2009年11月10日 星期二

RFID導入面面觀 慎選硬體才能展現效益

RFID在商業領域的應用因為Wal-Mart而變得熱門,但就市場環境與技術卻未上完全成熟,標準仍未出現就是最好的證明,但在工業領域中卻非如此,許多工業自動化設備大廠基於客戶對自動化的要求,早已投入研發並推出完整解決方案,這種針對工業環境的RFID設備,為組裝業應用RFID提供了更好的選擇。

無線辨識系統(Radio Frequency Identification;RFID)起源於國防產業,二次世界大戰英國空軍,就利用其主動身分識別特性來判斷來機的敵我身分,之後則擴展到製造業,有些製造工廠內的生產料件品項繁多,再加上環境惡劣,例如:高溫、潮溼、多粉塵、多沼氣…等,業者基於管理方便性與工安考量下,RFID成為最佳選擇,同時也比較貼近工廠自動化的目標。

西門子自動化暨驅動系統事業部產品經理林瑞媛指出,歐美國家的製造業者早在20年前便已導入RFID技術,整合廠內設備提高自動化生產效率,不過台灣製造業發展的腳步卻比較慢,直到2004年Wal-Mart強勢推動RFID來管理商品,迫使以外銷為主的台灣企業不得不導入,也才讓RFID成為21世紀最熱門的資訊技術,相關應用陸續推廣至各行各業。

隨著應用模式不同,成本考量與技術規格也有所差異,就發展現況來看,無論成本或規格,RFID在商業領域都仍稱不上完全成熟,標準仍未出現就是最好的證明。但在工業領域中卻非如此,許多工業自動化設備大廠例如:歐姆龍、西門子、奇異(GE),基於客戶對自動化的要求,早已投入RFID產品研發,也先後推出完整的解決方案。

以西門子為例,其用於生產製造業的RFID系統就分成:MOBY E、MOBY I、MOBY U、SIMATIC RF300四種,分別支援13.56 MHz、1.81 MHz、2.4 GHz不同頻段,同時還有各種不同特性的RFID標籤,例如:不同儲存容量、不同讀/寫距離、不同資料傳輸速率、不同環境承受條件。只要配合不同通訊標準的ASM介面模組,RFID讀取器就可以和不同控制系統(PLC、PC-Based控制器或PC)互相傳輸資料,目前,ASM支援S7通訊、PROFIBUS、PROFINET、Ethernet、RS-232等多種通訊標準。

這種工業等級的RFID設備,無論是讀取率或系統穩定性都有一定水準,甚至號稱可以達到100%讀取率的高效益,當然價格也相對較為昂貴。裕隆汽車在2000年導入RFID,用來控制車體的上漆時間,以免發生厚薄不均的狀況,由於烤漆作業溫度相當高,必需使用特殊規格耐高溫的RFID標籤,當時裕隆選擇奇異的產品,每片成本高達新台幣一萬元,顯見工業用與商業用RFID標籤價格差異有多大。

RFID應用三階段 倉儲、製造與出貨

從製造業的型態來看,組裝業最適合使用RFID技術,全球航太、汽車、電子等各類型產品的組裝工廠,或多或少都能看見RFID的蹤影,只不過,航太工業因為產業特性較為保守,目前釋出的案例並不多,但汽車產業則否,美國三大車廠(通用、福特、戴姆勒克萊斯勒)、豐田、BMW、及台灣的裕隆汽車等大廠都已導入RFID系統。從應用模式來看,RFID在組裝工廠的應用可分為料件倉儲管理、生產製造、出貨等三個階段。

料件管理 首重RFID標籤貼附位置

第一階段的倉儲作業主要是用RFID來掌握零組件庫存量,對組裝業來說,維持零組件安全庫存量是基本作業守則,萬一訂單進來卻沒有足夠零組件可以生產,不僅會影響公司信譽,更是一筆無謂的損失,而使用RFID管理庫存就是為了避免這種狀況,雖然條碼也能達到相同目的,但RFID可以主動感應,省去人工掃描的程序,提升揀貨速度與效率,縮減倉管員進行庫存或盤點作業的時間。

通常存放物料的倉庫面積都相當廣闊,若要順利找出物料存放處,就必須考量到傳輸距離,這方面採用的頻段以860M~930MHz超高頻(Ultra High Frequency;UHF)為主,傳輸距離可從標籤內的天線調整,不過大多在10公尺左右。

使用RFID進行料件管理必需注意的問題是RFID標籤貼附位置,由於RFID晶片價格仍然偏高,站在成本角度來看,無法貼附在每一個零組件上,目前做法是先在紙箱、貨盤等載具上貼附RFID標籤,每一個載具上的零組件則是固定數量,當作業人員領取零組件時,讀取器自動判讀紀錄,更新系統上的庫存資料。

將RFID標籤貼在料件的外包裝上,除了成本考量外,也可能受到料件本身影響而不得不這麼做,以汽車組裝業來看,大多數的汽車零組件為金屬材質,而RFID的電波容易受到液體或金屬干擾,此時就不適合直接貼在汽車零組件上,而是以建置於料件外包裝紙箱上作為解決方案。

不過,林瑞媛表示,西門子RFID標籤可以有效避開干擾源,即便直接貼附在金屬材質的料件上也不會有影響,對於想以RFID取代條碼、直接管理單品的企業來說,則是另外一個選擇。

生產製程管理 結合PLC提昇效率

至於第二階段的生產作業則是用RFID進行製程管理,這類應用分成三種:

第一、 使用RFID標籤取代紙本工單(Run Card),作業員只要讀取RFID標籤,就知道必需使用哪些零組件;

第二、 由前述衍伸而來的第二種應用模式,就是將紀錄工單內容的RFID標籤貼附在產品載具上,並整合生產機台或工廠自動化設備(如:PLC或機械手臂),確保製程的效率、彈性及正確度。

第三、 將PLC指令直接寫入RFID標籤裡,由於RFID晶片儲存容量較大,組裝業可以將PLC指令直接寫入,倘若未來遇到換線生產的狀況時,廠務人員不必重新撰寫PLC程式,直接使用RFID標籤即可,節省換線作業時間。

與其他應用相比,影響生產線RFID系統讀取率的最大原因,並非常見的液體與金屬,而是背景電波。前述提及倉儲管理多採用超高頻RFID,讀取距離在50~100公尺間,這種長距離讀取方式才能加快庫存盤點速度,但是在製程管理上卻不能選擇UHF頻段的設備,應以低頻系統(Low Frequency;LF)為主,避免無線訊號干擾機台或製程設備的運作。

對於製造業這種製程上需要低頻功率、出貨時卻需要高頻功率的情況,永奕科技總經理戴念華建議,可以使用同一個標籤,作一卡雙用的功能,在製造時使用近距離的讀取,出貨及物流時再交換使用遠距離的讀取,簡化管理作業。

生產線上除了同頻段電波的干擾問題外,另外還有一個干擾源來自於電磁波雜訊,越是高度自動化的生產環境越容易有這方面的問題,這是因為工廠自動化設備多半內建變頻馬達,在啟動或變速時所產生的電磁波就會影響RFID讀取率,當自動化程度越高、設備越多、電磁波自然越強、對RFID讀取率的影響也就越大。不過,雖然干擾問題多,但仍然可以靠系統整合商的技術與經驗去克服,因此,對於想要在生產製程上導入RFID的企業來說,合作伙伴的選擇相當重要。

裝箱出貨 提升揀貨速度與效率

當產品完成組裝、進入最後一個階段的裝箱出貨作業,在成品倉使用RFID系統的效益,主要為提升揀貨速度與效率,縮減倉管員進行庫存或盤點作業的時間,至於出貨端,則能正確而快速地出貨,降低送錯貨物或送錯客戶的風險,另外,若在物流車上加裝讀取器,還能搜集產品在運送過程的資訊,作為日後提升物流效率的參考。

西門子自動化暨驅動系統事業部產品經理林瑞媛指出,某業者將成品分類擺放至倉庫內,如一個月後要出貨的商品就會置放在一起,待出貨日一到再運出倉庫,原本該業者使用條碼來管理商品,但是倉庫內粉塵多造成條碼不易被讀取,再加上貨品堆放角度問題,有時掃描器無法對準條碼進行讀取動作,此時就得使用人力將條碼輸入至電腦裡,但人工作業難免有錯,於是業者經常面臨找不到即將要出貨的商品堆放在何處的困擾,因此改用RFID條碼來管理商品,在成品上貼附RFID標籤,倉庫門口則增設一道RFID讀取感應柵門,商品在入庫與出庫時,系統都會自動紀錄相關資訊,突破傳統條碼的限制。

使用RFID標籤管理商品,可能面臨商品單價小於標籤成本、不符合使用效益的現象,此時可以選擇讓條碼與RFID標籤並存的管理方式,使用條碼來管理個別的零件及產品,RFID標籤則用於群組管理,許多人都將RFID與條碼畫上等碼,其實是個錯誤的想法,RFID雖然與條碼一樣具備身份識別的功能,但不一定要取代條碼,讓兩者合作各司其職,才能發揮真正效益。

RFID定位 掌握工廠貴重資產

RFID在組裝業應用相當廣泛,除了前述提到與供應鏈管理的應用模式外,也可以結合Wi-Fi技術提供定位服務(Location Based Services;LBS),甫於前不久落幕的「2009年國際RFID應用研討會」,美國思科(CISCO)新加坡分公司總監Douglas Bellin指出,透過LBS定位服務可以落實生產透明化及降低工安意外的目標。

在現今競爭激烈的環境裡,生產透明化是必然的發展面向,著眼於製造業對生產透明化的需求,思科在2007年時推出一個結合RFID與Wi-Fi的資產跟蹤解決方案。

這是針對航空航太、汽車、採礦和半導體製造業所開發,對這類業者來說,生產設備與零組件的成本都相當高,一旦發生資產外流事件很可能就是高達百萬美元的損失,尤其現今產品、存貨、設備與員工的移動頻率越來越高,資產管理也就變成一件很棘手的事情,而思科的解決方案就是讓業主可以隨時監控工廠現狀和貴重機械設備,降低資產外流的可能性。

在這套解決方案裡,透過無線基地台與RFID標籤所發出的訊號就能偵測出資產所在位置,同時還能運用這些定位資訊創造更多的效益,例如:管理者透過網頁便能即時尋找特定資產、自動發出警報與通知訊息、與工廠應用程式相互整合…等。

Douglas Bellin表示,LBS定位資訊讓製造業者能夠隨時監控工廠生產現況,包含生產設備、員工、零件、與存貨的移動位置,從而達到降低成本、節省時間、改善生產效率、簡化作業流程等四大效益。

強化工廠自動化程度 提昇產品價值不二法門

製造業訴來強調「全球分工」的概念,哪個地區的勞動與土地成本比較低廉,就前往該地設置生產工廠,或交由該地廠商來代工,於是,台灣成為全球電子產業的生產重鎮,直到幾年前因為大陸崛起才改變,至今,台灣廠商雖然仍拿下許多品牌廠商的OEM或ODM訂單,但生產重心早已轉移至大陸,為的就是大陸那廉價勞工與廣大土地。

然而,隨著大陸經濟起飛,過往予人「擁有取之不盡廉價勞工」的印象已不復存在,如今,大陸勞工的薪資水準正以每年10%的速度不斷攀升,而在台商聚集最多的沿海地區,不僅要面臨工資飛漲衝擊人事成本的問題,還有勞工短缺的苦惱,迫使台商企業不得不提高工資,如此惡性循環下去,台灣的利潤也隨著薪資成本增加而減少,惟一的解決之道就是使用自動化設備使用率,降低人工作業的比重,還能增加效率與正確性。

就工廠自動化程度來看,台灣製造業相當發達,但自動化程度卻遠不及歐美日等國家,或許是因為台灣業者太過在意成本,又希望投資後能儘快看到效益,偏偏許多自動化設備價格不菲,品質越好價格就越高,再加上投資後也要經過一段時間發酵才能展現效益,於是,對工廠自動化設備的投資意願低,影響所及,對RFID這種新技術的接受度也就更低了。

目前看到的導入案例,多半是政府補助經費所建置的示範性應用案例,且多為一次性導入,導入後也沒有繼續使用,說明白一點,不過就是為了爭取補助款而作出個樣子罷了,在這種不明白RFID價值的心態下,當然不可能為業主帶來任何效益,因此,台灣製造業在面臨轉型的現今,應該思考的問題不是「要去哪裡找成本更低廉的地方來設廠」,反而要積極正視自動化設備的價值所在,用自動化提昇產品價值,才是將台灣品牌推向國際的方法。

資料來源: 機電整合雜誌 第135期 廖珮君 2009/10/28

版主閱後更正建議:
1. Passave UHF RFID頻段為860~960MHz
2. Passave UHF固定式Reader讀取距離一般為3~10m,手持式為1~3m;要做到像圖片或內文說的讀距離50~100m只有兩個可能;一個把5~10m筆誤成50~100m,另一個是指"主動式RFID系統"

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