業(ye)門(men)禁(jin)和傳送(song)帶固(gu)定(ding)工(gong)(gong)位的(de)(de)(de)RFID應(ying)(ying)用(yong)；案例(li)四為(wei)庫存管理中物(wu)料盤點時的(de)(de)(de)RFID應(ying)(ying)用(yong)。
