任务4.1 被动标识载体 知识清单1 被动标识载体

知识要点任务4.1被动标识载体被动标识载体标识载体选型标识载体设计被动标识载体被动标识载体，一般是附着在工业设备或者物料、半成品、成品等的表面以方便扫描枪、手机、个人数字助理（PersonalDigitalAssistant，PDA）等识读设备读取。在工业互联网体系中，被动标识载体一般只承载工业互联网标识编码，而不具备远程网络连接能力，需要依赖标识读写器才能向标识解析服务器发起标识解析请求。特别地，某些被动标识载体只具备短距离网络连接能力，如图4-1所示，给出了常见的被动标识载体，包括一维条形码、二维条形码、RFID等相关的识读设备。图4-1常见被动标识载体及其读写设备条形码二维码扫码设备RFID标签RFID阅读器被动标识载体1.条形码条形码（BarCode）只在一个方向（一般是水平方向）表达信息，而在垂直方向则不表达任何信息，由黑白相间的条纹组成的图案，黑色部分称为“条”，白色部分称为“空”。“条”和“空”分别代表二进制的1和0，对其进行编码，从而可以组合不同粗细间隔的黑白图案，可以代表数字、字符和符号信息，反应某种信息。表4-1给出当前常用的条码类型及主要应用领域。常用的一维条形码有EAN条码、UPC条码、GS1条码、ITF条码等。广泛应用在商业零售、图书管理、邮政管理、仓储物流等众多领域。条码技术是实现销售终端（PointofSale，POS）、电子数据交换（ElectronicDataInterchange，EDI）、电子商务和供应链管理的技术基础，是实现物流管理现代化、提高企业管理水平和竞争能力的重要手段。序号条码类型主要用途1EAN条形码国际通用的商品标识码，主要用于欧洲和其他国家。有EAN-13和EAN-8两种主要格式。2UPC条形码最常见的条形码之一，主要用于北美地区零售商品的标识。有UPC-A、UPC-B、UPC-E等变体。3GS1-128条形码或UCC/EAN-128是一种基于Code128码制的条形码，它结合了GS1标准，使其能够编码更多的数据类型和附加信息。4ITF条形码主要用于标识物流单元，如物流标签和纸箱，对印刷精度要求低。不能用于POS零售结算。被动标识载体1.条形码条形码具有输入速度快、可靠性高、采集信息量大、灵活实用、条码设备易于操作、条码标签易于制作、效率高、成本低等优点，这是其广泛应用的原因。同时，条形码也存在一些局限性，如数据容量有限、易受损坏、安全性不足等，应用中应考虑到这些因素。被动标识载体2.二维码二维码（QuickResponseCode，QRCode）是一种二维上分布的图形来记录数据符号信息的条码。作为一种快速、便捷的信息传递工具，在现代社会中扮演着重要角色。二维码的起源可以追溯到上世纪90年代初。当时，日本企业DensoWave的工程师发明了二维码，旨在解决条形码存储空间有限的问题。相比之下，二维码具有更高的容量和可靠性，因此很快就引起了广泛关注，并成为信息传递的重要工具。二维码根据构成原理和结构形状的差异，可以分为两种类型：堆叠式二维码（StackedBarcodes）：这种二维码是建立在条形码基础上，由多行短的一维条码堆叠而成。其信息密度不高，但在读码设备上与一维码具有较好的兼容性，常见的有PDF417、Code49和Code16K等。矩阵式二维码（MatrixBarcodes）：这种二维码以矩阵的形式排列黑白模块，通过模块的不同分布来编码信息。矩阵式二维码具有更高的信息密度和更强的纠错能力，应用也更为广泛。常见的矩阵式二维码包括QRCode、DataMatrix和AztecCode等。被动标识载体2.二维码二维码在生活中的应用非常广泛，就工业场景而言，二维码常见的应用模式如下：（1）生产管理二维码可以被应用于生产线上的各个环节，包括设备、原材料、半成品和成品。通过扫描二维码，操作员可以进行加工任务的领取，进行任务作业。包括绑定、添加相关信息，如产品编号、生产日期、工艺参数、操作人等。通过二维码实现实时的数据采集和信息获取有助于实现生产流程的可控和追溯，提高生产效率和质量管理水平。如在汽车总装工序中，装配正确性是重中之重。总装工程师基于手持设备读取车身底盘、刹车助力泵、侧气帘和安全带等零部件上的二维码，实现录入数据与拧紧数据的绑定，确保了这些关键部件能够正确且安全地组装到车辆中。（2）物料管理二维码可以被用于标识和追踪物料。在供应链环节，通过给每个物料加上独特的二维码标识，可以实现物料入库、出库和库存管理的自动化和精确性。此外，当物料进入生产线时，操作员可以扫描二维码迅速确认物料的使用和投放位置。被动标识载体2.二维码（3）质量管理二维码在质量管理过程中也起到关键作用。通过在产品上标记二维码，可以记录各个工序的质检结果和质量参数。操作员在进行质检时，只需扫描产品上的二维码即可获取相关数据，提高质量管理的准确性和效率。（4）维护保养制造设备通常需要定期维护和保养，以确保其正常运行。二维码可以被用于设备维护管理，记录设备的维护历史、保养日期和维修记录等。当维护人员需要对设备进行检修时，只需扫描设备上的二维码，便可获取相关信息，提高维护工作的可追溯性和效率。（5）过程优化通过分析二维码所提供的数据，制造企业可以进行生产过程的优化。例如，根据生产线上每个工序的时间和效率数据，可以识别瓶颈和不合理的环节，并进行调整和改进。这样的实时监控和数据分析有助于提高生产线的整体效率和资源利用率。总体而言，二维码在工业场景中的应用十分广泛。通过二维码的应用，制造企业能够实现生产过程的数字化和可视化，提高生产效率、质量管理水平和资源利用率。随着技术的不断发展，相信二维码在制造执行系统中的应用将会进一步扩大和深化。被动标识载体2.二维码二维码虽然已经出现在各种工业应用场景中，但也存在一定的局限性，这些局限性包括：（1）信息容量限制二维码虽然可以存储较多的信息，但其容量仍然有限。对于复杂的生产环境和大规模的数据需求，二维码可能无法满足全部信息存储的要求。这可能导致需要使用多个二维码或者其他更高容量的编码方式来满足数据存储的需求。（2）扫描速度和稳定性二维码的扫描速度和扫描的稳定性对于实时的制造执行系统至关重要。在高速生产线上，如果二维码扫描速度较慢或者容易受到光照、污染或物料表面损伤等因素的干扰，可能会造成扫描失败或延误生产流程。因此，在选择二维码扫描设备时，需要考虑其性能和适应性。（3）环境适应性二维码的可读性和耐用性在不同的环境条件下可能存在挑战。例如，在恶劣的工作环境中，如高温、低温、潮湿或含有化学物质的场所，二维码可能受到磨损、模糊或褪色等影响，从而导致扫描失败或无法识别。因此，在选择和应用二维码时，需要考虑其适应性和耐用性。尽管存在这些局限性，二维码仍然是一个实用且经济高效的标识和追溯工具，可以改善制造执行系统的可视化、自动化和信息采集能力。随着技术的不断发展，未来可能会出现更先进、高容量和适应更广泛环境的编码方式，以进一步提升二维码在MES中的应用。被动标识载体3.射频识别射频识别（RadioFrequencyIdentification，RFID）是一种非接触式的自动识别技术，可通过无线电讯号识别特定目标对象并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触，适用于各种恶劣环境。RFID系统通常由电子标签（Tag）、读写器（Reader）和计算机系统（ComputerSystem）三部分组成，如图4-2所示。标签是被识别的目标物体上携带的电子标签，通常由芯片和天线组成，芯片负责存储数据并处理信号，天线负责接收和发射射频信号。标签可以分为主动标签和被动标签。主动标签内置电池，可以主动发送信号；被动标签不具备电源。读写器用于与标签进行通信。读写器发射射频信号，标签通过这一区域时被触发，发送存储在标签中的数据，或根据读写器的指令改写存储在标签中的数据。读写器可接收标签发送的数据或向标签发送数据，读写器通常连接到计算机或控制系统，实现数据的读取、传输和处理。图4-2RFID工作原理图被动标识载体3.射频识别3.射频识别RFID技术是条形码技术的进一步延拓，可对处于高速运动状态的物体进行识别，还可以同时对多个标签进行识别，具有操作方便快捷，信息存储量大，可读可写，可重复使用，安全性高等优点。RFID技术成本相对较高，特别是大批量应用的场景中。此外，RFID标签抗干扰能力一般，信息可能被非法读取和恶意篡改，存在隐私和安全风险。目前RFID技术广泛应用于多个领域，在制造业中典型的应用模式包括智能仓库、物流运输、防伪识别、工业品溯源等，潜力逐渐显现。被动标识载体三种被动标识载体共性特征包括：一般附着在工业设备/耗材表面，标识信息易被读取、被复制、被盗用和被误用；网络连接能力受限，需要借助读写器向标识解析服务器发起标识解析请求；安全能力较弱，缺乏证书、算法和密钥等所需的必要安全能力（如安全存储区）；成本相对较低，适用于承载低价值、数量大的工业单品