結束同質時代 ——RFID技術在制造業中的應用
本文主要涉及到了RFID技術在服裝制造行業的應用,類似地,可以將該系統推廣到汽車生產、飛機制造、機械制造、制鞋、玩具生產等離散行業的生產制造領域。
RFID填補個性化空白
隨著我國國民經濟二十多年持續穩定的高速發展,中國已經成為繼美國、日本和德國之后排行世界第四的制造業大國。目前我國的制造業產值占全球制造業總產值的5.3%,并且在不久的將來就會超過德國成為世界排名第三的制造業大國。根據有關預測,我國制造業產值有可能在2015年前后占全球制造業總產值的10%,成為世界制造業中心。
隨著工業化大規模生產的發展,生產過程在不斷地優化。我國在很早以前就已經引入了生產線,在生產線上的每個固定生產崗位上總是實施相同的工序。這種方式的生產過程只適用于功能和外形單一的產品生產。但是,只大量生產同一種產品、沒有產品變化的自動化時代已經快要結束了。
如果要在同一條生產線上同時且自動地生產不同的產品,就必須能夠在每個生產崗位上對產品進行識別并明確地判定出它的狀態,以便執行正確的操作工序。因此,制造業最初為工件提供了工藝卡在產品流水線上傳遞,使操作人員可以讀到其生產崗位所需的所有信息。
現在,RFID技術提供了另外的選擇,它不僅可以被讀取,還能夠被寫入。除了產品標志外,也能將產品的當前狀態(例如加工程度、質量數據)、產品的過去和將來(所希望的最終)狀態記錄到射頻標簽中。
汽車工業就是一個良好的例證:由于完全依據訂單來進行生產并且幾乎沒有兩輛完全一樣的訂購車型,因此自動化的材料流跟蹤是順利生產最重要的前提條件。對于每道生產工序,必須要對汽車進行明確的識別,以避免諸如錯誤安裝了空調、調漆顏色不對等問題。在裝配流水線上應用射頻技術以盡可能大量地生產用戶定制的汽車,用戶可以從上萬種內部和外部選項中選定自己所需車的顏色、引擎型號、輪胎式樣等要求,如果沒有一個高度組織的、復雜的控制系統是很難完成這樣的任務的。在裝配流水線上配備RFID系統,使用可重復使用的射頻標簽,該射頻標簽上可帶有詳細的汽車所需的所有要求,在每個工作點處都有讀寫器,這樣可以保證汽車在各個流水線位置處都能毫不出錯地完成裝配任務。利用現代化的識別技術,今天已經實現了能夠生產一種產品的多種變形或是最小批量為1的不同產品的生產設備。
在每個加工崗位上對射頻標簽中的產品數據進行修改,可以在各個加工崗位之間建立起一個數據流,減輕了控制系統的負擔。特別是在生產及加工過程變得越來越快的背景下,信息隨產品而傳遞并且能夠當場使用,就成了加快生產過程的決定性因素。
集成電路制造商在競爭激烈的半導體工業中采用了加入射頻識別技術的自動識別工序控制系統。半導體生產對于超凈環境的特殊需要,使得RFID應用在此非常理想,而其他自動識別系統,如條形碼在如此苛刻的化學條件和超凈要求下就不適用。
此外,國際上,戴爾公司在裝配過程中隨時將信息寫入RFID標簽,從而讓顧客實時了解所訂購產品的生產流程;聯合利華和雀巢等企業也采用了類似的系統,進行物料跟蹤與質量控制??罩锌蛙嚒⒉ㄒ舻蕊w機制造公司也試圖在零件上安置射頻標簽以加強零配件的倉儲、物流的管理。
制造業中RFID系統的優點
質量控制:
在現代化的生產線上,產品的質量是由分布在若干處的一些測試崗位來檢測的。在生產結束時,產品驗收之前必須能用該工件所有先前收集到的數據明確地表達其質量。利用產品上的射頻標簽可以很方便地做到這一點,因為在整個生產過程中所取得的質量數據已經隨產品走下了生產線。
系統安全:將產品數據從中央計算機中轉存到工件上將大大地提高系統的安全性。即使發生軟件崩潰或中央計算機癱瘓,一個產品和它當前數據之間的關系也能隨時建立起來。如果需要的話,還可以將工件從生產過程中取出,而不會丟失數據。日后如果要將此產品再次投入生產過程中,可以毫無問題地對它進行加工。
數據安全:通過校驗和的方法來保證射頻標簽中存儲的數據,從而確保讀出數據的準確。錯誤的數據會被發現并被忽略掉。
靈活性:
可以更加靈活地控制產品的生產。例如,對于通用可編程的機器人和生產設備的設置數據,可以在預處理階段寫入到隨各個工件運行的標簽載體中,并且在需用處馬上應用這些設置數據。利用這種技術可以生產最小批量為1的產品,而不必通過中央計算機與每個產品進行復雜的通信來交換信息。
對環境條件要求不高:射頻識別系統完全不怕灰塵、潮濕、油污、冷卻劑、粉屑、有害氣體、高溫以及在生產環境中產生的類似影響。玻璃或塑料標簽通常滿足IP67保護類型的要求,是完全防塵和防水的。即使在塵土特別多或者特別臟的環境條件下,由于掃描器光學鏡頭很快就污染的原因而無法使用條形碼,射頻識別系統卻可以勝任。
RFID技術在制造業中的應用實例
我國是服裝制造大國,目前共有40多萬家服裝企業。這些企業大都是勞動密集型企業,長期以來普遍存在著低效率、高成本、拼人力、打時間戰等特點。但隨著國際服裝市場競爭的日趨激烈以及批量小、多品種、交期短等矛盾的日益突出,國內服裝制造業的現狀顯然不能適應服裝產業高效率、規模化、低成本發展的要求,這不僅制約了企業自身的發展,也使整個行業在國際服裝市場的競爭中處于極端不利的地位。因此,利用信息技術改造國內服裝制造業,實現服裝制造業由傳統產業向信息化產業的發展是勢在必行的。
針對服裝行業的具體特點,設計如下的方案來解決低效率、高損耗的問題:首先將一個產品的加工流程分解成為若干基本工序,每個加工單元(或工人)只完成其中的一道工序,使其在加工過程中只重復完成一個簡單操作,從而能有效地提高工作效率;其次,將生產加工過程中的所有單元通過一條主導軌相連(如圖1所示),被加工的物料在該導軌上傳遞,形成生產流水線。同時,主導軌在各加工單元處分離出一條支導軌,供物料或產品進出加工單元。此外,支軌還可以起到為各站點緩沖任務的作用。再次,物料自動且智能地傳遞至各工作單元,即通過安裝在主導軌上的RFID掃描器,檢測物料上的射頻標簽識別物料,并根據預設的物料工序路徑控制物料自動送至正確的工作單元進行加工。通過上述這些措施和方法,服裝加工企業可以大大提高其生產效率和原料的成品率,同時也使規范管理成為了可能。
系統硬件結構如圖2所示。其中從入料口到出料口中間有一些順序排列的工作站,每個工作站都有一個對應的智能終端(含閱讀器)連接到CAN總線上,用來控制工作站的工作狀況,不同的工作站按照工藝流程執行一定的加工工序。
與傳統的條形碼識別相比,射頻識別技術有更大的讀寫距離和范圍,可以直接識別流水線上移動中的智能吊架標簽,并且避免了條形碼可能受到外部灰塵、油污等環境污染而對識別造成的影響。此外更重要的是射頻識別技術不但可以將射頻標簽的數據讀出,還可以通過終端來進行數據重復寫入。
在制衣生產線物料配送系統中采用射頻技術后,每個智能吊架上承載的可以是不同款式的衣料,把其加工所需的所有要求都寫入射頻卡中,流水線上各個工作站都配有讀寫終端,這樣就可以準確地按照預定的要求和工序進行加工。這樣大大減輕了主控計算機在整個系統調度中的工作量,解決了原來一條生產線不能同時生產多種款式產品的問題,也提高了生產工藝流程的可靠性。
在這一案例中采用TI公司的s6700多協議IC接口,讀寫距離約6cm,正常工作所檢測智能吊架運行速度為大約10cm/s;射頻標簽用TI的RI-I02-112A/B,尺寸為76mm×45mm,或用RI-101-112A/B,尺寸為45×45mm,二者皆符合ISO/IEC15693協議。射頻天線部分需要貼近主軌道的智能吊架進行識別,因此將該部分單獨制作和定位,并使用同軸電纜將其與終端的主體部分相連,最終形成一個可連接兩個閱讀頭的閱讀器產品。控制網絡采用CAN現場總線接口設計取代傳統的RS485總線接口。