工業(yè)4.0的目標(biāo)是將一個(gè)工廠(chǎng)所有的對(duì)象通過(guò)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。為了實(shí)現(xiàn)各個(gè)組成部分在生產(chǎn)過(guò)程中能自行發(fā)揮控制作用，需要相應(yīng)的技術(shù)，如無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別(RFID)和近場(chǎng)通信(NFC)支持。

按照工業(yè)4.0原則,機(jī)器與組件或零件上設(shè)置的RFID標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)通信

基于RFID技術(shù)的識(shí)別系統(tǒng)目前在機(jī)器制造業(yè)已經(jīng)成為不可或缺的一部分：它有助于生產(chǎn)過(guò)程可靠和有效的控制。然而目前的RFID作為一種重復(fù)使用的方案主要用于刀具控制方面，并且直接在刀具或滑塊上實(shí)施。下一個(gè)創(chuàng)新步驟面向連續(xù)的過(guò)程控制，也包括加工單元，借助RFID標(biāo)簽對(duì)機(jī)器和儀器裝置組件直接進(jìn)行標(biāo)識(shí)。

這種智能化識(shí)別幾乎是唯一的選擇。因?yàn)闃O其多樣化的選項(xiàng)和靈活多變的加工模式使得生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)者不斷面臨生產(chǎn)、裝配和智能化技術(shù)服務(wù)方面的新挑戰(zhàn)。對(duì)過(guò)程鏈中的各個(gè)參與者也提出了一些必要的集成要求，也就是將數(shù)據(jù)保護(hù)下的加工與工業(yè)4.0進(jìn)行融合。雖然這個(gè)概念在德國(guó)的各地都能聽(tīng)說(shuō)，然而除了若干先行者的幾個(gè)孤島項(xiàng)目以外還十分少見(jiàn)。其結(jié)果是關(guān)鍵成本和經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)點(diǎn)在國(guó)際化競(jìng)爭(zhēng)中并未帶來(lái)收益。

實(shí)際上不僅是因?yàn)榛赗FID的和自動(dòng)化的解決方案的經(jīng)濟(jì)性帶給行業(yè)興趣。相關(guān)市場(chǎng)發(fā)展在機(jī)器和儀器裝置制造業(yè)中形成一種趨勢(shì)：產(chǎn)品的小批量和個(gè)性化配置，在此背景下其他方案幾乎都無(wú)法勝任。加工過(guò)程的復(fù)雜性也在日益上升。例如，一個(gè)裝配的電路板往往要經(jīng)過(guò)多達(dá)10個(gè)不同站點(diǎn)進(jìn)行電子元件加工處理，直到它最終被裝入一臺(tái)車(chē)輛或一個(gè)儀器裝置中。在制作電路板和涂敷電路和導(dǎo)電帶時(shí)，過(guò)程優(yōu)化的潛力由于該常規(guī)的識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用無(wú)疑得到充分發(fā)揮。在電路板裝配所要求的存儲(chǔ)模塊和電容器的加工過(guò)程中呈現(xiàn)出更為顯著的潛力。

通過(guò)直接在電路板上裝設(shè)一個(gè)賦予個(gè)性的RFID主ID可以進(jìn)行直至單個(gè)元件級(jí)的選擇性裝配，從而達(dá)到生產(chǎn)4.0的基本要求。通過(guò)這種方式，在遇到緊急訂單時(shí)就能夠自動(dòng)進(jìn)入狀態(tài)，在裝配線(xiàn)上通過(guò)一個(gè)道岔預(yù)選器裝置向前進(jìn)行定位分配，當(dāng)這一變化由于加工流程而成為必要時(shí)。在進(jìn)行若干下游裝配步驟時(shí)主板會(huì)發(fā)出消息，告知對(duì)于它應(yīng)該做些什么或它是否已經(jīng)經(jīng)歷了若干站點(diǎn)的處理。

目標(biāo)在于一個(gè)單義的RFID主標(biāo)簽

為了能夠?qū)@類(lèi)越來(lái)越復(fù)雜的價(jià)值創(chuàng)造鏈進(jìn)行透明和有效的控制，在按照工業(yè)4.0定位的生產(chǎn)過(guò)程中，需要工作流程具有明顯更高的靈活性。將來(lái)應(yīng)該做到讓到達(dá)的產(chǎn)品向加工單元發(fā)送有關(guān)信息，如究竟須對(duì)其進(jìn)行哪些加工處理。通過(guò)這種技術(shù)手段還可以實(shí)現(xiàn)與外部過(guò)程的結(jié)合，使加工可以快速地轉(zhuǎn)換到其他裝配線(xiàn)上進(jìn)行。所有這些得以實(shí)現(xiàn)的前提是必須具備一個(gè)單義的RFID主標(biāo)簽。在主標(biāo)簽上還能夠包含特有的生產(chǎn)和裝配信息，甚至可用于無(wú)縫地集成到別人的生產(chǎn)中。除此以外，可以在工作步驟、質(zhì)量管理或至經(jīng)銷(xiāo)商的發(fā)送路徑的文件資料等各方面借助RFID主標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。在對(duì)一個(gè)批次的或整包ID進(jìn)行無(wú)縫分配時(shí)遇到向帶有RFID標(biāo)簽的外殼內(nèi)裝配元件出錯(cuò)情況時(shí)，完備的批次追溯可以達(dá)到料倉(cāng)級(jí)水平。這一優(yōu)點(diǎn)使得企業(yè)可以在遭受投訴時(shí)快速和低成本地做出應(yīng)對(duì)。

對(duì)于RFID解決方案的需求是網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)的支柱

作為未來(lái)網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)支柱的RFID方案必須滿(mǎn)足大量的實(shí)際需要。其中之一是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定：為了能夠讓RFID在眾多參與方和國(guó)家得到合理的應(yīng)用，建立起有關(guān)帶有數(shù)據(jù)內(nèi)容的標(biāo)簽的配備標(biāo)準(zhǔn)非常有必要。一方面必須給出統(tǒng)一的軟件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)層，在其中所有的參與者都可以?xún)?chǔ)存和相互之間實(shí)現(xiàn)通信。另一方面必須通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)在工件標(biāo)識(shí)上實(shí)現(xiàn)一種產(chǎn)品級(jí)的橫向通信。要做到這一點(diǎn)的前提是，所有參與方始終將信息存放到RFID芯片內(nèi)的相同區(qū)域。由此可以保證，所有的參與者采用同一種“語(yǔ)言”進(jìn)行交流。基本的重要信息包括生產(chǎn)廠(chǎng)商ID，產(chǎn)品ID，產(chǎn)品序號(hào)和生產(chǎn)日期。在現(xiàn)階段應(yīng)用的標(biāo)簽上可為這種電子產(chǎn)品編碼(EPC)提供的碼位在96～480之間。當(dāng)前的加工信息，如工件是否應(yīng)該按照選項(xiàng)A、B或C來(lái)加工，這些都存儲(chǔ)在用戶(hù)存儲(chǔ)器中，典型應(yīng)用容量可達(dá)512bit。電子標(biāo)簽直接安置在部件上，在需要時(shí)隨時(shí)能夠讀取、修改或者刪除。這樣，生產(chǎn)無(wú)需再與中央軟件直接連接就能夠獲取工件的重要信息。

那么如何能夠確保，生產(chǎn)鏈上的各個(gè)組成分部(甚至還包括不同生產(chǎn)企業(yè)的)都使用同一RFID芯片上的同一數(shù)據(jù)呢?為了定義一個(gè)統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通常需要行業(yè)協(xié)會(huì)與業(yè)界一些主要推動(dòng)者合作，以共同擬定一個(gè)參考建議。成功案例包括：移動(dòng)通信行業(yè)協(xié)會(huì)(VDA)和移動(dòng)通信設(shè)備制造廠(chǎng)商之間以及國(guó)際航空運(yùn)輸聯(lián)盟和飛機(jī)制造工業(yè)之間和合作。尤其重要的是，行業(yè)協(xié)會(huì)推薦的背后是市場(chǎng)最大的游戲參與者。否則將會(huì)帶來(lái)不同標(biāo)準(zhǔn)的裝備競(jìng)賽，那只會(huì)導(dǎo)致互相不信任和喪失實(shí)施的動(dòng)力。尤其需要注意的是，在RFID方案中應(yīng)用的芯片和天線(xiàn)的供應(yīng)不應(yīng)只限于少數(shù)幾家。如果整個(gè)行業(yè)固定采用唯一的芯片類(lèi)型或僅與一家芯片生產(chǎn)廠(chǎng)商合作，那可能會(huì)失去更加廉價(jià)或靈活的選擇機(jī)會(huì)。

在高要求環(huán)境下的技術(shù)障礙

在機(jī)器制造業(yè)或儀器裝置制造業(yè)中，常規(guī)RFID方案很快達(dá)到其實(shí)際應(yīng)用的邊界條件。由于在困難的基底材料(如在金屬物件)上安置電子標(biāo)簽的要求很高，因此需要對(duì)RFID標(biāo)簽進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)于一定的應(yīng)用，擁有相應(yīng)的用于金屬、碳和ESD防靜電材料的RFID標(biāo)簽產(chǎn)品系列可供選擇。

金屬或塑料殼體經(jīng)常需進(jìn)行上色、涂漆或噴粉表面處理，以及經(jīng)過(guò)若干不同溫度的高溫干燥處理。在此一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的RFID標(biāo)簽已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足要求。然而也有相應(yīng)的解決方案。適宜的RFID數(shù)據(jù)載體必須在金屬基底上粘貼牢固和可供讀取的數(shù)據(jù)。此時(shí)要達(dá)到的目標(biāo)是數(shù)據(jù)載體能夠有近乎100%的可讀性和能夠達(dá)到1.5～2m的實(shí)際讀數(shù)距離。此外，這類(lèi)標(biāo)簽既不允許給涂漆過(guò)程帶入硅橡膠，也不允許出現(xiàn)干縮，否則標(biāo)簽周邊將露出未涂漆的空白邊框。一般RFID標(biāo)簽指標(biāo)說(shuō)明中要求最高應(yīng)用溫度約為85°C。而在涂漆流水線(xiàn)上和干燥過(guò)程中必須經(jīng)得住成倍與這一限制值的溫度。對(duì)于這些過(guò)程可選用特殊的RFID標(biāo)簽，它們的最高耐溫限度可達(dá)230°C，而且允許多次接連經(jīng)受這一上限溫度。

眾多情況下，RFID標(biāo)簽同時(shí)還可作為銘牌來(lái)使用，所以必須十分堅(jiān)固和耐用，能夠耐受各種氣候和使用環(huán)境條件。為此RFID標(biāo)簽進(jìn)入市場(chǎng)時(shí)都帶有不同的保護(hù)薄殼，這能夠確保機(jī)箱上信息的可靠性和長(zhǎng)期性。

在已加工物件的載體上(如容器、垛板或托盤(pán))通常也借助RFID芯片進(jìn)行標(biāo)記。這種無(wú)縫掌控容器和托盤(pán)的方式是一個(gè)十分重要的組成部分，一方面體現(xiàn)在能夠優(yōu)化加工過(guò)程中裝料和備料方面的高效性，另一方面體現(xiàn)在能夠?qū)λb配的部件在批次級(jí)上進(jìn)行物流分配和自動(dòng)登記入賬。裝設(shè)了RFID標(biāo)簽的容器能夠在生產(chǎn)過(guò)程中完全自動(dòng)化地進(jìn)行登記，無(wú)需采取人工方式。在生產(chǎn)線(xiàn)之前或生產(chǎn)線(xiàn)旁的備料豎井內(nèi)托盤(pán)或塑料外罩借助RFID自動(dòng)登記，并且作為已加工的批次存在系統(tǒng)里。這樣可使得電子組件即使沒(méi)有單個(gè)逐一編碼，仍可在返回或召回行動(dòng)時(shí)至少追溯至批次級(jí)的范圍。借助這一技術(shù)能夠做到在垛板上作為空箱子或作為加工成品以堆棧的方式予以掌控。物品的出入都能夠自動(dòng)地登記入賬。這樣在各個(gè)加工單元處就無(wú)需再配備RFID看板。

在空箱實(shí)際狀況檢查方面的優(yōu)化帶來(lái)一種非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膸?kù)存管理模式，這在實(shí)踐中很多時(shí)候能夠節(jié)省高達(dá)30%的工作庫(kù)存。過(guò)程中必要的一些用于外部合作伙伴的技術(shù)服務(wù)文獻(xiàn)資料或說(shuō)明書(shū)可以通過(guò)所謂NFC銘牌(近場(chǎng)無(wú)線(xiàn)通信)來(lái)控制。這種做法具有如下優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)服務(wù)合作單位既可以從標(biāo)簽上也可以通過(guò)生產(chǎn)商的因特網(wǎng)平臺(tái)，借助自己的智能手機(jī)訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)或向標(biāo)簽上存入新的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。這樣便可能建立一個(gè)無(wú)縫歷史記錄，既可在工件上又可在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，完全不需要額外的RFID讀取裝置處在外圍區(qū)域。

RFID標(biāo)簽的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前市場(chǎng)上提供的RFID標(biāo)簽具有足夠大的帶寬。通過(guò)合適的咨詢(xún)和客戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)的過(guò)程分析之后，每個(gè)企業(yè)都能選擇適合自己的產(chǎn)品，為其生產(chǎn)的儀器裝置安設(shè)一個(gè)RFID主標(biāo)簽。在過(guò)程鏈中由此帶來(lái)了諸多優(yōu)點(diǎn)：除了實(shí)現(xiàn)靈活生產(chǎn)外，在各個(gè)不同的加工單元上還能夠?qū)崿F(xiàn)智能化流程控制和自動(dòng)采集裝配通道中各個(gè)單元的信息。同樣，這個(gè)標(biāo)簽還能進(jìn)行一些功能擴(kuò)展，并應(yīng)用在最終檢驗(yàn)處、物品出口處和物流鏈中，以及銷(xiāo)售商或技術(shù)服務(wù)單位等各個(gè)環(huán)節(jié)。

技術(shù)現(xiàn)狀表明，從最初的抽象概念形成到最終在工業(yè)企業(yè)得到實(shí)際應(yīng)用往往需要大約兩年的時(shí)間。在網(wǎng)絡(luò)化水平很高的行業(yè)(如機(jī)器制造業(yè))確立有關(guān)RFID芯片數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和最小數(shù)據(jù)量的標(biāo)準(zhǔn)，并且得到各有關(guān)方的認(rèn)可需要5年以上的時(shí)間。然而在初始階段通常會(huì)出現(xiàn)孤島方案：一些企業(yè)通過(guò)應(yīng)用RFID標(biāo)簽即使在沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)化的情況下也能取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益。這主要只涉及到一些較大的中大型工業(yè)領(lǐng)域，在這些領(lǐng)域新技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的節(jié)奏通常更快。

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