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物流和生产中的RFID - 智能物流区的应用，研究和愿景

Martin Kirch，Olaf Poenicke *，Klaus Richter

弗劳恩霍夫工厂运行和自动化研究所IFF，Sandtorstr。 22，39106，德国马格德堡

摘要：

他要求自动识别和本地化以及物流对象的状态监视作为安全供应链文档和控制的数据来源正在增加。 通过使用这些技术，智能物流区创建用于物流和生产流程。 本文描述了一种定义这种智能物流区的方法。 作为智能物流区应用的例子，描述了两个RFID基地用例。 由此显示了使用智能物流技术的潜力。 一个例子集中在汽车行业原型零件的RFID标签上。 另一个例子描述了用于托盘管理应用的RFID集成的用例和方法。

关键词：汽车ID，RFID，智能物流区，汽车，零售

1．介绍：

智能物流是在跨公司和国际运输链和网络中更有效地组织物流和信息物流的关键方法。 这种网络暴露于以波动性，不确定性和不可预测性增加为特征的环境中。 因此对稳健性，灵活性，敏捷性和弹性的需求必须成为未来物流系统设计的关注焦点。

除了对物流和生产过程中的物品和资源进行识别，定位和状态监测之外，所收集数据的汇总和处理也是智能物流的一个重要方面。根据智能服务和智能产品的定义，Uckelmann将智能物流描述为：通过采用技术组件来获取物流量数据并处理这些数据以进行监控和进一步目的。作为关键技术，他提到了以下技术组件：

bull;识别 - 尤其RFID，

bull;定位 - 像GPS等其他RTLS，

bull;感应 - 例如温度和湿度传感器。

基于智能物流的描述，智能物流应用的物理区域可以被定义为智能区域。这个概念将在第2节中进一步描述。在第3节和第4节中，本文描述了使用无源UHF-RFID作为智能物流区应用的核心元素。它还显示了一些成功的技术整合这些解决方案必须满足的深度挑战。第五部分对智能物流区的其他方面进行了简要总结和展望。

2.智能物流区

智能物流区定义了技术系统的多用途概念，用于物流和生产过程中不同物位的识别，本地化和状态监测。此外，空间参考需要整合到定义中，因为运输和生产相关的物流过程是通过沿着空间和时间移动和处理物体来定义的。由此，在典型的供应链中必须考虑多个空间和物体层次：

bull;个人（员工），

bull;单个物品（货物/货物），

bull;移动资源，

bull;基础设施。

技术系统沿供应链空间和物体层面的整合标志着建立智能物流区的核心挑战。

物流区被理解为物流和生产基础设施中的移动物体（车辆，搬运设备，货物，员工等）的作用范围。由此物流区在其地形技术和时间框架中由物流过程定义。这个定义使得物流区域可扩展 - 从地理区域和交通路线到达定义的物流节点和单个感兴趣的区域，如接收区域，单个集装箱或单个生产工作场所以及其物料供应和出货产品。

智能物流区配备了形成环境智能的ICT。环境智能通过链接多个支持传感器，通信和处理模块并提供用于分析，监测和性能测量功能的IT工具来描述支持人类行动（例如，在物流过程和环境中）的技术范例。遵循这些要求，识别，本地化和状态监测系统与多传感器系统相关联，以无缝监控智能物流区中物品，资源和人员的物流过程。

2.1智能物流区的要素和技术要求

由于信息和通信技术（ICT）在物流和生产过程中的使用提供了处理对象和资源的若干信息，这些信息正在越来越多地实时提供，因此这些传感器信息被用于安全领域和其他目的安全变得越来越相关。将传感器技术整合到物流和生产过程中的基本思想是监控过程可靠性。由于法规（例如食品物流，危险物品），传感器技术的使用对于安全方面更加重要。另一方面尤其如此。用于实时对象跟踪和追踪的解决方案可用于工作场所安全性和工艺可靠性方面（见图1和图2）。

图1.智能物流区的要素（Schenk等，2012）。

如图1所示，智能物流区的定义方面可以细分为安全/安保，空间/物体参考和信息流。

图2.智能物流区特征的形态（Schenk等，2012）。

识别，定位和状态监测系统的技术要求必须在供应链的所有阶段得到满足，因为它们的弱点不可避免地存在于没有绝对确定性地获取信息的地方。无缝智能物流的关键挑战之一是在供应链各个环节创造可比较的技术水平。这定义了智能标准化后勤区域对不同要求的要求。智能标准化物流区的创建促进了整个运输链中与物流相关的所有信息的整合，从而追求安全供应链的愿景（Schenk et al。，2007）。

2.2智能物流区域的技术

对于物流和生产中的物体，对自动识别和定位以及状态监测的需求正在增加 - 既作为安全供应链文档和控制的数据来源。通过结合使用无线电和图像识别和定位技术，通过运动和状态分析自动确定物流过程的状态，可以获得安全和安全任务的重要协同作用。信息通信技术正在进入基础设施（例如后勤节点），对于设备，货运和执行人员来说也是必不可少的，以确保即使在后勤边界也能获得货物的位置和状态等必要信息。

智能物流区是在任何供应链中单独建立的，并构成目标区域，信息必须在特定的物流系统中获取并进行处理。信息物流的一个关键挑战是必须兼容和接口执行众多子系统，从传感器源到性能测量功能，这些功能在物流区的各个层面上并行存在，部分在竞争中存在。因此，ICT系统的合作运营和互操作性研发是物流应用的一个关键发展领域（Schenk et al。，2010）。

为了建立智能物流区，现在可以使用越来越多的技术 - 谈到身份识别和本地化技术，以及不同的传感器技术进行状态监测。为了概述智能物流区的一些基本应用，接下来的两节将介绍在物流和生产中使用无源UHF-RFID的两种不同应用。对于这些应用而言，RFID已被确定为供应链中物体识别的最佳拟合技术 - 但智能物流区也可以基于其他技术。为了实施智能物流和生产流程，分析目标识别，本地化和状态监测技术的技术和经济可行性总是至关重要的。

3．确保汽车行业中的物体识别

由于像RFID这样的AutoID技术的使用越来越多，所以被扫描的物体数量也在不断增加。出于这个原因，需要新颖的扫描技术来确保供应链所有阶段的物体的安全识别。随着企业物流和生产区不同RFID门在不同商业案例中的应用，RFID应用共存问题日益突出。基本RFID应用的灵敏度和射频信号范围的相关性在单个读取，批量读取和无源RFID标签定位的应用中是不同的。

在供应链中需要新的标准化技术解决方案的一个很好的例子就是在汽车行业引入RFID。通过引入RFID，OEM公司及其供应商能够在物品层面跟踪他们的产品。在车辆的组装部件上广泛使用RFID应答器使得基于物品的跟踪的新的可能性 - 用于物流过程（例如对进入货物的控制）以及生产过程（例如，对组装正确部件的控制）。除了已建立的应用，例如生产单车或车身的基于RFID的识别，最近还开发了RFID应用的其他领域。特别是使用RFID来标记和识别原型零件 - 在单一阅读应用中以及在组装零件的批量阅读应用中 - 为RFID在汽车工艺中的集成提供了一个良好的开发和测试案例。随着技术发展，汽车RFID标准（编号系统结构）的定义也是一个重要方面。

在车辆开发过程中，原型车辆和零部件正在不断发展。因此，唯一识别车辆和零部件尤为重要。要处理的车辆数量要比批量生产的要少得多。这减少了RFID实施的范围和成本，并且学习了RFID技术，而不是直接将RFID技术引入到大规模的系列生产中。车辆开发过程只针对用于内部目的的车辆和部件，即它们不交付给最终客户。这有助于减少潜在隐私问题等不可预见的风险。 （Peppel等，2014）。

称为批量检测的系统能够在共同读取范围内自动识别多个RFID发送应答器，如发动机或车辆的乘客舱等。除了用于读取应答器的合适的RFID系统之外，读取空间还必须具有足够的能量密度，并且在任何极化情况下具有均匀的场强分布，以便高度可靠地读取RFID应答器，甚至当他们的方向是未知的。在车辆开发过程的特定使用情况下，多达100个单件位于一辆车中，需要安全地识别。智能物流应用于汽车原型的基于RFID的流程如图3所示：

图3. RFID在汽车原型零件中的应用（Peppel等，2014）。

由于在大容量读取过程（例如进入原型部件的大块/原型车内的大量组装部件）内的RFID应答器的可靠识别是技术挑战，已经分析了不同的技术方法。这种高性能批量读取（大量RFID应答器，读取时间短）的一种可能的技术解决方案是由FraunhoferIFF开发的RFID隧道门。该解决方案使用混响室的原理。阅读区域由导电介质界定并采用电磁混响，同时在UHF频带中结合RFID系统的一个或多个天线。混响室提供了一个周期性的电磁环境，这意味着：

bull;所有波之间的相位是随机的，

bull;室内的能量密度均匀统一，

bull;所有方向的能量流都是相同的。

采用混响室原理的隧道门的技术优势超过传统的门：

bull;使用最小的读取器输出功率可靠读取RFID应答器，

bull;屏蔽阅读区防止误报读数，

bull;完全独立于极化可确保无论发送应答器的方向如何，RFID应答器的读数均准确无误。

混响室有助于在已建立的物料流中可靠地自动扫描标有RFID的物品。电磁混响的灵活性和可扩展性的原则使其成为需要高性能批量读取的智能物流区的理想参考技术。隧道门的解决方案可以广泛应用于整个供应链。从Tunnelgates中的对象扫描到将原理集成到智能容器中，每个应用程序形成智能物流区（见图4）。

图4. RFID应用中电磁混响的原理（Schenk et al。，2012）。

4.基于RFID的托盘管理

无源UHF-RFID的典型应用领域是识别可回收的运输设备，如托盘或集装箱。由于目前正在开发建立具有集成RFID功能的标准集装箱（例如在汽车行业内），因此仍然只有很少的大规模应用，RFID标签的运输设备可以长期可靠地使用。下面描述的用例给出了开发和建立RFID标签运输设备的方法。该方法已经成功地用于德国零售公司RFID标签塑料的开发和推出，并进一步描述（Poenicke和Kirch，2016）。

通过该应用程序，可以深入了解智能物流应用程序的RFID实施情况。

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