淺談RFID在產品生命周期管理中的應用

張璽

（中國電子科技集團公司第三十三研究所，山西太原030032）

淺談RFID在產品生命周期管理中的應用

張璽

（中國電子科技集團公司第三十三研究所，山西太原030032）

介紹了RFID技術的原理、特點以及RFID在產品生命周期管理中的應用，分析了系統框架結構及特點。

RFID；PLM；產品生命周期管理

引言

產品生命周期簡單的說就是指從人們對產品的需求開始到產品淘汰報廢的全部生命歷程；PLM是一種戰略管理方法，覆蓋了從產品誕生到消亡全過程的、開放的、互操作的一整套應用方案［1］，貫穿于產品策劃、概念設計、詳細設計、生產制造、產品銷售和售后服務、淘汰報廢的整個產品生命周期。PLM是一種先進的企業信息化思想，它讓人們思考在激烈的市場競爭中，如何用最有效的方式和手段來為企業增加收入和降低成本。近年來，隨著社會的進步及信息化的發展，制造企業在由“中國制造”向“中國創造”轉變過程中，PLM得到了廣泛的應用、出現了蓬勃發展的現象，利用先進的信息化手段對產品生命周期內所有與產品相關的數據以及來自產品設計、生產、支持的過程信息進行管理，這些數據已經成為企業重要的知識資源和生產要素。

RFID（Radio Frequency Identification，射頻識別），是一種通信技術，誕生于二次世界大戰期間，興起于20世紀90年代，近年來，RFID技術使用已非常普及，取得了令人振奮的進展。利用RFID對產品生命周期信息進行閉環管理，解決產品生命周期內所有過程、階段、環節的數據采集、跟蹤，可實現過程、資源和產品的協調，并在適當的階段做出正確的決策，給企業帶來多方面的收益。

1　RFID技術

1.1RFID概述

RFID是一種利用無線射頻識別技術識別目標對象并獲取相關信息的技術［2］，利用計算機系統以非接觸、無視覺、高可靠的方式采集、傳遞特定信息，簡單地說，RFID技術即是射頻標簽以無線方式發送數據，通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，能快速、實時、準確采集與處理信息，在生產制造、交通運輸、物流與供應鏈、安全防偽、人員跟蹤與管理等領域有著廣泛的應用前景，該技術被業界公認為是本世紀最有前途的應用技術之一。RFID也被公認為是物聯網的構建技術和核心［2］。

1.2RFID系統結構

RFID系統通常由電子標簽（Tag）、識讀器（Reader/Writer）、天線、計算機應用系統（Application System）等四部分構成。

1）電子標簽。電子標簽是射頻識別系統的真正載體［3］，由帶存儲的標簽芯片和天線組成，芯片用于存儲物品包含的信息；天線用于和識讀器天線間進行無線通信，把芯片內數據經識讀器天線傳送給識讀器處理。電子標簽可分有源和無源兩種。

2）識讀器。識讀器可通過識讀器的天線非接觸地采集電子信息，讀取并識別標簽中所存儲的電子信息，從而達到自動識別物體的目的。

3）天線。天線是指在標簽和識讀器間發射電磁波，給標簽提供微量能量，并負責接收來自標簽發出的射頻信號。

4）計算機應用系統。應用系統是RFID系統框架中重要的一環，計算機應用系統是接收由識讀器傳送過來的信息，并對數據做相應的處理。

1.3RFID工作原理

RFID技術是一種無接觸自動識別技術，其基本原理是利用射頻信號及其空間耦合、傳輸特性，實現對靜止的或移動中的待識別物品的自動機器識別。RFID技術的工作原理是（如圖1所示）：識讀器與標簽通過無線建立雙方通信通道，識讀器通過識讀器天線發出射頻信號，當電子標簽通過由識讀器產生的射頻區域時，識讀器發出詢問信號并向電子標簽提供電磁能量，標簽憑借感應電流所獲得的能量以射頻信號的形式將芯片中的信息發送給識讀器，識讀器接收電子標簽的信息，接受完畢后送至計算機應用系統進行數據處理。

圖1　RFID技術的工作原理圖

1.4RFID技術特點

RFID技術最大的特點是以無線方式通信、非接觸高速識別，易于識別，易于操控，適合用于自動化控制的靈活性應用技術，識別無須人工干預，具有高速移動物體識別、多目標識別等特點；適應環境能力強，可工作在惡劣環境下，可以替代條碼。還具有讀取方便、識別速度快、數據容量大，可反復讀寫、使用壽命長、應用范圍廣、標簽數據可動態更改、更好的安全性等特點。

2　RFID在產品生命周期管理中的應用

隨著RFID、無線傳感網絡、智能嵌入等技術的發展和逐步應用，產品制造行業也積極推出了相關研究計劃以提高企業核心競爭力，并為顧客提供更好的產品和服務，RFID在產品生命周期管理中的應用也由此產生。

2.1系統設計理念

目前，制造企業現有的CAX、ERP、PDM、SCM、CRM、eBusiness等系統主要是針對產品生命周期中某些階段的解決方案，難以支撐企業作為一個整體來獲得更高的效率、取得更多的創新以及滿足客戶的特殊需求，而PLM就是將這些單獨的系統結合到一起的企業信息化策略。PLM覆蓋產品生命周期的所有階段的數據和信息，為獲取、采集到各個階段的數據，利用RFID技術只要有明確的數據追蹤范圍和深度、精度的要求，就可以產品進行數據追蹤。例如在生產制造階段裝配過程中，在所使用的原材料和工具方面之多個必不可少的數據采集環節和節點，就可以對每個工單、每個序列號的產品進行數據追蹤。

總體設計需設計適應產品生產制造、使用維護、售后服務等過程的RFID應用方法與相關技術，滿足各階段智能化、精益化以及產品全生命周期跟蹤的需求，通過RFID硬件和各種應用系統整合在一起，實現RFID與PLM集成應用，利用信息化技術提高管理水平，實現產品生命周期智能測控，數據交換和共享。

2.2系統框架結構及特點

2.2.1系統框架結構

一般來說，產品的生命周期可以分為Begin of Life（BOL，生命周期開始），Middle of Life（MOL，生命周期中）和End of Life（EOL，生命周期結束）這三個階段，BOL是產品的設計和生產階段，這個階段主要是在產品生產企業進行需求分析、概念設計、詳細設計、生產制造，這一階段的數據為產品的設計參數、生產過程、控制過程數據；MOL主要是使用/維護階段，包含運輸、物流、客戶使用、維護/維修等；最后，EOL是報廢/回收，包括產品報廢、再使用和處置等。

產品生命周期都會經過上面三個階段，在傳統的管理中，由于技術手段的原因，許多產品的管理僅僅停留在BOL階段，即產品生產出來后交付給消費者后數據停止，難以跟蹤，MOL、EOL階段是無法進行的。但是隨著互聯網、物聯網、RFID、GPS、GIS、無線傳輸等技術的發展，使產品生命周期數據管理發生了變化，由于這些技術的實現，產品生命周期監測和產品相關數據的跟蹤可以實現，換言之，可以實現產品生命周期的數字化，監視必要的數據、集中共享、存儲，跟蹤和利用，打破了傳統的信息孤島，使得企業效率、利益能得到最大化。

當前，產品生命周期管理常常使用傳統的人工管理手段和方法，產品數據的采集和錄入都是手工操作，效率非常低下、出錯率高，且獲取的產品相關信息與計算機系統信息很難實時同步。RFID技術作為現實中的“物”與計算機應用系統的橋梁，RFID技術進入PLM，可將產品生命周期管理活動與各系統有效地整合在一起，從而使產品信息與應用系統信息一致。通過RFID技術實現動態、實時的產品數據采集，替換傳統管理方式的人工數據采集，更好地與應用系統數據庫結合，實現RFID技術在產品生命周期管理中的應用。RFID技術在產品生命周期管理中應用的系統框架如下頁圖2所示：

圖2　RFID技術在產品生命周期管理中應用的框架

將RFID技術應用于產品生命周期管理，構建基于物聯網的產品生命周期管理公共服務平臺，其生命周期管理中的應用流程是：每個產品在從原材料到零部件設計時都打上電子標簽，各應用系統通過識讀器給這個產品分配寫入唯一的識別代碼及其他信息，并將信息數據寫到公共服務平臺數據庫中。制造完畢后物流、銷售、使用、維護等各環節都可以通過識讀器讀寫標簽。因為識別碼是唯一的，RFID標簽就代表該產品的唯一性，借助RFID標簽，可實現產品從設計、制造、物流、銷售、使用、報廢等環節的數據獲取、監控管理與跟蹤，這必將打破現有傳統的模式。

1）在BOL階段，使用RFID技術可以根據MOL和EOL階段獲取到的反饋數據，改進現有的產品或設計新產品，提高產品的質量或取得創新；可以獲取產品生產過程中產品、機械和設備之間的實時狀態信息，根據所獲取的信息分析，可以實現實時的生產計劃和調度；可以達到高效倉庫/庫存管理，一目了然地查明倉庫和產品供應情況，不用直接檢查庫存情況，保持最佳的庫存水平，效率得到顯著改善。

2）在MOL階段，獲取產品物流路徑、時間、使用條件、使用情況、維修記錄等，特別是RFID技術在供應鏈上的跟蹤和狀態，可以達到高效的供應鏈管理，實現供應鏈管理的優化，以快速響應客戶需求。

3）在EOL階段，產品在EOL中已失去了價值，對于產品的回收是環境問題的關注，也是企業的社會責任，可以通過對產品或部件的數據決定怎樣處理產品。

2.2.2應用特點

1）RFID具有良好加密技術，數據安全性高；芯片內存讀寫空間大；數據讀取速度快，準確性、完整性、可靠性高；標簽可多次讀寫修改。

2）RFID的防干擾沖突、編碼、發射頻段、標簽控制和隱私保護等關鍵技術方面更適合大規模應用，且功耗、成本低，在性能價格具有高優勢。

3）構建RFID數字化服務平臺，為采集、組織數據信息和內容服務，數據和內容可快速、方便讀取、授權修改和多次使用，數據可在不同平臺間交換、傳遞，使數據信息價值和傳遞效果最大化。

3　結語

將RFID技術應用在PLM中，這僅僅是物聯網與PLM相互交叉應用的一個起點，雖然離廣泛使用還存在著一些問題，但RFID技術深入到產品生命周期管理的各個環節中，由于能準確采集相關數據，不僅能提高整個管理過程的效率，實現有效的數據追蹤和監控，而且根據數據分析還能幫助企業做出判斷、決策，提高產品質量，滿足對產品生命周期管理數據的需求，相信隨著RFID技術的不斷發展和普及，在現今激烈的競爭中，RFID技術必將對產品生命周期管理產生積極的影響。

［1］朱戰備，韓孝君，劉軍.產品生命周期管理-PLM的理論與實務［M］.北京:電子工業出版社，2004.

［2］張福生.物聯網:開啟全新生活的智能時代［M］.太原:山西人民出版社，2010.

（編輯：王紅霖）

Application of REID in Production Life Cycle Management

Zhang Xi
（The 33rd Institute of China Electronics Technology Group Corporation，Taiyuan Shanxi 030032）

This paper introduces the principle of RFID technology，characteristics and the application of RFID in the product life cycle management，analyzes the structure and characteristics of the system framework.

RFID；PLM；production life cycle management

TB114；TP391.44

A

2095-0748（2016）13-0100-03

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.13.39

2016-05-15

張璽（1982—），男，貴州普安人，畢業于西安理工大學，工程師，主要從事信息化工作。