智造“密令”——RFID技术在制造和物流中的应用

前言

万物互联时代,各行各业都在依靠物联网技术“牵线搭桥”。而位于物联网核心的RFID技术,则是数据连接和交流的关键。物料配送进程为什么可以实时查看?零售店单品为什么能够进行快速查找和清点?物品失窃后,为什么可以迅速找回?对于这些问题,本文将逐一解答,并结合用例,“解开”智能制造的“密令”。

(图片来源:四维创智)

什么是RFID技术?

RFID即射频识别(RadioFrequencyIdentification,RFID),是一种非接触式的自动识别技术。它会利用无线电波或微波能量进行非接触双向通信,自动识别目标对象并获取相关数据信息

一套典型的RFID系统主要有三部分:电子标签(Tag)、读写器(Reader)和发送接收信号的天线(Antenna)。

RFID的系统分类

  1. 工作频率,RFID技术通常可分为低频系统(125kHz-134kHz)、高频系统(6MHz-13.56MHz)和超高频系统(860MHz-960MHz)三大类。

  2. 按电子标签供电方式,则可分为无源标签(PassiveTag)和有源标签(ActiveTag)两种。

RFID技术与Barcode比较

RFID技术总被拿来与条形码(Barcode)作比较,有时甚至会被称作“智能化的条形码”。这种类比掩盖了RFID的真正优势,让用户看不清它与条形码之间的本质区别。在自动化识别和数据采集方面,RFID要远胜条形码和二维码。它不仅可以存储更多信息,适应复杂严苛的环境,还能在人工不可视,甚至是无网络情况下工作。可以说,RFID技术在资产识别和追踪领域创造了更多可能,而条形码和二维码在这方面则只能望尘莫及。

RFID的特征与应用

RFID技术具有无接触式、大容量、快速、高容错、抗干扰和耐腐蚀、安全可靠等优点,不仅可以灵活调整识别距离,还能同时读取大量RFID标签。此外,RFID技术还具有穿透性,能够轻松识别物体内部的RFID标签。

RFID技术让库存可视化管理成为可能。仓库人员在无接触的情况下就可采集货品信息,不仅大幅提升了货物清点效率,还减少了仓库盘点的犯错频率。在物流环节应用RFID技术,还能帮助企业供应链上下游实现货品运输的动态管理。

RFID实施步骤

为帮助企业更好地进行RFID系统落地,RFID的系统实施应该分为以下七个步骤:

  1. 系统流程设计:详细制定和描述RFID系统的运行业务流程及其活动

  2. 系统集成框架设计:确定RFID系统的基础结构(系统架构、网络拓扑机构、数据库结构)、主要功能、RFID系统和MES,ERP等系统的集成策略、方法和手段、信息集成接口规范、RFID系统数据管理机制。

  3. 系统功能配置:将最初定义的功能转换成应用软件系统或子系统。具体可分为仓储管理、物料配送管理、质量管理、资产管理、供应链物流管理供应商管理、维修服务管理、产品全生命周期数据管理等。

  4. RFID系统选型:从生产环境和生产系统特性角度考虑进行RFID系统选型。生产环境特性包括温度、湿度、电磁辐射强度、酸碱度、周边设备质地等;生产系统特性包括产品生产率、生产节拍、成本、系统可靠性、系统实时性、系统数据安全要求等。

  5. 识别点及布置方式设计:确定应用场景中RFID信息识别点的数量、具体物理位置和根据不同特性来决定安装布置方式。

  6. 编码格式及内容设计:确定RFID标签内承载数据的格式及内容。编码内容视企业RFID应用的层次、领域和目标而定;编码格式应遵守行业和企业内部的相关规定并考虑与条形码或企业其他EDI相关编码格式兼容,以便于企业内部或企业之间数据的共享和集成。

  7. 系统落地实施及评价

RFID投资风险分析

RFID技术是物联网时代的新兴技术,RFID技术的实施和落地对系统的识别率、稳定性、可靠性、数据处理能力、数据质量、与企业现有系统集成等方面提出了更高要求。因此我们建议,企业在投资RFID时需考虑以下因素:

DCC落地用例

在麦肯锡北京数字化能力发展中心的清麦齿轮箱学习工厂中,RFID技术用例有效实现了产线的全过程追踪,优化了库存管理。

主要应用模块:产线

短板:传统装配产线上,不同工位生产节拍不匹配、员工操作不熟练等问题一直是企业痛点,生产效率也因此大打折扣。

解决方案

  1. RFID读写器识别装配流水线中产品的无源标签,记录不同工位的周期时间和产品装配进度。

  2. RFID系统结合数字化SOP和安灯系统,引导员工进行物料装配;依托DPM系统分析数据获取洞察,实现大规模的定制化生产。

效果:借助RFID系统,装配产线将能实现全过程的数据追踪,读取和记录下的数据可由分析技术得出洞见,从而实现精益化生产,推动工厂的数字化转型

实际应用:工厂中的物料装配、定制化生产。

主要应用模块:库存

短板:齿轮箱工厂一直面临库存管理不善的挑战。由于依赖人工操作,物料拣选和入库出库错误频发,表格填写费时费力,信息更新也总是慢人一步。

解决方案:

  1. RFID读写器识别关键物料上的无源标签,记录物料入库出库信息。

  2. 电子显示板上实时显示关键物料的库位和数量信息。

  3. 系统自动展示库位信息,实现浮动库存盘点。

效果:引入高频RFID读写器和无源标签组成的RFID系统后,电子显示板得以实时呈现信息,从而有效优化库存管理。

实际应用:在库存管理中,可以为数据读取、记录、分析、展示提供一体化解决方案。

来自“灯塔工厂”的用例

以下内容节选自世界经济论坛与麦肯锡公司共同撰写的《全球“灯塔工厂”网络:来自第四次工业革命前沿的最新洞见》。

PhoenixContact是一家德国制造商,专门提供工业自动化解决方案。它在最大程度上实现了数据的互联互通,并提升了数据的透明度。因此,它所创造的价值要远高于价值链上每个步骤创造的价值总和。PhoenixContact借助多个RFID标签收集信息,确保数据在流程所有阶段都保持透明可见且易于获取。这种互通性确保了生产线的全天候运转,不仅提升了40%的绩效,还将生产时间缩短了30%。最终,PhoenixContact以批量生产的成本实现了定制化产品的生产。

PhoenixContact的成功转型要归功于其集成式研发模式(R&D)。也就是说,机器制造部门同时需要兼顾研发职责。这就使得新型解决方案的快速引入成为可能。比如说,它能批量生产1000多种不同设备版本的隔离放大器。该公司有效利用了数字化测试和数据共享。数字孪生包含所有测试参数,所有测试数据也会被记录下来,供生产团队参考。此外,生产团队也能直接对接客户。他们可以获取客户信息,向客户实时传达订单状态和交付细节。

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