RFID在生產(chǎn)線上的應用
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許多供應商為了符合新的RFID規(guī)定，在出貨前才貼上標簽，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)，有關數(shù)據(jù)來自Alien Technology的RFID讀取器和915-Mhz、96位的Squiggly標簽。
天線讀取器在RFID標簽上寫入，標簽貼在兩桶裝的產(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簽，這時速度可達先前的四倍，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)絡中實現(xiàn)信息共享。Galles解釋說，要是采用通常的標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：“我們從一開始就認為采用RFID技術可推進工藝轉變，提高業(yè)績。一旦采集了數(shù)據(jù)，我們就可用其來改進目錄跟蹤，實現(xiàn)大部分質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標簽識別數(shù)據(jù)的高級特性有助于強化用戶數(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行，并支持相關的決策和實施，以便進一步提高產(chǎn)品質量。
Galles指出：“RFID的作用在于，它能夠加強工廠生產(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，我們應繼續(xù)使用現(xiàn)有工藝進程所采用的ControlLogix平臺來進行RFID系統(tǒng)的設計工作。”
RFID基礎知識
RFID標簽不需要監(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標簽的魯棒性更高，理應取代條形碼。此外，RFID比傳統(tǒng)的無線電發(fā)射器和其它無線技術的成本都要低廉。
不過，就目前的應用情況而言，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）關于安裝RFID系統(tǒng)的要求。人們對該技術的發(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，應用發(fā)展走勢如何說到底要靠用戶來做主，用戶應當明確自身需求，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，促進決策，加強質量控制，并促進生產(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)絡等技術。
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技術對于供應鏈實現(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標簽則有96至256位，作為一種獨特的技術，它可用于明確產(chǎn)品的各種參數(shù)，包括生產(chǎn)班次、所用機床以及操作人員等?！?BR>
RFID標簽可以是只讀的、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標簽和V700 RFID讀取器最近還與Intermec條形碼系統(tǒng)相結合，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標簽用于取代已有的條形碼。RFID標簽能夠全面跟蹤TISA的just-in-time（JIT）和just-in-sequence（JIS）系統(tǒng)，預先確定了每個座椅的標準和位置?！?BR>
Deal補充說，TISA的傳送帶由PLC和SMS的定制核心中間件控制，通過Omron的讀取器存取標簽數(shù)據(jù)。中間件還與TISA的PLC及其ERP系統(tǒng)通訊。由于標簽在RFID集成器的“閉環(huán)”中重復使用，因此TISA系統(tǒng)可實現(xiàn)持續(xù)的JIS確認，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標準的手工系統(tǒng)，低于傳統(tǒng)系統(tǒng)通常高達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標簽設備以前也是成本約100美元的磚塊狀設備，通常在條件嚴酷的工業(yè)應用中監(jiān)視工作過程（WIP），其功能強大，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)獨立的工作機床，因為標簽保存了相關信息和其它工藝數(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簽來運行應用，這些標簽被連接到了中央數(shù)據(jù)庫和企業(yè)系統(tǒng)。”
幾年來，標簽的大小不斷下降，與曲奇餅差不多大，其成本也降到幾美元左右，而且標簽仍在閉環(huán)應用中數(shù)百次的重復使用，這就降低了初始應用成本。標簽通常用于跟蹤大型物料，如汽車底盤和組件等，同時也加強了相關工作的經(jīng)濟性。
Siemens Energy Automation的工廠自動化感應器業(yè)務經(jīng)理Alec Stuebler談到：“傳統(tǒng)的RFID標簽工作時幾乎就像一部擴展硬盤驅動器，用戶可在RFID標簽上讀寫所有數(shù)據(jù)，實現(xiàn)所有必需的質量測量要求。舉例來說，RFID標簽可確認汽車組裝過程中的工具測量扭矩以滿足預定義的測量要求，并允許組件裝配進入下一步。另外，防熱標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)督質量?！?BR>
Steubler還講到，RFID標簽的讀取距離從2毫米（工具加工應用中的埋入式標簽）到300米（頻率為2.4GHz的標簽）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標簽、讀取器、天線和軟件等。
近期的技術進步使RFID標簽的大小不斷降低，幾乎與半導體芯片的大小相當，小到足夠植入于條形碼，或其它標簽中，也可直接置于產(chǎn)品之中。RFID標簽粘貼的產(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)”應用。
盡管技術不斷進步，批量出貨的無源RFID標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標簽單價則達85美分。不幸的是，有報道指出，RFID標簽想要適用于大多數(shù)主流一次性開環(huán)應用的話，就必須降到5至10美分的閾值水平，當前價格顯然要高得多。
無源RFID標簽由小量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標簽的讀取距離可達1米。一旦標簽加電，讀取器就能與標簽互動，并將標簽數(shù)據(jù)傳送給相連的控制器、PLC、PC或進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
與各種無線技術一樣，RFID技術也面臨干擾問題，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，那么就要求標簽、讀取器的功能更強，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?？梢员苊馕词跈啻嫒撕灁?shù)據(jù)，不過開發(fā)中的新式RFID二代標準預計還將進一步解決當前的安全性關切問題。一代技術公布了EPC全球標準，目前許多RFID開發(fā)商都已采用該標準。
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準的芯片、標簽、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標簽在工藝進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)殖信息的標簽可向養(yǎng)殖場的ERP系統(tǒng)添加信息，向其它閉環(huán)標簽寫入信息，可為封裝上的條形碼添加信息。”
Todd補充說，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性使用和一次性使用的標簽，因此此次RFID的應用意義非常重大。
該項目的第一階段采用了可重復使用的高溫HMS150標簽，而第二階段則采用了LRP-L4982貼紙標簽，其成本更低，大小與信用卡相當，作為一次性紙質標簽，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?！?BR>
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，即將到來的技術進步（如節(jié)能的有源RFID標簽）將使標簽成為模擬、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。Arnold指出：“今后兩三年內(nèi)，RFID標簽可能將與溫度感應器相結合，標簽還可作為恒定溫度指示計?！?BR>
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標簽，再配合13.56-MHz RFID讀取器，這樣就能識別標簽。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，實現(xiàn)了有計劃的消毒衛(wèi)生機制。
Colder的智能技術業(yè)務經(jīng)理Rick Garber指出，一旦接頭匹配，RFID標簽上的信息將加密并報告確認剩余藥劑。一旦消毒劑包裝清空，標簽將轉入只讀狀態(tài)。
Colder的RFID標簽包括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。他補充說，匹配的讀取器可連接于更高級別的網(wǎng)絡，未來還可實現(xiàn)報告和預訂功能。
RFID基本術語解釋
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標簽/貼紙/脈沖轉發(fā)機是粘貼于監(jiān)視或處理物品上的標識器。脈沖轉發(fā)機的大小、存儲器容量、物理構造和工作距離各不相同。
讀取器/掃描儀作為脈沖轉發(fā)機和數(shù)據(jù)環(huán)境間的監(jiān)視和/或操作接口進行工作。讀取器管理與脈沖轉發(fā)機之間的數(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）供電的脈沖轉發(fā)機。無源脈沖轉發(fā)機通常比有源產(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)使用電池或導線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、電場干擾（也稱作反向散射或現(xiàn)場干擾調制）和無線電數(shù)據(jù)通訊是標簽和讀取器間RFID通訊耦合的三種方法。電磁感應系統(tǒng)通常工作在低頻（約125kHz）上，調節(jié)要求很少；也可工作在13.56MHz頻率上，這時應用正常的無線電和頻譜分配調節(jié)。電場基于讀取器發(fā)射的無線電能量將會通過脈沖轉發(fā)機收集并反射。讀取器和脈沖轉發(fā)機發(fā)射無線電信號進行聯(lián)系時，就會形成無線電數(shù)據(jù)通訊。
抗爭用通訊協(xié)議。如果系統(tǒng)不使用抗爭用通訊協(xié)議，那么它一次只能與一個脈沖轉發(fā)機通訊。這意味著脈沖轉發(fā)機要彼此獨立，逐次處理，這樣在時間上就會相當復雜，耗時不菲。抗爭用協(xié)議在處理獨特或重復識別信息的能力上互有差異，在處理不同脈沖轉發(fā)機數(shù)量、脈沖轉發(fā)機穩(wěn)定性或變化移植情況時的功能也有所不同。
只讀存儲器脈沖轉發(fā)機由制造商內(nèi)置獨特的編程代碼，不能改變。脈沖轉發(fā)機識別信息必須通過檢索表與特定項目相關聯(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）脈沖轉發(fā)機可由用戶在制造之后根據(jù)規(guī)范要求進行編程。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。
讀寫脈沖轉發(fā)機所包含的存儲器可在正常工作過程中加以改變，通常應用于動態(tài)數(shù)據(jù)庫。
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