RFID在制造業(yè)的應(yīng)用場(chǎng)景及案例

　　在智能制造轉(zhuǎn)型趨勢(shì)下，RFID作為一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，可以通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，由于RFID實(shí)施和部署成本較低，數(shù)據(jù)采集和傳輸方式十分便捷，因此受到企業(yè)越來(lái)越多的關(guān)注。相對(duì)于條形碼、磁卡、IC卡等技術(shù)，RFID的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)是可以實(shí)現(xiàn)批量處理、遠(yuǎn)距離非接觸讀寫，數(shù)據(jù)容量大，可重復(fù)使用，對(duì)污染不敏感，適應(yīng)各種復(fù)雜的工況。

　　一、RFID工作原理與分類

　　RFID的工作原理很簡(jiǎn)單：標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)后，讀寫器會(huì)感應(yīng)到標(biāo)簽信號(hào)，標(biāo)簽通過(guò)無(wú)線射頻信號(hào)獲得能量(無(wú)源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽)或標(biāo)簽主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)(有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽)，然后解讀器讀取電磁波并轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。

圖1 一套完整的RFID系統(tǒng)

　　因此，一套完整的RFID系統(tǒng)包括閱讀器與、電子標(biāo)簽及應(yīng)用軟件系統(tǒng)三個(gè)部份組成。從RFID 卡片閱讀器及電子標(biāo)簽之間的通訊及感應(yīng)方式來(lái)看，大致上可以分成：電感耦合和電磁波耦合兩種。

　　電感耦合主要應(yīng)用在無(wú)源標(biāo)簽上，無(wú)源標(biāo)簽通過(guò)磁場(chǎng)感應(yīng)獲取信號(hào)能量，由于RFID芯片支持頻率較低，識(shí)別距離較短，識(shí)別速度最快在100張/秒，實(shí)施成本較低。

　　電磁波耦合可以是無(wú)源標(biāo)簽或有源標(biāo)簽，由于有源標(biāo)簽支持超高頻和微波頻段，且自帶電源，識(shí)別距離和識(shí)別速度都要比電感耦合更遠(yuǎn)、更快，實(shí)施成本也相對(duì)較高。

　　無(wú)論是有源RFID系統(tǒng)還是無(wú)源RFID系統(tǒng)，作用都是為了識(shí)別貨物和讀取數(shù)據(jù)。但兩種類型的RFID系統(tǒng)在信號(hào)強(qiáng)度、感知范圍和讀取速度方面有所不同，各自支撐應(yīng)用場(chǎng)景也不盡相同。

二、RFID在制造業(yè)的應(yīng)用場(chǎng)景

　　RFID與傳感器不一樣，傳感器是動(dòng)態(tài)連續(xù)獲取設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，而RFID是只有標(biāo)簽進(jìn)入到感應(yīng)范圍內(nèi)時(shí)才會(huì)讀取數(shù)據(jù)并進(jìn)行傳輸。因此，RFID技術(shù)應(yīng)用主要集中在車間、物流和定位等應(yīng)用場(chǎng)景。

1.RFID在智能車間中的應(yīng)用

　　1)產(chǎn)線混流制造

　　混流制造是企業(yè)在一定時(shí)期內(nèi)在一條流水線上生產(chǎn)多種產(chǎn)品的生產(chǎn)方式，將工藝流程、生產(chǎn)作業(yè)方法基本相同的若干個(gè)產(chǎn)品品種，在一條流水線上科學(xué)地編排投產(chǎn)順序，實(shí)行有節(jié)奏、按比例的混合連續(xù)流水生產(chǎn)，并以品種、產(chǎn)量、工時(shí)、設(shè)備負(fù)荷全面均衡為前提。

　　圖2 混流制造

　　隨著用戶個(gè)性化需求的增長(zhǎng)，在制造企業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)中選配和定制已經(jīng)逐漸成為趨勢(shì)，混流制造的混合流水線生產(chǎn)模式能很好地滿足個(gè)性化的定制選配生產(chǎn)需求。通過(guò)在復(fù)雜零件和托盤上安裝RFID標(biāo)簽，在加工設(shè)備和線體上安裝工業(yè)讀寫器，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品和設(shè)備的智能通訊，有效的避免因數(shù)據(jù)采集不及時(shí)導(dǎo)致工序管理混亂等諸多問(wèn)題。通過(guò)及時(shí)采集在制品狀態(tài)和生產(chǎn)工序狀態(tài)為MES提供數(shù)據(jù)支撐，保證MES可及時(shí)的生產(chǎn)調(diào)度每個(gè)工作站，使每個(gè)工作站周期內(nèi)都處于繁忙狀態(tài)，以完成最多的操作量，從而減少閑置時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。

　　目前，上汽通用五菱通過(guò)在缸體缸蓋加工生產(chǎn)線安裝RFID標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)6種以上的缸體混流生產(chǎn)，產(chǎn)線全過(guò)程質(zhì)量數(shù)據(jù)和過(guò)程數(shù)據(jù)都被有效采集。美的家用空調(diào)在工廠的柔性裝配線、工序、工板上安裝RFID標(biāo)簽，實(shí)現(xiàn)家電裝配過(guò)程數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、數(shù)據(jù)采集率提升至99%，每條線單件產(chǎn)品減少人工條碼掃描事件5分鐘，MES數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率提升至90%。

　　2)刀具全生命周期管控

　　刀具管控的目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具全生命周期信息管理，及時(shí)的了解刀具的使用和庫(kù)存狀態(tài)和位置。在刀具采購(gòu)入庫(kù)前，為刀具加裝電子標(biāo)簽，作為刀具的唯一身份識(shí)別信息。在刀具的調(diào)度和使用過(guò)程中，通過(guò)及時(shí)采集刀具的信息，能在系統(tǒng)中清楚的了解刀具是否已經(jīng)上刀，具體對(duì)應(yīng)的機(jī)床以及使用的周期和時(shí)長(zhǎng)等。通過(guò)及時(shí)跟蹤刀具位置狀態(tài)、使用狀態(tài)，企業(yè)能及時(shí)的了解刀具磨損情況并進(jìn)行更換，保證刀具的使用安全。

　　圖3 刀具管控

　　武漢重型機(jī)床是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)重型、超重型機(jī)床規(guī)格最大、品種最全的大型骨干企業(yè)，刀具作為機(jī)床最重要的部件，企業(yè)通過(guò)為機(jī)床RFID芯片及時(shí)讀取刀具的信息了解刀具使用狀態(tài)數(shù)據(jù)，并根據(jù)刀具磨損狀態(tài)反饋系統(tǒng)及時(shí)更換刀具。提高刀具使用安全，保證機(jī)床加工生產(chǎn)效率處于最高效狀態(tài)。

3)智能維護(hù)

　　東莞一家專注于電極管生產(chǎn)的企業(yè)，通過(guò)打通模具從設(shè)計(jì)到制造的信息流和制造流，提高CNC加工效率，減少倉(cāng)庫(kù)人員，減少測(cè)量人員，提高EDM稼動(dòng)率20%以上。

　　具體實(shí)現(xiàn)方式是對(duì)每個(gè)電極管安裝RFID標(biāo)簽，從晶體管入庫(kù)、生產(chǎn)、測(cè)量、放電的全流程進(jìn)行瓜農(nóng)空。通過(guò)對(duì)庫(kù)存、配置、現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集，從電極的設(shè)計(jì)延伸到制造、測(cè)量和使用的全過(guò)程，使數(shù)據(jù)和制造無(wú)縫交互，實(shí)現(xiàn)全流程的自動(dòng)化，無(wú)人化。

　　圖4 電極數(shù)據(jù)采集與信息跟蹤

2.RFID在智能物流中的應(yīng)用

1)物料配送周轉(zhuǎn)箱管理

　　RFID技術(shù)應(yīng)用于物流周轉(zhuǎn)箱管理可以大大提高物流體系作業(yè)效率，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化倉(cāng)儲(chǔ)管理(倉(cāng)儲(chǔ)貨位 管理、快速實(shí)時(shí)盤點(diǎn))等，使管理更加科學(xué)、及時(shí)、有效，確保供應(yīng)鏈的高質(zhì)量數(shù)據(jù)交流，由此將帶來(lái)物流效率的大幅提高，從而降低系統(tǒng)的總體花費(fèi)成本。

　　圖5 物流周轉(zhuǎn)箱管理

　　在三一重工18號(hào)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(lǐng)料器，所有物料的出入庫(kù)以及線邊領(lǐng)料信息都會(huì)及時(shí)的被采集并反饋到后臺(tái)系統(tǒng)。碼垛立庫(kù)智能識(shí)別系統(tǒng)能通過(guò)自動(dòng)立庫(kù)、RFID智能小車、RFID托盤等智能部件，實(shí)現(xiàn)配送過(guò)程透明化和智能引導(dǎo)，提高裝配物料配送效率和精度。

　　2)供應(yīng)鏈車輛引導(dǎo)與卸貨管理

　　過(guò)RFID、智能交通技術(shù)，結(jié)合廠區(qū)物料供應(yīng)需求，實(shí)現(xiàn)廠區(qū)供應(yīng)商車輛預(yù)約、排隊(duì)、身份識(shí)別，廠區(qū)卸貨資源智能化分配。這有點(diǎn)像乘車訂票系統(tǒng)，在沒(méi)到車站(工廠)之前，供應(yīng)商通過(guò)在線預(yù)約系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)約排隊(duì)(購(gòu)票)，到工廠(車站)之后按照指示牌到預(yù)約卸貨位卸貨(等待和上車)。

　　圖6 供應(yīng)鏈車輛引導(dǎo)與卸貨管理

　　目前美的微波爐馬龍基地通過(guò)部署實(shí)施供應(yīng)鏈車輛引導(dǎo)與卸貨管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)物料拉動(dòng)式供應(yīng)鏈模式，通過(guò)RFID系統(tǒng)來(lái)了解整個(gè)廠區(qū)的物流資源狀態(tài)，對(duì)廠區(qū)物流資源進(jìn)行疏導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)供應(yīng)鏈車輛的入廠時(shí)間、卸貨資源安排指引、時(shí)間控制，提高廠區(qū)物流資源利用率。該工廠通過(guò)對(duì)廠區(qū)車輛和卸貨資源統(tǒng)一調(diào)配和引導(dǎo)，提高物流資源使用率30%以上，送貨準(zhǔn)確性15%以上。

　　3.RFID在智能產(chǎn)品中的應(yīng)用

　　智能板卡配合RFID技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售、巡檢、診斷維修、信息統(tǒng)計(jì)、報(bào)廢全周期的信息管理、運(yùn)行信息記錄反饋、診斷與分析等功能。對(duì)提升產(chǎn)品智能化形象，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期智能化有重要價(jià)值。

　　圖7 智能板卡配合RFID技術(shù)

　　美科智能冷柜通過(guò)在產(chǎn)品內(nèi)部嵌入智能板卡及RFID芯片，實(shí)現(xiàn)從研發(fā)、制造到銷售的全生命周期管理。在制造生產(chǎn)環(huán)節(jié)，利用RFID推動(dòng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造諸多環(huán)節(jié)一體化，實(shí)現(xiàn)跨越式的智能產(chǎn)品新價(jià)值。通過(guò)采集家電產(chǎn)品的使用狀態(tài)數(shù)據(jù)，為客戶提供更好的服務(wù)體驗(yàn)。