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浅谈RFID在产品生命周期管理中的应用
2017-04-05 17:14:01  作者:张玺   来源:互联网
  •   引言   产品生命周期简单的说就是指从人们对产品的需求开始到产品淘汰报废的全部生命历程;PLM是一种战略管理方法,覆盖了从产品诞生到消亡全过程的、开放的、互操作的一整套应用方案,贯穿于产品策划、概 ...

  引言

  产品生命周期简单的说就是指从人们对产品的需求开始到产品淘汰报废的全部生命历程;PLM是一种战略管理方法,覆盖了从产品诞生到消亡全过程的、开放的、互操作的一整套应用方案,贯穿于产品策划、概念设计、详细设计、生产制造、产品销售和售后服务、淘汰报废的整个产品生命周期。PLM是一种先进的企业信息化思想,它让人们思考在激烈的市场竞争中,如何用最有效的方式和手段来为企业增加收入和降低成本。近年来,随着社会的进步及信息化的发展,制造企业在由“中国制造”向“中国创造”转变过程中,PLM得到了广泛的应用、出现了蓬勃发展的现象,利用先进的信息化手段对产品生命周期内所有与产品相关的数据以及来自产品设计、生产、支持的过程信息进行管理,这些数据已经成为企业重要的知识资源和生产要素。

  RFID(Radio Frequency Identification,射频识别),是一种通信技术,诞生于二次世界大战期间,兴起于20世纪90年代,近年来,RFID技术使用已非常普及,取得了令人振奋的进展。利用RFID对产品生命周期信息进行闭环管理,解决产品生命周期内所有过程、阶段、环节的数据采集、跟踪,可实现过程、资源和产品的协调,并在适当的阶段做出正确的决策,给企业带来多方面的收益。

  1 RFID技术

  1.1 RFID概述

  RFID是一种利用无线射频识别技术识别目标对象并获取相关信息的技术 ,利用计算机系统以非接触、无视觉、高可靠的方式采集、传递特定信息,简单地说,RFID技术即是射频标签以无线方式发送数据,通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,能快速、实时、准确采集与处理信息,在生产制造、交通运输、物流与供应链、安全防伪、人员跟踪与管理等领域有着广泛的应用前景,该技术被业界公认为是本世纪最有前途的应用技术之一。RFID也被公认为是物联网的构建技术和核心 。

  1.2 RFID系统结构

  RFID系统通常由电子标签(Tag)、识读器(Reader/Writer)、天线、计算机应用系统(Application System)等四部分构成。

  1)电子标签。电子标签是射频识别系统的真正载体,由带存储的标签芯片和天线组成,芯片用于存储物品包含的信息;天线用于和识读器天线间进行无线通信,把芯片内数据经识读器天线传送给识读器处理。电子标签可分有源和无源两种。

  2)识读器。识读器可通过识读器的天线非接触地采集电子信息,读取并识别标签中所存储的电子信息,从而达到自动识别物体的目的。

  3)天线。天线是指在标签和识读器问发射电磁波,给标签提供微量能量,并负责接收来自标签发出的射频信号。

  4)计算机应用系统。应用系统是RFID系统框架中重要的一环,计算机应用系统是接收由识读器传送过来的信息,并对数据做相应的处理。

  1.3 RFID工作原理

  RFID技术是一种无接触自动识别技术,其基本原理是利用射频信号及其空间耦合、传输特性,实现对静止的或移动中的待识别物品的自动机器识别。RFID技术的工作原理是(如图1所示):识读器与标签通过无线建立双方通信通道,识读器通过识读器天线发出射频信号,当电子标签通过由识读器产生的射频区域时,识读器发出询问信号并向电子标签提供电磁能量,标签凭借感应电流所获得的能量以射频信号的形式将芯片中的信息发送给识读器,识读器接收电子标签的信息,接受完毕后送至计算机应用系统进行数据处理。

  

RFID技术的工作原理图

  图1 RFID技术的工作原理图

  1.4 RFID技术特点

  RFID技术最大的特点是以无线方式通信、非接触高速识别,易于识别,易于操控,适合用于自动化控制的灵活性应用技术,识别无须人工干预,具有高速移动物体识别、多目标识别等特点;适应环境能力强,可工作在恶劣环境下,可以替代条码。还具有读取方便、识别速度快、数据容量大,可反复读写、使用寿命长、应用范围广、标签数据可动态更改、更好的安全性等特点。

  2 RFID在产品生命周期管理中的应用

  随着RFID、无线传感网络、智能嵌入等技术的发展和逐步应用,产品制造行业也积极推出了相关研究计划以提高企业核心竞争力,并为顾客提供更好的产品和服务,RFID在产品生命周期管理中的应用也由此产生。

  2.1 系统设计理念

  目前,制造企业现有的CAX、ERP、PDM、SCM、CRM、eBusiness等系统主要是针对产品生命周期中某些阶段的解决方案,难以支撑企业作为一个整体来获得更高的效率、取得更多的创新以及满足客户的特殊需求,而PLM就是将这些单独的系统结合到一起的企业信息化策略。PLM覆盖产品生命周期的所有阶段的数据和信息,为获取、采集到各个阶段的数据,利用RFID技术只要有明确的数据追踪范围和深度、精度的要求,就可以产品进行数据追踪。例如在生产制造阶段装配过程中,在所使用的原材料和工具方面之多个必不可少的数据采集环节和节点,就可以对每个工单、每个序列号的产品进行数据追踪。

  总体设计需设计适应产品生产制造、使用维护、售后服务等过程的RFID应用方法与相关技术,满足各阶段智能化、精益化以及产品全生命周期跟踪的需求,通过RFID硬件和各种应用系统整合在一起,实现RFID与PLM集成应用,利用信息化技术提高管理水平,实现产品生命周期智能测控,数据交换和共享。

  2.2 系统框架结构及特点

  2.2.1 系统框架结构

  一般来说,产品的生命周期可以分为Begin of Life(BOL,生命周期开始),Middle of Life(M0L,生命周期中)和End of Life(EOL,生命周期结束)这三个阶段,BOL是产品的设计和生产阶段,这个阶段主要是在产品生产企业进行需求分析、概念设计、详细设计、生产制造,这一阶段的数据为产品的设计参数、生产过程、控制过程数据;MOL主要是使用/维护阶段,包含运输、物流、客户使用、维护/维修等;最后,EOL是报废/回收,包括产品报废、再使用和处置等。

  产品生命周期都会经过上面三个阶段,在传统的管理中,由于技术手段的原因,许多产品的管理仅仅停留在BOL阶段,即产品生产出来后交付给消费者后数据停止,难以跟踪,MOL、EOL阶段是无法进行的。但是随着互联网、物联网、RFID、GPS、GIS、无线传输等技术的发展,使产品生命周期数据管理发生了变化,由于这些技术的实现,产品生命周期监测和产品相关数据的跟踪可以实现,换言之,可以实现产品生命周期的数字化,监视必要的数据、集中共享、存储,跟踪和利用,打破了传统的信息孤岛,使得企业效率、利益能得到最大化。

  当前,产品生命周期管理常常使用传统的人工管理手段和方法,产品数据的采集和录入都是手工操作,效率非常低下、出错率高,且获取的产品相关信息与计算机系统信息很难实时同步。RFID技术作为现实中的“物”与计算机应用系统的桥梁,RFID技术进入PLM,可将产品生命周期管理活动与各系统有效地整合在一起,从而使产品信息与应用系统信息一致。通过RFID技术实现动态、实时的产品数据采集,替换传统管理方式的人工数据采集,更好地与应用系统数据库结合,实现RFID技术在产品生命周期管理中的应用。RFID技术在产品生命周期管理中应用的系统框架如下页图2所示:

  

RFID技术在产品生命周期管理中应用的框架

  图2 RFID技术在产品生命周期管理中应用的框架

  将RFID技术应用于产品生命周期管理,构建基于物联网的产品生命周期管理公共服务平台,其生命周期管理中的应用流程是:每个产品在从原材料到零部件设计时都打上电子标签,各应用系统通过识读器给这个产品分配写入唯一的识别代码及其他信息,并将信息数据写到公共服务平台数据库中。制造完毕后物流、销售、使用、维护等各环节都可以通过识读器读写标签。因为识别码是唯一的,RFID标签就代表该产品的唯一性,借助RFID标签,可实现产品从设计、制造、物流、销售、使用、报废等环节的数据获取、监控管理与跟踪,这必将打破现有传统的模式。

  1)在BOL阶段,使用RFID技术可以根据MOL和EOL阶段获取到的反馈数据,改进现有的产品或设计新产品,提高产品的质量或取得创新;可以获取产品生产过程中产品、机械和设备之间的实时状态信息,根据所获取的信息分析,可以实现实时的生产计划和调度;可以达到高效仓库/库存管理,一目了然地查明仓库和产品供应情况,不用直接检查库存情况,保持最佳的库存水平,效率得到显著改善。

  2)在MOL阶段,获取产品物流路径、时间、使用条件、使用情况、维修记录等,特别是RFID技术在供应链上的跟踪和状态,可以达到高效的供应链管理,实现供应链管理的优化,以快速响应客户需求。

  3)在EOL阶段,产品在EOL中已失去了价值,对于产品的回收是环境问题的关注,也是企业的社会责任,可以通过对产品或部件的数据决定怎样处理产品。

  2.2.2 应用特点

  1)RFID具有良好加密技术,数据安全性高;芯片内存读写空间大;数据读取速度快,准确性、完整性、可靠性高;标签可多次读写修改。

  2)RFID的防干扰冲突、编码、发射频段、标签控制和隐私保护等关键技术方面更适合大规模应用,且功耗、成本低,在性能价格具有高优势。

  3)构建RFID数字化服务平台,为采集、组织数据信息和内容服务,数据和内容可快速、方便读取、授权修改和多次使用,数据可在不同平台间交换、传递,使数据信息价值和传递效果最大化。

  3 结语

  将RFID技术应用在PLM中,这仅仅是物联网与PLM相互交叉应用的一个起点,虽然离广泛使用还存在着一些问题,但RFID技术深入到产品生命周期管理的各个环节中,由于能准确采集相关数据,不仅能提高整个管理过程的效率,实现有效的数据追踪和监控,而且根据数据分析还能帮助企业做出判断、决策,提高产品质量,满足对产品生命周期管理数据的需求,相信随着RFID技术的不断发展和普及,在现今激烈的竞争中,RFID技术必将对产品生命周期管理产生积极的影响。



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