[ 導讀 ] 伴隨著國家信息化工程的推動，RFID技術已受到了更多關注，迎來了新的發展，勢頭強勁。本文作者將為您揭開RFID技術的神秘面紗，幫助制造企業擦亮眼睛，選擇最佳的解決方案。

    隨著物聯網發展被提高到國家戰略層面，作為物聯網發展的重點與基礎，伴隨著國家信息化工程的推動，RFID技術已得到了更多關注，迎來了新的發展，勢頭強勁。而目前在制造企業中，RFID也已應用于物流追蹤、生產數據實時監控，質量追溯，自動化生產、倉儲管理、資產管理等環節。與目前企業大多使用的條碼技術相比，RFID技術有著采集快速、準確等優勢，但同時也存在著成本、使用環境、技術標準等方面的限制。RFID主要構成部分包括射頻標簽、讀寫器、天線、中間件等等，面對市場眼花繚亂的產品，制造企業在選擇應用RFID產品時，該如何下手，本文將為您揭開RFID技術的面紗，幫助制造企業擦亮眼睛，選擇最佳的解決方案。

一、何為RFID？

    在20世紀中，無線電技術的理論與應用研究是科學技術發展最重要的成就之一。1948年哈里.斯托克曼發表的“利用反射功率的通訊”奠定了射頻識別RFID的理論基礎。經過數十年的發展，如今，RFID技術理論日趨成熟，產品種類也越來越豐富。

    從概念上來說，RFID（Radio Frequency Identification，射頻識別）技術是一種非接觸式的自動識別技術，通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關的數據信息。利用射頻方式進行非接觸雙向通信，達到識別目的并交換數據。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。

    1、RFID組成

    RFID領域應用最為廣泛的一個標準是EPC標準，它將RFID系統分成了四個層次，包括物理層、中間層、網絡層和應用層。

    物理層是整個系統的物理環境構造，包括標簽、天線、讀寫器、傳感器、儀器儀表等硬件設備。

    中間層是信息采集的中間件和應用程序接口，負責對讀卡器所采集到的標簽中的信息進行簡單的預處理，然后將信息傳送到網絡層或應用層的數據接口。

    網絡層是系統內部以及系統間的數據聯系紐帶，各種信息在其上交互傳遞。

    應用層則是EPC后端軟件及企業應用系統。在明晰的系統層次上，EPC標準還統一了數據的報文格式，并規范了輸出傳輸流程。這樣，RFID系統的部署就會變的嚴謹有序。

    通常我們所說的RFID產品處于物理層，其最基本的組成部分包括：

    ◆ 射頻標簽(或稱射頻卡、應答器等)

    射頻標簽也可稱作射頻卡，它由耦合元件及芯片組成，[FS:PAGE]含有物品唯一的標識體系，包含著一系列的數據和信息，比如產地，日期代碼和其他關鍵的信息等，這些信息儲存在一個小的硅片中，利用閱讀器，可以及時方便的了解精確的信息。射頻標簽能儲存從512字節到4兆不等的數據，由系統的應用和相應的標準決定，射頻標簽具有體積小、容量大、壽命長、可重復使用等特點，支持快速讀寫、非可視識別、移動識別、多目標識別、定位及長期跟蹤管理等。

    按照不同的方式，射頻卡有以下幾種分類：

    ◆ 射頻閱讀器
 
    在RFID系統中，信號接收設備一般叫做閱讀器（或讀卡器）。閱讀器的基本功能就是提 供與標簽進行數據傳輸的接口，讀取(有時還可以寫入)標簽信息的設備。在RFID相關產品中，讀卡器的含金量是最高的，因為它是半導體技術、射頻技術、高效解碼算法等多種技術的集合。

    閱讀器從外形上大體上可分為手持式或固定式，從工作方式來看，閱讀器種類也非常的繁多，按工作頻率可分為超高頻、高頻、低頻閱讀器，通常低頻閱讀器的讀寫距離則不超過0.5米，高頻閱讀器的讀寫距離約為1m，超高頻閱讀器讀寫距離通常在1～10米，而讀卡器的讀寫距離通常還會受到環境干擾以及讀卡器的穩定性等影響而有所改變，此外，若采用有源標簽，則讀取距離可達到100米。按配置可分為帶CPU、預裝操作系統的PAD閱讀器與普通閱讀器；按傳輸方式可分為無線或者是有線閱讀器等。

    ◆ 射頻天線

    射頻天線主要用來在標簽和讀取器間傳遞射頻信號。RFID系統中包括兩類天線，一類是RFID標簽上的天線，和RFID標簽集成為一體；另一類是讀寫器天線，既可以內置于讀寫器中，也可以通過同軸電纜與讀寫器的射頻輸出端口相連。目前的天線產品多采用收發分離技術來實現發射和接收功能的集成。天線在RFID系統中的重要性往往被人們所忽視，在實際應用中，天線設計參數是影響RFID系統識別范圍的主要因素。高性能的天線不僅要求具有良好的阻抗匹配特性，還需要根據應用環境的特點對方向特性、極化特性和頻率特性等進行專門設計。在選擇天線的時候的主要考慮：天線的類型；天線的阻抗等。

    2、RFID工作原理

    簡而言之，在工作時，RFID讀寫器通過天線持續發送出一定頻率的信號，當RFID標簽進入磁場時，憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息（Passive Tag，無源標簽或被動標簽），或者[FS:PAGE]主動發送某一頻率的信號（Active Tag，有源標簽或主動標簽）；隨后讀寫器讀取信息并解碼后，將數據傳輸到中央信息系統進行有關的數據處理。

圖1. RFID組成及工作原理

    3、RFID應用的領域

表2. RFID領域及應用

二、RFID在我國發展應用之現狀

    RFID技術在國外得到了飛速的發展，據ABI公司根據預測,預計到2013年全球RFID規模將達到98億美元,2003-2013年均復合增長率為19%。在我國，在RFID技術與應用的標準化研究工作上已有一定基礎，2006年6月9日，科技部等十五部委制定出臺了《中國射頻識別(RFID)技術政策白皮書》；此外，依據ISO/IEC 15693系列標準已經基本完成國家標準的起草工作；參照ISO/IEC 18000系列標準制定國家標準的工作已列入國家標準制訂計劃。

    但是，相較于歐美等發達國家或地區,我國在RFID產業上發展較晚并較為落后。在超高頻RFID方面，產品的核心技術基本掌握在國外公司的手中，國外公司占有絕對的優勢；不過，在低頻領域，我國由于發展較早，技術較為成熟，產品應用廣泛，已具有了與國外產品一決高下的能力，在市場上處于完全競爭狀況。另外，國內低頻讀寫器生產加工技術非常完善,生產經營的企業很多，也有較為成熟的解決方案。

    應用方面，在交通、物流、防偽、制造、零售、煤礦等等行業，都有RFID技術的身影，雖然某些應用還不是特別的完善，但在國家的大力扶持與推進下， RFID技術在我國將會全面開花，得到更多、更完善的應用。

三、RFID能為制造企業帶來什么？

    在制造業，RFID，歸根結底，可以看做一種數據采集方式，而目前很多制造企業已經采用了條碼技術來進行數據的采集，并結合MES、ERP等信息化軟件，對企業的生產過程進行有效管理。而很多企業不禁會問，既然條碼應用已十分的成熟廣泛，為什么還要使用RFID技術呢？

    我國制造業正面臨著嚴重的挑戰
   
    當前，中國制造企業面臨著白熱化的激烈競爭，很多行業都處于產能過剩的狀態；同時，勞動力成本的上升給制造企業帶來了越來越大的成本壓力；同時，各制造行業都面臨著越來越嚴厲的環保法規遵從要求；客戶需求越來越個性化，產品的生命周期越來越短，企業的生產品種越來越多，批量越來越小。這些都為制造企業保持競爭力和盈利帶來了極其嚴峻的挑戰。面臨嚴峻挑戰，制造企業如何保持競爭力和盈利？

  [FS:PAGE];  應對挑戰，構建實時企業勢在必行

    面對激烈的競爭，制造企業必須做出改變，消除一切浪費出發，實現精益管理；應用閉環的企業級信息集成系統，實現信息的及時反饋；實現產品生產制造過程和供應鏈可追溯；有效利用企業的設備和人力資源；全面提升產品質量；有效掌控產品實際成本。而做出改變的前提在于對企業生產管理信息的快速收集和實時處理，從而實現信息集成、可追溯，有效的利用資源、提高質量、控制成本，從而構建實時企業。

    破解難點，實時準確的數據采集成為關鍵

    構建實時企業，關鍵在于實時、準確的數據。生產現場信息及時準確的采集，是破解制造業信息化難點問題的關鍵；在及時采集各個加工工序的人員與工時信息的基礎上，可以獲取準確的實際生產成本信息；通過及時反饋加工質量和設備信息，可以實現整個車間生產過程的可視化，從而實現制造過程的可追溯；RFID技術為及時準確采集車間信息，實現“實時”企業，提供了經濟有效的解決方案。

    RFID技術，實時數據采集的必要手段

    傳統企業在數據采集時通常使用條碼標簽，但條碼標簽受到一定的局限性，在識別速度、讀取精度、使用環境等方面存在種種限制，關鍵在于，數據采集后并不能實時的反饋到相關人員。而RFID技術通過電子標簽與閱讀器之間的射頻通信，能快速的識別目標對象并且獲取其包含數據，將生產現場信息及時準確的采集，賦予企業相關的跟蹤能力和實時控制能力，減少人為錯誤，幫助企業在實際提高效率和利潤的同時能夠滿足客戶的需要和法規要求。

    RFID數據采集方式能為制造企業帶來的便利：

    1）在及時采集各個加工工序的人員與工時信息的基礎上，可以獲取準確的實際生產成本信息。

    2）通過及時反饋加工質量和設備信息，可以實現整個車間生產過程的可視化，從而實現制造過程的可追溯。

    3）RFID技術為及時準確采集車間信息，實現“實時”企業，提供了經濟有效的解決方案。

表3. RFID與傳統條碼采集方式之比較

四、制造企業如何正確的選擇和使用RFID？

    縱然RFID技術有著許多的優點，但面對RFID，企業必須有清醒的認識，僅憑頭腦發熱便如同一窩蜂的上ERP等信息化軟件一樣，得不償失。

    在制造企業，RFID技術通常能很好的應用于生產管理、員工管理[FS:PAGE]、倉儲管理、物流管理、質量管理等環節，結合MES等信息化系統，實現實時的控制管理。但由于RFID廠商的參差不齊，或者企業對于RFID概念的理解偏差，在某些企業，RFID應用也走進了種種誤區。以下，將為您剖析，何種RFID解決方案才是您的企業最需要的呢？

    1、有線 or 無線？

    RFID無線射頻識別技術，顧名思義，RFID數據的采集，是通過無線的識別進行的，RFID標簽通常附著于物料、生產設備、員工、以及需要采集的物體上，讀卡器對標簽上的數據進行識別，而識別之后如何實時的傳輸給生產管理軟件比如MES系統，則需要在企業內部進行網絡的部屬。如上文所說，讀卡器可通常分為手持式與固定式，有線讀卡器與無線讀卡器。手持式的讀卡器通常是無線的，固定式的讀卡器則有無線與有線兩種可選，這時，就需要企業根據自己的需求進行選擇。

    ◆ 基于有線局域網的RFID解決方案：

 
圖2. 基于有線局域網的RFID解決方案

    在該解決方案下，企業可利用現有的有線局域網，將有線讀卡器布置于設置好的位置，讀取數據通過TCP/IP組網方式，通過交換機連接計算機進行數據交互。有線網絡可與公司的局域網融為一體，其優點是可以使用公司成熟的網絡，讀卡器與中間件之間進行有線通信，數據傳輸穩定可靠、反應迅速，并且沒有距離的限制。而這種方案的缺點在于：布線較為繁瑣，可能會影響工作環境的美觀，并且在某些特殊的制造場合，并不適合大量的走線。這種方案通常適合于公司有線網絡方便布置的，工位固定，讀卡器使用量大、跨地域的紡織、服裝、玩具等勞動密集型制造行業。

    ◆ 基于無線局域網的RFID解決方案：

    基于無線局域網的方案，即RFID設備通過接在計算機上的無線基站以無線通信的方式和計算機進行通信。無線讀卡器閱讀RFID卡片上的數據信息后，通過無線基站，將數據信息上傳到中間件，中間件通過存儲過程與數據庫進行數據交互。對于無線組網方式來說，優點在于讀卡器與中間件所在的電腦組網布置靈活，省去布線的麻煩，并且技術成熟、網絡容量大，施工快速。相應的，無線組網方式的缺點在于讀卡器與中間件之間具有一定距離限制，并且在某些車間環境下易受其他無線信號的干擾，因此，采用無線組網方式的RFID解決方案適用范圍雖然比較大，但更適合于其他無線信號干擾少，對工作環境整潔程度要求高的制造企業。

圖3. 基于無線局域網的RFID[FS:PAGE]解決方案

    對于無線組網方式，目前的解決方案也存在兩種，一種是基于WiFi技術的，另一種是基于Zigbee技術。

    WiFi即無線局域網，基于802.11a/b/g/n等協議，也是目前最常見的無線通信技術。

    ZigBee是國際標準的工業級網絡，基于IEEE 802.15.4協議。是一種經濟、高效、低數據速率（<250kbps）、工作在2.4GHz和868/928MHz的無線通信技術。簡單的說，Zigbee是一個由可多到65000個無線數傳模塊組成的一個無線數傳網絡平臺，在整個網絡范圍內，每一個Zigbee網絡數傳模塊之間可以相互通信，這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數據從一個傳感器傳到另一個傳感器，每個網絡節點間的距離可以從標準的75m無限擴展。主要是為工業現場自動化控制數據傳輸而建立。

表4. Wifi與Zigbee技術對比

 

    二者相比，ZigBee的特點是低功耗、高可靠性、強抗干擾性，布網容易，通過無線中繼器可以非常方便地將網絡覆蓋范圍擴展至數十倍，因此從小空間到大空間、從簡單空間環境到復雜空間環境的場合都可以使用。但相比于WiFi技術，Zigbee是定位于低傳輸速率的應用，因此Zigbee顯然不適合于高速上網、大文件下載等場合，更適合某些數據傳輸量不大的制造企業。制造企業可根據企業的實際情況進行選擇。

    2、RFID在不同環節的使用選擇

    以上談了許多關于RFID的技術與適用場合，那么RFID是如何在企業中得到應用的呢？

圖4. RFID在制造業生產過程中的應用

    ◆ 生產管理：生產環節是制造企業重中之重，生產過程的可控是制造企業進行庫存管理、質量管理、員工管理、財務管理等環節的前提，生產過程中的實時數據也是構建實時企業必不可少的關鍵。在生產管理過程中部署RFID系統，及時的采集生產信息，是獲取實時數據的關鍵。

    采用條碼方式采集生產現場的數據在手工計件的基礎上提高了企業的信息化水平，但條碼統計信息無法實時，待數據輸入至少滯后半天到一天的時間，其次，條碼的信息容量有限，無法監測每個工序的情況，無法反應每個員工的生產情況，責任不能落實到個人，質量管理無法落實到實處，再次，條碼對應用環境的要求高，許多場合下并不適用。因此，采用RFID技術來進行生產數據的采集是有效的解決方案。

 
圖5. RFID結合MES進行生產管理

    在生產車間，企[FS:PAGE]業可依據生產過程以及關鍵工位布置合適的數據采集點，安裝好讀寫器，根據生產任務單，將產品的生產過程信息和產品的型號、完成時間等產品信息寫入電子標簽，附著在在制品框上，隨著生產過程流動，來指導整個生產過程。在關鍵工位對數據進行讀取，配合電子看板等在車間實時顯示加工狀況，結合ERP、MES等信息化系統，對生產過程進行全方位的管理。同時，對物料以及員工的識別管理，能幫助企業對產品的質量進行管理追溯，出現問題時可以準確的定位到生產責任人，降低企業產品瑕疵率，也可促進售后維修服務的管理。若同一批產品工序相同，可采用只讀標簽，在制品變成成品下線后，標簽可以回收繼續使用，當然，企業也可根據實際情況，選擇可擦寫標簽。通常來說，勞動密集型企業，生產過程中的電子標簽可選用低頻無源只讀標簽，價格低廉，并且相比打印條碼方式，成本能得到很大程度的降低。對于工序復雜的制造企業，RFID標簽及讀卡器的選擇，應結合其他信息化系統，對企業生產流程進行分析后，再來決定，手持式和固定式讀卡器結合，超高頻的RFID系統目前在我國大多應用在機械以及汽車等行業。

    ◆ 員工管理：對于員工管理，比如在服裝、玩具等制造企業，可以為每位員工配發識別卡，應用于考勤以及生產過程管理，對物料以及工作流程實時的加工數據采集能方便管理人員了解目前員工的生產工作狀態，并且，可以根據員工的加工情況，對成品進行追溯跟蹤，工時統計及產品質量的跟蹤可以更好的方便企業對員工的績效情況進行管理。

    在員工管理過程中，可根據企業的實際需要來選擇RFID卡的性質，低成本的低頻無源卡往往更適合于員工管理。

    ◆ 倉儲管理：在企業的倉儲管理過程中，RFID技術能發揮極大的作用，以往，倉儲管理系統通常使用條碼標簽或是人工倉儲管理單據等方式來進行。但是條碼的易復制、不防污、不防潮等特點，和人工書寫單據的繁瑣性，容易造成人為損失，另外，條碼數據采集后，需要再次將數據錄入到電腦，不能及時反饋倉庫的最新動態，這使得許多制造企業在倉儲管理時始終存在著缺陷。企業在引入RFID系統后，可以在RFID標簽中寫入貨物的名稱、日期、存放位置等各類信息，并貼在每個物品的包裝上或托盤上。這樣，讀卡器能搞清楚的掃描到托盤上貨品的信息，并可以及時的將倉儲物流信息反饋到生產加工，指導生產。

在倉儲管理的過程中，企業應選擇手持式的讀卡器，通過無線方式與中間件進行連[FS:PAGE]接，上傳至電腦及時獲取最新的倉儲情況，手持式的讀卡器不受人員以及地理位置的限制，具有小型化、便攜、使用靈活等特點，目前市場上也有許多帶PDA的手持式讀卡器供選擇，帶PDA手持式讀卡器具備CPU以及操作系統，數據采集完成后可直接顯示在液晶屏幕上，或存儲于PDA中，通過無線方式傳輸到后端系統平臺，某些讀卡器還可以對電子標簽進行數據寫入，功能十分強大。

    對于某些小型的制造企業，可以選擇工作在低頻的RFID系統，讀寫距離較短，技術成熟，并且價格便宜，但對于大型的制造企業，工作在低頻的RFID系統將無法滿足企業的要求，應選擇工作在高頻及超高頻，能讀取中長距離的讀卡器。

    ◆ 物流管理：企業物流方面，是RFID系統應用最多的領域，制造企業內物流可大體上分為供應鏈物流與生產系統物流兩部分，在企業原材料的采購以及貨物入庫的過程中，通過在貨物或者貨箱上面安裝RFID標簽，閱讀器自動識別標簽中的數據，不需要打開貨物，便知道里面貨物的情況，甚至不需要停留，就可以直接完成驗收工作，同時將數據記錄至數據庫，修改系統中的相關數據，完成物料的入庫，大大提高工作效率。在入庫的過程中，RFID數據管理系統還會根據標簽所標識的貨物的體積、大小和類別等，自動的選定庫位，將信息返回到入庫人員，對貨物進行入庫存放。結合倉儲管理過程，對貨物進行準確及時的動態管理。幫助企業減少庫存積壓，降低運營成本。在此過程中，可以設置超高頻的RFID系統來進行管理。

    在生產系統物流方面，根據生產任務單，利用RFID技術，快速選取物料出庫，更新系統中相關的數據，同時，在生產物料上附著標識這物料信息的電子標簽，跟隨物料進入生產流程中的每道工序。通過各工位設置好的讀寫器閱讀標簽信息，依次行進，減少錯誤率。在工序完成后，某些勞動密集型的企業，RFID標簽后還可以回收進行再利用，節約以往打印條碼打印的成本。

    在生產系統的物流過程中，RFID標簽可根據企業實際情況設置，RFID讀卡器也可按企業實際情況選取。　　

    3、企業應用誤區

    目前，RFID雖已在許多企業得到了應用，并且有著不錯的發展，但還存在著十分巨大的挑戰，RFID是提升企業效率的手段，但不是必然的選擇，在某些情況下，RFID更適合企業信息化水平應用較高的企業。
   
    同時，隨著RFID系統在企業得到越來越多[FS:PAGE]的應用，也存在著一些誤區，比如，某企業使用RFID技術對生產過程的追蹤控制，使用RFID標簽標識物料以及跟蹤產品的整個生產流程，結合MES以及電子看板進行生產過程的遠程控制，質量管理，工位協調等工作，從而實現產品整個生命周期的有效管理及可控，整個RFID方案設計完整，但是，在實際操作中，在生產線布置了工作在2.45G的超高頻RFID系統，使用超高頻的RFID卡以及讀卡器，而其生產線的數據并不需要長距離的讀寫，這樣就會造成資源的浪費，同時帶來成本的增加。

    此外，某些企業在上信息化系統時一味求好，喜歡追求國際名廠產品，購買許多帶有CPU和操作系統的高配讀卡器應用在條碼的讀寫過程中，而這種讀卡器，硬件配置極高，且在高頻領域，核心技術以及市場大多被國外知名公司占有，導致了讀卡器的價格高昂，甚至是國產產品的幾十倍。對于企業來說，部署整個企業的RFID系統，這將帶來一筆巨額的投資，以及殺雞用牛刀般的大材小用。

    目前，雖然RFID技術發展迅猛，但與條碼相比，由于成本、使用環境、技術標準等方面的限制，在一段時間內，還不能取代條碼的應用，盡管RFID技術具有很多的優勢，但RFID的優勢主要建立在信息的采集以及信息共享上，并非所有的RFID實施案例都獲得了成功，企業選擇時尤其應該慎重。

    1）讀取精度。RFID標簽主要附著在物料托盤和貨品集裝箱上，但是在某些行業，比如電子制造企業，元器件眾多，在生產的快速流轉中如何能保證每個標簽都能被讀取，這是一個函待解決的問題。

    2）環境影響。受到車間環境影響，在電磁環境復雜，干擾嚴重的企業，RFID電子標簽的正確讀寫，也是一個很大的問題，企業若想實施RFID，需要對在車間進行測試，這樣又會影響到生產的順利進行。

    3）實施模式。RFID系統的實施沒有通用的模式可以照搬，不同行業具有不同的應用點和應用需求，除了極少的行業，并沒有完整的針對行業具體特征的合適的RFID應用模式和框架，企業選擇和實施時缺乏具有普遍指導意義的基本準則和規范。

    4）實施成本。從成本來看，目前標簽的成本仍是偏高，尤其對于制造行業，什么材料什么工序采用RFID系統也是一個重要的問題，并不是一言兩語可以說盡，需要進行嚴密的計劃。

    5）對業務流程的沖擊。適應過程企業選擇實施RFID后，對企業業務流程，也會帶來一定的影響，RFID技術使得企業管理[FS:PAGE]理念得到創新，企業中很多原本分離的工作實現了功能整合和重組，必然會導致企業業務流程的重組，企業是否能適應這個過程又是一個問題。

    6）數據安全。RFID的應用，隱私和安全問題十分重要。RFID標準體系關系到物品信息控制權和RFID產業控制權，RFID技術要得到廣泛的應用和推廣制定符合中國國情、具有自主知識產權的RFID標準體系顯得特別重要，目前我國已開始相關標準的制定，相信不久的未來，以上問題也會得到逐步的解決。

    總的來說，采用RFID技術結合條碼，在一段時間內，將會成為企業首選的數據采集解決方案。

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