第一章 RFID介绍

1.1

射频识别技术RFID（Radio Frequency Identification Technology）是从八十年代起走向成熟的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。从概念上来讲，RFID 类似于条码扫描，对于条码技术而言，它是将已编码的条形码附着于目标物并使用专用的扫描读写器利用光电信号将信息由条形磁传送到扫描读写器；而RFID则使用专用的RFID读写器及专门的可附着于目标物的RFID单元，利用RF信号将信息由RFID单元传送至RFID读写器。RFID单元中载有关于目标物的各类相关信息，如：该目标物的名称，目标物运输起始终止地点、中转地点及目标物经过某一地的具体时间等，还可以载入诸如温度等指标。RFID单元，如标签、卡等可灵活附着于从车辆到载货底盘的各类物品。RFID技术所使用的电波频率为50KHz-5.8GHz。

远距离、无线非接触的读写方式，使RFID在商品批发、零售业的应用中显示出了明显的比较优势。2005年，RFID(射频识别技术)无疑是当红的明星产业。　　   

射频识别技术的兴起有两方面主要原因的推动。一是技术的推动。射频技术从诞生到民用经历了军事应用、实验室研究再到民间应用几个不同时期，基础技术研究日臻成熟。另一方面则是在整个社会信息化程度普遍提高后，企业需要进一步提高信息化水平，同时降低劳动生产成本，市场对各类技术进行选择的结果。射频识别依靠无线电波进行信息采集、传输、控制，其得天独厚的技术优势成为人们的必然选择。

射频识别系统的无线非接触式读写方式，能够满足人们在各类特殊环境下对物品信息的管理。射频识别技术的应用领域非常广泛，它不像以往传统的某种技术，带给人们生活、生产的改变只是某一个方面或一个领域，而是全面的和革命性的。

　　目前RFID在国内典型的应用主要于生产制造、防伪、交通信息化、人员追踪、物流管理、工业自动化等几个方面。　　   

在生产管理应用方面，随着RFID技术的成熟，标签价格的不断下降，其应用的面也越来越广。

1.2

RFID（Radio Frequency Identification）无线射频识别技术是一种非接触的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合（电感或电磁耦合）传输特性，实现对被识别物品的自动识别。射频识别系统一般由两个部分组成，即射频标签（Tag）和读卡器（Reader）。在RFID的实际应用中，射频标签具有同其他技术（例如条码技术等）相比数据存储量大的特点，它附着在被识别的物体上（表面或内部），当带有射频标签的被识别物品通过其可识别范围时，读卡器自动以无接触的方式将射频标签中的约定识别信息取出来，具有同其他技术（例如条码技术等）相比更智能、读取范围更广的特点，从而实现自动识别物品或者自动收集物品标志信息的功能。

图 RFID基本工作原理

如图1.1是RFID技术的工作原理。读卡器通过天线发射电磁波，电磁波有其辐射范围，当射频标签进入此电磁波辐射范围内，射频标签将天线所发射的微小电磁波能量存储，进而转换成电路所需的电能，并且将存储的识别资料以无线电波的方式通过天线传送给读卡器作确认以及后续的控制动作。

2.1 需求简介

钢管在生产过程中工序复杂，传统的管理方式是用手工记录台帐，容易发生数据丢失，同时人为出错率也容易给生产管理带来麻烦，同时传统的管理方法很难有效的、实时的实现对数据的收集、管理、统计和查询，这都会影响精品钢管的生产质量，影响工作效率，给管理工作带来了很多负面的工作。生产管理是一门科学，是企业生存的基础。我们知道，我国各行业生产管理水平相对比较落后，造成这一状况的原因是多方面的，但归根到底与我国的生产力发展水平，尤其与生产科学技术管理水平不高有直接关系。合理利用资源，提高生产效率同时，保证并提高生产质量，是生产管理的重点。而RFID技术的快速发展和其独特性能，其技术特点性使该技术在生产过程管理领域的应同有了很多用武之地。

RFID电子标签可以封装于多种具有耐酸、耐碱、抗冲击等物理性能的非金属介质中，因此具有抗恶劣环境的特性；同时标签本身具有信息存储功能，面对生产环境复杂，移动的钢管，用RFID电子标签对其进行信息化生产管理是一种极佳的选择。

芯联从业务的角度出发，在业务的关键环节上采用先进的RFID技术来提钢管生产过程管理的信息化、自动化、网络化、智能化和精品化，建立钢管生产智能管理RFID系统。

2.2 项目建设目标

在钢管生产过程的关键环节上建立先进的RFID应用系统，来提高钢管生产过程管理的信息化、自动化、网络化、智能化。

本系统的目标是依托RFID的技术优势，通过安放在钢管上的标签，利用先进的RFDI设备对数据自动采集，经过后台系统的智能决策，对钢管进行跟踪、监控及管理。

通过RFID技术的应用，提高企业生产现场的管理水平，从而向顾客提供满意的产品和服务。运用RFID技术与计算机信息管理相结合，在生产制造全过程中的通过对钢管上的电子标签的快速、自动的智能识别，与计算机系统数据库信息的相结合，取代原手工记录台帐，杜绝差错、提高效率，实现钢管生产过程管理的信息化、自动化、网络化、智能化。系统集成后各种报表全部由计算机来自动完成，工作简单、方便、准确和快捷。通过数据的收集、管理、检索、存档和统计实时化，能动态地反映生产和质量信息，使生产管理者能及时、准确、全面地了解生产工序情况，从而采取必要和有效的措施，保证生产能按预定的计划正常进行，为生产精品钢管打下坚实的基础。

如与库存管理系统相结合，可以快速的升级成智能仓库管理系统，使管理者实时知道钢管库存情况，提高出入库的效率和准确率。

2.3 项目总体规划

该项目规划将分为以下几部分 ：

Ø 业务流程分析及系统规划

Ø 系统RFID方案设计及说明

Ø 应用软件管理系统说明

Ø 系统功能

3.1 应用方案流程

应用示意图：

3.1.1 方案系统组成

电子标签：采用900MHZ频段的产品

读写器：采用固定式和手持式

固定式天线：采用定向天线

数据处理设备：计算机终端或应用服务器

在关键工序岗位使用电子标签自动快速识别，将标签以专用支架方式固定在钢管管端内部，并配备读写设备，自动采集到钢管标签，从数据库调出与该岗位相关的数据信息，处理完成后，修改数据库信息。我们设想在分厂的焊头、飞剪岗位做好标签的初始化工作（即将每一根钢管带的所有信息字段变量写入数据库，同时与钢管标签中的序列号建立关联），接下来按照生产流程由各操作岗位将自动采集标签信息，同时各自具体产生的数据写入数据库，直至一个成品的数据全部写入数据库内，再通过相应的应用系统软件生成分厂成品基础管理数据库和钢管相应数据台帐，并可把数据提供给生产管理系统来处理。

3.1.2 具体实施说明

1、在焊头、飞剪岗位安装计算机工作站用于标签的初始化录入工作，即将每一根钢管带的所有信息字段变量写入标签以备飞剪后将该岗位数据写入数据库，向电子标签内写入编号，同时把编号和钢管数据库的信息相关联。需要向数据库写入钢管初始化的记录字段见附表：（共100项）

2、通过手创设备自动识别钢管信息，同时调用数据库的信息，按要求进行飞剪处理，飞剪处理后将该岗位的数据通过手持设备向数据库写入数据，需写入的数据有：（共34项）

分厂名称＿＿　生产班别＿＿　取样工＿＿　检查工＿＿

原料投入量＿＿　管号＿＿　　成焊时间＿＿　　管端周长＿＿　　

定尺长度＿＿　短尺长度＿＿　对头位置＿＿　成型工号码＿＿

内焊工号码＿＿　外焊工号码＿＿　焊偏＿＿　烧穿＿＿　　

断弧＿＿　废品长度＿＿　废品原因＿＿　外焊缝宽＿＿　　

外焊缝高＿＿　内焊缝宽＿＿　内焊缝高＿＿　重合量＿＿　　

焊偏量＿＿　管体取样＿＿　卷数＿＿　验号＿＿　　

管体取样备注＿＿　成品合同号＿＿　规格＿＿　执行标准＿＿　

材质＿＿　炉批号＿＿　

3、在X光显相岗位安装一个固定式的电子标签读写器将该岗位检验记录按读出的管号写入数据库，并配以大屏幕的LED显示屏，方便录入和检查。需写入的数据有：（共14项）

显相日期＿＿　显相班别＿＿　显相速度＿＿　灵敏度＿＿　　

管电压＿＿　管电流＿＿　缺陷性质大小＿＿　显相级别＿＿　　

检验员代号＿＿　焊工代号＿＿　电气操作者＿＿　屏幕观察者＿＿

拍片者＿＿　复核者＿＿　　

4、在内焊检验岗位配备手持式电子标签读写器，根据读出的管号输入该岗位的记录信息。需写入的信息有：（共7项）

内焊日期＿＿　内焊班别＿＿　一次合格＿＿　内焊缺陷＿＿　

修补结果＿＿　检验员代号＿＿　记录员＿＿　　

5、在超声波探伤复查岗位配备手持式标签读写器，根据读出的管号输入该岗位的记录信息。需写入的信息有：（共7项）

超声探日期＿＿　复查点处＿＿　缺陷性质＿＿　合格情况＿＿　

超声探代号＿＿　探伤工____　记录工＿＿

6、在补焊质量统计岗位配备手持式标签读写器，根据读出的管号输入该岗位的记录信息。需写入的信息有：（共7项）

补焊日期＿＿　补焊工号＿＿　补焊处＿＿　补焊长度＿　

补焊原因＿＿　补焊填表人＿＿　补焊次数＿＿　

7、在水压试验岗位安装固定式标签读写器，根据读出的管号输入该岗位的检查原始记录。需写入的信息有：（共7项）

水压班别＿＿　试验压力＿＿　水压日期＿＿　稳压时间＿＿　　

初试合格状况＿＿　复试合格状况＿＿　水压检验员＿＿

8、在成品台岗位配备手持式标签读写器，根据读出的管号输入该岗位的钢管检测记录。需写入的信息有：（共25项）

检测班别＿＿　检测日期＿＿　壁厚＿＿　钢管长度＿＿　　

重量＿＿　实测重量＿＿　降级原因＿＿　管体＿＿　级别＿＿　　　

管端A＿＿　管端B＿＿　坡口＿＿　钝边A＿＿　钝边B＿＿　　

内锥角＿＿　切斜＿＿　椭圆度A＿＿　椭圆度B＿＿　直度＿＿

错边量A＿＿　错边量B＿＿　焊缝高度＿＿　检查员A＿＿　　

检查员B＿＿　　检查记录员＿＿

3.2 方案架构

依据芯联成熟的RFID解决方案，我们把钢管生产过程管理RFID系统的前、中、后端划分为四个部分：RFID设备，中间件，网络及服务器，钢管生产过程管理应用系统。下面分别给与介绍：

1) RFID设备

包含了RFID固定设备、智能手持终端、标签等设备，用于收集原始数据。它是连接外界和钢管生产过程管理系统的接口。这里指的外界包括物品、标签、无线射频等等。RFID设备读到的信息将会通过内部网络传送给RFID设备管理软件。

2) 中间件

RFID设备中间件收集来自RFID设备读取的射频标签数据，并且根据具体的规则对数据进行处理。首先，要将RFID设备读到的RFID标签进行过滤，这里的过滤主要指对重复读取数据的过滤。其次，要将这些数据转换格式，形成特定的数据格式以便后端集成。经过滤、转换处理之后的数据已经不是RFID标签的原始数据，它应该具备以下特性：

（1）不包含重复性数据。因为RFID设备按照周期性的读取在一定范围的RFID标签数据，如果在较短的时间内可能相同的RFID标签会读取多次，这种重复的数据需要过滤。

（2）数据具有特定格式以符合后端集成需求。

系统采用的解决方案RFID设备管理架构，支持一些基本功能，包括对RFID事件的搜集和报告，在网络“边缘”提供下列能力：

Ø 整合来自各种RFID设备的数据，把所有的上游域从唯一的定位器和设备接口中分离出来；

Ø 过滤和汇总RFID数据，排除重复数据并且验证RFID事件，减少网络流量

Ø 利用消息和事件缓存把RFID事件提交给应用域

Ø 提供软件分布式管理

Ø 使RFID事件可以交互和关联；

Ø 执行特定于给定前端的业务逻辑；

Ø 为所有发生在给定前端的RFID事件产生和维护“记录系统”；

Ø 远程管理和操纵系统；

Ø 支持通过标准协议和接口与外部应用通信。

这些功能通过一些产品来实现，这些产品把设备架构和RFID设备整合起来。

详细功能描述：

1．数据整合

设备中间件把从各种RFID阅读器以及其他设备搜集到的数据整合起来。

另外，提供了样例代码来整合来自其他设备的数据，例如指示灯和监测感应器。

设备架构建立在模块化的，开放标准的软件平台，并且包括一些工具来使增加对额外RFID阅读器和其他数字I/O设备的支持变得更简易。

2．过滤和汇总：

对于设备架构中的RFID事件的过滤，支持3种类型的过滤器：

Ø 临时过滤：在特定间隔内的重复事件被过滤掉，所以这些事件中只有一个被报告给上层组件。

Ø 模式过滤：只有匹配特定模式的事件被报告给上层组件。

Ø 用户也可以利用样例代码开发自定义的过滤器。

3．远程软件分发管理

一旦硬件和配套的线路安装完成，与阅读器交互的软件可以从中央系统管理服务器远程下载到设备中，并且进行安装、激活。可以查询和操作与阅读器相关联的参数。

4．特定前端执行

用户可以用统一的业务逻辑为一个特定位置或业务类型开发多个RFID的应用。

5．数据持久性

所有在前端观察到的RFID事件被存储在一个关系型数据库中。通过技术配置，数据能被路由到企业应用和终端系统。操作关系型数据源的标准工具。

6．整合企业应用

管理软件支持前端层和业务整合层之间的数据流，确保了安全交互和数据传送，并且仅传一次，旨在支持将RFID事件数据和终端系统上的企业应用整合在一起。提供了基于标准技术和协议的接口，便于外部应用能够管理系统通信。

7．系统管理

系统管理能力包括了管理，监控，系统管理事件处理和控制功能，并且能够远程的安装，管理，监控在多个位置上的硬件，中间件和应用。

3) 网络及服务器设备。

建立钢管生产过程管理RFID系统所需要的网络及服务器设备。

4) 钢管生产过程管理应用系统。

企业其它的信息系统，它可以接收来自RFID中间件的数据，根据具体需要可以对信息进行统计、查询、存储或共享等。

3.3 应用管理软件介绍

应用管理软件的主要功能是处理RFID设备采集到的钢管标签信息，同时存储记录相关数据。

应用管理软件包括标签管理模块、钢管生产过程管理模块、数据录入模块、综合查询模块、系统维护模块、信息提示模块等。

标签管理模块：主要完成标签的检测、发行、标注、回收以及与相关设备的数据通讯等。

钢管生产过程管理模块：主要用于记录钢管以及电子标签间相互对应信息，生产信息，检验信息等等。

数据录入模块：输入各种相关数据

综合查询模块：查询各种信息。

系统管理模块：主要完成系统操作权限管理；操作日志管理等。

报表统计模块：主要完成数据分类检索；查询统计；报表生成、打印等。

信息提示模块：系统出现提示、报警等相关信息。

网络数据管理模块：主要用于供应站数据信息实时传输，网络管理等功能。

3.4 系统功能介绍

整个钢管生产过程管理系统采用先进的RFID技术，每个钢管拥有一个全球唯一序列号，读写操作时采用验证机制和多重加密技术，无法伪造仿制。同时保证只有该系统发行认可的标签才能被识别认可。

整个系统在管理关键环节全部无缝纳入公司的整体信息化管理流程中，可以实时监控每个钢管的状态及流向，真正实现钢管自动化生产管理，提高工作效率。

钢管生产过程管理系统同的管理手段相结合，可以实现生产过程的信息化、自动化、网络化、智能化和精品化，在增加效率同时，提高生产质量。

1、 系统先进的RFID技术来自动采集信息，在整个环节中能大大的提高工作效率、提高信息透明化。

2、 实时记录钢管的状态信息。系统高效的、快捷、准确的统计功能（比如单位时间内生产钢管总量、平均数量相关数据的快速统计）能给管理层提供各种数据来快速。

3、 整个系统采用无纸化办公，适合现代社会的发展。

4、 采用高新技术，能大大提高服务质量，树立企业新形象。

5、 钢管生产过程管理系统及时记录了钢管流向及生产的信息，这样不仅能实时知道钢管的状态，还能有效、及时的找到生产不合格钢管的人，做到出现质量问题时有据可查。

6、 系统的实时报警系统能快速、及时的对钢管生产过程中做出提示、报警，方便管理人员对其采取动作。

推荐硬件：RFID手持机   RFID标签     RFID读写模块   RFID天线