RFID在生產(chǎn)線(xiàn)上的應用
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許多供應商為了符合新的RFID規定，在出貨前才貼上標簽，但Wells'的做法不同，它在制造過(guò)程的早期就采用了RFID系統，從而節約成本并實(shí)現了其它優(yōu)勢。Wells'的工藝過(guò)程控制經(jīng)理Brad Galles于2004年中期開(kāi)始與奶制品公司的自動(dòng)化供應商Rockwell Automation開(kāi)展試驗性項目。其內部開(kāi)發(fā)的解決方案使用Allen-Bradley 1756 EWEB模塊用于ControlLogix來(lái)處理數據，有關(guān)數據來(lái)自Alien Technology的RFID讀取器和915-Mhz、96位的Squiggly標簽。
天線(xiàn)讀取器在RFID標簽上寫(xiě)入，標簽貼在兩桶裝的產(chǎn)品外包裝上，每分鐘可貼30個(gè)外包裝盒。速凍時(shí)再次讀取外包裝盒上的標簽，這時(shí)速度可達先前的四倍，最后產(chǎn)品出貨。RFID系統將信息傳遞回Wells'控制體系，在公司的企業(yè)網(wǎng)絡(luò )中實(shí)現信息共享。Galles解釋說(shuō)，要是采用通常的標簽粘貼后再出貨的系統，Wells'就必須引入手工再包裝的工作，這就會(huì )增加勞動(dòng)成本。
Galles指出：“我們從一開(kāi)始就認為采用RFID技術(shù)可推進(jìn)工藝轉變，提高業(yè)績(jì)。一旦采集了數據，我們就可用其來(lái)改進(jìn)目錄跟蹤，實(shí)現大部分質(zhì)量控制和目錄工作的自動(dòng)化，并簡(jiǎn)化數據采集工作?！盬ells'的報告還表明，其RFID系統使員工從繁重的工作中解放出來(lái)，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(guò)RFID系統實(shí)現了效率提高，充分利用了標簽具備的數據處理功能。舉例來(lái)說(shuō)，奶制品公司的每個(gè)RFID標簽都連接到數據庫，其中帶有包裝盒中冰淇淋的生產(chǎn)參數，包括生產(chǎn)時(shí)間、批識別信息和產(chǎn)品線(xiàn)等。這使Wells'公司的操作人員能夠精確的了解每個(gè)標簽何時(shí)被粘貼，而且批量發(fā)貨屬于哪一批等信息。
總而言之，RFID標簽識別數據的高級特性有助于強化用戶(hù)數據庫的物理狀態(tài)和環(huán)境數據，確保工藝過(guò)程的變化或測試有效的進(jìn)行，并支持相關(guān)的決策和實(shí)施，以便進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量。
Galles指出：“RFID的作用在于，它能夠加強工廠(chǎng)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有設備相配套，這就為我們創(chuàng )造了更多的價(jià)值。為了實(shí)現投資的最高回報，我們應繼續使用現有工藝進(jìn)程所采用的ControlLogix平臺來(lái)進(jìn)行RFID系統的設計工作?！?BR>
RFID基礎知識
RFID標簽不需要監視生產(chǎn)線(xiàn)，可以處理更多的數據。盡管條形碼無(wú)處不在，價(jià)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比傳統的無(wú)線(xiàn)電發(fā)射器和其它無(wú)線(xiàn)技術(shù)的成本都要低廉。
不過(guò)，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(lèi)型的文檔工作。這可以滿(mǎn)足沃爾瑪公司和美國國防部（DoD）關(guān)于安裝RFID系統的要求。人們對該技術(shù)的發(fā)展給予了極大的期望，不過(guò)也有報道指出，它實(shí)現還面臨著(zhù)障礙，投資回報也存在著(zhù)疑問(wèn)，因此RFID的實(shí)施不宜操之過(guò)急。
有鑒于此，通常來(lái)說(shuō)，應用發(fā)展走勢如何說(shuō)到底要靠用戶(hù)來(lái)做主，用戶(hù)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(jìn)決策，加強質(zhì)量控制，并促進(jìn)生產(chǎn)。如果不適合，用戶(hù)還是會(huì )選擇條形碼、無(wú)線(xiàn)電發(fā)射器或有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )等技術(shù)。
Omron Electronics LLC的Bill Arnold指出：“如果說(shuō)，數據采集系統用其‘眼睛’看到條形碼，那么它也可以通過(guò)系統的‘耳朵’聽(tīng)到RFID標簽的信息，而且還能通過(guò)系統的‘語(yǔ)言’與其交談。如此說(shuō)來(lái)，RFID技術(shù)對于供應鏈實(shí)現控制和可視性來(lái)說(shuō)顯然是更好的一種途徑。條形碼只有14至16位，而每個(gè)RFID標簽則有96至256位，作為一種獨特的技術(shù)，它可用于明確產(chǎn)品的各種參數，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(xiě)入多次讀取的（WORM）、讀寫(xiě)式的、可用天線(xiàn)/讀取器被動(dòng)讀取的，或者是主動(dòng)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條形碼系統相結合，系統集成商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(chē)座椅生產(chǎn)系統，并提高了它的跟蹤功能。該公司為附近的豐田工廠(chǎng)提供汽車(chē)座椅。SMS自動(dòng)化和數據采集經(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，預先確定了每個(gè)座椅的標準和位置?！?BR>
Deal補充說(shuō)，TISA的傳送帶由PLC和SMS的定制核心中間件控制，通過(guò)Omron的讀取器存取標簽數據。中間件還與TISA的PLC及其ERP系統通訊。由于標簽在RFID集成器的“閉環(huán)”中重復使用，因此TISA系統可實(shí)現持續的JIS確認，而且據稱(chēng)能在六個(gè)月內收回投資。
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(hù)以1.2萬(wàn)至1.5萬(wàn)美元的成本實(shí)現符合RFID標準的手工系統，低于傳統系統通常高達20萬(wàn)美元的成本。
從閉環(huán)到開(kāi)環(huán)
與傳統的無(wú)線(xiàn)電發(fā)射器類(lèi)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)應用中監視工作過(guò)程（WIP），其功能強大，體現在工作距離更長(cháng)等方面。
Pepperl+Fuchs的智能系統經(jīng)理Helge Hornis提到：“從歷史上說(shuō)，RFID標簽上存儲的讀寫(xiě)數據能夠幫助用戶(hù)開(kāi)發(fā)獨立的工作機床，因為標簽保存了相關(guān)信息和其它工藝數據。隨著(zhù)因特網(wǎng)和以太網(wǎng)的出現，用戶(hù)開(kāi)始采用具有更小存儲器的標簽來(lái)運行應用，這些標簽被連接到了中央數據庫和企業(yè)系統?！?BR>
幾年來(lái)，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(chē)底盤(pán)和組件等，同時(shí)也加強了相關(guān)工作的經(jīng)濟性。
Siemens Energy Automation的工廠(chǎng)自動(dòng)化感應器業(yè)務(wù)經(jīng)理Alec Stuebler談到：“傳統的RFID標簽工作時(shí)幾乎就像一部擴展硬盤(pán)驅動(dòng)器，用戶(hù)可在RFID標簽上讀寫(xiě)所有數據，實(shí)現所有必需的質(zhì)量測量要求。舉例來(lái)說(shuō)，RFID標簽可確認汽車(chē)組裝過(guò)程中的工具測量扭矩以滿(mǎn)足預定義的測量要求，并允許組件裝配進(jìn)入下一步。另外，防熱標簽還能啟動(dòng)噴漆工作，在物料從250℃的爐子中完工出爐后還可監督質(zhì)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字節到64K字節不等，不過(guò)存儲器容量加大時(shí)用電也會(huì )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系統的工作頻率主要有三種：低頻，低于1MHz；高頻，全球科學(xué)測量統一要求的13.56MHz通用頻率；以及超高頻（UHF），高于800MHz。UHF可實(shí)現更長(cháng)的讀取距離，成本也更低，但同時(shí)也會(huì )面臨一些干擾問(wèn)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的系統據說(shuō)可實(shí)現3至5米的讀取距離，其中將包括RFID標簽、讀取器、天線(xiàn)和軟件等。
近期的技術(shù)進(jìn)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(lái)越小，而且往往是一次性使用的外包裝，通常將此稱(chēng)作“開(kāi)環(huán)”應用。
盡管技術(shù)不斷進(jìn)步，批量出貨的無(wú)源RFID標簽單價(jià)通常仍要花費35至45美分，少量出貨要75至80美分，帶有數據讀寫(xiě)、存儲和其它高性能功能的有源RFID標簽單價(jià)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主流一次性開(kāi)環(huán)應用的話(huà)，就必須降到5至10美分的閾值水平，當前價(jià)格顯然要高得多。
無(wú)源RFID標簽由小量RF能源供電，它在接近RFID系統天線(xiàn)或讀取器周邊的電磁場(chǎng)時(shí)就會(huì )被激活。舉例來(lái)說(shuō)，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(dòng)，并將標簽數據傳送給相連的控制器、PLC、PC或進(jìn)一步上傳給更高級的企業(yè)系統。
干擾、安全性和魯棒性問(wèn)題
與各種無(wú)線(xiàn)技術(shù)一樣，RFID技術(shù)也面臨干擾問(wèn)題，通常在靠近金屬和液體時(shí)都會(huì )出現這種問(wèn)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(huì )更高，或者還要采用其它定制方法。
距離和物理讀寫(xiě)限制通?？梢员苊馕词跈啻嫒撕灁祿?，不過(guò)開(kāi)發(fā)中的新式RFID二代標準預計還將進(jìn)一步解決當前的安全性關(guān)切問(wèn)題。一代技術(shù)公布了EPC全球標準，目前許多RFID開(kāi)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，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(chǎng)經(jīng)理Bradley Todd指出：“條形碼是識別部件和部件去向的最廉價(jià)方法，不過(guò)在許多制造環(huán)境下，如噴漆爐、化工處理和肉類(lèi)包裝等，條形碼根本就不能適用。RFID標簽在工藝進(jìn)程中一步步傳遞著(zhù)信息，從而能在制造過(guò)程中幫助企業(yè)資源計劃（ERP）進(jìn)行決策。舉例來(lái)說(shuō)，用于跟蹤阿根廷試驗項目中牲畜養殖信息的標簽可向養殖場(chǎng)的ERP系統添加信息，向其它閉環(huán)標簽寫(xiě)入信息，可為封裝上的條形碼添加信息?！?BR>
Todd補充說(shuō)，Toyota南非公司近期實(shí)行了RFID車(chē)輛跟蹤系統（VTS）的第二階段，為工廠(chǎng)添加了EMS的LRP RFID讀寫(xiě)器天線(xiàn)和標簽功能。系統集成商EMS SA建立了在諸多制造階段和最終組裝過(guò)程中跟蹤車(chē)輛的RFID系統。EMS的報告指出，由于安裝后可同時(shí)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(zhì)標簽，它還具備了存儲器存儲特性。
Todd還說(shuō)：“由于RFID在每步之后都可讀寫(xiě)，因此我們在工藝過(guò)程的早期就能發(fā)現問(wèn)題，從而為后期節約了大量的金錢(qián)與時(shí)間?！?BR>
未來(lái)的發(fā)展
就RFID本身而言，它與傳統的控制和自動(dòng)化似乎關(guān)系不大，不過(guò)，配合數據庫和其它現有的信息源，RFID對控制和自動(dòng)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(shí)上，即將到來(lái)的技術(shù)進(jìn)步（如節能的有源RFID標簽）將使標簽成為模擬、數字、以太網(wǎng)和/或因特網(wǎng)數據的無(wú)線(xiàn)發(fā)射器，從而成為無(wú)可置疑的優(yōu)勢技術(shù)。Arnold指出：“今后兩三年內，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(xiě)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中采用這種通用消毒劑匹配（UDC）技術(shù)，實(shí)現了有計劃的消毒衛生機制。
Colder的智能技術(shù)業(yè)務(wù)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I-Code 1 RFID芯片，其中8個(gè)字節為只讀序列號，48個(gè)字節為通用讀寫(xiě)數據，8個(gè)字節為芯片的控制存取部分。
Garber解釋說(shuō)，除了調節用藥劑量之外，AmerSpa足浴消毒衛生系統中的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(shuō)，匹配的讀取器可連接于更高級別的網(wǎng)絡(luò )，未來(lái)還可實(shí)現報告和預訂功能。
RFID基本術(shù)語(yǔ)解釋
基于英國的Pelican Control Sys-tems公司在其“RFID系統通用定義”網(wǎng)頁(yè)（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)機和數據環(huán)境間的監視和/或操作接口進(jìn)行工作。讀取器管理與脈沖轉發(fā)機之間的數據通訊過(guò)程，并臨時(shí)存儲信息或向數據環(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(zhù)RFID系統的設計特性，如材料穿透、數據傳輸速率、所需的能量以及工作距離等。
無(wú)源RFID系統采用外部電源（如天線(xiàn)或讀取器）供電的脈沖轉發(fā)機。無(wú)源脈沖轉發(fā)機通常比有源產(chǎn)品便宜，但其工作距離和數據傳輸能力有限。
有源RFID系統使用電池或導線(xiàn)連接作為電源為邏輯電路系統供電，從而突破了無(wú)源RFID的限制。
電磁感應、電場(chǎng)干擾（也稱(chēng)作反向散射或現場(chǎng)干擾調制）和無(wú)線(xiàn)電數據通訊是標簽和讀取器間RFID通訊耦合的三種方法。電磁感應系統通常工作在低頻（約125kHz）上，調節要求很少；也可工作在13.56MHz頻率上，這時(shí)應用正常的無(wú)線(xiàn)電和頻譜分配調節。電場(chǎng)基于讀取器發(fā)射的無(wú)線(xiàn)電能量將會(huì )通過(guò)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(wú)線(xiàn)電信號進(jìn)行聯(lián)系時(shí)，就會(huì )形成無(wú)線(xiàn)電數據通訊。
抗爭用通訊協(xié)議。如果系統不使用抗爭用通訊協(xié)議，那么它一次只能與一個(gè)脈沖轉發(fā)機通訊。這意味著(zhù)脈沖轉發(fā)機要彼此獨立，逐次處理，這樣在時(shí)間上就會(huì )相當復雜，耗時(shí)不菲?？範幱脜f(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)機數量、脈沖轉發(fā)機穩定性或變化移植情況時(shí)的功能也有所不同。
只讀存儲器脈沖轉發(fā)機由制造商內置獨特的編程代碼，不能改變。脈沖轉發(fā)機識別信息必須通過(guò)檢索表與特定項目相關(guān)聯(lián)，這就實(shí)現了高級數據安全性，不過(guò)其靈活性較差。
一次寫(xiě)入多次讀?。╓ORM）脈沖轉發(fā)機可由用戶(hù)在制造之后根據規范要求進(jìn)行編程。一旦編碼后，數據不能改變。這實(shí)現了較高的安全性，也比只讀存儲器更為靈活。
讀寫(xiě)脈沖轉發(fā)機所包含的存儲器可在正常工作過(guò)程中加以改變，通常應用于動(dòng)態(tài)數據庫。
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