rfid与制造业

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1、、何为 RFID？在 20 世纪中，无线电技术的理论与应用研究是科学技术发展最重要的成就之一。1948 年哈里 . 斯托克曼发表的“利用反射功率的通讯”奠定了射频识别RFID 的理论基础。经过数十年的发展，如今，RFID 技术理论日趋成熟，产品种类也越来越丰富。从概念上来说， RFID（ Radio Frequency Identification，射频识别）技术是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关的数据信息。利用射频方式进行非接触双向通信，达 到识别目的并交换数据。 RFID 技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。1 、RFID 组成RFI

2、D 领域应用最为广泛的一个标准是EPC标准，它将RFID系统分成了四个层次，包括物理层、中间层、网络层和应用层。物理层是整个系统的物理环境构造，包括标签、天线、读写器、传感器、仪器仪表等硬件设备。 中间层是信息采集的中间件和应用程序接口，负责对读卡器所采集到的标签中的信息进行简单的预处 理，然后将信息传送到网络层或应用层的数据接口。网络层是系统内部以及系统间的数据联系纽带，各种信息在其上交互传递。应用层则是EPC后端软件及企业应用系统。在明晰的系统层次上，EPC标准还统一了数据的报文格式， 并规范了输出传输流程。这样，RFID系统的部署就会变的严谨有序。通常我们所说的RFID产品处于物理层，其

3、最基本的组成部分包括：射频标签（或称射频卡、应答器等） 射频标签也可称作射频卡，它由耦合元件及芯片组成，含有物品唯一的标识体系，包含著一系列的数据和信息，比如产地，日期代码和其他关键的信息等，这些信息储存在一个小的硅片中，利用阅读器，可 以及时方便的了解精确的信息。射频标签能储存从 512 字节到 4兆不等的数据，由系统的应用和相应的标 准决定，射频标签具有体积小、容量大、寿命长、可重复使用等特点，支持快速读写、非可视识别、移动 识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理等。按照不同的方式，射频卡有以下几种分类：表 1. 射频标签的分类條餐内无电池，说東悽电技术将搭收到的射频龍星 详化対直流电遞九卡

4、肉电路供电，住用晅驚短寿命 长I对工作坏境要求不髙-卡内有电池提供电頑，件用距詔较远 耆命有限、# 袪较大.成本高|且不适台在悪省环墳下工作.裁茨频率京作用距离的区别 可虑便朋 价格敦高CFIT芯片內部包含徽处理器单元（CFV）.特储单不W1A/ 辎出接口单元-帝轄高射频阅读器在RFID系统中，信号接收设备一般叫做阅读器（或读卡器）。阅读器的基本功能就是提供与标签进行数据传输的接口，读取（有时还可以写入）标签信息的设备。在 RFID相关产品中，读卡器的含金量是最高 的，因为它是半导体技术、射频技术、高效解码算法等多种技术的集合。阅读器从外形上大体上可分为手持式或固定式，从工作方式来看，阅读器种

5、类也非常的繁多，按工作 频率可分为超高频、高频、低频阅读器，通常低频阅读器的读写距离则不超过0.5米，高频阅读器的读写距离约为1m,超高频阅读器读写距离通常在110米，而读卡器的读写距离通常还会受到环境干扰以及读卡器的稳定性等影响而有所改变，此外，若采用有源标签，则读取距离可达到100米。按配置可分为带CPU预装操作系统的PAD阅读器与普通阅读器；按传输方式可分为无线或者是有线阅读器等。射频天线射频天线主要用来在标签和读取器间传递射频信号。RFID系统中包括两类天线，一类是 RFID标签上的天线，和RFID标签集成为一体；另一类是读写器天线，既可以内置于读写器中，也可以通过同轴电缆与 读写器的

6、射频输岀端口相连。目前的天线产品多采用收发分离技术来实现发射和接收功能的集成。天线在 RFID系统中的重要性往往被人们所忽视，在实际应用中，天线设计参数是影响RFID系统识别范围的主要因素。高性能的天线不仅要求具有良好的阻抗匹配特性，还需要根据应用环境的特点对方向特性、极化特 性和频率特性等进行专门设计。在选择天线的时候的主要考虑：天线的类型；天线的阻抗等。2 、RFID工作原理简而言之，在工作时，RFID读写器通过天线持续发送岀一定频率的信号，当RFID标签进入磁场时，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（Passive Tag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信

7、号（Active Tag，有源标签或主动标签）；随后读写器读取信息并解码后，将数据 传输到中央信息系统进行有关的数据处理。STD 纭密JUTDFtH.fi图1. RFID组成及工作原理3 、RFID应用的领域表2. RFID领域及应用物流物超程中的货物着点、查询、发货、追踪，仓储， 港口，邮政，快零售业商品的销售数据实时统计，补货.防益结账制生产数据的实时监控，质量追腺，自动优主产SK遼业自动化生产，仓储管理，品牌管理，单品管理，渠道 管理医疗医疗器械管理，病人身份识别.矍儿防盜身份识别电子护照，身份证，学生证等各种电子证件防伪贵重物品【烟，酒，药品）的舫伪，票证的紡伪諄蚩产管理各粪费产贵重的

8、或数量大相似性高的或危险品等）交it智f茨通管理*赢爲停车，醍车管理.公交车枢 纽管理，铁路机车识别食吊水果，蔬桑，生鮮，食昴等保鮮筋理动物训养动物h畜牧牲口，克物等识别管理S45书店，国书馆，出版社等应用汽车制逢车輔防姦定位，车钥匙制造，旅客机票，行李包裂追踪弹药，枪支，物费，人民 卡车等识别2追Utor *二、RFID在我国发展应用之现状RFID 技术在国外得到了飞速的发展，据ABI公司根据预测，预计到2013年全球RFID规模将达到98亿美元,2003-2013年均复合增长率为19%在我国，在 RFID技术与应用的标准化研究工作上已有一定基础， 2006年6月9日，科技部等十五部委制定出

9、台了 中国射频识别（RFID）技术政策白皮书；此外，依据ISO/IEC 15693系列标准已经基本完成国家标准的起草工作；参照ISO/IEC 18000系列标准制定国家标准的工作已列入国家标准制订计划。但是，相较于欧美等发达国家或地区，我国在RFID产业上发展较晚并较为落后。在超高频RFID方面，产品的核心技术基本掌握在国外公司的手中，国外公司占有绝对的优势；不过，在低频领域，我国由于发 展较早，技术较为成熟，产品应用广泛，已具有了与国外产品一决高下的能力，在市场上处于完全竞争状 况。另外，国内低频读写器生产加工技术非常完善，生产经营的企业很多，也有较为成熟的解决方案。应用方面，在交通、物流、

10、防伪、制造、零售、煤矿等等行业，都有RFID技术的身影，虽然某些应用还不是特别的完善，但在国家的大力扶持与推进下，RFID技术在我国将会全面开花，得到更多、更完善的应用。三、RFID能为制造企业带来什么？在制造业，RFID，归根结底，可以看做一种数据采集方式，而目前很多制造企业已经采用了条码技术 来进行数据的采集，并结合 MES ERP等信息化软件，对企业的生产过程进行有效管理。而很多企业不禁会 问，既然条码应用已十分的成熟广泛，为什么还要使用RFID技术呢？RFID技术，实时数据采集的必要手段传统企业在数据采集时通常使用条码标签，但条码标签受到一定的局限性，在识别速度、读取精度、使用环境等方

11、面存在种种限制，关键在于，数据采集后并不能实时的反馈到相关人员。而RFID技术通过电子标签与阅读器之间的射频通信，能快速的识别目标对象并且获取其包含数据，将生产现场信息及时准确 的采集，赋予企业相关的跟踪能力和实时控制能力，减少人为错误，帮助企业在实际提高效率和利润的同 时能够满足客户的需要和法规要求。RFID数据采集方式能为制造企业带来的便利：1 ）在及时采集各个加工工序的人员与工时信息的基础上，可以获取准确的实际生产成本信息。2 ）通过及时反馈加工质量和设备信息，可以实现整个车间生产过程的可视化，从而实现制造过程的可 追溯。3 ）RFID技术为及时准确采集车间信息，实现“实时”企业，提供了

12、经济有效的解决方案。表3. RFID与传统条码采集方式之比较am)1汨m 1千条码可同时骅识读取数T EKE标袋际磴存俺信息有跟掠签体积小型攸那状多祥化，更般j不可能可重复渎、写、修改密据甜久性受污疑竝龌彫响严盍易 磨损：对水、油、化学药品等抵抗龍力 强数居存储在芯片中，几乎不 枝影响读取距离近距且无昭阻若能鳍进行穿谨性邇蓿低*uor四、制造企业如何正确的选择和使用RFID？纵然RFID技术有着许多的优点，但面对RFID，企业必须有清醒的认识，仅凭头脑发热便如同一窝蜂的上ERP等信息化软件一样，得不偿失。在制造企业，RFID技术通常能很好的应用于生产管理、员工管理、仓储管理、物流管理、质量管理

13、等环节，结合MES等信息化系统，实现实时的控制管理。但由于RFID厂商的参差不齐，或者企业对于 RFID概念的理解偏差，在某些企业，RFID应用也走进了种种误区。以下，将为您剖析，何种RFID解决方案才是您的企业最需要的呢？1 、有线 or 无线？RFID 无线射频识别技术，顾名思义， RFID 数据的采集，是通过无线的识别进行的， RFID 标签通常附 着于物料、生产设备、员工、以及需要采集的物体上，读卡器对标签上的数据进行识别，而识别之后如何 实时的传输给生产管理软件比如MES系统，则需要在企业内部进行网络的部属。如上文所说，读卡器可通常分为手持式与固定式，有线读卡器与无线读卡器。手持式的

14、读卡器通常是无线的，固定式的读卡器则有 无线与有线两种可选，这时，就需要企业根据自己的需求进行选择。基于有线局域网的 RFID解决方案：图 2. 基于有线局域网的 RFID 解决方案在该解决方案下，企业可利用现有的有线局域网，将有线读卡器布置于设置好的位置，读取数据通过 TCP/IP 组网方式，通过交换机连接计算机进行数据交互。有线网络可与公司的局域网融为一体，其优点是 可以使用公司成熟的网络，读卡器与中间件之间进行有线通信，数据传输稳定可靠、反应迅速，并且没有 距离的限制。而这种方案的缺点在于：布线较为繁琐，可能会影响工作环境的美观，并且在某些特殊的制 造场合，并不适合大量的走线。这种方案通

15、常适合于公司有线网络方便布置的，工位固定，读卡器使用量 大、跨地域的纺织、服装、玩具等劳动密集型制造行业。基于无线局域网的 RFID解决方案：基于无线局域网的方案，即 RFID 设备通过接在计算机上的无线基站以无线通信的方式和计算机进行 通信。无线读卡器阅读 RFID 卡片上的数据信息后，通过无线基站，将数据信息上传到中间件，中间件通 过存储过程与数据库进行数据交互。对于无线组网方式来说，优点在于读卡器与中间件所在的电脑组网布 置灵活，省去布线的麻烦，并且技术成熟、网络容量大，施工快速。相应的，无线组网方式的缺点在于读 卡器与中间件之间具有一定距离限制，并且在某些车间环境下易受其他无线信号的干

16、扰，因此，采用无线 组网方式的RFID解决方案适用范围虽然比较大，但更适合于其他无线信号干扰少，对工作环境整洁程度 要求高的制造企业。工4t然r&a#3rttF3rna背迂Tttit wr&afra切Wl生产钿删.fifi图3.基于无线局域网的 RFID解决方案对于无线组网方式，目前的解决方案也存在两种，一种是基于WiFi技术的，另一种是基于 Zigbee技术。WiFi即无线局域网，基于 802.11a/b/g/n等协议，也是目前最常见的无线通信技术。ZigBee是国际标准的工业级网络，基于IEEE 802.15.4协议。是一种经济、高效、低数据速率（250kbps）、工作在2.4GHz和86

17、8/928MHZ的无线通信技术。简单的说，Zigbee是一个由可多到 65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，在整个网络范围内，每一个Zigbee网络数传模块之间可以相互通信，这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，每个网 络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展。主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立。表4. Wifi 与Zigbee技术对比iFiZrgbee工作频段2,4Gi 8SS/828MHe传输邃度i 1Mbps功耗高_嚴夕曲电源低，采用电池洪电一殿可用3个月 囚上应用场合般用于覆盖一定絶围（如 1栋褛）的无绕刚络技术（覆

18、 盖世S 10Q米左石）莊速率、低功耗场合，如无线传感 器厕络，适用于工壮控制、环境监 测、智能家居控制等领域应用程度技术成熟.应用广泛处于高遠发展推广中二者相比，ZigBee的特点是低功耗、高可靠性、强抗干扰性，布网容易，通过无线中继器可以非常方 便地将网络覆盖范围扩展至数十倍，因此从小空间到大空间、从简单空间环境到复杂空间环境的场合都可 以使用。但相比于 WiFi技术，Zigbee是定位于低传输速率的应用，因此Zigbee显然不适合于高速上网、大文件下载等场合，更适合某些数据传输量不大的制造企业。制造企业可根据企业的实际情况进行选择。2 、RFID在不同环节的使用选择以上谈了许多关于 RF

19、ID的技术与适用场合，那么RFID是如何在企业中得到应用的呢？接口开 也往制怖跟卑 、/園龍构件包生产爼覆 喘前柑块图4. RFID在制造业生产过程中的应用生产管理：生产环节是制造企业重中之重，生产过程的可控是制造企业进行库存管理、质量管理、员工管理、财务管理等环节的前提，生产过程中的实时数据也是构建实时企业必不可少的关键。在生产管理过程中部署RFID系统，及时的采集生产信息，是获取实时数据的关键。采用条码方式采集生产现场的数据在手工计件的基础上提高了企业的信息化水平，但条码统计信息无 法实时，待数据输入至少滞后半天到一天的时间，其次，条码的信息容量有限，无法监测每个工序的情况,无法反应每个员

20、工的生产情况，责任不能落实到个人，质量管理无法落实到实处，再次，条码对应用环境 的要求高，许多场合下并不适用。因此，采用RFID技术来进行生产数据的采集是有效的解决方案。图5. RFID结合MES进行生产管理在生产车间，企业可依据生产过程以及关键工位布置合适的数据采集点，安装好读写器，根据生产任 务单，将产品的生产过程信息和产品的型号、完成时间等产品信息写入电子标签，附着在在制品框上，随 着生产过程流动，来指导整个生产过程。在关键工位对数据进行读取，配合电子看板等在车间实时显示加 工状况，结合ERP、MES等信息化系统，对生产过程进行全方位的管理。同时，对物料以及员工的识别管 理，能帮助企业对

21、产品的质量进行管理追溯，岀现问题时可以准确的定位到生产责任人，降低企业产品瑕 疵率，也可促进售后维修服务的管理。若同一批产品工序相同，可采用只读标签，在制品变成成品下线后, 标签可以回收继续使用，当然，企业也可根据实际情况，选择可擦写标签。通常来说，劳动密集型企业， 生产过程中的电子标签可选用低频无源只读标签，价格低廉，并且相比打印条码方式，成本能得到很大程 度的降低。对于工序复杂的制造企业，RFID标签及读卡器的选择，应结合其他信息化系统，对企业生产流程进行分析后，再来决定，手持式和固定式读卡器结合，超高频的RFID系统目前在我国大多应用在机械以及汽车等行业。员工管理：对于员工管理，比如在服

22、装、玩具等制造企业，可以为每位员工配发识别卡，应用于 考勤以及生产过程管理，对物料以及工作流程实时的加工数据采集能方便管理人员了解目前员工的生产工 作状态，并且，可以根据员工的加工情况，对成品进行追溯跟踪，工时统计及产品质量的跟踪可以更好的 方便企业对员工的绩效情况进行管理。在员工管理过程中，可根据企业的实际需要来选择 RFID 卡的性质，低成本的低频无源卡往往更适合 于员工管理。仓储管理：在企业的仓储管理过程中，RFID技术能发挥极大的作用，以往，仓储管理系统通常使用条码标签或是人工仓储管理单据等方式来进行。但是条码的易复制、不防污、不防潮等特点，和人工书 写单据的繁琐性，容易造成人为损失，

23、另外，条码数据采集后，需要再次将数据录入到电脑，不能及时反 馈仓库的最新动态，这使得许多制造企业在仓储管理时始终存在着缺陷。企业在引入RFID系统后，可以在RFID标签中写入货物的名称、日期、存放位置等各类信息，并贴在每个物品的包装上或托盘上。这样，读卡器能搞清楚的扫描到托盘上货品的信息，并可以及时的将仓储物流信息反馈到生产加工，指导生产。在仓储管理的过程中，企业应选择手持式的读卡器，通过无线方式与中间件进行连接，上传至电脑及时获 取最新的仓储情况， 手持式的读卡器不受人员以及地理位置的限制， 具有小型化、 便携、使用灵活等特点， 目前市场上也有许多带 PDA的手持式读卡器供选择，带 PDA手

24、持式读卡器具备 CPU以及操作系统，数据采 集完成后可直接显示在液晶屏幕上，或存储于PDA中，通过无线方式传输到后端系统平台，某些读卡器还可以对电子标签进行数据写入，功能十分强大。对于某些小型的制造企业，可以选择工作在低频的 RFID 系统，读写距离较短，技术成熟，并且价格 便宜，但对于大型的制造企业，工作在低频的RFID系统将无法满足企业的要求，应选择工作在高频及超高频，能读取中长距离的读卡器。物流管理：企业物流方面，是RFID系统应用最多的领域，制造企业内物流可大体上分为供应链物流与生产系统物流两部分，在企业原材料的采购以及货物入库的过程中，通过在货物或者货箱上面安装 RFID标签，阅读器

25、自动识别标签中的数据，不需要打开货物，便知道里面货物的情况，甚至不需要停留，就可以直接完成验收工作，同时将数据记录至数据库，修改系统中的相关数据，完成物料的入库，大大提 高工作效率。在入库的过程中，RFID数据管理系统还会根据标签所标识的货物的体积、大小和类别等，自 动的选定库位，将信息返回到入库人员，对货物进行入库存放。结合仓储管理过程，对货物进行准确及时 的动态管理。帮助企业减少库存积压，降低运营成本。在此过程中，可以设置超高频的RFID系统来进行管理。在生产系统物流方面，根据生产任务单，利用 RFID 技术，快速选取物料出库，更新系统中相关的数 据，同时，在生产物料上附着标识这物料信息的

26、电子标签，跟随物料进入生产流程中的每道工序。通过各 工位设置好的读写器阅读标签信息， 依次行进， 减少错误率。 在工序完成后， 某些劳动密集型的企业， RFID 标签后还可以回收进行再利用，节约以往打印条码打印的成本。在生产系统的物流过程中，RFID标签可根据企业实际情况设置，RFID读卡器也可按企业实际情况选取。3 、企业应用误区目前， RFID 虽已在许多企业得到了应用，并且有着不错的发展，但还存在着十分巨大的挑战，RFID是提升企业效率的手段，但不是必然的选择，在某些情况下，RFID更适合企业信息化水平应用较高的企业。同时，随着RFID系统在企业得到越来越多的应用，也存在着一些误区，比如

27、，某企业使用RFID技术对生产过程的追踪控制，使用 RFID标签标识物料以及跟踪产品的整个生产流程，结合MES以及电子看板进行生产过程的远程控制，质量管理，工位协调等工作，从而实现产品整个生命周期的有效管理及可控，整个RFID方案设计完整，但是，在实际操作中，在生产线布置了工作在2.45G的超高频RFID系统，使用超高频的 RFID 卡以及读卡器，而其生产线的数据并不需要长距离的读写，这样就会造成资源的浪费，同 时带来成本的增加。此外，某些企业在上信息化系统时一味求好，喜欢追求国际名厂产品，购买许多带有CPU和操作系统的高配读卡器应用在条码的读写过程中，而这种读卡器，硬件配置极高，且在高频领域

28、，核心技术以及市 场大多被国外知名公司占有，导致了读卡器的价格高昂，甚至是国产产品的几十倍。对于企业来说，部署 整个企业的 RFID 系统，这将带来一笔巨额的投资，以及杀鸡用牛刀般的大材小用。目前，虽然RFID技术发展迅猛，但与条码相比，由于成本、使用环境、技术标准等方面的限制，在 一段时间内，还不能取代条码的应用，尽管RFID技术具有很多的优势，但 RFID的优势主要建立在信息的采集以及信息共享上，并非所有的RFID实施案例都获得了成功，企业选择时尤其应该慎重。1 ）读取精度。RFID标签主要附着在物料托盘和货品集装箱上，但是在某些行业，比如电子制造企业，元器件众多，在生产的快速流转中如何能

29、保证每个标签都能被读取，这是一个函待解决的问题。2 ）环境影响。受到车间环境影响，在电磁环境复杂，干扰严重的企业，RFID电子标签的正确读写，也是一个很大的问题，企业若想实施RFID，需要对在车间进行测试，这样又会影响到生产的顺利进行。3 ）实施模式。RFID系统的实施没有通用的模式可以照搬，不同行业具有不同的应用点和应用需求，除了极少的行业，并没有完整的针对行业具体特征的合适的RFID应用模式和框架，企业选择和实施时缺乏具有普遍指导意义的基本准则和规范。4 ）实施成本。从成本来看，目前标签的成本仍是偏高，尤其对于制造行业，什么材料什么工序采用RFID系统也是一个重要的问题，并不是一言两语可以

30、说尽，需要进行严密的计划。5 ）对业务流程的冲击。适应过程企业选择实施 RFID后，对企业业务流程，也会带来一定的影响，RFID 技术使得企业管理理念得到创新，企业中很多原本分离的工作实现了功能整合和重组，必然会导致企业业 务流程的重组，企业是否能适应这个过程又是一个问题。6 ）数据安全。RFID的应用，隐私和安全问题十分重要。RFID标准体系关系到物品信息控制权和RFID产业控制权，RFID技术要得到广泛的应用和推广制定符合中国国情、具有自主知识产权的RFID标准体系显得特别重要，目前我国已开始相关标准的制定，相信不久的未来，以上问题也会得到逐步的解决。总的来说，采用 RFID技术结合条码，在一段时间内，将会成为企业首选的数据采集解决方案。