1、RFID技術原理(li)
RFID 是(shi)Radio Frequency Identification的縮(suo)寫，即無(wu)線(xian)射頻(pin)識別。RFID常(chang)稱為感應式電子(zi)晶(jing)片或接(jie)(jie)近卡(ka)、感應卡(ka)、非(fei)接(jie)(jie)觸卡(ka)、電子(zi)標(biao)簽(qian)、電子(zi)條碼，等等。RFID技術是(shi)一種非(fei)接(jie)(jie)觸式的自(zi)動(dong)識別射頻(pin)技術，它通過射頻(pin)信(xin)(xin)號自(zi)動(dong)識別目標(biao)對(dui)象并獲取相關數據，識別工(gong)作(zuo)無(wu)須人工(gong)干預，可(ke)工(gong)作(zuo)于(yu)各(ge)種惡劣環境。RFID技術可(ke)識別高速運(yun)動(dong)物(wu)體(ti)并可(ke)同時(shi)識別多個電子(zi)標(biao)簽(qian)，操作(zuo)快捷(jie)方便。作(zuo)為一種非(fei)接(jie)(jie)觸式信(xin)(xin)息采集技術，采用RFID進行信(xin)(xin)息采集不怕(pa)油漬、灰塵(chen)污染等惡劣的環境，可(ke)在這樣的環境中替代條碼，例(li)如用在倉庫中或車間(jian)生(sheng)產流水線(xian)上跟蹤物(wu)體(ti)。
如圖3(a)所示，一套完整(zheng)的RFID系(xi)統由以下4個部分組成：
（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)取器(qi)/讀(du)寫器(qi)(Reader/Writer)：讀(du)取(有(you)時還可(ke)以寫入(ru))標簽信息的設(she)備，可(ke)設(she)計為手持式或固定式。
（3）天線(Antenna)：在RFID標簽和讀取器間傳遞射頻信號(hao)。
（4）數(shu)據(ju)傳輸和處理(li)系統。
(a)RFID系統(tong)組成 (b)RFID系統(tong)工作原理
圖3 RFID系統(tong)組成與工(gong)作(zuo)原(yuan)理(li)
如(ru)圖3(b)所示(shi)，RFID系(xi)統的(de)(de)工作(zuo)原(yuan)理(li)如(ru)下(xia)：電(dian)子標簽(qian)(qian)(qian)進入(ru)接收(shou)天(tian)(tian)線(xian)的(de)(de)磁場(chang)射頻范圍后，自動接收(shou)RFID天(tian)(tian)線(xian)發射的(de)(de)電(dian)磁波信(xin)(xin)號，標簽(qian)(qian)(qian)內部生成感(gan)應(ying)電(dian)流，激活標簽(qian)(qian)(qian)內置天(tian)(tian)線(xian)的(de)(de)工作(zuo)狀態，反(fan)饋出標簽(qian)(qian)(qian)芯片(pian)中的(de)(de)產品身份(fen)信(xin)(xin)息(xi)；RFID 讀(du)寫器通過讀(du)取反(fan)饋數(shu)據(ju)信(xin)(xin)息(xi)并對其進行解碼操作(zuo)后，將整(zheng)理(li)好的(de)(de)信(xin)(xin)息(xi)傳(chuan)送給信(xin)(xin)息(xi)管(guan)理(li)系(xi)統進行相關數(shu)據(ju)的(de)(de)儲存與和(he)處理(li)。
2、RFID技術應(ying)用
RFID技術(shu)在制(zhi)造(zao)業中得到(dao)了廣泛(fan)應用。基于(yu)RFID系統可提(ti)供(gong)不(bu)斷更新的實(shi)時數據流，可用來保(bao)(bao)證(zheng)正確使用勞動力、機器、工具和部(bu)件，從(cong)而實(shi)現無紙化生產(chan)和減(jian)少(shao)停機時間，以保(bao)(bao)證(zheng)可靠性和高(gao)質(zhi)(zhi)量；搜(sou)集如產(chan)品標識(shi)符、物理屬性、訂貨號等信息，自動建立支持質(zhi)(zhi)量保(bao)(bao)證(zheng)體(ti)系所要求(qiu)的質(zhi)(zhi)量跟蹤和工作(zuo)歷史(shi)文檔(dang)，實(shi)現復雜的批(pi)次跟蹤。特(te)別是在混合裝(zhuang)配(pei)線生產(chan)中，能準確無誤地將裝(zhuang)配(pei)零部(bu)件送達指(zhi)定區域(yu)，從(cong)而減(jian)少(shao)了出錯率。
RFID在(zai)制(zhi)造(zao)(zao)(zao)車(che)間(jian)數據采集(ji)、制(zhi)造(zao)(zao)(zao)過(guo)(guo)(guo)程實時(shi)跟(gen)蹤與產(chan)品質量回(hui)溯等(deng)(deng)方面(mian)應(ying)用的(de)優勢日趨顯著，被(bei)認為(wei)是最具潛力且在(zai)制(zhi)造(zao)(zao)(zao)信(xin)息(xi)化中發(fa)揮巨(ju)大(da)作用的(de)技(ji)術革新(xin)。在(zai)車(che)間(jian)生(sheng)(sheng)產(chan)制(zhi)造(zao)(zao)(zao)過(guo)(guo)(guo)程中，RFID主要(yao)應(ying)用于(yu)工(gong)件自動識(shi)別管理(li)、生(sheng)(sheng)產(chan)過(guo)(guo)(guo)程控(kong)制(zhi)、智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)物(wu)(wu)(wu)件跟(gen)蹤定(ding)位等(deng)(deng)。工(gong)件自動識(shi)別管理(li)是指對于(yu)按(an)訂單(dan)生(sheng)(sheng)產(chan)的(de)制(zhi)造(zao)(zao)(zao)過(guo)(guo)(guo)程，需(xu)及(ji)(ji)時(shi)準(zhun)確地識(shi)別出生(sheng)(sheng)產(chan)線上的(de)工(gong)件信(xin)息(xi)，以保(bao)證在(zai)正(zheng)確的(de)工(gong)位裝配正(zheng)確的(de)零(ling)部件；生(sheng)(sheng)產(chan)過(guo)(guo)(guo)程控(kong)制(zhi)可以細分為(wei)生(sheng)(sheng)產(chan)狀(zhuang)態監控(kong)及(ji)(ji)可視化、閉環生(sheng)(sheng)產(chan)計劃及(ji)(ji)控(kong)制(zhi)、車(che)間(jian)物(wu)(wu)(wu)理(li)控(kong)制(zhi)優化等(deng)(deng)幾個(ge)方面(mian)；智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)物(wu)(wu)(wu)件跟(gen)蹤定(ding)位指通過(guo)(guo)(guo)RFID技(ji)術跟(gen)蹤這些綁定(ding)RFID標簽(qian)的(de)智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)(neng)物(wu)(wu)(wu)件的(de)過(guo)(guo)(guo)去、現在(zai)和未來的(de)潛在(zai)狀(zhuang)態信(xin)息(xi)并加以利用、處理(li)。
應(ying)用RFID技術能(neng)夠實(shi)現產(chan)(chan)(chan)品從原材料(liao)到最終成(cheng)(cheng)品的(de)(de)全面跟蹤。例如，基(ji)于RFID實(shi)現發(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)裝配過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)數(shu)據(ju)采集與監控(kong)(kong)。在汽(qi)車(che)(che)(che)(che)發(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)裝配線中(zhong)，每一(yi)個發(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)托盤(pan)上配有(you)RFID存(cun)儲(chu)器(qi)，在每個工位(wei)配有(you)RFID讀寫頭，用于記錄在各(ge)工位(wei)獲得的(de)(de)裝配信(xin)息(xi)(xi)：發(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)的(de)(de)唯一(yi)序列(lie)號(發(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)號)、發(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)加工生(sheng)產(chan)(chan)(chan)過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)中(zhong)的(de)(de)事件(jian)(jian)及其(qi)時(shi)間(jian)、發(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)各(ge)關鍵零(ling)部(bu)件(jian)(jian)的(de)(de)批次編號、發(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)裝配過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)中(zhong)的(de)(de)測試數(shu)據(ju)和(he)擰緊力矩(ju)數(shu)據(ju)等。并在發(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)總成(cheng)(cheng)的(de)(de)下料(liao)工位(wei)，由讀寫頭讀出存(cun)儲(chu)器(qi)中(zhong)保存(cun)的(de)(de)信(xin)息(xi)(xi)，送入中(zhong)央控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)室(shi)數(shu)據(ju)管理(li)服務器(qi)進(jin)行存(cun)儲(chu)和(he)管理(li)。這樣，RFID系(xi)統(tong)(tong)建立的(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)記錄將(jiang)為(wei)今后的(de)(de)查詢和(he)檢(jian)索提供可(ke)靠的(de)(de)數(shu)據(ju)，同時(shi)也建立了每臺發(fa)動(dong)(dong)(dong)機(ji)(ji)的(de)(de)生(sheng)產(chan)(chan)(chan)過(guo)程(cheng)(cheng)(cheng)及其(qi)零(ling)部(bu)件(jian)(jian)的(de)(de)追溯體系(xi)。在汽(qi)車(che)(che)(che)(che)總裝生(sheng)產(chan)(chan)(chan)中(zhong)的(de)(de)車(che)(che)(che)(che)身識(shi)(shi)別(bie)與跟蹤系(xi)統(tong)(tong)(AVI)是RFID技術的(de)(de)另一(yi)個典型應(ying)用。該系(xi)統(tong)(tong)能(neng)夠自動(dong)(dong)(dong)識(shi)(shi)別(bie)每輛車(che)(che)(che)(che)所(suo)包含的(de)(de)客戶要求，以(yi)便組織生(sheng)產(chan)(chan)(chan)。比如白車(che)(che)(che)(che)身來到涂裝車(che)(che)(che)(che)間(jian)時(shi)，控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)系(xi)統(tong)(tong)應(ying)能(neng)夠通過(guo)基(ji)于RFID的(de)(de)車(che)(che)(che)(che)輛識(shi)(shi)別(bie)確定車(che)(che)(che)(che)身被(bei)(bei)要求的(de)(de)顏色，自動(dong)(dong)(dong)轉換噴頭。當車(che)(che)(che)(che)身從涂裝車(che)(che)(che)(che)間(jian)進(jin)入總裝車(che)(che)(che)(che)間(jian)時(shi)，車(che)(che)(che)(che)輛識(shi)(shi)別(bie)系(xi)統(tong)(tong)應(ying)能(neng)夠根據(ju)車(che)(che)(che)(che)身信(xin)息(xi)(xi)，打(da)印裝車(che)(che)(che)(che)清單，提示操(cao)作工根據(ju)不同的(de)(de)車(che)(che)(che)(che)輛，安裝不同的(de)(de)選件(jian)(jian)；當車(che)(che)(che)(che)輛下線時(shi)，車(che)(che)(che)(che)輛識(shi)(shi)別(bie)系(xi)統(tong)(tong)將(jiang)讀取車(che)(che)(che)(che)輛實(shi)際被(bei)(bei)加工的(de)(de)信(xin)息(xi)(xi)，將(jiang)之制(zhi)(zhi)(zhi)作成(cheng)(cheng)報表并匯報給(gei)管理(li)層(ceng)。
根據RFID在MES中(zhong)的應用模式，可(ke)以歸納成(cheng)以下4種普適的應用場(chang)景(jing)：
（1）基于(yu)固定(ding)(ding)RFID讀(du)寫器/天線的固定(ding)(ding)探(tan)測(ce)空間(jian)控(kong)制模式：在固定(ding)(ding)RFID探(tan)測(ce)空間(jian)內，安裝于(yu)固定(ding)(ding)工位處(chu)的固定(ding)(ding)RFID讀(du)寫器/天線探(tan)測(ce)RFID貼標物體的“進入/離開”事件(jian)。
（2）基于固定RFID讀寫器(qi)/天線的(de)移動(dong)(dong)探(tan)測空(kong)間控制模式：在(zai)移動(dong)(dong)RFID探(tan)測空(kong)間內，安裝于運輸小車(che)(che)、庫存叉車(che)(che)等(deng)的(de)車(che)(che)載RFID讀寫器(qi)/天線探(tan)測RFID貼標物體的(de)“進(jin)入/離開”事件。
（3）RFID讀寫器(qi)/天線的門禁(jin)控制(zhi)模式：在進(jin)出門禁(jin)或固定探測點，固定的RFID讀寫器(qi)/天線探測RFID貼標(biao)物(wu)體(ti)的“進(jin)入(ru)/離開(kai)門禁(jin)”事件(jian)(jian)。考慮到這(zhe)兩(liang)個(ge)事件(jian)(jian)發(fa)生的瞬時(shi)性(xing)，可將其融合成(cheng)一個(ge)“經(jing)過門禁(jin)”事件(jian)(jian)。
（4）基于移動(dong)RFID讀(du)寫(xie)(xie)器(qi)/天線的(de)隨(sui)機探測(ce)空間(jian)控制模式：利用(yong)手持式RFID讀(du)寫(xie)(xie)器(qi)（含天線）對RFID貼標物體(ti)進行隨(sui)機的(de)狀態跟蹤，既可以是在(zai)固定(ding)RFID探測(ce)空間(jian)（如(ru)在(zai)固定(ding)工位(wei)通過手持式RFID讀(du)寫(xie)(xie)器(qi)掃(sao)描(miao)獲(huo)取物體(ti)的(de)狀態信(xin)息），也可以是在(zai)移動(dong)RFID探測(ce)空間(jian)（如(ru)在(zai)倉庫中通過手持式RFID讀(du)寫(xie)(xie)器(qi)掃(sao)描(miao)定(ding)位(wei)目標物體(ti)并讀(du)取其狀態信(xin)息）。
圖4 制造車間中對應(ying)(ying)四種RFID應(ying)(ying)用(yong)(yong)場景的典型應(ying)(ying)用(yong)(yong)
圖4給出(chu)了制造車間中(zhong)對(dui)應(ying)(ying)上述(shu)四(si)種場景(jing)的RFID應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)案(an)(an)例(li)。其中(zhong)，案(an)(an)例(li)一為(wei)(wei)固定工位的RFID應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)；案(an)(an)例(li)二(er)為(wei)(wei)AGV或(huo)運輸小車的RFID應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)；案(an)(an)例(li)三為(wei)(wei)跨企業門禁和(he)傳送帶固定工位的RFID應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)；案(an)(an)例(li)四(si)為(wei)(wei)庫存管理中(zhong)物料(liao)盤點時的RFID應(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)。
