（管理科学与工程专业论文）RFID技术在汽车焊接装配线上的应用研究.pdf

委员： 导师： 垮易豸 叨 房弋娘乏 仁 扩 桃赳舫青) 放捉 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得 金8 巴王些太堂或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 学位论文作者签字：叶氓 签字日期：弘f f 年牛月弓d 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 金胆工业太堂 有关保留、使用学位论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人 授权 盒8 巴至些态堂 可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名： 叶嫡 签字日期：如fj 年牛月；d 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 铷躲黝 签字日期：乙尹f 牵s 月争日 电话： 邮编： r f i d 技术在汽车焊接装配线上的应用研究 摘要 伴随着全球经济的快速发展和信息技术的不断进步，汽车制造业逐渐向自 动化、数字化、网络化的方向发展。白车身焊接装配线作为汽车制造过程中的 核心组成部分，是典型的多工种、多工艺、多物料的流水型生产线，其信息化 水平直接影响着整个汽车生产过程的控制管理。然而目前大多数生产线仍然停 留在人工记录或是条形码采集的信息化管理阶段，这种管理方式使得车间管理 人员难以实时地掌握生产计划执行状况、线边在制品数量、设备运行状况等生 产经营信息，极大地制约了焊接装配线的生产效率。 鉴于及时化的信息采集已经成为焊装车间提升管理水平的重要途经，本文 选择了r f i d 技术作为焊接装配线上的自动识别和信息采集手段，并通过研究 r f i d 的工作原理、技术标准、发展现状以及其在国内外汽车企业中的应用实 例，深入探讨了r f i d 在焊接装配线上应用的必要性。 r f i d 是一种工具技术，需要将其与特定的应用场景相结合才能充分发挥 其技术优势。首先，本文以焊接装配线为应用场景，阐述了白车身生产过程中 的相关业务流程，分析了当前管理流程中存在的不足，并在此基础上提出了相 应的解决方案，即选择了一种闭环渐进的r f i d 应用模式，较有针对性地指定 了r f i d 信息采集点，详细设计了r f i d 技术在焊接装配线上的应用方案。其 次，本文针对焊接装配线的复杂生产环境，从技术和管理两个层面探讨了r f i d 系统在焊接装配线上应用的可靠性问题，并提出了相应的r f i d 设备选型和硬 件部署策略。最后，利用r f i d 信息采集点采集到的信息为数据源，构建了基 于r f i d 的焊接装配线管理系统，着重研究了r f i d 应用系统的体系结构和系 统的主要功能模块。 本文在结论部分进行了工作总结，并对进一步的研究方向和研究重点进行 了简单论述。通过本文的研究，希望能为汽车企业内部闭环应用r f i d 技术提 供一些有价值的参考借鉴，从而使企业能够借助r f i d 技术提高实际生产效率， 并从中获得一定的经济效益。 关键字：白车身；焊接装配线；r f i d 技术；应用系统 r e s e a r c ho nt h ea p p l i c a t i o no fr f i dt e c h n o l o g y i na u t o m o t i v ew e l d i n ga s s e m b l yl i n e a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fg l o b a le c o n o m ya n da d v a n c e si ni n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y ，a u t o m o b i l ee n t e r p r i s e sg r a d u a l l yp a ym o r ea t t e n t i o n t os c i e n t i f i c m a n a g e m e n tm e t h o d so fa u t o m a t i c ，d i g i t a la n dn e t w o r k i n g a sac o r ec o m p o n e n to f a u t o m o b i l ee n t e r p r i s e s ，w e l d i n ga s s e m b l yl i n ei sat y p i c a lm u l t i - j o b s ，m u l t i t e c h n o l o g y ， m u l t i m a t e r i a lp r o d u c t i o nl i n ei nw h i c ht h el e v e lo fi n f o r m a t i o nm a n a g e m e n td i r e c t l y a f f e c t st h ee n t i r e p r o d u c t i o np r o c e s s h o w e v e r , s o m ep r o d u c t i o nl i n e s s t i l lc o l l e c t i n f o r m a t i o nb ym a n u a lr e c o r do rb a rc o d e w h i c hh a sg r e a t l yr e s t r i c t e dt h ep r o d u c t e f f i c i e n c yo ft h ew e l d i n ga s s e m b l yl i n e b e c a u s et h a ti ti sd i f f i c u l tf o rw o r k s h o pm a n a g e r s t o g r a s pt h er e a l t i m ei n f o r m a t i o n ，s u c h a st h ei m p l e m e n t a t i o no ft h ep l a n ，t h e c o n s u m p t i o no ft h ep a r t s ，t h es t a t u so ft h ee q u i p m e n ta n ds oo n b yr e a s o nt h a tc o l l e c t i n gi n f o r m a t i o nt i m e l yh a sb e c o m ea ni m p o r t a n tm e a n st o e n h a n c et h em a n a g e m e n tl e v e lf o rw e l d i n gw o r k s h o p ，t h i sp a p e rc h o s er f i dt e c h n o l o g ya s t h ea u t o m a t i ci d e n t i f i c a t i o nm e t h o dt oc o l l e c ti n f o r m a t i o no np r o d u c t i o nl i n e 。o nt h eb a s i s o ft h i s ，i tr e s e a r c h e so nr f i ds y s t e m sp r i n c i p l e ，s t a n d a r d s ，d e v e l o p i n gs t a t u sa n di t s a p p l i c a t i o ni nd o m e s t i ca n df o r e i g na u t oc o m p a n i e sa n dd e m o n s t r a t e st h ea d v a n t a g eo f u s i n gi 强i do nt h ep r o d u c tl i n e 1 u i da l s oi sat o o lt e c h n o l o g y ，w h i c hn e e d st ob ea s s o c i a t e dw i t hs o m ep a r t i c u l a r c i r c u m s t a n c e si no r d e rt og i v ef u l lp l a yt oi t sv a l u e f i r s t l y ，t h i sp a p e ra n a l y z e st h e w h o l ep r o c e s so fb o d y i n w h i t ea n dp o i n t so u tm a i np r o b l e m so ft h ec u r r e n tw o r k s h o p m a n a g e m e n t 。t oi m p r o v et h ee x i s t i n gb u s i n e s sp r o c e s s i ts e l e c t sac l o s e d l o o pr f i d a p p l i c a t i o nm o d e l ，c h o o s e ss o m er f i di i l f o r m a t i o nc o l l e c t i o np o i n t si nl i n e ，a n d d e s i g nt h ep r o g r a mo fr f i du s e di nw e l d i n ga s s e m b l yl i n e 。s e c o n d l y ，a f t e ra n a l y s i so f t h eb a de n v i r o n m e n ti nw e l d i n gw o r k s h o p ，i td i s c u s s e sh o wt or e d u c ei n t e r f e r e n c eb e t w e e n t h er f i dt a g sa n di m p r o v et h er e l i a b i l i t yo fr f i ds y s t e mf r o mt h et e c h n i c a la n d m a n a g e m e n ta s p e c t s f i n a l l y ，i tb u i l d saw e l d i n ga s s e m b l yl i n em a n a g e m e n ts y s t e m b yu s i n gr f i di n f o r m a t i o na st h e d a t as o u r c e e s p e c i a l l y ，i tf o c u s e so nr f i d s y s t e ma r c h i t e c t u r ea n dm a i nf u n c t i o nm o d u l e s i nt h ec o n c l u s i o no ft h i sp a p e r ，i ts u m m a r i z e st h er e s e a r c hw o r ka b o v ea n d b r i e f l yd i s c u s s e st h ef u t u r er e s e a r c hd i r e c t i o n sa n ds o m er e s e a r c hp r i o r i t i e s t h r o u g ht h i s s t u d y ，i te x p e c t e dt h a tt h i sl i a p e rc a np r o v i d es o m ev a l u a b l er e f e r e n c et or f i d t e c h n o l o g y ，s ot h a ta u t oe n t e r p r i s e sc a na c t u a l l ym a k eu s eo fr f i dt e c h n o l o g yt o i m p r o v et h e i re f j f i c i e n c ya n dd e r i v es o m ee c o n o m i cb e n e f i t s k e y w o r d s ：b o d y - i n w h i t e ，w e l d i n ga s s e m b l yl i n e ，r f i dt e c h n o l o g y ，a p p l i c a t i o ns y s t e m 致谢 首先深深地感谢我的导师梁昌勇教授! 在整个研究生的学习期间，梁老师 给予了我极大地支持、帮助和理解，使我在人生的关键阶段不论是在学习还是 在生活上都得到了成长和进步。在毕业论文的写作阶段，从论文背景材料地收 集、选题、开题、定期汇报、论文反复修改直到论文最后定稿，这其中的每一 个环节都凝聚了梁老师大量的心血和宝贵的时间。两年半的时间梁老师使我深 切感受到一名学者对学术的热爱、对治学的严谨以及对知识的探求精神在 梁老师的身上我不仅学到了知识、经验，更多的是在其他方面的感悟和体会， 我相信这些都将激励着我在今后的人生中将始终坚持踏实做人、认真做事的原 则，并将不断地完善自我和提升自我价值。在此，谨向梁老师致以我衷心的感 谢和深深的敬意! 特别感谢合肥工业大学信息技术与工程管理研究所的蒋翠清教授、俞家文 副教授、陆文星副教授、丁勇副教授等各位老师，本论文的完成也离不开各位 老师的细心指导与无私帮助。同时还要感谢各位老师们在我参与项目和学术研 究期间给予的谆谆教诲。 感谢研究生学习期间管理学院全体任课老师，是你们教给了我丰富的理论 知识和专业的技术方法。同时，还要感谢我的母校合肥工业大学对我七年来的 悉心培养。 感谢已经毕业的师兄王保敏、周伟、张怡远、王浩远、吴彬，你们给了我 很多的支持和帮助；感谢同在一个研究所朝夕相处的师兄师姐师弟师妹们，蔡 美菊、陆鑫、余怀全、李斌生、张瀚允、赵小英、鲁佼、张玉、刘松旺、朱义 生、夏原野、马玲、刘冰洁等，是你们给我创造了一个轻松愉快、团结和睦、 奋发向上的工作和学习环境，让我学到了很多东西，真的感谢你们! 感谢管理学院研究生2 9 班的全体同学以及读研期间曾帮助过我的所有朋 友们，是你们陪我渡过了美好的研究生生活。 特别感谢我的父母和我的丈夫，感谢你们默默地付出和无私地爱，你们的 理解和支持是我完成学业不可或缺的巨大动力。 最后，还要感谢各位专家在百忙之中抽出时间来评审我的论文。 作者：叶娟 时间：2 0 1 0 年4 月9 日 目录 第一章绪论1 1 1 研究背景1 1 1 1 汽车企业焊装车间的管理现状1 1 1 2r f i d 技术概述2 1 1 3r f i d 与条码技术的比较一3 1 2r f i d 技术的发展与应用5 1 2 1 国内外r f i d 技术的发展与应用现状5 1 2 2 国外汽车企业对r f i d 技术的应用6 1 2 3 国内汽车企业对r f i d 技术的应用7 1 3 研究内容及章节安排：一7 1 3 1 主要研究内容7 1 3 2 章节安排8 第二章焊接装配线业务流程分析1 0 2 1 焊装车间白车身的制造概述1 0 2 1 1 白车身结构组成1 0 2 1 2 白车身制造工艺1 0 2 1 3 白车身焊接装配线特点1 1 2 2 焊装车间的生产管理流程1 2 2 2 1 车身地板线业务流程1 2 2 2 2 车身1 群线业务流程1 3 2 2 3 车身2 撑线业务流程13 2 2 4 车身调整线1 3 2 2 5w b s 储存区1 4 2 3 问题分析1 4 2 4 小结16 第三章r f i i ) 技术在焊接装配线上的应用方案设计17 3 1 焊接装配线对r f i d 技术的需求分析1 7 3 2 焊接装配线上r f i d 的应用选择1 8 3 2 1r f i d 应用模式的选择1 8 3 2 2r f i d 作用层级的选择1 9 3 2 3r f i d 数据采集点的选择2 0 3 3 焊接装配线上r f i d 的应用方案一2 l 3 3 1 白车身生产过程监控2 2 3 3 2 工位作业标准化指导2 3 3 3 3 线边物料动态配送2 3 3 3 4 在线质量检测管理2 4 3 3 5 关键设备点检管理2 4 3 4 小结2 5 第四章焊接装配线上r f i i ) 系统的部署策略2 6 4 1 影响r f i d 系统的性能参数一2 6 4 1 1r f i d 系统技术参数2 6 4 1 2 硬件组件技术参数2 7 4 2r f i d 系统的设备选型2 8 4 2 1r f i d 系统性能参数的选择2 8 4 2 2 标签的选择2 9 4 2 3 读写器的选择一2 9 4 2 4 天线的选择3 0 4 3r f i d 系统在焊接装配线上应用的可靠性问题3 0 4 3 1r f i d 系统的防碰撞技术3 0 4 3 2r f i d 标签防金属封装技术3 3 4 3 3r f i d 系统硬件部署策略3 4 4 4 小结3 6 第五章基于r f i i ) 的焊接装配线管理系统的设计3 7 5 1 系统设计目标3 7 5 2 系统的结构设计3 7 5 2 1 系统的体系结构3 7 5 2 2 系统的软件架构3 9 5 2 3 系统的关键技术4 0 5 3r f i d 系统的网络构建4 2 5 4r f i d 系统的实施规范4 3 5 5 系统功能模块设计4 4 5 5 1 基础信息管理模块一4 4 5 5 2 生产计划管理模块4 5 5 5 3 数据采集模块4 5 5 5 4 生产线监控管理模块4 6 5 5 5 生产线查询管理模块4 7 5 6 小结4 7 第六章总结与展望4 8 6 1 工作总结4 8 6 2 展望4 8 参考文献5 0 插图清单 图1 - 1r f i d 系统组成图3 图卜2 条形码示意图4 图1 - 3r f i d 在各行业所占比例图5 图2 1 白车身结构图1 0 图2 - 2 轿车白车身制造过程1 1 图2 - 3 白车身焊接装配线平面图1 2 图2 - 4 焊装车间生产效率偏低的因果图1 4 图3 1 焊接装配线对r f i d 的应用需求1 7 图3 2r f i d 系统闭环应用示意图1 9 图3 3 基于r f i d 的焊接装配线业务流程图2 l 图3 - 4 基于r f i d 的白车身生产数据采集2 2 图3 - 5 基于r f i d 的设备信息采集2 5 图4 1r f i d 系统中的两种碰撞形式3 1 图4 - 2a l o h a 算法的模型示意图3 1 图4 3 二进制搜索算法的模型示意图3 2 图4 4 基于二进制搜索算法的多标签识别过程3 3 图4 - 5 改进的标签粘贴方式3 4 图5 1 系统体系结构图3 8 图5 - 2 系统的软件架构图4 0 图5 - 3 中间件架构示意图4 1 图5 - 4w e bs e r v i c e 在企业内部的应用模型4 2 图5 - 5 基于r f i d 的焊接装配线管理系统网络拓扑图4 2 图5 - 6 基于r f i d 的焊接装配线管理系统功能模型图4 4 图5 - 7 生产数据采集界面4 5 图5 - 8 物料消耗数据采集界面一4 6 图5 - 9w b s 区车身调度管理功能界面一4 6 图5 1 0 车身质检标准查询界面4 7 表格清单 表1 - 1r f i d 电子标签与条形码的比较4 表3 1 各种录入方式效率比较表1 8 表3 - 2r f i d 的作用层级19 表3 - 3 焊接装配线r f i d 信息采集点分布表一2 0 表4 - 1 不同频段的工作特性2 6 表4 - 2 超高频标签的存储分区3 4 表4 - 3 高频标签的存储分区3 5 第一章绪论 众所周知，世界经济全球化和一体化发展极大地推动了我国国内汽车工业 的快速发展，同时也对汽车质量提出了更高的要求。汽车白车身作为影响汽车 质量的关键因素之一，其生产制造过程的信息化管理也受到了越来越广泛的关 注。为了提高白车身的制造质量，提升生产线管理水平，必须强化对基础数据 的采集和关键信息的利用。r f i d ( r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ，射频识别) 是 一种新的自动识别技术，其具有非接触远距离识别、单品级识别、多目标识别、 高速移动物体识别等特点，能够很好地解决生产线上信息采集和信息利用的问 题。因此，本文以某汽车企业的白车身焊接装配线为研究对象，深入探讨了 r f i d 技术在焊接装配线上的应用方案。 1 1 研究背景 近年来，我国汽车工业在国家激励性政策的支持下得到了快速、健康地发 展，成为我国国民经济的重要组成部分，对中国经济的发展产生了直接拉动力。 但从实现汽车工业可持续性发展的角度来看，我国汽车企业的综合管理水平与 美国、德国等发达国家相比还存在一定的差距。就汽车制造而言，生产周期较 长、白车身质量不稳定、生产成本较高、生产线效率较低等都是影响国内汽车 企业快速发展的重要问题。事实上这些问题的解决都需要以生产车间为抓手。 车间是企业生产产品的执行单位，车间管理人员需要合理的调度和配置包括人 员、物料、设备等在内的所有生产资源，优化各生产线的业务流程。而车间管 理人员如何合理调度这些资源，控制生产过程，降低生产成本，提高生产效率 呢? 生产线信息化是其中一个至关重要的手段。 1 1 1 汽车企业焊装车间的管理现状 近年来，随着j i t ( j u s ti nt i m e ，准时化) 、b t o ( b u i l dt oo r d e r , 面向订单生 产) 等新型生产模式的提出，以及客户市场对产品质量提出更高要求，汽车制 造企业开始逐渐认识到要从最底层的车间管理上提升企业的竞争力，将信息化 的管理手段覆盖到汽车制造中的各个环节，包括生产计划的制订执行、线边物 料的动态供应、生产线状态的实时监控等。目前，国内大型的汽车企业都在不 同程度的应用了e r p ( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ，企业资源计划) 、m e s ( m a n u a c t u r i n ge x e c u t i o ns y s t e m ，制造执行系统) 等信息系统。其中，e r p 系统主要是 工厂级管理应用，m e s 系统则是车间级管理应用。 然而，由于受到信息技术水平和资本投入的限制，很多企业的信息系统建 设还停留在工厂级应用，缺少满足车间级管理的信息系统。就企业内部焊装车 间而言，在四大工艺车间中生产环境最为恶劣，加之白车身制造环节众多、工 艺复杂多样，焊装辅助设备品种繁多，不论是从硬件还是软件上都对信息系统 构建提出了更高的要求，导致生产线信息化水平相对较低。同时由于车身生产 效率较低，车身质量很不稳定，使得焊装车间成为四大工艺车间中的管理瓶颈， 具体体现在以下几个方面： ( 1 ) 在信息采集方面，缺乏有效的快速的生产数据采集手段。很多焊接装 配线仍然采用条码技术采集信息，甚至是手工记录生产信息，然后再批量地录 入到管理信息中，导致数据具有明显的滞后性，使用效率较低，同时这也成为 e r p 、m e s 等系统在焊装车间实施的难点1 2 j ； ( 2 ) 在生产线监管方面，由于生产过程信息的不透明，导致监管力度严重 不足，不能对生产线上的白车身进行实时跟踪，不能及时掌握生产进度、控制 车身质量，对质量问题的不敏感或是采取事后处理、补救的方式也是影响生产 效率的重要原因； ( 3 ) 在操作指导方面，随着车型调整的频繁化、车身配置的复杂化，在没 有正确操作指导的前提下，操作工人难免会出错，由此而产生的重复作业也会 对焊接装配线的生产效率造成影响； ( 4 ) 在管理模式方面，由于信息反馈的不及时，生产线的管理难以做到精 细化。车间执行层和计划管理层之间的信息容易脱节，车间完成的生产任务常 常不能完全符合生产计划的要求，整个车间的管理仍然是批量化、粗放型的模 式； 1 1 2r f i d 技术概述 ( 1 ) r f i d 技术原理 r f i d 是一项利用射频信号通过电感耦合或电磁反散射耦合实现无接触信 息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。r f i d 应用系统的基本工作 流程是：读写器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当电子标签进入发射 天线有效工作区域时产生感应电流，电子标签获得能量被激活，并将自身编码 等信息通过内置射频天线发送出去；读写器接收天线接收到从电子标签发送来 的调制信号，经天线调节器传送到读写器信号处理模块，经解调和解码后将有 效信息送到后台主系统；主系统根据逻辑运算识别该标签的身份，针对不同的 设定做出相应的处理和控制。 ( 2 ) r f i d 系统组成 如图1 - 1 所示，一个典型的r f i d 系统都是由读写器( r e a d e r ) 、电子标签 ( t a g ) 、天线( a n t e n n a ) 以及应用系统组成【3 】。读写器是负责读取或写入信息 的设备，工作时它既可以与电子标签通信，读取标签中的数据信息，也可以与 主机通信，将主机的读写指令传送到电子标签。电子标签由芯片和内置天线构 成，标签芯片的体积很小，厚度一般不超过0 3 5 m m ，可以印制在塑料、纸张等 多种材料上，方便使用。它是r f i d 系统的数据载体，储存着被识别对象的相 关信息，并且每个标签都具有唯一的电子编码，可以对单品级的目标对象进行 标识。天线是一种用来发射电磁波信号和接收标签反射回来的已调信号的装置， 可以说天线是电子标签与读写器之间的空中接口，通过天线形成电磁场实现读 写器与电子标签的通信4 1 。根据用途及目的的不同，天线可以直接与读写器集 成为一体化产品，也可以作为单独的模块存在。r f i d 应用系统是根据不同的 应用需求而开发的，也可以结合实际的应用环境与企业已有的管理系统集成【5 1 。 读写器 档 奠 日 未激活的标签 图卜lr f i d 系统组成图 ( 3 ) r f i d 中间件 r f i d 中间件是整个r f i d 应用的关键，它可以屏蔽r f i d 设备的多样性和 复杂性，有效地控制读写器对电子标签信息进行读写，并且对收集到的目标信 息进行集中地存储、过滤、处理和再利用。r f i d 中间件通过提供一组通用的 应用程序接口( a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ，a p i ) ，一方面连接r f i d 读写器，读取标签信息，对多台读写器设备进行管理；一方面为后台业务系统 提供强大的功能支持，满足多个主平台的r f i d 数据请求和与现有系统的应用 集成。即使读写器种类增加或者后端应用程序改由其它软件取代等情况发生时， 也不需要对应用端程序进行修改。r f i d 中间件是一种面向消息的中间件 ( m e s s a g eo r i e n t e dm i d d l e w a r e ，m o m ) ，数据以消息的形式在程序间传送， 传送时消息被放入消息队列中，所以通信程序可在不同的时间运行。目前，国 内外中间件供应商都有推出各具特色的r f i d 中间件产品：如s u n 公司的j a v a s y s t e mr f i d 、b e a 公司的w e b l o g i c 系列、i b m 公司的w e b s p h e r er f i d 中间 件、o r a c l e 公司的o r a c l es e n s o re d g es e r v e r 、s y b a s e 公司的r f i da n y w e h r e2 1 、 微软公司的b i z t a l kr f i d 、深圳立格公司的a l tl y n k o a l e 6 1 。 1 1 3r f i d 与条码技术的比较 条码技术距今已有5 0 多年的历史了，它的两种主要类型分别是一维条码和 二维条码，如图1 - 2 所示。一维条码是由一组规则排列的“条 、“空以及对 应的字符组成标记来对数字进行编码；二维条码是用某种特定的几何图形按一 定规律分布在黑白相间的平面上来记录数据信息。条形码作为一种信息采集技 术被广泛应用于汽车制造领域。但由于条形码固有的一些缺点，其在应用过程 中也存在着一定的局限性，具体表现在：条形码所能承载的信息容量非常有限； 只能识别一类产品，而对单独的产品却无法识别；一次只能扫描一个产品；读 取数据时条形码需要视距，必须将条形码对准扫描仪才有效；两者之间在直接 路径上不能存在障碍物；为正确读取信息，扫描仪与条形码要保持适合的方向； 如果印有条码的标签被撕裂、污损或脱落，产品就无法被扫描了；采集信息时 需要大量的人工操作，容易出现漏扫或人为失误。 ；一皴彭碍l 二缝囊形螽一”， 图卜2 条形码示意图 r f i d 技术应用于制造业领域是近1 0 年的事，它是条码技术的发展和完善， 在采集信息时能够弥补条码技术的不足，其主要特点表现为1 7 j ：电子标签的数 据储存容量较大，一般为2 5 6 b 一2 k b ，并且随着技术的发展，存储容量也在不断 的扩大；每个电子标签都可以附着在目标对象上，标识一个单独物品；读写器 可以对电子标签进行快速扫描，并且同时读取多个电子标签的数据信息；电子 标签在读写器的作用范围内，能够透过非金属或非透明地物体，与读写器进行 无屏障地信息通信；电子标签环境适应性强，可以在恶劣的环境( 如高温环境、 粉尘环境) 正常工作，并且使用寿命较长；由于r f i d 系统能对标签中存储的 信息进行增加、修改和删除，所以可以在规范的业务流程中循环使用；r f i d 技术是利用电感耦合或者电磁耦合的原理进行通信，所以在其系统工作范围内 可以自动采集标签信息，无需人工干预。如表卜l 将r f i d 标签与条形码进行 了对比。 表1 - 1r f i d 电子标签与条形码的比较 比较项目r f i d 标签条形码 存储信息量较大，通常为2 5 6 b 2 k b较小，通常为十几个字节 物品标识单品级同一类产品 同时读取可能 不可能 障碍物的影响除水和金属外影响较小仅视距内通信 环境适应性较强 较弱 重复适应性 信息存储后，可更新一经打印，无法更改 信息采集无需人工干预需要人工操作 zliiilll-l。一 r“引引引副引u-重量i_-u了lll-。iiillilllvd i；，；j 7hhh弱 l|4 lll量量l_-，o。-i-l， =：=，二二；1 _l_- tl til-iiil-i-【-ll h 笺 g 1 2r f i i ) 技术的发展与应用 1 2 1 国内外r f i d 技术的发展与应用现状 近年来，世界主要发达国家，如美国、日本以及欧洲国家都加大了对r f i d 技术的研究与应用。全球r f i d 技术从芯片设计制造、读写器设计制造、标签 设计制造到应用软件集成等各个方面都取得了长足进展。u h fr f i d 标签芯片 是目前市场应用主流，主流的芯片供应商如1 m p 、a l i e n 、u x p 都推出了性能趋 于稳定的u h f 芯片；随着读写器芯片技术的成熟，读写器产品逐渐丰富， i n t e r m e c 、s y m b o l 、c s l 等读写器制造商在读写器的多协议兼容、多标签识读、 多读写器密集工作等方面取得了突破性进展；r f i d 标签集成技术日趋成熟， 封装工艺多样化，尤其是面向某些特殊环境，如金属、液体、高温等也成为研 究热点，个性化的标签越来越多；i b m 、s u n 、s a p 等i t 企业先后推出了自己 的中间件产品，这些中间件产品在稳定性、先进性和对海量数据的处理能力都 比较完善。目前，国际上对r f i d 公共应用服务平台的研究仍然很热，主要包 括体系架构、编码与解析规则、发现服务、数据交换和信息安全等方面，但目 前没有统一的国际标准，以欧美的e p c g l o b a l 标准体系和日本u i d 泛在识别中 心标准体系为代表。r f i d 技术已经在全球l o o 多个国家和地区投入应用了， 2 0 1 0 年以来由于经济形势的好转和物联网等利好因素的推动，总体呈现出稳步 上升的态势，具体在各个行业所占比例如图1 - 3 所示哺j 。预计2 0 1 2 年，r f i d 产 业的市场规模将达到2 0 0 多亿美元【9 】。其中，r f i d 电子票证成为最大的应用 市场，很多国家的城市公交、轨道交通以及主要铁路干线都采用r f i d 电子车 票收费系统，如日本的s u i c a 卡系统、英国伦敦的o y s t e r 系统，法国巴黎的 n a v i g o 卡系统等。在制造物流与供应链管理方面，r f i d 应用也较为广泛，如 气瓶等危险物品跟踪管理、大宗货物的集装箱运输管理、海鲜和肉类从产地到 最终消费者的整个供应链食品安全跟踪管理。在车辆的交通管理领域，r f i d 的应用相对成熟，如针对固定基站管理的车辆自动识别系统、用于高速公路、 桥梁收费站的不停车电子收费系统，管理停车场或住宅小区车辆出入的门禁识 别系统等。 图1 - 3r f i d 在各行业所占比例图 糍票证 n 物流 车辆 商品零售 书籍档案 撼动物 常造 航空 一医疗 军事 由政 赫其他 r f i d 在国内起步较晚，但发展较快，已经具有了自主开发r f i d 产品的技 术，具备一定的系统集成能力。r f i d 技术广泛地应用在我国的票证防伪、制 造领域中的控制管理、交通运输信息化管理、零售业物流配送和食品安全追溯 管理、图书档案管理等各个行业，并获得了实际应用经验，取得了一定的成效。 具体体现在票证防伪方面，我国国内居民二代身份证已经成为全球规模最大的 r f i d 应用案例；在制造领域，上海宝钢铁道部应用r f i d 技术、无线传感技术 和手持设备管理结晶器生产过程，实现了结晶器的全生命周期管理；铁道部利 用r f i d 对机车调度及统计进行管理，据统计至今已有5 5 万辆铁路车厢、机车 安装了r f i d 标签，为货运物流产生的直接经济效益达到3 亿多元【8 1 ；食品安 全涉及从原产地到加工厂、包装、运输到餐厅、卖场等各个环节，管理难度较 大，但国内已有很多用r f i d 对食品安全进行管理的成功案例，如北京奥运会 和上海世博会等大型活动中对食品安全的试点应用等；在图书管理方面，国内 许多城市图书馆，如厦门集美大学诚毅学院图书馆、汕头图书馆及上海长宁区 图书馆均已建立了基于r f i d 技术的图书管理系统。 1 2 2 国外汽车企业对r f i d 技术的应用 r f i d 技术在国外汽车市场发展非常迅速，一些大型国际汽车制造企业在 生产过程中的主要环节已经使用了r f i d 技术，并取得了一定成效。墨西哥大 众为了提高汽车零售件的配送效率，启动了一个r f i d 项目，即采用16 ，0 0 0 个 带r f i d 标签、可重复使用的塑料物料箱，并引入了3 5 0 辆带r f i d 标签的金 属推车。当p u e b l a 工厂在接收到零售件订单后，由工厂仓库管理员工根据订单 收集所有需要零部件，并采用手持扫描仪读取每个零件的i d 码，接着在读取 塑料物料箱的r f i d 标签，零件i d 码与料箱i d 码相对应后，物料箱被装载到 卡车上。出货时安装在出口的r f i d 阅读器捕获r f i d 标签，信息被传送到工 厂仓库管理系统，表明订单的完成和零件的出库。r f i d 标签和物料箱的应用 极大的改善了工厂的配送效率，p u e b l a 工厂每年零件配送的费用缩减了 3 0 【l0 1 。 丰田汽车公司在全球多个工厂的涂装车间应用r f i d 技术跟踪车体，实现 了高度灵活的生产控制系统。丰田汽车在车身上贴上r f i d 标签，标签中写入 车身型号、喷涂颜色等信息。当车身到达喷漆工位时，读写器通过扫描获得车 身的相关信息，并将喷涂指令传送至喷涂机器人，机器人在确认车型和车身颜 色后，自动进行喷漆作业i l 。 德国宝马汽车生产基地成