淺談物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)之射頻識別

唐順利 陳海/文

21 世紀(jì)以來，中國物流業(yè)出現(xiàn)了井噴式發(fā)展，物流企業(yè)從少到多，從分散到集中，企業(yè)的規(guī)模也日益壯大。從中國物流與采購聯(lián)合會發(fā)布的數(shù)據(jù)來看，上榜公司的經(jīng)營收入從最早的2.6 億元到2021年的40.6億增長了15倍之多。但迅速發(fā)展的同時(shí)，也不可避免的會面臨一些諸如物流總費(fèi)用與GDP 的比值過高，物流運(yùn)行效率不高，基礎(chǔ)設(shè)施不完善，運(yùn)輸環(huán)節(jié)銜接不順暢等問題。而通過將各類傳感裝置、RFID 技術(shù)、全球定位系統(tǒng)等信息傳感設(shè)備與Internet 結(jié)合，實(shí)現(xiàn)物品互聯(lián)互通的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可對物流系統(tǒng)實(shí)時(shí)分析、精準(zhǔn)執(zhí)行，有效提升資源利用率以及物流效率，為我國物流行業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展提供有力支撐。

物聯(lián)網(wǎng)的概念于1999 年提出，是把實(shí)物通過移動互聯(lián)網(wǎng)連接到一起。物聯(lián)網(wǎng)主要由三部分組成：一是數(shù)據(jù)收集，相當(dāng)于人體的皮膚和五官，它利用RFID、傳感器、GPS、一維條碼、二維碼等技術(shù)獲取物體的信息；二是數(shù)據(jù)處理，就好比人體的神經(jīng)和大腦，利用移動通信與互聯(lián)網(wǎng)將經(jīng)過處理的信息準(zhǔn)確無誤地傳送出去；三是數(shù)據(jù)應(yīng)用，相當(dāng)于人的社會分工，與當(dāng)前的行業(yè)需求相結(jié)合，將收集到的信息進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)對標(biāo)識物的識別、定位、跟蹤和管理。

RFID 是利用射頻自動識別標(biāo)識物標(biāo)簽信號，并讀取標(biāo)簽內(nèi)部數(shù)據(jù)，是一種非接觸的自動識別技術(shù)。RFID 的工作原理與條碼技術(shù)大同小異，就像條碼系統(tǒng)需要合適的光學(xué)讀寫器和產(chǎn)品上的專用標(biāo)簽一樣，RFID 通過讀寫裝置來識讀產(chǎn)品上附加的專用標(biāo)簽或卡片，從而達(dá)到追蹤產(chǎn)品的目的。另外與條碼技術(shù)不同的是RFID 是利用電磁波信號讀取數(shù)據(jù)，并不需要光源，隔著外包裝也能識別距離超過30 米之外的物體。RFID 還具備資產(chǎn)追蹤、安全監(jiān)控、防偽性等其它優(yōu)勢。

RFID 系統(tǒng)基本由三部分組成。首先是安裝在識別對象上內(nèi)含目標(biāo)商品的相關(guān)信息的RFID 標(biāo)簽，其次是識別RFID 標(biāo)簽的閱讀器，第三是連接閱讀器與數(shù)據(jù)庫的后端系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫中包含了提前寫入每個(gè)RFID標(biāo)簽的附加信息，如價(jià)格、批號等。

RFID 標(biāo)簽由標(biāo)簽應(yīng)答器、標(biāo)簽閱讀器、天線和接口幾個(gè)組件組成。每個(gè)RFID 電子標(biāo)簽通過內(nèi)部的全球唯一電子編碼對目標(biāo)對象進(jìn)行標(biāo)識。詢問器是一種安裝了收發(fā)器和解碼器的天線，能夠讀寫數(shù)據(jù)，并發(fā)出激活RFID 標(biāo)簽的信號。讀卡器發(fā)出的激活信號會在裝有RFID 標(biāo)簽經(jīng)過電磁區(qū)時(shí)被檢測到，之后會對RFID 標(biāo)簽中數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)和解碼并傳送給主機(jī)。主機(jī)通過應(yīng)用軟件先對接收到信號進(jìn)行驗(yàn)證，之后發(fā)布相應(yīng)的預(yù)設(shè)指令采集目標(biāo)貨物信息、對貨物進(jìn)行處理及遠(yuǎn)程傳送等。

RFID 標(biāo)簽可分為三類：被動型、半被動型(也叫半主動型)和主動型。被動型標(biāo)簽內(nèi)部沒有電源，當(dāng)標(biāo)簽接收到讀寫器發(fā)送的電磁波達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，立即激活發(fā)出數(shù)據(jù)信號。數(shù)據(jù)信號既包括了全球唯一標(biāo)識的ID 號，也包括了提前寫進(jìn)標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)。主動型與被動型標(biāo)簽相反，主動型標(biāo)簽自身攜帶電源，標(biāo)簽利用內(nèi)部電源提供的能量向外發(fā)送數(shù)據(jù)。半被動型，其內(nèi)部也攜帶電源，但電源只用于RFID 標(biāo)簽內(nèi)部電路使用，而數(shù)據(jù)信號只有在被讀寫器發(fā)出的電磁波激活后才會從外部發(fā)送，半被動型相比與被動型標(biāo)簽，需要更小的電磁波信號即可激活，價(jià)格也更高些。

RFID 根據(jù)使用頻率的不同大致可劃分為三類：低頻(LF)RFID、高頻(HF)RFID、超高頻(UHF)RFID 和微波RFID。

低頻感應(yīng)器的工作頻率范圍是從125kHz 到135kHz，波長在2500m左右，而高頻是13.56MHz，這個(gè)頻率的波長約為22m。超高頻一般工作頻率大于400MHz。低頻和高頻感應(yīng)器的主要特點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸慢，存儲少效率低，僅能在短時(shí)間內(nèi)對電子標(biāo)簽進(jìn)行一對一的讀取，且讀取距離小、安全保密性差、破解起來比較容易；UHF 傳感器主要特點(diǎn)：數(shù)據(jù)存儲時(shí)間長、傳輸速度快，讀取數(shù)據(jù)能達(dá)到170張/秒，安全保密性強(qiáng)，不易被破解，適用于多標(biāo)簽、單次批量同時(shí)讀取。

RFID在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

雖然RFID 已發(fā)明有半個(gè)多世紀(jì)，近幾年，隨著技術(shù)的進(jìn)步，RFID 標(biāo)簽的成本降低，這項(xiàng)技術(shù)才被廣泛采用。如供應(yīng)鏈管理、新零售、高端設(shè)備制造、防偽、智能圖書館等?；ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，RFID必將為個(gè)人生活和各個(gè)行業(yè)帶來巨變。

企業(yè)可以通過物聯(lián)網(wǎng)對每一件產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管，并對其物流架構(gòu)進(jìn)行管理。可對供應(yīng)鏈的流通和共享信息進(jìn)行監(jiān)管，對生產(chǎn)的每一道工序、每一次預(yù)報(bào)信息都進(jìn)行分析還可以采取補(bǔ)救措施或提前預(yù)警，通過對其產(chǎn)品當(dāng)前程序信息的預(yù)測，對未來走勢或意外事件的發(fā)生概率進(jìn)行估計(jì)。這對企業(yè)應(yīng)對市場風(fēng)險(xiǎn)的能力有很大的提升。

物聯(lián)網(wǎng)能影響整個(gè)供應(yīng)鏈。首先，優(yōu)化供應(yīng)鏈的管理；其次，提升資源有效利用率；第三，實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)供應(yīng)鏈，讓供應(yīng)鏈的信息更加透明，從而達(dá)到更好的靈活管理和充分整合資源的目的。如果能將供應(yīng)鏈的生產(chǎn)環(huán)節(jié)、倉庫環(huán)節(jié)、運(yùn)輸環(huán)節(jié)、銷售環(huán)節(jié)等整個(gè)鏈條實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)，企業(yè)對各類市場突發(fā)狀況作出迅速的反應(yīng)，增強(qiáng)供應(yīng)鏈的應(yīng)變能力。

RFID在制造業(yè)中的應(yīng)用

混流制造是指企業(yè)在某一段時(shí)間內(nèi)，在保證品種、產(chǎn)量、工時(shí)、設(shè)備負(fù)荷等平衡的前提下，科學(xué)地將工藝流程、生產(chǎn)作業(yè)方法基本相同產(chǎn)品，按比例、有節(jié)奏的混合連續(xù)流水生產(chǎn)?；旌狭魉€生產(chǎn)模式可以很好地滿足個(gè)性化的生產(chǎn)需要，隨著用戶個(gè)性化的需求不斷增加，選配個(gè)性產(chǎn)品在制造企業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)中將逐步成為一種趨勢。將RFID 標(biāo)記裝入復(fù)雜的部件和托盤，標(biāo)簽閱讀裝置安裝在加工裝置和線體上，達(dá)到產(chǎn)品和管理系統(tǒng)智能通訊的目的，能有效解決因加工流程管理混亂而造成的數(shù)據(jù)采集不及時(shí)等問題。通過及時(shí)收集產(chǎn)品和生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)能最大程度保證MES 能夠及時(shí)地對各工作站進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度，使各工作站在不同時(shí)期都能保證最大操作量，減少空閑時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。

某汽車制造公司，為了在一條生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)6種以上的缸體混流生產(chǎn)，在缸體加工生產(chǎn)線上安裝了RFID 標(biāo)簽，電子標(biāo)簽?zāi)苡行Й@取產(chǎn)線質(zhì)量和工藝數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)智能加工降低生產(chǎn)成本。某家電生產(chǎn)企業(yè)將RFID 標(biāo)簽裝配到工廠的柔性流水線上、工序、工板等，實(shí)現(xiàn)對家電安裝過程數(shù)據(jù)的自動采集替代人工掃碼，數(shù)據(jù)采集率提升到99%的同時(shí)大大降低了成本，節(jié)約了時(shí)間，MES 數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度也提升到了90%。

在智能物流中的應(yīng)用

利用RFID 技術(shù)可根據(jù)工廠不同車間材料供應(yīng)需求，實(shí)現(xiàn)工廠供應(yīng)商的車輛預(yù)約、排隊(duì)、身份識別、智能調(diào)配工廠卸貨資源。這與乘車預(yù)約系統(tǒng)類似，供貨商先通過網(wǎng)絡(luò)預(yù)約系統(tǒng)預(yù)約排隊(duì)(購票)，到廠(站)后到預(yù)約卸貨位按指示牌卸貨(等車、上車)，才能到達(dá)預(yù)約卸貨地點(diǎn)。

某家電生產(chǎn)企業(yè)通過在廠區(qū)部署實(shí)施供應(yīng)鏈車輛引導(dǎo)與卸貨管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了物料動態(tài)供應(yīng)。通過RFID 系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測整個(gè)廠區(qū)的物流資源，實(shí)現(xiàn)車輛進(jìn)廠時(shí)間、卸載資源安排指引、時(shí)間控制，提高廠區(qū)物流資源利用率30%以上，送貨精確度提高15%以上。

RFID 在各行各業(yè)中已得到了廣泛應(yīng)用，隨著RFID 技術(shù)的發(fā)展，各大行業(yè)正積極探索創(chuàng)新性利用該技術(shù)來提高企業(yè)的市場競爭力。RFID 將大有可為，未來必將以更低的成本創(chuàng)造更大的價(jià)值