工业4.0延续前三次工业革命的脚步, 最初起始于机械化和蒸气动力, 接着是大量生产和组装的起飞, 然后出现了计算机自动化流程; 而工业4.0的核心概念, 也着重于全新技术的运用. 具体而言, 工业4.0聚焦于信息科技, 试图实现更精良, 便捷的自动化工业应用.
工业4.0的影响深远, 因为涉及信息科技的数字化和数据分析技术, 几乎可应用于每一项营运作业. 运用工业4.0的策略和技术, 企业可在整条价值链创造竞争优势, 包括原料与资产利用, 质量监控, 库存管理, 需求匹配, 乃至于检修服务, 退货, 保固支持等售后作业.
数据管理/保护为实践工业4.0成败关键
虽然工业4.0前景看好, 但挑战在于如何管理和保护数据, 如今这已成为营运成败的关键. 智能工厂的所有实体组件及其操作人员, 若全部纳入整合式的通讯网络, 组织将面临可观的风险. 在工业4.0网络中传播的信息, 不仅敏感且极具价值, 必须采用先进技术, 确保最佳的安全性和灵活度(图1).
图1 工业 4.0 运用虚实系统创造出更聪明, 更有效率的工作流程.
结合了进阶溯源追踪功能和IoT联机能力的RAIN RFID就是一例. RAIN RFID可赋予对象独特识别卷标, 并透过电场感应提供无线电源, 进而提升精确度和效率, 同时改善每项对象的识别, 定位, 验证和操作质量, 范围包括最初的生产到最后的销售, 甚至涵盖各项售后服务.
本文介绍RAIN RFID的技术功能, 并检视RAIN RFID支持工业4.0策略的多元方式. 文章中的第一部分将先说明RAIN RFID技术的运作原理.
提升效益/降低成本 RAIN RFID妙用多
无线射频辨识(RFID)技术投入供应链应用已将近50年. 在商品从工厂移动到仓储, 商店的过程中, RFID读取器和卷标是一项经济实惠的物品追踪识别系统, 对于超高频段(UHF)类型尤其有效.
RAIN RFID可提高物品追踪的精准度, 速度, 批次读取和安全防护能力. RAIN RFID标准已问世超过10年, 经历数代改良, 采用电子产品代码(EPC)数据格式协议, 赋予每个RFID卷标拥有专属标识符.
RAIN RFID亦允许透过因特网储存, 管理, 分享数据, 具有卷标的物品即可纳入物联网(loT). RAIN的全称为RAdio-frequency IdentifciatioN, 形容这项技术使数据从高度集中的云端下放普及, 如同雨滴落进大海.
RAIN RFID于860和960MHz频段运作, 能在产品的整个生命周期带来诸多效益, 可降低成本, 改善效率, 让产品融入整体工作流程(图2), 并提高安全防护水平.
图2 RAIN RFID促使卷标物品融入工作流程.
RAIN RFID是一种被动式无线技术(卷标可从读取器汲取电力, 不用装配电池), 读取范围可达数公尺. 此外, 读取器和卷标之间不需直视判读(Line of sight)环境, 可一次辨识多个卷标, 如此便可将许多物品一并编入库存列表, 即使存放箱内或成群堆栈也不受影响.
RAIN RFID已将数十亿件日常用品连接到因特网, 广获零售商采用, 品牌业主会透过RAIN RFID来辨识, 定位, 验证并操作每项物品, 不但能简化供应链并改善库存管理, 还可以降低仿冒品和流入黑市的影响, 因为整个产品生命周期中皆可简易便利地读取卷标, 使卷标物品成为营运流程中的主动环节.
总而言之, 作为工业4.0的一环, RAIN RFID在整个产品生命周期中都具有作用, 从最初生产阶段到成品配送, 甚至延伸到客户手上.
提升组件供应安全和效率
采购原料和次组件时, RAIN RFID可轻易辨识物品, 检验真伪, 并以最有效率的方式来存放和使用; 还可轻易对照交货单检查进货, 并在验收入库前确认交货顺序正确. 物品验收入库或使用前, 可查核真实性, 以利符合各项标准, 如汽车安全准则等.
同时, 设置频繁的自动扫描检查点, 可加速物品列入存货和定位作业. 在整条供应链的过程中加注信息, 可让每项物品「知道」自己的流向, 使用时机和储存时限.
提高制造领域智能和灵活度
在厂房中, RAIN RFID可以加强自动化功能, 让物品引导机器人或是人员遵循程序, 并且在操作前辅助辨别适当工具; 而RAIN RFID来料辨识精确度极高, 并能于进厂时迅速触发动作或负载设定.
物品可对机器下达特定指示, 说明任务和作业流程. 处理特定零件之前, 还能协助用户查询使用手册, 或朗读说明书, 以利作业人员解决疑难或检查设定.
藉由提高自动化程度, RAIN RFID省去人工步骤, 进而避免相关错误. RAIN RFID可实时识别所有处理中原料并监控制程, 有效支持数据分析, 从而做出更妥善决策, 加速制程优化, 并强化品管. 若库存量减少至默认的数量时, 可自动订购更换用零件; 或是按照默认间隔时间将重要资产编入库存, 尽可能降低对工作流程的干扰.
另外, RAIN RFID具弹性, 可支持精细的变异管理, 最小能以单件批量规模进行客制, 达到理想的适时和顺序供应成效, 并以较佳方式结合灵敏度和个人化设计. 安全验证功能可确保成品采用原厂零件, 且能更新物品卷标, 反映多项组件构成单一产品的各个制程阶段.
RFID使成品配送更简单/智能
在成品配送方面, RAIN RFID提供物品层级追踪, 实时更新功能, 可随时掌握定位, 以及精确验证并实时追踪物品, 加速并改善货物进出厂区的流程.
无论是在库存或往返于仓储和零售地点之间, 物品均可轻易查找, 并在整条供应链上加以追踪, 能够确保较旧物品先出货, 避免「先进后出」的不良存货管理模式.
同时, RAIN RFID可监控仓储, 配送中心及门市库存列表, 存量减少时自动补货, 确保零售商和经销商货源充足, 随时供应最热门产品. 物品会自行记录每一阶段进度, 提供各种详细信息, 例如后续的流向和时程, 无论是当前的仓储货架, 或是前往其他国家的配送中心. 透过RAIN RFID, 供应链也不再脆弱, 因为安全验证有助于打击盗版, 减轻海关人员和贸易机关的查核工作, 更容易辨识赃品或灰市水货.
售后服务更方便/灵敏
RAIN RFID可用于设定后期组态, 产品即使已包装仍可客制化处理, 进而简化售后服务, 因为卷标有助于技术人员排除疑难, 并存取特定物品信息.
制造时为产品装设RAIN RFID卷标, 可提升售后服务的效率. 卷标可让物品自行追踪历程, 能够完全回溯至源头, 详尽记录所有步骤. 由于能够取得个别产品的历程记录, 因此更容易检查保固状态或处理退货事宜, 也有助于解答产品来源或物品制程等相关问题.
另外, 将维护和维修数据直接储存于产品上, 可减少文书作业需求, 支持可预测的维护功能, 依照实际使用状态决定维修时间, 而非依据固有的排程. 正品检验能力则可避免退货鱼目混珠, 确保仅有合格产品获得服务合约保障. 为了保护消费者的隐私, RAIN RFID也具有「防追踪」功能, 除非经由授权读取器查询, 否则无法读取数据. 举例而言, 产品遭退回而要求退款或换货时, 销售人员可使用具有防追踪权限的读取器来扫描售出的产品.
工业 4.0连网格式多 RFID居要角
RAIN RFID是现今制造环境中, 许多无线联机格式的一种. 工业4.0的领域也包含各种消费者端所熟悉的无线技术, 例如近场通讯(NFC)和蓝牙低能源(BLE)技术.
每种无线格式各有其特点, 功能和专长. 以RAIN RFID为例, 其远距读取范围和低成本卷标等特点都胜过NFC或BLE, 但必须使用特殊读取器来读取卷标. NFC和BLE的读取范围较小, 但目前各大厂牌的智能型手机和平板计算机大多支持, 因此较毋须投资开发特殊设备. 如需一次读取大量物品, RAIN RFID即具有显著优势, 其可在数秒内大量辨识数百件物品(图3).
图3 RAIN RFID 可提供最广的读取距离, 且能一次读取多个物品.
取代光学格式 RFID应用更灵活
RAIN RFID的效能和互动程度, 是光学格式(例如条形码)所无法企及. 如表1所示, 相较于光学格式, RAIN RFID可减少(甚至免去)人工扫描的需要, 可加速读取更多物品, 且能在更多场合进行扫描, 甚至可读取隐蔽或已包装物品.
RAIN RFID配有内存, 可进行更新或重新写入, 创造出更为动态而灵活的库存流程. 此外, RAIN RFID具有各种安全防护功能, 例如物品层级的验证功能, 这些都是光学格式难以提供的优势(表1).
RAIN RFID在外型尺寸上也较光学解决方案更加灵活. 举例而言, 用于识别物品的卷标可以整合至用量有限的纸制卷标, 或可重复使用的实体卷标, 也能内建于电子装置的印刷电路板(PCB)上(图4). 读取器机制则可内建于行动装置, 无线联机装置或手持读取器, 或装设在固定门户, 以读取通过的物品(图5). 具RAIN RFID功能的软件则可作为应用程序储存于读取器装置, 或整合至后端系统供组织使用, 亦可纳入云端分析算法(图6).
图4 RAIN RFID可整合至纸制卷标, 实体卷标, 或印刷电路板上.
图5 RAIN RFID读取器机制可内建于行动装置, 无线联机装置或手持读取器等.
图6 具RAIN RFID功能的软件能作为应用程序储存于读取器装置, 亦可加入云端分析算法.
综上所述, RAIN RFID可应用于工业4.0环境中, 提升产线生产效能, 速度, 精确度等, 而半导体业者也致力发展RFID相关解决方案, 以便推动工业4.0发展.
以恩智浦为例, 该公司旗下RAIN RFID品牌名为UCODE, 可因应现今应用环境, 并藉由更高的防碰撞率来提升准确度, 透过更强的灵敏度来扩大读取范围, 再以更广的频段, 更佳的EPCglobal合规度, 来满足用户需求.
且恩智浦目前亦担任RAIN RFID联盟主席, 并着眼于安全防护上, 因此成为率先支持UHF Gen2V2和ISO/IEC 29167的公司, 范围涵盖自动识别与验证的加密安全防护. 恩智浦也以UCODE DNA的形式, 率先在市面上推出RAIN RFID的 AES128加密.