一維/二維碼和RFID閱讀器等自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)已經(jīng)過反復(fù)考驗(yàn)，且已成為控制工業(yè)生產(chǎn)流程和供應(yīng)鏈物流流程中不可或缺的技術(shù)。同時(shí)，隨著工業(yè)4.0和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化轉(zhuǎn)型被視為推動(dòng)自動(dòng)化的核心。未來現(xiàn)代識(shí)別系統(tǒng)方面的需求有哪些？通過串行接口向控制裝置傳輸條碼的傳統(tǒng)閱讀器是否會(huì)過時(shí)？

傳統(tǒng)條碼技術(shù)

20世紀(jì)70年代，傳統(tǒng)條碼技術(shù)作為一種光學(xué)識(shí)別系統(tǒng)被引入應(yīng)用。同時(shí)，目前全球正在使用不同類型的條碼（例如GS1-128、數(shù)據(jù)矩陣碼、QR碼、Aztec碼）。條碼（例如印刷標(biāo)簽形式）技術(shù)使用簡(jiǎn)單，成本較低且具有完善的全球化標(biāo)準(zhǔn)，因此被認(rèn)為是全球最重要的識(shí)別介質(zhì)。在日常的個(gè)人生活環(huán)境以及工業(yè)應(yīng)用中，條碼都已成為我們習(xí)以為常的伴侶。

RFID

射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)工作在射頻的頻段范圍內(nèi)，同時(shí)利用無源RFID數(shù)據(jù)載體（即標(biāo)簽）之間的電磁交互和天線來生成電磁場(chǎng)。其實(shí)際初始應(yīng)用在20世紀(jì)80年代末投入市場(chǎng)（例如電子車輛防盜系統(tǒng)）。隨后該技術(shù)在21世紀(jì)初開始廣泛流行，由于可支持更多頻段（高頻和超高頻）的非接觸式卡片系統(tǒng)，和低成本（特別是在零售市場(chǎng)應(yīng)用中）RFID標(biāo)簽的推出，這為自動(dòng)化物流處理上的應(yīng)用開辟了更多新的機(jī)會(huì)。

RFID相對(duì)于條碼技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

與條碼技術(shù)相比，RFID技術(shù)的優(yōu)勢(shì)十分顯著：與條碼技術(shù)不同，RFID不需要直接掃描數(shù)據(jù)載體與閱讀器之間區(qū)域。通常另外極為重要的一點(diǎn)是：附加數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在RFID數(shù)據(jù)載體中，包括區(qū)分的個(gè)體的編碼（即唯一ID或電子產(chǎn)品碼(EPC)），每個(gè)對(duì)象也可以分配其他分散存儲(chǔ)信息，例如屬性、歷史記錄或當(dāng)前狀態(tài)。經(jīng)過許多年的專門技術(shù)發(fā)展，以及廣泛應(yīng)用于不同的工業(yè)領(lǐng)域和應(yīng)用，特別是在各種工業(yè)生產(chǎn)流程和供應(yīng)鏈中，RFID逐漸發(fā)展成為一項(xiàng)成熟而可靠的識(shí)別技術(shù)。無論是在應(yīng)用條件還是成本效益考量方面，RFID相對(duì)于條碼技術(shù)的優(yōu)勢(shì)都非常突出，因此得到大力推廣。

RFID還是條碼？

目前，兩種技術(shù)均應(yīng)用廣泛，特別是在跟蹤和追溯應(yīng)用中。例如在汽車行業(yè)，不僅需要持續(xù)監(jiān)控生產(chǎn)流程，同時(shí)也必須關(guān)注部件供應(yīng)相關(guān)的所有必要物流流程。相關(guān)工作包括進(jìn)一步了解機(jī)器和系統(tǒng)條件相關(guān)狀態(tài)信息，以及容器循環(huán)和倉(cāng)庫(kù)管理控制工作。作為“識(shí)別技術(shù)”，目前基于激光或基于相機(jī)的光學(xué)識(shí)別系統(tǒng)和RFID系統(tǒng)都在端到端自動(dòng)化和流程跟蹤流程中發(fā)揮重要作用。除此之外，這些系統(tǒng)還可提供生產(chǎn)系統(tǒng)數(shù)字地圖相關(guān)的基本數(shù)據(jù)，包括涉及的所有組件和物流流程。同時(shí)，伴隨著工業(yè)4.0和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，傳統(tǒng)生產(chǎn)模式逐漸升級(jí)至“智能工廠”模式，且物流行業(yè)也在向“智能物流”模式發(fā)展，這就要求調(diào)整現(xiàn)有AutoID系統(tǒng)來適應(yīng)車間數(shù)字網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)方面的更高需求。要實(shí)現(xiàn)這些發(fā)展，必須擴(kuò)展AutoID系統(tǒng)的功能、通信能力和性能。

功能

為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)流程的數(shù)字化，必須對(duì)AutoID系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，其中重要的一步是條件監(jiān)控。這就要求在AutoID設(shè)備中集成傳感器。這些傳感器可實(shí)現(xiàn)閱讀器的條件監(jiān)控，提供設(shè)備狀態(tài)相關(guān)循環(huán)信息，警告采集流程質(zhì)量方面的異常，并通過下游分析方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行及時(shí)干預(yù)或預(yù)測(cè)維護(hù)。通過集成外部傳感器，也可確定當(dāng)前狀態(tài)和識(shí)別對(duì)象，并將此信息與數(shù)據(jù)載體中存儲(chǔ)的對(duì)象ID相關(guān)聯(lián)，從而能夠在流程透明性優(yōu)化方面提供極大優(yōu)勢(shì)。例如，AutoID設(shè)備可作為IO-Link主設(shè)備，非常輕松地收集讀取位置所安裝的多個(gè)IO-Link傳感器中的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至控制系統(tǒng)，或者結(jié)合適當(dāng)?shù)挠布O(shè)備，并使用適合的軟件應(yīng)用程序，在設(shè)備本身進(jìn)行預(yù)處理。

通信技術(shù)

AutoID系統(tǒng)通信功能負(fù)責(zé)控制級(jí)別以及與高級(jí)管理和計(jì)劃系統(tǒng)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)交換，其重要性不言而喻。

業(yè)內(nèi)通常使用PROFINET或Ethernet/IP等基于以太網(wǎng)的現(xiàn)代總線接口來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)流程控制。這需要結(jié)合流程相關(guān)識(shí)別步驟與運(yùn)行和設(shè)備狀態(tài)的同步監(jiān)控，從而提高了AutoID系統(tǒng)通信接口方面的需求。特別值得一提的是，作為一種開放數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，OPC UA現(xiàn)已被許多AutoID設(shè)備自動(dòng)化制造商廣泛采用。這就可以消除制造商方面的限制，一方面實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)設(shè)備的互聯(lián)，另一方面也可通過OPC UA配套規(guī)范與控制和IT系統(tǒng)進(jìn)行通信。特別是對(duì)于AutoID系統(tǒng)，OPC UA AutoID配套規(guī)范可提供光學(xué)識(shí)別系統(tǒng)和RFID系統(tǒng)所使用的信息模型，該規(guī)范自2019年起開始使用。

AutoID系統(tǒng)可作為OPC UA服務(wù)器，因此可依據(jù)OPC UA規(guī)范，將流程中涉及的所有系統(tǒng)（例如機(jī)器、機(jī)器人、工業(yè)卡車和倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)）以互操作方式集成于統(tǒng)一的生產(chǎn)和內(nèi)部物流系統(tǒng)中?；谏a(chǎn)計(jì)劃中的訂單數(shù)據(jù)，以及從識(shí)別流程（“讀取事件”）中獲取的最新流程數(shù)據(jù)和同時(shí)采集的操作狀態(tài)信息，可對(duì)物流流程進(jìn)行動(dòng)態(tài)和靈活控制。

性能

眾所周知，使用超高頻范圍RFID系統(tǒng)時(shí)，可能會(huì)在相關(guān)國(guó)家和區(qū)域的授權(quán)頻帶方面受到某些限制。針對(duì)這一點(diǎn)，由于歐盟規(guī)則與美國(guó)法規(guī)之間的不兼容之處，可能會(huì)阻礙跨公司采用RFID系統(tǒng)以及供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)化和透明性的完善。為消除這方面的劣勢(shì)，2018年歐盟委員會(huì)批準(zhǔn)在現(xiàn)有865至868 MHz頻帶范圍之外，進(jìn)一步解除915至921 MHz范圍“上帶”方面的限制。除了與北美頻率范圍的部分協(xié)調(diào)，還對(duì)傳輸通道的帶寬和最大允許傳輸功率進(jìn)行了改進(jìn)，從而極大提高了該技術(shù)的可用性，特別是在物流流程應(yīng)用中。但一個(gè)不太顯著的缺點(diǎn)是：在德國(guó)及其他一些歐洲國(guó)家和地區(qū)，由于區(qū)域方面的限制，目前尚未實(shí)施歐盟的相關(guān)決定。盡管如此，鑒于RFID系統(tǒng)的功能可用性，歐盟范圍內(nèi)正在積極發(fā)展這種技術(shù)。

特別是在物流流程中，通常會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，例如如果采用工業(yè)卡車來運(yùn)輸貨物，裝有大量容器的托盤在通過RFID門控裝置時(shí)可被檢測(cè)到。這些識(shí)別流程可用于自動(dòng)捕獲和預(yù)定物流，因此可在訂單狀態(tài)和物料供應(yīng)方面提供完整的透明性。要提供僅具有必要和可用數(shù)據(jù)集的良好管理系統(tǒng)，可在外部服務(wù)器和IPC中采用適當(dāng)?shù)闹虚g件系統(tǒng)來過濾、整合和評(píng)估RFID閱讀器中的大量原始數(shù)據(jù)，并通過IT兼容接口和通信協(xié)議將其作為業(yè)務(wù)事件進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，這已被證明是RFID應(yīng)用中的有效解決方案。AutoID設(shè)備的硬件性能已提升至較高的水平，中間件或其他軟件應(yīng)用程序可以直接安裝在設(shè)備中，從而能夠通過OPC UA或MQTT等其他網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與設(shè)施控制系統(tǒng)直接通信并實(shí)現(xiàn)云通信。

總結(jié)

AutoID系統(tǒng)的性能仍將進(jìn)一步提升，借助現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)，可以利用該性能來實(shí)施各個(gè)用例。因此，結(jié)合RTLS (UWB)或者5G和6G等其他技術(shù)，AutoID也將在工業(yè)生產(chǎn)和內(nèi)部物流流程的數(shù)字化和優(yōu)化方面發(fā)揮更為重要的作用。未來的識(shí)別系統(tǒng)將是支持現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)化通信協(xié)議的智能、可互操作的控制器，能夠采集和評(píng)估傳感數(shù)據(jù)，并適合網(wǎng)絡(luò)中的許多客戶使用。通過在設(shè)備中安裝特定客戶應(yīng)用，可以適應(yīng)各種用例，并在工業(yè)流程的優(yōu)化方面提供更大可能性。

作者：

Oliver Pütz-Gerbig

Leuze electronic GmbH + Co. KG

識(shí)別和視覺產(chǎn)品中心

圖 1：勞易測(cè)廣泛的條碼閱讀器產(chǎn)品可為內(nèi)部物流識(shí)別任務(wù)提供可靠的解決方案。

圖2：采用勞易測(cè)BCL 300i條碼閱讀器，識(shí)別周轉(zhuǎn)箱前端極端傾斜角下的條碼。

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