淺談RFID在產(chǎn)品生命周期管理中的應(yīng)用

張璽

（中國電子科技集團公司第三十三研究所，山西太原030032）

淺談RFID在產(chǎn)品生命周期管理中的應(yīng)用

張璽

（中國電子科技集團公司第三十三研究所，山西太原030032）

介紹了RFID技術(shù)的原理、特點以及RFID在產(chǎn)品生命周期管理中的應(yīng)用，分析了系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)及特點。

RFID；PLM；產(chǎn)品生命周期管理

引言

產(chǎn)品生命周期簡單的說就是指從人們對產(chǎn)品的需求開始到產(chǎn)品淘汰報廢的全部生命歷程；PLM是一種戰(zhàn)略管理方法，覆蓋了從產(chǎn)品誕生到消亡全過程的、開放的、互操作的一整套應(yīng)用方案［1］，貫穿于產(chǎn)品策劃、概念設(shè)計、詳細設(shè)計、生產(chǎn)制造、產(chǎn)品銷售和售后服務(wù)、淘汰報廢的整個產(chǎn)品生命周期。PLM是一種先進的企業(yè)信息化思想，它讓人們思考在激烈的市場競爭中，如何用最有效的方式和手段來為企業(yè)增加收入和降低成本。近年來，隨著社會的進步及信息化的發(fā)展，制造企業(yè)在由“中國制造”向“中國創(chuàng)造”轉(zhuǎn)變過程中，PLM得到了廣泛的應(yīng)用、出現(xiàn)了蓬勃發(fā)展的現(xiàn)象，利用先進的信息化手段對產(chǎn)品生命周期內(nèi)所有與產(chǎn)品相關(guān)的數(shù)據(jù)以及來自產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)、支持的過程信息進行管理，這些數(shù)據(jù)已經(jīng)成為企業(yè)重要的知識資源和生產(chǎn)要素。

RFID（Radio Frequency Identification，射頻識別），是一種通信技術(shù)，誕生于二次世界大戰(zhàn)期間，興起于20世紀(jì)90年代，近年來，RFID技術(shù)使用已非常普及，取得了令人振奮的進展。利用RFID對產(chǎn)品生命周期信息進行閉環(huán)管理，解決產(chǎn)品生命周期內(nèi)所有過程、階段、環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)采集、跟蹤，可實現(xiàn)過程、資源和產(chǎn)品的協(xié)調(diào)，并在適當(dāng)?shù)碾A段做出正確的決策，給企業(yè)帶來多方面的收益。

1　RFID技術(shù)

1.1RFID概述

RFID是一種利用無線射頻識別技術(shù)識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)信息的技術(shù)［2］，利用計算機系統(tǒng)以非接觸、無視覺、高可靠的方式采集、傳遞特定信息，簡單地說，RFID技術(shù)即是射頻標(biāo)簽以無線方式發(fā)送數(shù)據(jù)，通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，能快速、實時、準(zhǔn)確采集與處理信息，在生產(chǎn)制造、交通運輸、物流與供應(yīng)鏈、安全防偽、人員跟蹤與管理等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，該技術(shù)被業(yè)界公認為是本世紀(jì)最有前途的應(yīng)用技術(shù)之一。RFID也被公認為是物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建技術(shù)和核心［2］。

1.2RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

RFID系統(tǒng)通常由電子標(biāo)簽（Tag）、識讀器（Reader/Writer）、天線、計算機應(yīng)用系統(tǒng)（Application System）等四部分構(gòu)成。

1）電子標(biāo)簽。電子標(biāo)簽是射頻識別系統(tǒng)的真正載體［3］，由帶存儲的標(biāo)簽芯片和天線組成，芯片用于存儲物品包含的信息；天線用于和識讀器天線間進行無線通信，把芯片內(nèi)數(shù)據(jù)經(jīng)識讀器天線傳送給識讀器處理。電子標(biāo)簽可分有源和無源兩種。

2）識讀器。識讀器可通過識讀器的天線非接觸地采集電子信息，讀取并識別標(biāo)簽中所存儲的電子信息，從而達到自動識別物體的目的。

3）天線。天線是指在標(biāo)簽和識讀器間發(fā)射電磁波，給標(biāo)簽提供微量能量，并負責(zé)接收來自標(biāo)簽發(fā)出的射頻信號。

4）計算機應(yīng)用系統(tǒng)。應(yīng)用系統(tǒng)是RFID系統(tǒng)框架中重要的一環(huán)，計算機應(yīng)用系統(tǒng)是接收由識讀器傳送過來的信息，并對數(shù)據(jù)做相應(yīng)的處理。

1.3RFID工作原理

RFID技術(shù)是一種無接觸自動識別技術(shù)，其基本原理是利用射頻信號及其空間耦合、傳輸特性，實現(xiàn)對靜止的或移動中的待識別物品的自動機器識別。RFID技術(shù)的工作原理是（如圖1所示）：識讀器與標(biāo)簽通過無線建立雙方通信通道，識讀器通過識讀器天線發(fā)出射頻信號，當(dāng)電子標(biāo)簽通過由識讀器產(chǎn)生的射頻區(qū)域時，識讀器發(fā)出詢問信號并向電子標(biāo)簽提供電磁能量，標(biāo)簽憑借感應(yīng)電流所獲得的能量以射頻信號的形式將芯片中的信息發(fā)送給識讀器，識讀器接收電子標(biāo)簽的信息，接受完畢后送至計算機應(yīng)用系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理。

圖1　RFID技術(shù)的工作原理圖

1.4RFID技術(shù)特點

RFID技術(shù)最大的特點是以無線方式通信、非接觸高速識別，易于識別，易于操控，適合用于自動化控制的靈活性應(yīng)用技術(shù)，識別無須人工干預(yù)，具有高速移動物體識別、多目標(biāo)識別等特點；適應(yīng)環(huán)境能力強，可工作在惡劣環(huán)境下，可以替代條碼。還具有讀取方便、識別速度快、數(shù)據(jù)容量大，可反復(fù)讀寫、使用壽命長、應(yīng)用范圍廣、標(biāo)簽數(shù)據(jù)可動態(tài)更改、更好的安全性等特點。

2　RFID在產(chǎn)品生命周期管理中的應(yīng)用

隨著RFID、無線傳感網(wǎng)絡(luò)、智能嵌入等技術(shù)的發(fā)展和逐步應(yīng)用，產(chǎn)品制造行業(yè)也積極推出了相關(guān)研究計劃以提高企業(yè)核心競爭力，并為顧客提供更好的產(chǎn)品和服務(wù)，RFID在產(chǎn)品生命周期管理中的應(yīng)用也由此產(chǎn)生。

2.1系統(tǒng)設(shè)計理念

目前，制造企業(yè)現(xiàn)有的CAX、ERP、PDM、SCM、CRM、eBusiness等系統(tǒng)主要是針對產(chǎn)品生命周期中某些階段的解決方案，難以支撐企業(yè)作為一個整體來獲得更高的效率、取得更多的創(chuàng)新以及滿足客戶的特殊需求，而PLM就是將這些單獨的系統(tǒng)結(jié)合到一起的企業(yè)信息化策略。PLM覆蓋產(chǎn)品生命周期的所有階段的數(shù)據(jù)和信息，為獲取、采集到各個階段的數(shù)據(jù)，利用RFID技術(shù)只要有明確的數(shù)據(jù)追蹤范圍和深度、精度的要求，就可以產(chǎn)品進行數(shù)據(jù)追蹤。例如在生產(chǎn)制造階段裝配過程中，在所使用的原材料和工具方面之多個必不可少的數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)和節(jié)點，就可以對每個工單、每個序列號的產(chǎn)品進行數(shù)據(jù)追蹤。

總體設(shè)計需設(shè)計適應(yīng)產(chǎn)品生產(chǎn)制造、使用維護、售后服務(wù)等過程的RFID應(yīng)用方法與相關(guān)技術(shù)，滿足各階段智能化、精益化以及產(chǎn)品全生命周期跟蹤的需求，通過RFID硬件和各種應(yīng)用系統(tǒng)整合在一起，實現(xiàn)RFID與PLM集成應(yīng)用，利用信息化技術(shù)提高管理水平，實現(xiàn)產(chǎn)品生命周期智能測控，數(shù)據(jù)交換和共享。

2.2系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)及特點

2.2.1系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)

一般來說，產(chǎn)品的生命周期可以分為Begin of Life（BOL，生命周期開始），Middle of Life（MOL，生命周期中）和End of Life（EOL，生命周期結(jié)束）這三個階段，BOL是產(chǎn)品的設(shè)計和生產(chǎn)階段，這個階段主要是在產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)進行需求分析、概念設(shè)計、詳細設(shè)計、生產(chǎn)制造，這一階段的數(shù)據(jù)為產(chǎn)品的設(shè)計參數(shù)、生產(chǎn)過程、控制過程數(shù)據(jù)；MOL主要是使用/維護階段，包含運輸、物流、客戶使用、維護/維修等；最后，EOL是報廢/回收，包括產(chǎn)品報廢、再使用和處置等。

產(chǎn)品生命周期都會經(jīng)過上面三個階段，在傳統(tǒng)的管理中，由于技術(shù)手段的原因，許多產(chǎn)品的管理僅僅停留在BOL階段，即產(chǎn)品生產(chǎn)出來后交付給消費者后數(shù)據(jù)停止，難以跟蹤，MOL、EOL階段是無法進行的。但是隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、RFID、GPS、GIS、無線傳輸?shù)燃夹g(shù)的發(fā)展，使產(chǎn)品生命周期數(shù)據(jù)管理發(fā)生了變化，由于這些技術(shù)的實現(xiàn)，產(chǎn)品生命周期監(jiān)測和產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)的跟蹤可以實現(xiàn)，換言之，可以實現(xiàn)產(chǎn)品生命周期的數(shù)字化，監(jiān)視必要的數(shù)據(jù)、集中共享、存儲，跟蹤和利用，打破了傳統(tǒng)的信息孤島，使得企業(yè)效率、利益能得到最大化。

當(dāng)前，產(chǎn)品生命周期管理常常使用傳統(tǒng)的人工管理手段和方法，產(chǎn)品數(shù)據(jù)的采集和錄入都是手工操作，效率非常低下、出錯率高，且獲取的產(chǎn)品相關(guān)信息與計算機系統(tǒng)信息很難實時同步。RFID技術(shù)作為現(xiàn)實中的“物”與計算機應(yīng)用系統(tǒng)的橋梁，RFID技術(shù)進入PLM，可將產(chǎn)品生命周期管理活動與各系統(tǒng)有效地整合在一起，從而使產(chǎn)品信息與應(yīng)用系統(tǒng)信息一致。通過RFID技術(shù)實現(xiàn)動態(tài)、實時的產(chǎn)品數(shù)據(jù)采集，替換傳統(tǒng)管理方式的人工數(shù)據(jù)采集，更好地與應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結(jié)合，實現(xiàn)RFID技術(shù)在產(chǎn)品生命周期管理中的應(yīng)用。RFID技術(shù)在產(chǎn)品生命周期管理中應(yīng)用的系統(tǒng)框架如下頁圖2所示：

圖2　RFID技術(shù)在產(chǎn)品生命周期管理中應(yīng)用的框架

將RFID技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品生命周期管理，構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)品生命周期管理公共服務(wù)平臺，其生命周期管理中的應(yīng)用流程是：每個產(chǎn)品在從原材料到零部件設(shè)計時都打上電子標(biāo)簽，各應(yīng)用系統(tǒng)通過識讀器給這個產(chǎn)品分配寫入唯一的識別代碼及其他信息，并將信息數(shù)據(jù)寫到公共服務(wù)平臺數(shù)據(jù)庫中。制造完畢后物流、銷售、使用、維護等各環(huán)節(jié)都可以通過識讀器讀寫標(biāo)簽。因為識別碼是唯一的，RFID標(biāo)簽就代表該產(chǎn)品的唯一性，借助RFID標(biāo)簽，可實現(xiàn)產(chǎn)品從設(shè)計、制造、物流、銷售、使用、報廢等環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)獲取、監(jiān)控管理與跟蹤，這必將打破現(xiàn)有傳統(tǒng)的模式。

1）在BOL階段，使用RFID技術(shù)可以根據(jù)MOL和EOL階段獲取到的反饋數(shù)據(jù)，改進現(xiàn)有的產(chǎn)品或設(shè)計新產(chǎn)品，提高產(chǎn)品的質(zhì)量或取得創(chuàng)新；可以獲取產(chǎn)品生產(chǎn)過程中產(chǎn)品、機械和設(shè)備之間的實時狀態(tài)信息，根據(jù)所獲取的信息分析，可以實現(xiàn)實時的生產(chǎn)計劃和調(diào)度；可以達到高效倉庫/庫存管理，一目了然地查明倉庫和產(chǎn)品供應(yīng)情況，不用直接檢查庫存情況，保持最佳的庫存水平，效率得到顯著改善。

2）在MOL階段，獲取產(chǎn)品物流路徑、時間、使用條件、使用情況、維修記錄等，特別是RFID技術(shù)在供應(yīng)鏈上的跟蹤和狀態(tài)，可以達到高效的供應(yīng)鏈管理，實現(xiàn)供應(yīng)鏈管理的優(yōu)化，以快速響應(yīng)客戶需求。

3）在EOL階段，產(chǎn)品在EOL中已失去了價值，對于產(chǎn)品的回收是環(huán)境問題的關(guān)注，也是企業(yè)的社會責(zé)任，可以通過對產(chǎn)品或部件的數(shù)據(jù)決定怎樣處理產(chǎn)品。

2.2.2應(yīng)用特點

1）RFID具有良好加密技術(shù)，數(shù)據(jù)安全性高；芯片內(nèi)存讀寫空間大；數(shù)據(jù)讀取速度快，準(zhǔn)確性、完整性、可靠性高；標(biāo)簽可多次讀寫修改。

2）RFID的防干擾沖突、編碼、發(fā)射頻段、標(biāo)簽控制和隱私保護等關(guān)鍵技術(shù)方面更適合大規(guī)模應(yīng)用，且功耗、成本低，在性能價格具有高優(yōu)勢。

3）構(gòu)建RFID數(shù)字化服務(wù)平臺，為采集、組織數(shù)據(jù)信息和內(nèi)容服務(wù)，數(shù)據(jù)和內(nèi)容可快速、方便讀取、授權(quán)修改和多次使用，數(shù)據(jù)可在不同平臺間交換、傳遞，使數(shù)據(jù)信息價值和傳遞效果最大化。

3　結(jié)語

將RFID技術(shù)應(yīng)用在PLM中，這僅僅是物聯(lián)網(wǎng)與PLM相互交叉應(yīng)用的一個起點，雖然離廣泛使用還存在著一些問題，但RFID技術(shù)深入到產(chǎn)品生命周期管理的各個環(huán)節(jié)中，由于能準(zhǔn)確采集相關(guān)數(shù)據(jù)，不僅能提高整個管理過程的效率，實現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)追蹤和監(jiān)控，而且根據(jù)數(shù)據(jù)分析還能幫助企業(yè)做出判斷、決策，提高產(chǎn)品質(zhì)量，滿足對產(chǎn)品生命周期管理數(shù)據(jù)的需求，相信隨著RFID技術(shù)的不斷發(fā)展和普及，在現(xiàn)今激烈的競爭中，RFID技術(shù)必將對產(chǎn)品生命周期管理產(chǎn)生積極的影響。

［1］朱戰(zhàn)備，韓孝君，劉軍.產(chǎn)品生命周期管理-PLM的理論與實務(wù)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2004.

［2］張福生.物聯(lián)網(wǎng):開啟全新生活的智能時代［M］.太原:山西人民出版社，2010.

（編輯：王紅霖）

Application of REID in Production Life Cycle Management

Zhang Xi
（The 33rd Institute of China Electronics Technology Group Corporation，Taiyuan Shanxi 030032）

This paper introduces the principle of RFID technology，characteristics and the application of RFID in the product life cycle management，analyzes the structure and characteristics of the system framework.

RFID；PLM；production life cycle management

TB114；TP391.44

A

2095-0748（2016）13-0100-03

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.13.39

2016-05-15

張璽（1982—），男，貴州普安人，畢業(yè)于西安理工大學(xué)，工程師，主要從事信息化工作。