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浅谈物联网关键技术之射频识别

发布时间:2022年11月10日 来源:中国自动识别网 作者:唐顺利 陈海

21世纪以来,中国物流业出现了井喷式发展,物流企业从少到多,从分散到集中,企业的规模也日益壮大。从中国物流与采购联合会发布的数据来看,上榜公司的经营收入从最早的2.6亿元到2021年的40.6亿增长了15倍之多。但迅速发展的同时,也不可避免的会面临一些诸如物流总费用与GDP的比值过高,物流运行效率不高,基础设施不完善,运输环节衔接不顺畅等问题。而通过将各类传感装置、RFID技术、全球定位系统等信息传感设备与Internet结合,实现物品互联互通的物联网技术可对物流系统实时分析、精准执行,有效提升资源利用率以及物流效率,为我国物流行业的持续健康发展提供有力支撑。
物联网的概念于1999年提出,是把实物通过移动互联网连接到一起。物联网主要由三部分组成:一是数据收集,相当于人体的皮肤和五官,它利用RFID、传感器、GPS、一维条码、二维码等技术获取物体的信息;二是数据处理,就好比人体的神经和大脑,利用移动通信与互联网将经过处理的信息准确无误地传送出去;三是数据应用,相当于人的社会分工,与当前的行业需求相结合,将收集到的信息进行处理,从而实现对标识物的识别、定位、跟踪和管理。
RFID是利用射频自动识别标识物标签信号,并读取标签内部数据,是一种非接触的自动识别技术。RFID的工作原理与条码技术大同小异,就像条码系统需要合适的光学读写器和产品上的专用标签一样,RFID通过读写装置来识读产品上附加的专用标签或卡片,从而达到追踪产品的目的。另外与条码技术不同的是RFID是利用电磁波信号读取数据,并不需要光源,隔着外包装也能识别距离超过30米之外的物体。RFID还具备资产追踪、安全监控、防伪性等其它优势。
RFID系统基本由三部分组成。首先是安装在识别对象上内含目标商品的相关信息的RFID标签,其次是识别RFID标签的阅读器,第三是连接阅读器与数据库的后端系统。数据库中包含了提前写入每个RFID标签的附加信息,如价格、批号等。
RFID标签由标签应答器、标签阅读器、天线和接口几个组件组成。每个RFID电子标签通过内部的全球唯一电子编码对目标对象进行标识。询问器是一种安装了收发器和解码器的天线,能够读写数据,并发出激活RFID标签的信号。读卡器发出的激活信号会在装有RFID标签经过电磁区时被检测到,之后会对RFID标签中数据进行调和解码并传送给主机。主机通过应用软件先对接收到信号进行验证,之后发布相应的预设指令采集目标货物信息、对货物进行处理及远程传送等。
RFID标签可分为三类:被动型、半被动型(也叫半主动型)和主动型。被动型标签内部没有电源,当标签接收到读写器发送的电磁波达到一定强度时,立即激活发出数据信号。数据信号既包括了全球唯一标识的ID号,也包括了提前写进标签中的数据。主动型与被动型标签相反,主动型标签自身携带电源,标签利用内部电源提供的能量向外发送数据。半被动型,其内部也携带电源,但电源只用于RFID标签内部电路使用,而数据信号只有在被读写器发出的电磁波激活后才会从外部发送,半被动型相比与被动型标签,需要更小的电磁波信号即可激活,价格也更高些。
RFID根据使用频率的不同大致可划分为三类:低频(LF)RFID、高频(HF)RFID、超高频(UHF)RFID和微波RFID。
低频感应器的工作频率范围是从125kHz到135kHz,波长在2500m左右,而高频是13.56MHz,这个频率的波长约为22m。超高频一般工作频率大于400MHz。低频和高频感应器的主要特点:数据传输慢,存储少效率低,仅能在短时间内对电子标签进行一对一的读取,且读取距离小、安全保密性差、破解起来比较容易;UHF传感器主要特点:数据存储时间长、传输速度快,读取数据能达到170张/秒,安全保密性强,不易被破解,适用于多标签、单次批量同时读取。
 
RFID在物联网中的应用
虽然RFID已发明有半个多世纪,近几年,随着技术的进步,RFID标签的成本降低,这项技术才被广泛采用。如供应链管理、新零售、高端设备制造、防伪、智能图书馆等。互联网技术的快速发展,RFID必将为个人生活和各个行业带来巨变。
企业可以通过物联网对每一件产品进行实时监管,并对其物流架构进行管理。可对供应链的流通和共享信息进行监管,对生产的每一道工序、每一次预报信息都进行分析还可以采取补救措施或提前预警,通过对其产品当前程序信息的预测,对未来走势或意外事件的发生概率进行估计。这对企业应对市场风险的能力有很大的提升。
物联网能影响整个供应链。首先,优化供应链的管理;其次,提升资源有效利用率;第三,实时监控整个供应链,让供应链的信息更加透明,从而达到更好的灵活管理和充分整合资源的目的。如果能将供应链的生产环节、仓库环节、运输环节、销售环节等整个链条实现物联网,企业对各类市场突发状况作出迅速的反应,增强供应链的应变能力。
 
RFID在制造业中的应用
混流制造是指企业在某一段时间内,在保证品种、产量、工时、设备负荷等平衡的前提下,科学地将工艺流程、生产作业方法基本相同产品,按比例、有节奏的混合连续流水生产。混合流水线生产模式可以很好地满足个性化的生产需要,随着用户个性化的需求不断增加,选配个性产品在制造企业的工业生产中将逐步成为一种趋势。将RFID标记装入复杂的部件和托盘,标签阅读装置安装在加工装置和线体上,达到产品和管理系统智能通讯的目的,能有效解决因加工流程管理混乱而造成的数据采集不及时等问题。通过及时收集产品和生产过程中的数据能最大程度保证MES能够及时地对各工作站进行生产调度,使各工作站在不同时期都能保证最大操作量,减少空闲时间,提高生产效率。
某汽车制造公司,为了在一条生产线上实现6种以上的缸体混流生产,在缸体加工生产线上安装了RFID标签,电子标签能有效获取产线质量和工艺数据,实现智能加工降低生产成本。某家电生产企业将RFID标签装配到工厂的柔性流水线上、工序、工板等,实现对家电安装过程数据的自动采集替代人工扫码,数据采集率提升到99%的同时大大降低了成本,节约了时间,MES数据精准度也提升到了90%。
 
在智能物流中的应用
利用RFID技术可根据工厂不同车间材料供应需求,实现工厂供应商的车辆预约、排队、身份识别、智能调配工厂卸货资源。这与乘车预约系统类似,供货商先通过网络预约系统预约排队(购票),到厂(站)后到预约卸货位按指示牌卸货(等车、上车),才能到达预约卸货地点。
某家电生产企业通过在厂区部署实施供应链车辆引导与卸货管理系统,实现了物料动态供应。通过RFID系统,实时监测整个厂区的物流资源,实现车辆进厂时间、卸载资源安排指引、时间控制,提高厂区物流资源利用率30%以上,送货精确度提高15%以上。
RFID在各行各业中已得到了广泛应用,随着RFID技术的发展,各大行业正积极探索创新性利用该技术来提高企业的市场竞争力。RFID将大有可为,未来必将以更低的成本创造更大的价值。

唐顺利  陈海 /文

作者单位:中国物品编码中心甘肃分中心
《中国自动识别技术》2022年第5期总第98期

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