RFID技术在数据采集中的应用
作者 | 博纬智能RFID2022-04-20

1、RFID技术原理

RFID 是Radio Frequency Identification的缩写,即无线射频识别。RFID常称为感应式电子晶片或接近卡、感应卡、非接触卡、电子标签、电子条码,等等。RFID技术是一种非接触式的自动识别射频技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作无须人工干预,可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个电子标签,操作快捷方便。作为一种非接触式信息采集技术,采用RFID进行信息采集不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境,可在这样的环境中替代条码,例如用在仓库中或车间生产流水线上跟踪物体。

如图3(a)所示,一套完整的RFID系统由以下4个部分组成:

(1)标签(Tag):由耦合元件及芯片组成,每个RFID标签具有唯一的电子编码,附着在物体上标识目标对象,俗称电子标签或智能标签。根据自身是否带有电源是否能够主动发射某一频率的信号,将标签分为有源标签(主动标签)和无源标签(被动标签)。

(2)读取器/读写器(Reader/Writer):读取(有时还可以写入)标签信息的设备,可设计为手持式或固定式。

(3)天线(Antenna):在RFID标签和读取器间传递射频信号。

(4)数据传输和处理系统。

RFID系统组成与工作原理

(a)RFID系统组成 (b)RFID系统工作原理

图3 RFID系统组成与工作原理

如图3(b)所示,RFID系统的工作原理如下:电子标签进入接收天线的磁场射频范围后,自动接收RFID天线发射的电磁波信号,标签内部生成感应电流,激活标签内置天线的工作状态,反馈出标签芯片中的产品身份信息;RFID 读写器通过读取反馈数据信息并对其进行解码操作后,将整理好的信息传送给信息管理系统进行相关数据的储存与和处理。

2、RFID技术应用

RFID技术在制造业中得到了广泛应用。基于RFID系统可提供不断更新的实时数据流,可用来保证正确使用劳动力、机器、工具和部件,从而实现无纸化生产和减少停机时间,以保证可靠性和高质量;搜集如产品标识符、物理属性、订货号等信息,自动建立支持质量保证体系所要求的质量跟踪和工作历史文档,实现复杂的批次跟踪。特别是在混合装配线生产中,能准确无误地将装配零部件送达指定区域,从而减少了出错率。

RFID在制造车间数据采集、制造过程实时跟踪与产品质量回溯等方面应用的优势日趋显著,被认为是最具潜力且在制造信息化中发挥巨大作用的技术革新。在车间生产制造过程中,RFID主要应用于工件自动识别管理、生产过程控制、智能物件跟踪定位等。工件自动识别管理是指对于按订单生产的制造过程,需及时准确地识别出生产线上的工件信息,以保证在正确的工位装配正确的零部件;生产过程控制可以细分为生产状态监控及可视化、闭环生产计划及控制、车间物理控制优化等几个方面;智能物件跟踪定位指通过RFID技术跟踪这些绑定RFID标签的智能物件的过去、现在和未来的潜在状态信息并加以利用、处理。

应用RFID技术能够实现产品从原材料到最终成品的全面跟踪。例如,基于RFID实现发动机装配过程数据采集与监控。在汽车发动机装配线中,每一个发动机托盘上配有RFID存储器,在每个工位配有RFID读写头,用于记录在各工位获得的装配信息:发动机的唯一序列号(发动机号)、发动机加工生产过程中的事件及其时间、发动机各关键零部件的批次编号、发动机装配过程中的测试数据和拧紧力矩数据等。并在发动机总成的下料工位,由读写头读出存储器中保存的信息,送入中央控制室数据管理服务器进行存储和管理。这样,RFID系统建立的生产过程记录将为今后的查询和检索提供可靠的数据,同时也建立了每台发动机的生产过程及其零部件的追溯体系。在汽车总装生产中的车身识别与跟踪系统(AVI)是RFID技术的另一个典型应用。该系统能够自动识别每辆车所包含的客户要求,以便组织生产。比如白车身来到涂装车间时,控制系统应能够通过基于RFID的车辆识别确定车身被要求的颜色,自动转换喷头。当车身从涂装车间进入总装车间时,车辆识别系统应能够根据车身信息,打印装车清单,提示操作工根据不同的车辆,安装不同的选件;当车辆下线时,车辆识别系统将读取车辆实际被加工的信息,将之制作成报表并汇报给管理层。

根据RFID在MES中的应用模式,可以归纳成以下4种普适的应用场景:

(1)基于固定RFID读写器/天线的固定探测空间控制模式:在固定RFID探测空间内,安装于固定工位处的固定RFID读写器/天线探测RFID贴标物体的“进入/离开”事件。

(2)基于固定RFID读写器/天线的移动探测空间控制模式:在移动RFID探测空间内,安装于运输小车、库存叉车等的车载RFID读写器/天线探测RFID贴标物体的“进入/离开”事件。

(3)RFID读写器/天线的门禁控制模式:在进出门禁或固定探测点,固定的RFID读写器/天线探测RFID贴标物体的“进入/离开门禁”事件。考虑到这两个事件发生的瞬时性,可将其融合成一个“经过门禁”事件。

(4)基于移动RFID读写器/天线的随机探测空间控制模式:利用手持式RFID读写器(含天线)对RFID贴标物体进行随机的状态跟踪,既可以是在固定RFID探测空间(如在固定工位通过手持式RFID读写器扫描获取物体的状态信息),也可以是在移动RFID探测空间(如在仓库中通过手持式RFID读写器扫描定位目标物体并读取其状态信息)。

制造车间中对应四种RFID应用场景的典型应用

图4 制造车间中对应四种RFID应用场景的典型应用

图4给出了制造车间中对应上述四种场景的RFID应用案例。其中,案例一为固定工位的RFID应用;案例二为AGV或运输小车的RFID应用;案例三为跨企业门禁和传送带固定工位的RFID应用;案例四为库存管理中物料盘点时的RFID应用。


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