結(jié)束同質(zhì)時代 ——RFID技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用

    本文主要涉及到了RFID技術(shù)在服裝制造行業(yè)的應(yīng)用，類似地，可以將該系統(tǒng)推廣到汽車生產(chǎn)、飛機制造、機械制造、制鞋、玩具生產(chǎn)等離散行業(yè)的生產(chǎn)制造領(lǐng)域。

      RFID填補個性化空白
      隨著我國國民經(jīng)濟二十多年持續(xù)穩(wěn)定的高速發(fā)展，中國已經(jīng)成為繼美國、日本和德國之后排行世界第四的制造業(yè)大國。目前我國的制造業(yè)產(chǎn)值占全球制造業(yè)總產(chǎn)值的5.3%，并且在不久的將來就會超過德國成為世界排名第三的制造業(yè)大國。根據(jù)有關(guān)預(yù)測，我國制造業(yè)產(chǎn)值有可能在2015年前后占全球制造業(yè)總產(chǎn)值的10%，成為世界制造業(yè)中心。

      隨著工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的發(fā)展，生產(chǎn)過程在不斷地優(yōu)化。我國在很早以前就已經(jīng)引入了生產(chǎn)線，在生產(chǎn)線上的每個固定生產(chǎn)崗位上總是實施相同的工序。這種方式的生產(chǎn)過程只適用于功能和外形單一的產(chǎn)品生產(chǎn)。但是，只大量生產(chǎn)同一種產(chǎn)品、沒有產(chǎn)品變化的自動化時代已經(jīng)快要結(jié)束了。

      如果要在同一條生產(chǎn)線上同時且自動地生產(chǎn)不同的產(chǎn)品，就必須能夠在每個生產(chǎn)崗位上對產(chǎn)品進行識別并明確地判定出它的狀態(tài)，以便執(zhí)行正確的操作工序。因此，制造業(yè)最初為工件提供了工藝卡在產(chǎn)品流水線上傳遞，使操作人員可以讀到其生產(chǎn)崗位所需的所有信息。

      現(xiàn)在，RFID技術(shù)提供了另外的選擇，它不僅可以被讀取，還能夠被寫入。除了產(chǎn)品標(biāo)志外，也能將產(chǎn)品的當(dāng)前狀態(tài)（例如加工程度、質(zhì)量數(shù)據(jù)）、產(chǎn)品的過去和將來（所希望的最終）狀態(tài)記錄到射頻標(biāo)簽中。

      汽車工業(yè)就是一個良好的例證：由于完全依據(jù)訂單來進行生產(chǎn)并且?guī)缀鯖]有兩輛完全一樣的訂購車型，因此自動化的材料流跟蹤是順利生產(chǎn)最重要的前提條件。對于每道生產(chǎn)工序，必須要對汽車進行明確的識別，以避免諸如錯誤安裝了空調(diào)、調(diào)漆顏色不對等問題。在裝配流水線上應(yīng)用射頻技術(shù)以盡可能大量地生產(chǎn)用戶定制的汽車，用戶可以從上萬種內(nèi)部和外部選項中選定自己所需車的顏色、引擎型號、輪胎式樣等要求，如果沒有一個高度組織的、復(fù)雜的控制系統(tǒng)是很難完成這樣的任務(wù)的。在裝配流水線上配備RFID系統(tǒng)，使用可重復(fù)使用的射頻標(biāo)簽，該射頻標(biāo)簽上可帶有詳細的汽車所需的所有要求，在每個工作點處都有讀寫器，這樣可以保證汽車在各個流水線位置處都能毫不出錯地完成裝配任務(wù)。利用現(xiàn)代化的識別技術(shù)，今天已經(jīng)實現(xiàn)了能夠生產(chǎn)一種產(chǎn)品的多種變形或是最小批量為1的不同產(chǎn)品的生產(chǎn)設(shè)備。

      在每個加工崗位上對射頻標(biāo)簽中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)進行修改，可以在各個加工崗位之間建立起一個數(shù)據(jù)流，減輕了控制系統(tǒng)的負擔(dān)。特別是在生產(chǎn)及加工過程變得越來越快的背景下，信息隨產(chǎn)品而傳遞并且能夠當(dāng)場使用，就成了加快生產(chǎn)過程的決定性因素。

      集成電路制造商在競爭激烈的半導(dǎo)體工業(yè)中采用了加入射頻識別技術(shù)的自動識別工序控制系統(tǒng)。半導(dǎo)體生產(chǎn)對于超凈環(huán)境的特殊需要，使得RFID應(yīng)用在此非常理想，而其他自動識別系統(tǒng)，如條形碼在如此苛刻的化學(xué)條件和超凈要求下就不適用。

      此外，國際上，戴爾公司在裝配過程中隨時將信息寫入RFID標(biāo)簽，從而讓顧客實時了解所訂購產(chǎn)品的生產(chǎn)流程；聯(lián)合利華和雀巢等企業(yè)也采用了類似的系統(tǒng)，進行物料跟蹤與質(zhì)量控制。空中客車、波音等飛機制造公司也試圖在零件上安置射頻標(biāo)簽以加強零配件的倉儲、物流的管理。

      制造業(yè)中RFID系統(tǒng)的優(yōu)點
      質(zhì)量控制:
      在現(xiàn)代化的生產(chǎn)線上，產(chǎn)品的質(zhì)量是由分布在若干處的一些測試崗位來檢測的。在生產(chǎn)結(jié)束時，產(chǎn)品驗收之前必須能用該工件所有先前收集到的數(shù)據(jù)明確地表達其質(zhì)量。利用產(chǎn)品上的射頻標(biāo)簽可以很方便地做到這一點，因為在整個生產(chǎn)過程中所取得的質(zhì)量數(shù)據(jù)已經(jīng)隨產(chǎn)品走下了生產(chǎn)線。

      系統(tǒng)安全：將產(chǎn)品數(shù)據(jù)從中央計算機中轉(zhuǎn)存到工件上將大大地提高系統(tǒng)的安全性。即使發(fā)生軟件崩潰或中央計算機癱瘓，一個產(chǎn)品和它當(dāng)前數(shù)據(jù)之間的關(guān)系也能隨時建立起來。如果需要的話，還可以將工件從生產(chǎn)過程中取出，而不會丟失數(shù)據(jù)。日后如果要將此產(chǎn)品再次投入生產(chǎn)過程中，可以毫無問題地對它進行加工。

      數(shù)據(jù)安全：通過校驗和的方法來保證射頻標(biāo)簽中存儲的數(shù)據(jù)，從而確保讀出數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。錯誤的數(shù)據(jù)會被發(fā)現(xiàn)并被忽略掉。
      靈活性:
      可以更加靈活地控制產(chǎn)品的生產(chǎn)。例如，對于通用可編程的機器人和生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)置數(shù)據(jù)，可以在預(yù)處理階段寫入到隨各個工件運行的標(biāo)簽載體中，并且在需用處馬上應(yīng)用這些設(shè)置數(shù)據(jù)。利用這種技術(shù)可以生產(chǎn)最小批量為1的產(chǎn)品，而不必通過中央計算機與每個產(chǎn)品進行復(fù)雜的通信來交換信息。

      對環(huán)境條件要求不高：射頻識別系統(tǒng)完全不怕灰塵、潮濕、油污、冷卻劑、粉屑、有害氣體、高溫以及在生產(chǎn)環(huán)境中產(chǎn)生的類似影響。玻璃或塑料標(biāo)簽通常滿足IP67保護類型的要求，是完全防塵和防水的。即使在塵土特別多或者特別臟的環(huán)境條件下，由于掃描器光學(xué)鏡頭很快就污染的原因而無法使用條形碼，射頻識別系統(tǒng)卻可以勝任。

      RFID技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用實例
      我國是服裝制造大國，目前共有40多萬家服裝企業(yè)。這些企業(yè)大都是勞動密集型企業(yè)，長期以來普遍存在著低效率、高成本、拼人力、打時間戰(zhàn)等特點。但隨著國際服裝市場競爭的日趨激烈以及批量小、多品種、交期短等矛盾的日益突出，國內(nèi)服裝制造業(yè)的現(xiàn)狀顯然不能適應(yīng)服裝產(chǎn)業(yè)高效率、規(guī)?；?、低成本發(fā)展的要求，這不僅制約了企業(yè)自身的發(fā)展，也使整個行業(yè)在國際服裝市場的競爭中處于極端不利的地位。因此，利用信息技術(shù)改造國內(nèi)服裝制造業(yè)，實現(xiàn)服裝制造業(yè)由傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)向信息化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是勢在必行的。

      針對服裝行業(yè)的具體特點，設(shè)計如下的方案來解決低效率、高損耗的問題：首先將一個產(chǎn)品的加工流程分解成為若干基本工序，每個加工單元（或工人）只完成其中的一道工序，使其在加工過程中只重復(fù)完成一個簡單操作，從而能有效地提高工作效率;其次，將生產(chǎn)加工過程中的所有單元通過一條主導(dǎo)軌相連（如圖1所示），被加工的物料在該導(dǎo)軌上傳遞，形成生產(chǎn)流水線。同時，主導(dǎo)軌在各加工單元處分離出一條支導(dǎo)軌，供物料或產(chǎn)品進出加工單元。此外，支軌還可以起到為各站點緩沖任務(wù)的作用。再次，物料自動且智能地傳遞至各工作單元，即通過安裝在主導(dǎo)軌上的RFID掃描器，檢測物料上的射頻標(biāo)簽識別物料，并根據(jù)預(yù)設(shè)的物料工序路徑控制物料自動送至正確的工作單元進行加工。通過上述這些措施和方法，服裝加工企業(yè)可以大大提高其生產(chǎn)效率和原料的成品率，同時也使規(guī)范管理成為了可能。

      
      系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中從入料口到出料口中間有一些順序排列的工作站，每個工作站都有一個對應(yīng)的智能終端（含閱讀器）連接到CAN總線上，用來控制工作站的工作狀況，不同的工作站按照工藝流程執(zhí)行一定的加工工序。

      
      與傳統(tǒng)的條形碼識別相比，射頻識別技術(shù)有更大的讀寫距離和范圍，可以直接識別流水線上移動中的智能吊架標(biāo)簽，并且避免了條形碼可能受到外部灰塵、油污等環(huán)境污染而對識別造成的影響。此外更重要的是射頻識別技術(shù)不但可以將射頻標(biāo)簽的數(shù)據(jù)讀出，還可以通過終端來進行數(shù)據(jù)重復(fù)寫入。

      在制衣生產(chǎn)線物料配送系統(tǒng)中采用射頻技術(shù)后，每個智能吊架上承載的可以是不同款式的衣料，把其加工所需的所有要求都寫入射頻卡中，流水線上各個工作站都配有讀寫終端，這樣就可以準(zhǔn)確地按照預(yù)定的要求和工序進行加工。這樣大大減輕了主控計算機在整個系統(tǒng)調(diào)度中的工作量，解決了原來一條生產(chǎn)線不能同時生產(chǎn)多種款式產(chǎn)品的問題，也提高了生產(chǎn)工藝流程的可靠性。

      在這一案例中采用TI公司的s6700多協(xié)議IC接口,讀寫距離約6cm，正常工作所檢測智能吊架運行速度為大約10cm/s；射頻標(biāo)簽用TI的RI-I02-112A/B，尺寸為76mm×45mm，或用RI-101-112A/B,尺寸為45×45mm，二者皆符合ISO/IEC15693協(xié)議。射頻天線部分需要貼近主軌道的智能吊架進行識別，因此將該部分單獨制作和定位，并使用同軸電纜將其與終端的主體部分相連，最終形成一個可連接兩個閱讀頭的閱讀器產(chǎn)品?？刂凭W(wǎng)絡(luò)采用CAN現(xiàn)場總線接口設(shè)計取代傳統(tǒng)的RS485總線接口。