《智能制造概论》课件 （第四讲：智能制造的核心技术之-射频识别技术）

5、射频识别技术一、射频识别技术定义及特点1．射频识别技术的定义射频识别（RadioFrequencyIdentification，RFID）技术，是一种可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据的通信技术，它的基本原理是利用射频信号和空间耦合或雷达反射的传输特性，从一个贴在商品或者物品上的电子标签或者RFID标签中读取数据，从而实现对商品或者物品的自动识别。又称电子标签，无线射频识别，感应式电子晶片，近接卡、感应卡、非接触卡、电子条码。RFID已经逐步发展成为独立跨学科的专业领域。RFID将大量的来自完全不同的专业领域的技术（例如，高频技术、电磁兼容技术、半导体技术、数据保护和密码学技术、电信技术、制造技术等）综合起来。近十多年来，RFID得到了快速发展，逐步被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多的溯源和防伪应用领域。而随着技术进步，基于RFID射频识别技术产品的种类将越来越丰富，应用也将越来越广泛，可预计，在今后的几年中，RFID射频识别技术将持续保持高速发展的势头。二、RFID系统构架典型的RFID系统主要由阅读器、电子标签、RFID中间件和应用系统软件4部分构成，一般我们把中间件和应用软件统称为应用系统。从功能实现的角度观察，可将RFID系统分成边沿系统和软件系统两大部分，

边沿系统主要是完成信息感知，属于硬件组件部分；软件系统完成信息的处理和应用；通信设施负责整个RFID系统的信息传递。RFID系统架构RFID射频技术原理电子标签电子标签（ElectronicTag）也称也称应答器或智能标签（SmartLabel），是一个微型的无线收发装置，主要由内置天线和芯片组成。

读写器读写器是一个捕捉和处理RFID标签数据的设备，它可以是单独的个体，也可以嵌入到其他系统之中。读写器也是构成RFID系统的重要部件之一，由于它能够将数据写到RFID标签中，因此称为读写器。读写器的硬件部分通常由收发机、微处理器、存储器、外部传感器/执行器，报警器的输入/输出接口、通信接口及电源等部件组成。三、RFID特点

射频识别系统最重要的优点是非接触识别，它能穿透雪、雾、冰、涂料、尘垢和条形码无法使用的恶劣环境阅读标签，并且阅读速度极快，大多数情况下不到100毫秒。有源式射频识别系统的速写能力也是重要的优点。可用于流程跟踪和维修跟踪等交互式业务。

（1）快速扫描。RFID辨识器可同时辨识读取数个RFID标签。

（2）体积小型化、形状多样化。RFID在读取上并不受尺寸大小与形状限制，不需为了读取精确度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质。此外，RFID标签更可往小型化与多样形态发展，以应用于不同产品。

（3）抗污染能力和耐久性。传统条形码的载体是纸张，因此容易受到污染，但RFID对水、油和化学药品等物质具有很强抵抗性。此外，由于条形码是附于塑料袋或外包装纸箱上，所以特别容易受到折损；RFID卷标是将数据存在芯片中，因此可以免受污损。

（4）可重复使用。现今的条形码印刷上去之后就无法更改，RFID标签则可以重复地新增、修改、删除RFID卷标内储存的数据，方便信息的更新。

（5）穿透性和无屏障阅读。在被覆盖的情况下，RFID能够穿透纸张、木材和塑料等非金属或非透明的材质，并能够进行穿透性通信。而条形码扫描机必须在近距离而且没有物体阻挡的情况下，才可以辨读条形码。

（6）数据的记忆容量大。一维条形码的容量是50Bytes，二维条形码最大的容量可储存2至3000字符，RFID最大的容量则有数个MB。随着记忆载体的发展，数据容量也有不断扩大的趋势。未来物品所需携带的资料量会越来越大，对卷标所能扩充容量的需求也相应增加。

（7）安全性。由于RFID承载的是电子式信息，其数据内容可经由密码保护，使其内容不易被伪造及变造。三、RFID技术的优缺点1、优点：RFID芯片与RFID读卡器对水、油和化学药品等物质具有很强抵抗性。信息的读取上并不受芯片尺寸大小与形状限制，不需为了读取精确度而配合纸张的固定尺寸和印刷品质，而且，RFID标签正往小型化与多样形态发展，以应用于不同产品。RFID技术识别相比传统智能芯片更精确，识别的距离更灵活。可以做到穿透性和无屏障阅读。RFID芯片标签可以重复地新增、修改、删除内部储存的数据，方便信息的更新。内部数据内容经由密码保护，使其内容不易被伪造及变造。RFID芯片数据容量很大，而且随着技术发展，容量还有增大的趋势。RFID技术的优缺点2、缺点：技术成熟度不够。RFID技术出现时间较短，在技术上还不是非常成熟。由于超高频RFID电子标签具有反向反射性特点，使得其在金属、液体等商品中应用比较困难。成本高。RFID电子标签相对于普通条码标签价格较高，为普通条码标签的几十倍，如果使用量大的话，就会造成成本太高，在很大程度上降低了市场使用RFID技术的积极性。安全性不够强。RFID技术面临的安全性问题主要表现为RFID电子标签信息被非法读取和恶意篡改。技术标准不统一。RFID技术目前还没有形成统一的标准，而且市场上多种标准并存，致使不同企业产品的RFID标签互不兼容，进而在一定程度上造成RFID技术的应用的混乱。

四、

RFID射频技术应用

射频识别技术以其独特的优势，逐渐地被广泛应用于工业自动化、商业自动化和交通运输控制管理等领域。随着大规模集成电路技术的进步以及生产规模的不断扩大，射频识别产品的成本将不断降低，其应用也将越来越广泛。如电子标签、IC卡、智能卡、动物识别系统等，而且RFID技术已普遍应用在食品卫生、物流、零售、制造、服装、医疗、交通、防伪等各个领域，促进我国信息化快速发展。

RFID技术诞生于二战期间，最早被英国皇家空军用于识别自家和盟军的战机。英国为了识别返航的飞机，就在盟军的飞机上装备了一个无线电收发器，进而当控制塔上的探询器向返航的飞机发射一个询问信号后，飞机上的收发器接收到这个信号后，回传一个信号给探询器，探询器根据接收到的回传信号来识别敌我。这是有记录的第一个RFID敌我识别系统，也是第一个RFID的第一次实际应用。四、RFID射频技术应用(1)高速公路收费及智能交通系统高速公路自动收费系统是射频识别技术最成功的应用之一。目前中国的高速公路发展非常快，地区经济发展的先决条件就是有便利的交通条件，而高速公路收费却存在一些问题，一是交通堵塞，在收费站口，许多车辆要停车排队交费，成为交通瓶颈问题;二是少数不法的收费员贪污收取的过路费，使国家蒙受了财政收入损失。REID技术应用在高速公路自动收费上能够充分体现该技术的优势。在车辆高速通过收费站的同时自动完成缴费，解决了交通的瓶颈问题，提高了车行速度，避免了拥堵，提高了收费计算效率，同时可以解决收费员贪污收取的过路费的问题。(2)生产的自动化及过程控制RFID技术因其具有抗恶劣环境能力强、非接触识别等特点，在生产过程控制中有很多应用。通过在大型工厂的自动化流水作业线上使用RFID技术，实现了物料跟踪和生产过程自动控制、监视，提高了生产效率，改进了生产方式，降低了成本：在生产线的自动化及过程控制方面，德国BMW公司为保证汽车在流水线各位置准确地完成装配任务，将RFID系统应用在汽车装配线上。而Motoro1a公司则采用了RFID技术的自动识别工序控制系统，满足了半导体生产对环境的特殊要求，同时提高了生产效率。四、RFID射频技术应用(3)车辆的自动识别以及防盗通过建立采用射频识别技术的自动车号识别系统，能够随时了解车辆的运行情况，不仅实现了车辆的自动跟踪管理，还可以大大减少发生事故的可能性，并且可以通过射频识别技术对车辆的主人进行有效验证，防止车辆偷盗发生，在车辆丢失以后可以有效寻找丢失的车辆。采用射频识别技术可以对道路交通流量进行实时监控、统计、调度，还可以用作车辆闯红灯记录报警，被盗(可疑)车辆报警与跟踪，特殊车辆跟踪，肇事逃逸车辆排查等。据报道，英国计划在汽车上安装射频芯片，行驶超速时将被自动“举报”。(4)电子票证使用电子标签来代替各种“卡”，实现非现金结算，解决了现金交易不方便也不安全以及以往的各种磁卡、IC卡容易损坏等问题。同时电子标签用起来方便、快捷，还可以同时识别几张电子标签，并行收费。射频识别系统，特别是非接触IC卡(电子标签)应用潜力最大的领域之一就是公共交通领域。用电子标签作为电子车票，具有使用方便、可以缩短交易时间、降低运营成本等优势。四、RFID射频技术应用(5)货物跟踪管理及监控射频识别技术为货物的跟踪管理及监控提供了方便、快捷、准确的自动化技术手段。以射频识别技术为核心的集装箱自动识别，成为全球范围内最大的货物跟踪管理应用。将记录有集装箱位置、物品类别、数量等数据的电子标签安装在集装箱上，借助射频识别技术，就可以确定集装箱在货场内的确切位置。系统还可以识别未被允许的集装箱移动，有利于管理和安全。在货物的跟踪、管理及监控方面，澳大利亚和英国的希斯罗机场将射频识别技术应用于旅客行李管理中，大大提高了分拣效率，降低了出错率。在几年前，欧共体就要求从1997年开始生产的新车型必须具有基于射频识别技术的防盗系统。目前我国铁路部门也计划推广行包自动追踪管理系统，但真正应用还要假以时日。(6)仓储、配送等物流环节将射频识别系统用于智能仓库货物管理，可以有效地解决仓库里与货物流动相关的信息的管理，监控货物信息，实时了解库存情况，自动识别货物，确定货物的位置。四、RFID射频技术应用超市商场RFID标签可以粘贴到物品上，在超市出口设置检测装置，正常流程是物品在结账时，收营员扫码过程中，会更改RFID标签内容，解除限制，否则带RFID标签的物品经过超市出口时，检测装置读取到标签内容，判定未结账，就会发出报警信号，实现超市防盗四、RFID射频技术应用(7)邮件、邮包的自动分拣系统射频识别技术已经被成功应用到邮政领域的邮包自动分拣系统中，该系统具有非接触、非视线数据传输的特点，所以包裹传送中可以不考虑包裹的方向性问题。另外，当多个目标同时进入识别区域时，可以同时识别，大大提高了货物分拣能力和处理速度。另外，由于电子标签可以记录包裹的所有特征数据，更有利于提高邮包分拣的准确性。(8)动物跟踪和管理射频识别技术可以用于动物跟踪与管理。将用小玻璃封装的电子标签植于动物皮下，可以标识牲畜，监测动物健康状况等重要信息，为牧场的管理现代化提供了可靠的技术手段。在大型养殖场，可以通过采用射频识别技术建立饲养档案、预防接种档案等，达到高效、自动化管理牲畜的目的，同时为食品安全提供保障。在动物的跟踪及管理方面，许多发达国家采用射频识别技术，通过对牲畜个体识别，保证牲畜大规模疾病爆发期间对感染者的有效跟踪及对未感染者进行隔离控制。四、RFID射频技术应用(9)门禁保安未来的门禁保安系统都可以应用电子标签，一卡可以多用，比如做工作证、出入证、停车证、饭店住宿证甚至旅游护照等。使用电子标签可以有效地识别人员身份，进行安全管理以及高效收费，简化了出入手续，提高了工作效率，并且有效地进行了安全保护。人员出入时该系统会自动识别身份，非法闯入时会有报警。安全级别要求高的地方，还可以结合其他的识别方式，将指纹、掌纹或颜面特征存入电子标签。(10)防伪伪造问题在世界各地都是令人头疼的问题，现在应用的防伪技术如全息防伪等同样会被不法分子伪造。将射频识别技术应用在防伪领域有它自身的技术优势，它具有成本低而又很难伪造的优点。电子标签的成本相对便宜，且芯片的制造需要有昂贵的工厂，使伪造者望而却步。电子标签本身具有内存，可以储存、修改与产品有关的数据，利于进行真伪的鉴别。利用这种技术不用改变现行的数据管理体制，唯一的产品标识号完全可以做到与已用数据库体系兼容。五、射频识别的发展前景标准化：行业标准以及相关产品标准还不统一，电子标签迄今为止全球也还没有正式形成一个统一的(包括各个频段)国际标准。低成本：目前美国一个电子标签最低的价格是20美分左右，这样的价格是无法应用于某些价值较低的单件商品，只有电子标签的单价下降到10美分以下，才可能大规模应用于整箱整包的商品。低差错率：虽然在RFID电子标签的单项技术上已经趋于成熟，但总体上产品技术还不够成熟，还存在较高的差错率(RFID被误读的比率有时高达20％)，在集成应用中也还需要攻克大量的技术难题。高安全性：当前广泛使用的无源RFID系统还没有非常可靠的安全机制，无法对数据进行很好的保密，RFID数据还容易受到攻击，主要是因为RFID芯片本身，以及芯片在读或者写数据的过程中都很容易被黑客所利用。四、RFID射频技术应用(9)门禁保安未来的门禁保安系统都可以应用电子标签，一卡可以多用，比如做工作证、出入证、停车证、饭店住宿证甚至旅游护照等。使用电子标签可以有效地识别人员身份，进行安全管理以及高效收费，简化了出入手续，提高了工作效率，并且有效地进行了安全保护。人员出入时该系统会自动识别身份，非法闯入时会有报警。安全级别要求高的地方，还可以结合其他的识别方式，将指纹、掌纹或颜面特征存入电子标签。(10)防伪伪造问题在世界各地都是令人头疼的问题，现在应用的防伪技术如全息防伪等同样会被不法分子伪造。将射频识别技术应用在防伪领域有它自身的技术优势，它具有成本低而又很难伪造的优点。电子标签的成本相对便宜，且芯片的制造需要有昂贵的工厂，使伪造者望而却步。电子标签本身具有内存，可以储存、修改与产品有关的数据，利于进行真伪的鉴别。利用这种技术不用改变现行的数据管理体制，唯一的产品标识号完全可以做到与已用数据库体系兼容。射频识别技术在智能制造中的应用将RFID技术与制造技术相结合，可有效提升制造效率、制造品质和企业管理水平。在制造过程中，应用RFID技术具有以下优势：实现各种生产数据采集的自动化和实时化，弥补企业计划层与控制层之间的“信息断层”，及时掌握生产计划和生产线生产状态。有效跟踪、管理和控制生产所需资源和在制品，实现生产过程的透明化和可视化管理。加强生产现场物料配送的及时性和准确性，降低装配差错率；加强生产过程质量监控和跟踪能力，提高产品质量和生产线整体生产效率。射频识别技术在智能制造中的应用

借助RFID技术在识别、感知、联网、定位等方面的强大功能，将其应用于复杂零件制造过程管理，可有效提升其制造效率和品质。RFID技术在智能制造中的应用主要有以下几个方面：1.RFID技术的数字化车间RFID在数字化车间中的应用主要包括产品管理、设备智能维护、车间混流制造。采用RFID技术可实现产品与主机之间的信息交互、产品的可视化跟踪管理、元器件寿命定量监控与预测。此外，可通过集成RFID技术的智能传感器在线监测设备关键部位运转情况，并通过网络与后台服务器通信，实现加工设备性能特征的在线监测、运行状态评估与风险预警、设备早期故障诊断与专家支持；可通过工业现场总线网络与MES等系统集成，实现工艺路线、加工装备、加工程序等的智能选择、加工／装配状态可视化跟踪以及生产过程的实时监控。射频识别技术在智能制造中的应用2.基于RFID技术的智能PLM

智能化是机电产品未来发展的重要方向和趋势，产品智能化的关键在于实现其全生命周期信息的快速获取和共享。RFID技术与传感器技术的有效集成能实时、高效地获取产品在加工、装配、服役等阶段的状态信息，同时通过网络传输使生产商及时掌握所生产的产品全生命周期的工况信息，为制造企业后台服务支撑、远程指令下达以及用户的个性化设计改进提供有力的数据支持。目前，这一技术已经在工程机械、智能家电等领域得到成功应用，展现出良好的应用前景。3.基于RFID技术的制造物流智能化

将RFID系统与制造企业自动出入库系统集成，可实现在制品和货品出入库自动化与货品批量识别。另外，RFID技术和GPS技术的集成，可以实现制造企业在制品精确定位，同时通过网络传输，实现物流信息共享与产品全程监控，从而优化企业采购过程。将智能物流系统与企业ERP（企业管理软件）、MES（生产执行系统）系统无缝对接，可以实现快速响应订单并减低产品库存，提升制造企业在制品物流管理的智能化水平。目前，RFID技术已经在车间物流管理、SCM以及物流园管理中得到成功应用，可进一步推广应用到制造企业全物流管理系统中。

将RFID技术应用于智能制造领域，将促进智能制造技术的发展，拓展智能制造的研究领域，加快智能制造领域的技术创新，逐步减少高品质产品制造对专家的依赖性，彻底改变现有生产方式和制造业竞争格局。RFID标签技术

电子标签是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。电子标签上的数据可以加密，存储数据容量大，存储信息容易更改，因而它比条形码的应用范围更广泛，使用起来也更方便。RFID门禁控制

门禁控制器通常是指分体式门禁控制系统，主要用于门禁管理系统的底层控制。通过和计算机的命令、数据通信，使管理者可以随时掌握门和防区的实际情况，便于在紧急情况下迅速作出反应。RFID智能卡

智能卡也叫IC卡，是一个带有微处理器和存储器等微型集成电路芯片的、具有标准规格的卡片。智能卡已应用到银行、电信、交通、社会保险、电子商务等领域，IC电话卡、金融IC卡、社会保险卡和手机中的SIM卡都属于智能卡的范畴。RFID在智能制造中，主要应用于物流系统。物流系统的供应链是一个网络结构，由围绕核心企业的供应商、供应商的供应商和用户、用户的用户组成。供应链上一般有供应商、制造商、销售商以及最终客户4个节点。供应链的网链结构模型RFID技术在各个节点的应用优势1.加强供应商管理，促进原材料的快速周转在原材料供应环节，RFID技术给原材料供应商和制造商提供了一个共享信息的平台。采用RFID技术以后，带有RFID电子标签的原材料包装箱进入射频天线工作区时，电子标签将被激活，标签上的相关数据(如供应商、原材料名称、类型、数量等)都将被自动识别，可以实时地获取供应商及原材料的各种信息。因此，RFID技术可简化原材料的卸货、检验及等待工序，加快原材料的周转速度，提高企业的自动化水平，同时也可以对供应商进行实时控制及考核。射频技术货物出库流程图2.实现准时制(Justintime，JIT)生产，优化采购管理准时制(JustinTime，JIT)生产是指：在所需要的时刻，按所需要的数量生产所需要的产品（或零部件）的生产模式，其目的是加速半成品的流转，将库存的积压减少到最低的限度，从而提高企业的生产效益。在制造环节，制造型企业采用RFID技术实现JIT生产。把RFID技术应用于从生产命令下达至产品完成的整个生产过程，用RFID技术实现自动化流水线操作中对原材料、零部件、半成品和成品的识别与跟踪，进行物料动态管理，并收集生产过程中大量的实时数据，随时根据现场实际变动情况调整整个车间的生产工序节拍，由此减少人工处理的出错率，提高工人的工作效率和企业整体经济效益。另外，采用RFID技术后，可以优化采购管理。生产车间可预先设置物料预警点，企业调度员可以利用便携式数据终端