RFID技术和二维码实现柔性生产

    一、二维码的介绍

    1、二维码定义

    二维码 （2-dimensional bar code） 是用某种特定的几何图形按一定规律在平面（二维方向上）分布的黑白相间的图形记录数据符号信息的；在代码编制上巧妙地利用构成计算机内部逻辑基础的“0”、“1”比特流的概念，使用若干个与二进制相对应的几何形体来表示文字数值信息，通过图象输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理： 二维条码/二维码能够在横向和纵向两个方位同时表达信息，因此能在很小的面积内表达大量的信息。

    它具有条码技术的一些共性：每种码制有其特定的字符集；每个字符占有一定的宽度；具有一定的校验功能等。同时还具有对不同行的信息自动识别功能、及处理图形旋转变化等特点。二维条码具有储存量大、保密性高、追踪性高、抗损性强、备援性大、成本便宜等特性，这些特性特别适用于表单、安全保密、追踪、证照、存货盘点、资料备援等方面。

    2、二维码的特点和特征：

    1）高密度编码，信息容量大：

    可容纳多达1850个大写字母或2710个数字或1108个字节，或500多个汉字，比普通条码信息容量约高几十倍。

    2）编码范围广：

    该条码可以把图片、声音、文字、签字、指纹等可以数字化的信息进行编码，用条码表示出来；可以表示多种语言文字；可表示图像数据。

    3）容错能力强，具有纠错功能：

    这使得二维条码因穿孔、污损等引起局部损坏时，照样可以正确得到识读，损毁面积达50%仍可恢复信息。

    4）译码可靠性高：

    它比普通条码译码错误率百万分之二要低得多，误码率不超过千万分之一。

    5）可引入加密措施：

    保密性、防伪性好。

    6）成本低，易制作，持久耐用。

    二、二维码是实现柔性生产的关键技术

    柔性生产线是把多台可以调整的机床（多为专用机床）联结起来，配以自动运送装置组成的生产线。它依靠计算机管理，并将多种生产模式结合，从而能够减少生产成本做到物尽其用。

    柔性生产线的发展趋势大致有两个方面。

    一方面是与计算机辅助设计和辅助制造系统相结合，利用原有产品系列的典型工艺资料，组合设计不同模块，构成各种不同形式的具有物料流和信息流的模块化柔性系统。

    另一方面是实现从产品决策、产品设计、生产到销售的整个生产过程自动化，特别是管理层次自动化的计算机集成制造系统。在这个大系统中，柔性生产线只是它的一个组成部分。

    柔性生产线是一种技术复杂、高度自动化的系统，它将微电子学、计算机和系统工程等技术有机地结合起来，理想和圆满地解决了机械制造高自动化与高柔性化之间的矛盾。为了控制如此复杂的系统，在每个生产步骤中必须识别每个产品。出于效率原因，识别必须自动地执行。为了达到这个目的，电子生产车间首先依赖于光学读码系统。每个部件，包括半成品和成品，都被赋予一个独特的不重复的编码。通过网络服务器，功能强大的数据库能实时地给每个单独的工作站提供所需要的信息。除了实际的生产信息，例如产品的部件列表等，该数据还包括扩展的测试规格及质量数据参考值。编码数据被喷墨打印机打印在不干胶标签，贴在物品表面或通过激光打标设备直接刻印在物品表面。在收货部门，每个从供应商处提供的部件都被分配了一个工厂内部独特的编码。采用内部编码方式更简便，同时可更方便地达成目标。

    相比于惯用的一维条码方案，该规则采用了二维码（Data Matrix）方式。二维码具有更高的数据密度、更强的容错能力及更小的打印面积。举例而言，对的模块如连接件及电路板，都可实现打码。另一个优势是，由于二维码比同数据量的一维码的面积明显更小，通过激光打码实现的速度可以更快。因此，每个产品的打标时间可以降低到2.5秒，这对提高电子产品生产效率意义显着。

    除了应用于实际生产控制，每个产品的大量质量数据也能通过编码收集。对于每个出厂的产品，相关人员都可以获得诸如供应商部件信息、测量结果及更多相关信息。这些索引数据信息对安全部件特别重要，在对产品质疑时能够提供产品无差错证明。另外，数据的收集还有助于优化质量，因为某些错误类型能在生产的早期被检测到。

    三、西门子集团SIMATIC系列部件

    德国安贝格生产基地被誉为西门子集团王冠上的宝石--多年来，工厂内超过1000名的员工生产了为数众多的SIMATIC S7控制器家族的模块。

    生产工程师主要的目标是产品的质量。毕竟，SIMATIC系列部件在全世界范围内被用于工厂内的生产流程控制，设备故障将导致停产及相当可观的损失。同时，安贝格基地必须以的效率运行，以在世界范围内保持竞争力。这在目前SIMATIC为满足不同应用而衍生出大量不同系列产品的情况下变得更为困难。需要完成的任务是：在生产产品数量及品种经常变化的情况下，也能通过一种合理的生产流程安排，达到经济生产的目的。解决方案在于生产流程能完全适应产品的变化。

    近年来，随着二维码的使用日 趋广泛，使用户的各种需求得到了满足。 二维码由二进制点格图 形组成， 激光和针孔标识制作技术在耐久性、制作速度、材料的 独立性方面都非常出色， 例如，金属工件上的二维码即使在经过 多道加工工序后依然能够被读取。 二维码的另外一个优势是在同 样有限的空间内，包含的数据信息要比条码或文本多。

    柔性化生产线中，每一台机器及每个工位都能处理大量不同的产品。前道工序中的电路板组装设备能针对不同类型产品灵活地设定不同步骤。在包装工位，每个单独的产品所包含的附件，比如电缆、说明书、光盘等，被显示于监视器中，并且当它们被移出存储箱时也会被检测。

    四、西门子固定式读码器MV420/MV440

    为了读取编码， 生产厂使用了S I M AT I C MV440/420系列固定式读码系统。SIMATIC系列读码器设计紧凑，使得读码器能安装在狭小的空间，紧靠输送设备。同时具有强大的解码能力，并且集成了多种工业标准数据接口，能和SIMATIC控制器无缝集成的特性使读码器部署简便快速。

    对先进的生产系统，使用机器可识别的标记追踪产品及部件是一项重要的需求。的编码系统确保各部件的每项生产步骤及原料的使用都有序可控。同时，直接打码方式允许对产品批次的追踪，例如产品的责任认定。

    西门子新一代SIMATIC MV420 and MV440固定式一维/二维码读码器是一款高速、高读取可靠性的读码产品，并且有丰富的通讯及连接方式。

    该读码器不仅可读取标准的高对比度条码及二维码，并且可用于环境恶劣的工业应用条件下读取DPM码（Direct Part Marking），即物体表面直接打码（通过激光蚀刻、喷墨、机械打标或化学腐蚀等方式直接标识在物体表面的码）。

    灵活可选的光照方式及紧凑坚固的外型使MV420/MV440能应用于多种工业应用，如汽车、包装、医药、化妆品及电子半导体、食品饮料等行业。

    1、MV440/MV420技术及功能特性如下：

    IP67的高防护等级及防震动、耐冲击适用于各种严酷的工业环境；

    每秒80画面的高速解码，适于高速应用；

    配合外部照明达到3米的远距离可靠解码；

    无需特殊软件，基于网络的各种诊断功能；

    使用SIMATIC WinCC flexible/ WinCC方便地创建客户界面；

    包含以太网、PROFIBUS DP、PROFINET、RS232、数字输入输出等各类工业通讯总线。

    2、SIMATIC MV420/MV440 典型应用

    ◆ 汽车工业中下级供应商与组装厂之间的产品质量追溯

    ◆ 防伪

    –– 医药行业的职责认定

    –– 烟草行业税控

    –– 电子行业的CPU

    ◆ 在包装行业测量交货流程

    ◆ 食品饮料行业用于追踪产品批次

    ◆ 物流配送进行发货追踪

    五、RFID在供应链管理中的应用

    射频识别即RFID技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。它是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。从信息传递的基本原理来说，射频识别技术在低频段基于变压器耦合模型（初级与次级之间的能量传递及信号传递），在高频段基于雷达探测目标的空间耦合模型（雷达发射电磁波信号碰到目标后携带目标信息返回雷达接收机）。1948年哈里斯托克曼发表的“利用反射功率的通信”奠定了射频识别技术的理论基础。

    在普遍使用了光学读码的基础上，RFID（无线射频识别）技术在安贝格工厂日益得到应用。RFID技术应用在循环使用的物品上，如加工件托盘或焊料框等的识别上。使用RFID的优势在于：数据载体（标签）中的值可以按需更新，无线射频芯片能被重复使用，几乎没有次数限制。

    例如，在终模块组装步骤中，部件列表被写入加工件托盘上的RFID标签，在每个组装工位，该数据能被自动读取。终设备编号采用二维码的形式通过激光打标刻印在产品外壳上。

    RFID也被使用在有多种模块可选的焊接设备上。每个生产中需要用到的工装夹具，都被安装了RF300的标签。在夹具装入的过程中，RFID读写器识别工装夹具，将获得的数据与生产程序中的数据做比较，用于避免使用错误的工装夹具。

    特定的RFID数据标签具有耐高温特性和防护等级，这保证了它在高温环境及有清洁剂环境中可靠使用。目前，检测设备只有少量的RFID应用，但类似应用也是质量保证体系重要的组成部分。

    六、RFID技术在电子行业的应用潜力

    RFID技术在电子行业的工厂中还有很大的应用潜力，尤其是供应链的自动化管理，它代表了制造业的先进方向。例如，利用RFID技术赋予工件的身份，可以保证在制造和物流环节清楚地追踪。位于德国莱比锡的西门子电话制造工厂已经利用RFID技术实现了产品的追踪。在制造工艺过程中，电子OEM厂商对收集数据和提供物料可追溯性的需求不断增长，从记录每批单板上的少数关键器件的批次代码信息，到保证完整的物料和工艺可追溯性，如记录每个单板或组件所涉及的所有元器件、化学品、工装夹具等信息。RFID 技术必将发挥越来越重要的作用。