使用RFID提高ROI

发布时间：2010-04-07 来源:www.cechina.cn

　　工业生产线中正在越来越多地应用射频识别（RFID）技术，这种技术已经成为热点话题。原因何在？因为技术的进步已经使射频识别技术远远超越了条形码识别的范畴，它对于投资回报率（ROI）的贡献越来越引起人们的重视。有些公司争辩说他们负担不起安装RFID的成本，而更多公司则认为，他们为了节省成本一定要安装RFID。要想明白RFID所能起到的作用，你必须首先明白RFID是如何并在何时提高生产投资回报率的。

　　现代RFID技术的基础
　　RFID技术最初是作为一种通过标签或无线电收发器来远程收集数据的技术而出现的，它可以粘贴或者嵌入在欲获取数据的目标物体中。这些标签采用内置电路和天线来产生无线电波，通过RFID读取设备进行加密和分析，此系统经常用于工业领域（WIP）——用于监控整个生产流程中的物料状态。
　　RFID具有紧凑的电子设计，RFID标签几乎可以具有任何安装型式——从很小的嵌入式设备到平板商标或粘纸。在工业领域，RFID通常具有可变的外形结构，可以方便地集成到现有系统中。例如，生产厂商将RFID设备安装到传感器外壳内，因为工厂工程师们已经很清楚如何最好地将传感器安装在工厂内。
　　以前的RFID设备工作于125kHz，而现代RFID设备通常工作于13.56MHz，这使它比旧式系统运行得更快。很多老式RFID系统只允许静态读写操作，而现代的RFID系统可以随时进行读写操作。

　　由于RFID读取设备从标签获取信息并不依赖于现场状况，产品和标签几乎可以放置成任何方位。
这里，标签放置于金属托架的底面。

　　RFID标签内存
　　现代系统可以使用一种新型存储技术来扩展使用寿命。RFID标签目前可以使用电可擦除只读存储器（EEPROM）或者铁电存储器（FRAM）作为数据载体。每一种方法都允许无限次的读取操作。FRAM技术数据存取速度比EEPROM技术快十倍。以这种速度，基于FRAM技术的标签就可以确保数据读写操作在高于10ms的速度下完成。
　　而且，FRAM技术的数据载体可以承受比EEPROM标签更多次数的写操作。EEPROM只能提供100000次的写操作循环——这就意味着如果你以每秒一次的频率进行写操作，那么只能使用一天。而FRAM数据载体，能承受10亿次写操作。
　　即使在每天100000次的写速率下，它也可以工作27年——这使得数据载体更换变得没有必要。这些新的特征，具有多项优于传统条形码技术的关键进步，它使很多生产厂商开始相信RFID可以带来投资回报率的提高。

　　条形码技术存在的问题
　　在商业应用中，例如零售业，条形码通常被置于商品的贴纸上。零售商觉得这种方法很方便因为他们只关心商品的库存，而并不关心商品的质量和数量（质量和数量这些指标发生在生产环节）。每一种产品只需要一个条形码，所以并不需要很多种类的标签。而且由于产品通常是被放置于仓库内或者是货架上，并不会经历严酷的工厂条件，所以将数据置于贴纸上通常就足以满足需求了。然而，为了工业目的，必须使用一种截然不同的跟踪技术。
　　虽然条形码通常用于WIP，但是它却无法适应这些应用场合中环境的挑战。贴纸脱落、水、油或频繁使用导致条形码上的数字被擦掉或者扭曲。在一些自动化领域，一个生产循环中可能需要反复贴四次条形码。这就极大地增加了成本，更严重的是，这导致了在恶劣环境中的低可靠性——因为可能会无法准确识别而导致次品的产生。
　　对于生产厂家来说，这会带来巨额成本，也会花费更多的时间。与RFID技术不同，条形码依赖竖线的排列来获得信息。产品必须小心放置在生产线上才能便于条形码识别设备读取条形码信息。对于一些形状奇怪的产品，例如车辆零件，让车辆零部件保持合适的方位是有些耗时和费力的，取而代之的就是，生产厂商通常使用人工来手动扫描流水线上的零件。
　　这需要额外的时间来完成拿起零件、找到标签、扫描标签和放回零件等一些列动作——这极大地降低了生产率——并且增加了人工失误的风险。生产次品和无法检出次品的花费，加上较低的生产率，使条形码技术比RFID技术昂贵很多。

　　在严酷的生产环境中，RFID技术可以提供稳定、持久地工作，例如在整个生产流程中，
RFID用于监控金属载体。

　　RFID技术的优势
　　当RFID技术在工业应用中取代条形码技术之时，它展示了很多有利之处。因为RFID标签将所有的电子器件放置在一个坚固的具有保护作用的外壳封装内，所以它们能够确保相对更高的耐用度——即使在脏乱和潮湿的生产环境中。而且，RFID标签可以放置在零件的任何方位上，因为即使在90度角下，RFID识别设备也可以识别标签。
　　这在两个方面可以提高生产率：首先，省却调整产品方位的时间；其次，无须人工扫描产品。相应地，这也可以减少人工失误。
　　RFID标签健壮性设计帮助生产厂家降低了由于频繁更换标签带来的费用，因为这些标签可以无限次读取。正如前文所述，FRAM数据载体提供了十亿次的高速度写操作——当汽车零件从生产线上经过时用户可以指派十亿次的对汽车零部件颜色、日期、成分明细或者几乎任何需要的信息的获取——这使得每个标签可以使用数十年。
　　由于每一个标签都可以携带独一无二的序列号数据，RFID识别设备可以扫描某一产品，并跟踪其整个生产流程。这摒除了由于条形码技术漏扫所带来的产品问题。 生产的每一个工序都使用RFID识别设备，生产厂家就可以判断某一零件是否已经通过某一工序。例如，如果某一产品通过了工序1和工序2，然后停止在工序5，识别设备就可以判断此产品漏掉了工序3、4，然后立即将此产品归为次品。

　　新的模块可能会被引入系统，为RFID提供独立的通道，模拟和离散I/O不再需要了。

　　特定应用的投资回报率
　　能够跟踪个体产品的能力也为防止冒充物滑进流水线提供了帮助——通常制药业比较关注这一点。美国食品及药物管理局（FDA）的严格要求促使生产厂家们采用了RFID技术，嵌入一些关键信息——例如某产品的原材料、批次、原始厂商等等。这一信息可以在生产的整个流程直至分销环节中被追溯。这帮助公司准确地判断问题产品——缺少某种配方的产品，然后在此产品到达用户手中之前迅速将其捡出。
　　同样地，RFID技术现在可以被用于食品和饮料工业，帮助判断潜在有害物质或者异物。例如，用户可以使用RFID技术来跟踪每一种成分的位置和批次信息。如果用户发现了某一批次的原料受到了污染，它们可以检查记录，根据每个产品的源头纪录迅速判断哪些产品被污染了。同样的，这种系统可以帮助用户判断可能误添加到产品中的异物。例如，如果某一批次的产品应该只含有巧克力，而由于失误混入了含有花生的产品，此时RFID技术就可以帮助识别这些产品，并将其捡出——这对于那些对花生过敏的消费者很重要。

　　当RFID技术被置于标准传感器外壳内，对于那些熟知流水线传感器安装的操作人员来说，
它就更便于使用了。

　　对于很多领域——包括制药、食品饮料以及汽车工业应用，品质的保证、提高的生产率和更高的耐久性，在12到18个月就可以享受因标签更换而带来的成本的降低，提高投资回报率。例如，汽车制造商每天可以生产1000辆汽车。造价高达$200,000的机器人用来扫描条形码，以跟踪整个生产工序。这些车辆经常要经历一些条件很严酷的生产工序，普通条形码经常被损坏。在某些情况下，车辆在生产过程中必须重贴标签3、4次。所以，费用并不仅仅是初始的机器人的成本，还包括维护这些机器及重贴条形码的成本。
　　而RFID技术，由于其标签经过特殊设计，可以承受严酷的环境，它们一旦被置于车体内，就可以反复使用——在某些情况下可以使用数十年——以跟踪车辆的生产流程。如果安装一个RFID载体的成本是$100，而整个工厂需要安装1000个RFID载体，那么总费用也只有$100,000，这仍远远低于一个机器人的价格。而且，这种投资可以作用多年，几乎无须维护，更没有重贴条形码所带来的生产时间浪费。
　　除了这些优点，RFID技术通过对控制环境增加简单的附件，提高了数据的管理能力。使用合适的接口技术，从RFID识别设备获取的数据可以通过工业网络通讯，例如Profibus-DP、DeviceNet、Modbus TCP、Profinet、EtherNet/IP等等，允许用户将RFID设备与工厂中现有设备接口，存储数据并控制流程。
　　在现有的控制系统中增加RFID，用户可以更快地体会到投资回报率。通常，在网络的单一节点上只能安装2个网关的RFID设备。然而，最近的系统升级允许一个节点连接8个网关的RFID设备。而且，在网络中的同一节点上允许同时安装RFID设备、模拟设备和离散I/O节点，而无须使用两个独立的通道。这种方法，将RFID设备引入现有网络就如同在通道上增加一个分支一样简单——可以构成全面的、便于使用和持久的解决方案。

　　RFID为生产厂商带来了什么？
　　Siemens Energy & Automation Inc.公司离散自动化工厂传感器业务经理Ed Housler说道，加工界的用户选用射频识别技术（RFID）将会发现它会帮助：
　　■查明瓶颈和库存状况。
　　■自动收集信息，具有高等级的数据可靠性。
　　RFID已经在广泛的工业领域使用了几十年了。
　　■在所有领域内改进流程，其硬件可以使用于高温、腐蚀性和对物理强度要求较高的环境中，这使得RFID设备适用于以前根本不可能的应用。
　　■从标签获取数据，支持生产制造自动化，过程数据也可以写入RFID标签。
　　■一旦这部分完成，可以将多种数据源存储在标签上，并将其转化为主数据记录。
　　Housler表示，安装RFID系统的投资回报率计算在很大程度上依赖于对透明度的要求等级。
　　例如，种子培育领域的一家带头企业解释道，通过使用RFID，已收割作物预处理过程的透明度达到了100%。这对于其流程很重要，因为单一样本的误判断——丢失或模糊判断——将会使这批样品毫无价值，此种作物产量的评价就要推迟一个生长季度。

　　Simatic RF310R和RF380R型RFID读写设备引入了先进简便的异频雷达收发机。这些高频13.56MHz区间设备具有根据ISO15693重新设计的功能性，适用于具有较小存储空间的标签，包括MDS d100和D124 ISO 15693标签，也包括在RF300异频雷达收发域内的更复杂的标签。

　　RFID技术是否适合你的应用？
　　在判断RFDI系统是否会改进流程并显著提高ROI之前，用户必须考虑多种因素：
　　1.确定从产品或零件上你要获取何种信息，以及如何运用这些信息。RFID普遍应用于质量控制——所以先从考察现有的质量控制系统有什么问题开始，如果有的话，存在哪些问题。这会帮助判断RFID将安装在那个环节，进而帮助计算安装之后的ROI。
　　2.在判断RFID是否适用于某个应用时应先考虑项目范围和工厂规模。
　　3.了解项目需求，因为不是所有的RFID系统都一样。如果应用中包括极高温度的环境，例如喷涂和食物加工系统，那么RFID标签必须也能耐受这种极端环境，用户必须在安装此系统之前明确自己的需求。
　　4.作些计算，如果RFID带来的价值没有超过它的花费，包括减少次品和人工，那么RFID可能并不适用于此应用。
　　5.确保当需要的时候，你有RFID系统的技术专家可以提供技术支持。

　　翻译：辛磊夫