1、RFID技術(shù)原理
RFID 是Radio Frequency Identification的縮寫(xiě)，即無(wú)線射頻識(shí)別。RFID常稱(chēng)為感應(yīng)式電子晶片或接近卡、感應(yīng)卡、非接觸卡、電子標(biāo)簽、電子條碼，等等。RFID技術(shù)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別射頻技術(shù)，它通過(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)，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)電子標(biāo)簽，操作快捷方便。作為一種非接觸式信息采集技術(shù)，采用RFID進(jìn)行信息采集不怕油漬、灰塵污染等惡劣的環(huán)境，可在這樣的環(huán)境中替代條碼，例如用在倉(cāng)庫(kù)中或車(chē)間生產(chǎn)流水線上跟蹤物體。
如圖3(a)所示，一套完整的RFID系統(tǒng)由以下4個(gè)部分組成：
（1）標(biāo)簽(Tag)：由耦合元件及芯片組成，每個(gè)RFID標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識(shí)目標(biāo)對(duì)象，俗稱(chēng)電子標(biāo)簽或智能標(biāo)簽。根據(jù)自身是否帶有電源是否能夠主動(dòng)發(fā)射某一頻率的信號(hào)，將標(biāo)簽分為有源標(biāo)簽（主動(dòng)標(biāo)簽）和無(wú)源標(biāo)簽（被動(dòng)標(biāo)簽）。
（2）讀取器/讀寫(xiě)器(Reader/Writer)：讀取(有時(shí)還可以寫(xiě)入)標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計(jì)為手持式或固定式。
（3）天線(Antenna)：在RFID標(biāo)簽和讀取器間傳遞射頻信號(hào)。
（4）數(shù)據(jù)傳輸和處理系統(tǒng)。
(a)RFID系統(tǒng)組成 (b)RFID系統(tǒng)工作原理
圖3 RFID系統(tǒng)組成與工作原理
如圖3(b)所示，RFID系統(tǒng)的工作原理如下：電子標(biāo)簽進(jìn)入接收天線的磁場(chǎng)射頻范圍后，自動(dòng)接收RFID天線發(fā)射的電磁波信號(hào)，標(biāo)簽內(nèi)部生成感應(yīng)電流，激活標(biāo)簽內(nèi)置天線的工作狀態(tài)，反饋出標(biāo)簽芯片中的產(chǎn)品身份信息；RFID 讀寫(xiě)器通過(guò)讀取反饋數(shù)據(jù)信息并對(duì)其進(jìn)行解碼操作后，將整理好的信息傳送給信息管理系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存與和處理。
2、RFID技術(shù)應(yīng)用
RFID技術(shù)在制造業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用?；赗FID系統(tǒng)可提供不斷更新的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流，可用來(lái)保證正確使用勞動(dòng)力、機(jī)器、工具和部件，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化生產(chǎn)和減少停機(jī)時(shí)間，以保證可靠性和高質(zhì)量；搜集如產(chǎn)品標(biāo)識(shí)符、物理屬性、訂貨號(hào)等信息，自動(dòng)建立支持質(zhì)量保證體系所要求的質(zhì)量跟蹤和工作歷史文檔，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的批次跟蹤。特別是在混合裝配線生產(chǎn)中，能準(zhǔn)確無(wú)誤地將裝配零部件送達(dá)指定區(qū)域，從而減少了出錯(cuò)率。
RFID在制造車(chē)間數(shù)據(jù)采集、制造過(guò)程實(shí)時(shí)跟蹤與產(chǎn)品質(zhì)量回溯等方面應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)日趨顯著，被認(rèn)為是最具潛力且在制造信息化中發(fā)揮巨大作用的技術(shù)革新。在車(chē)間生產(chǎn)制造過(guò)程中，RFID主要應(yīng)用于工件自動(dòng)識(shí)別管理、生產(chǎn)過(guò)程控制、智能物件跟蹤定位等。工件自動(dòng)識(shí)別管理是指對(duì)于按訂單生產(chǎn)的制造過(guò)程，需及時(shí)準(zhǔn)確地識(shí)別出生產(chǎn)線上的工件信息，以保證在正確的工位裝配正確的零部件；生產(chǎn)過(guò)程控制可以細(xì)分為生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)控及可視化、閉環(huán)生產(chǎn)計(jì)劃及控制、車(chē)間物理控制優(yōu)化等幾個(gè)方面；智能物件跟蹤定位指通過(guò)RFID技術(shù)跟蹤這些綁定RFID標(biāo)簽的智能物件的過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)的潛在狀態(tài)信息并加以利用、處理。
應(yīng)用RFID技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品從原材料到最終成品的全面跟蹤。例如，基于RFID實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過(guò)程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控。在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線中，每一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)托盤(pán)上配有RFID存儲(chǔ)器，在每個(gè)工位配有RFID讀寫(xiě)頭，用于記錄在各工位獲得的裝配信息：發(fā)動(dòng)機(jī)的唯一序列號(hào)(發(fā)動(dòng)機(jī)號(hào))、發(fā)動(dòng)機(jī)加工生產(chǎn)過(guò)程中的事件及其時(shí)間、發(fā)動(dòng)機(jī)各關(guān)鍵零部件的批次編號(hào)、發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過(guò)程中的測(cè)試數(shù)據(jù)和擰緊力矩?cái)?shù)據(jù)等。并在發(fā)動(dòng)機(jī)總成的下料工位，由讀寫(xiě)頭讀出存儲(chǔ)器中保存的信息，送入中央控制室數(shù)據(jù)管理服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)和管理。這樣，RFID系統(tǒng)建立的生產(chǎn)過(guò)程記錄將為今后的查詢(xún)和檢索提供可靠的數(shù)據(jù)，同時(shí)也建立了每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)過(guò)程及其零部件的追溯體系。在汽車(chē)總裝生產(chǎn)中的車(chē)身識(shí)別與跟蹤系統(tǒng)(AVI)是RFID技術(shù)的另一個(gè)典型應(yīng)用。該系統(tǒng)能夠自動(dòng)識(shí)別每輛車(chē)所包含的客戶(hù)要求，以便組織生產(chǎn)。比如白車(chē)身來(lái)到涂裝車(chē)間時(shí)，控制系統(tǒng)應(yīng)能夠通過(guò)基于RFID的車(chē)輛識(shí)別確定車(chē)身被要求的顏色，自動(dòng)轉(zhuǎn)換噴頭。當(dāng)車(chē)身從涂裝車(chē)間進(jìn)入總裝車(chē)間時(shí)，車(chē)輛識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)能夠根據(jù)車(chē)身信息，打印裝車(chē)清單，提示操作工根據(jù)不同的車(chē)輛，安裝不同的選件；當(dāng)車(chē)輛下線時(shí)，車(chē)輛識(shí)別系統(tǒng)將讀取車(chē)輛實(shí)際被加工的信息，將之制作成報(bào)表并匯報(bào)給管理層。
根據(jù)RFID在MES中的應(yīng)用模式，可以歸納成以下4種普適的應(yīng)用場(chǎng)景：
（1）基于固定RFID讀寫(xiě)器/天線的固定探測(cè)空間控制模式：在固定RFID探測(cè)空間內(nèi)，安裝于固定工位處的固定RFID讀寫(xiě)器/天線探測(cè)RFID貼標(biāo)物體的“進(jìn)入/離開(kāi)”事件。
（2）基于固定RFID讀寫(xiě)器/天線的移動(dòng)探測(cè)空間控制模式：在移動(dòng)RFID探測(cè)空間內(nèi)，安裝于運(yùn)輸小車(chē)、庫(kù)存叉車(chē)等的車(chē)載RFID讀寫(xiě)器/天線探測(cè)RFID貼標(biāo)物體的“進(jìn)入/離開(kāi)”事件。
（3）RFID讀寫(xiě)器/天線的門(mén)禁控制模式：在進(jìn)出門(mén)禁或固定探測(cè)點(diǎn)，固定的RFID讀寫(xiě)器/天線探測(cè)RFID貼標(biāo)物體的“進(jìn)入/離開(kāi)門(mén)禁”事件?？紤]到這兩個(gè)事件發(fā)生的瞬時(shí)性，可將其融合成一個(gè)“經(jīng)過(guò)門(mén)禁”事件。
（4）基于移動(dòng)RFID讀寫(xiě)器/天線的隨機(jī)探測(cè)空間控制模式：利用手持式RFID讀寫(xiě)器（含天線）對(duì)RFID貼標(biāo)物體進(jìn)行隨機(jī)的狀態(tài)跟蹤，既可以是在固定RFID探測(cè)空間（如在固定工位通過(guò)手持式RFID讀寫(xiě)器掃描獲取物體的狀態(tài)信息），也可以是在移動(dòng)RFID探測(cè)空間（如在倉(cāng)庫(kù)中通過(guò)手持式RFID讀寫(xiě)器掃描定位目標(biāo)物體并讀取其狀態(tài)信息）。
圖4 制造車(chē)間中對(duì)應(yīng)四種RFID應(yīng)用場(chǎng)景的典型應(yīng)用
圖4給出了制造車(chē)間中對(duì)應(yīng)上述四種場(chǎng)景的RFID應(yīng)用案例。其中，案例一為固定工位的RFID應(yīng)用；案例二為AGV或運(yùn)輸小車(chē)的RFID應(yīng)用；案例三為跨企業(yè)門(mén)禁和傳送帶固定工位的RFID應(yīng)用；案例四為庫(kù)存管理中物料盤(pán)點(diǎn)時(shí)的RFID應(yīng)用。
