RFID在制造業的應用場景及案例

來源：e-works

在智能制造轉型趨勢下，RFID作為一種非接觸式的自動識別技術，可以通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，由于RFID實施和部署成本較低，數據采集和傳輸方式十分便捷，因此受到企業越來越多的關注。相對于條形碼、磁卡、IC卡等技術，RFID的應用優勢是可以實現批量處理、遠距離非接觸讀寫，數據容量大，可重復使用，對污染不敏感，適應各種復雜的工況。

一、RFID工作原理與分類

RFID的工作原理很簡單：標簽進入磁場后，讀寫器會感應到標簽信號，標簽通過無線射頻信號獲得能量(無源標簽或被動標簽)或標簽主動發送某一頻率的信號(有源標簽或主動標簽)，然后解讀器讀取電磁波并轉化為數據，送至中央信息系統進行有關數據處理。

圖1 一套完整的RFID系統

因此，一套完整的RFID系統包括閱讀器與、電子標簽及應用軟件系統三個部份組成。從RFID 卡片閱讀器及電子標簽之間的通訊及感應方式來看，大致上可以分成：電感耦合和電磁波耦合兩種。

表1 電感耦合和電磁波耦合對比

電感耦合主要應用在無源標簽上，無源標簽通過磁場感應獲取信號能量，由于RFID芯片支持頻率較低，識別距離較短，識別速度最快在100張/秒，實施成本較低。

電磁波耦合可以是無源標簽或有源標簽，由于有源標簽支持超高頻和微波頻段，且自帶電源，識別距離和識別速度都要比電感耦合更遠、更快，實施成本也相對較高。

無論是有源RFID系統還是無源RFID系統，作用都是為了識別貨物和讀取數據。但兩種類型的RFID系統在信號強度、感知范圍和讀取速度方面有所不同，各自支撐應用場景也不盡相同。

二、RFID在制造業的應用場景

RFID與傳感器不一樣，傳感器是動態連續獲取設備運行狀態數據，而RFID是只有標簽進入到感應范圍內時才會讀取數據并進行傳輸。因此，RFID技術應用主要集中在車間、物流和定位等應用場景。

1.RFID在智能車間中的應用

1)產線混流制造

混流制造是企業在一定時期內在一條流水線上生產多種產品的生產方式，將工藝流程、生產作業方法基本相同的若干個產品品種，在一條流水線上科學地編排投產順序，實行有節奏、按比例的混合連續流水生產，并以品種、產量、工時、設備負荷全面均衡為前提。

圖2 混流制造

隨著用戶個性化需求的增長，在制造企業的工業生產中選配和定制已經逐漸成為趨勢，混流制造的混合流水線生產模式能很好地滿足個性化的定制選配生產需求。通過在復雜零件和托盤上安裝RFID標簽，在加工設備和線體上安裝工業讀寫器，實現產品和設備的智能通訊，有效的避免因數據采集不及時導致工序管理混亂等諸多問題。通過及時采集在制品狀態和生產工序狀態為MES提供數據支撐，保證MES可及時的生產調度每個工作站，使每個工作站周期內都處于繁忙狀態，以完成最多的操作量，從而減少閑置時間，提高生產效率。

目前，上汽通用五菱通過在缸體缸蓋加工生產線安裝RFID標簽，實現6種以上的缸體混流生產，產線全過程質量數據和過程數據都被有效采集。美的家用空調在工廠的柔性裝配線、工序、工板上安裝RFID標簽，實現家電裝配過程數據自動采集、數據采集率提升至99%，每條線單件產品減少人工條碼掃描事件5分鐘，MES數據準確率提升至90%。

2)刀具全生命周期管控

刀具管控的目的是實現對刀具全生命周期信息管理，及時的了解刀具的使用和庫存狀態和位置。在刀具采購入庫前，為刀具加裝電子標簽，作為刀具的唯一身份識別信息。在刀具的調度和使用過程中，通過及時采集刀具的信息，能在系統中清楚的了解刀具是否已經上刀，具體對應的機床以及使用的周期和時長等。通過及時跟蹤刀具位置狀態、使用狀態，企業能及時的了解刀具磨損情況并進行更換，保證刀具的使用安全。

圖3 刀具管控

武漢重型機床是國內生產重型、超重型機床規格最大、品種最全的大型骨干企業，刀具作為機床最重要的部件，企業通過為機床RFID芯片及時讀取刀具的信息了解刀具使用狀態數據，并根據刀具磨損狀態反饋系統及時更換刀具。提高刀具使用安全，保證機床加工生產效率處于最高效狀態。

3)智能維護

東莞一家專注于電極管生產的企業，通過打通模具從設計到制造的信息流和制造流，提高CNC加工效率，減少倉庫人員，減少測量人員，提高EDM稼動率20%以上。

具體實現方式是對每個電極管安裝RFID標簽，從晶體管入庫、生產、測量、放電的全流程進行瓜農空。通過對庫存、配置、現場的數據采集，從電極的設計延伸到制造、測量和使用的全過程，使數據和制造無縫交互，實現全流程的自動化，無人化。

圖4 電極數據采集與信息跟蹤

2.RFID在智能物流中的應用

1)物料配送周轉箱管理

RFID技術應用于物流周轉箱管理可以大大提高物流體系作業效率，實現數字化倉儲管理(倉儲貨位 管理、快速實時盤點)等，使管理更加科學、及時、有效，確保供應鏈的高質量數據交流，由此將帶來物流效率的大幅提高，從而降低系統的總體花費成本。

圖5 物流周轉箱管理

在三一重工18號廠房，所有的物料配送出口都安裝RFID讀寫器，裝配線邊裝都有RFID領料器，所有物料的出入庫以及線邊領料信息都會及時的被采集并反饋到后臺系統。碼垛立庫智能識別系統能通過自動立庫、RFID智能小車、RFID托盤等智能部件，實現配送過程透明化和智能引導，提高裝配物料配送效率和精度。

2)供應鏈車輛引導與卸貨管理

過RFID、智能交通技術，結合廠區物料供應需求，實現廠區供應商車輛預約、排隊、身份識別，廠區卸貨資源智能化分配。這有點像乘車訂票系統，在沒到車站(工廠)之前，供應商通過在線預約系統進行預約排隊(購票)，到工廠(車站)之后按照指示牌到預約卸貨位卸貨(等待和上車)。

圖6 供應鏈車輛引導與卸貨管理

目前美的微波爐馬龍基地通過部署實施供應鏈車輛引導與卸貨管理系統，實現物料拉動式供應鏈模式，通過RFID系統來了解整個廠區的物流資源狀態，對廠區物流資源進行疏導，實現對供應鏈車輛的入廠時間、卸貨資源安排指引、時間控制，提高廠區物流資源利用率。該工廠通過對廠區車輛和卸貨資源統一調配和引導，提高物流資源使用率30%以上，送貨準確性15%以上。

3.RFID在智能產品中的應用

智能板卡配合RFID技術，可以實現從設計、生產、銷售、巡檢、診斷維修、信息統計、報廢全周期的信息管理、運行信息記錄反饋、診斷與分析等功能。對提升產品智能化形象，實現產品全生命周期智能化有重要價值。

圖7 智能板卡配合RFID技術

美科智能冷柜通過在產品內部嵌入智能板卡及RFID芯片，實現從研發、制造到銷售的全生命周期管理。在制造生產環節，利用RFID推動實現生產制造諸多環節一體化，實現跨越式的智能產品新價值。通過采集家電產品的使用狀態數據，為客戶提供更好的服務體驗。

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