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如何装作很懂RFID

2020-06-11 14:34:53 全球物联网观察 94

Part 1

RFID的发展史


第二次世界大战期间,美国空军和海军都面临着在陆地、海上和空中对敌我目标识别的问题,为此开发出了”敌我识别系统”,这便是早期RFID技术的萌芽。在当时,该系统仅用于军事和实验室。


到了60年代后期,出现一些稍微简单的商用RFID系统,主要用于仓库、图书馆等物品安全和监视。这种早期的商用RFID系统被称为1bit标签系统,相对容易构建、部署和维护,


但缺点是这种1bit系统只能检测被标识的目标是否在场,无法有更大的数据容量,甚至不能区分被标识目标之间的差别。


因此,早期的1bit只能作为简单的检测用途。


之后的30年,RFID技术与产品研发处于一个大发展时期。到了90年代,道路电子收费系统在大西洋沿线得到了广泛应用,这些系统提供了更完善的访问控制特征,因此它们集成了支付功能,也成为综合性的集成RFID应用的开始。


90年代末,RFID应用市场迎来第一次小爆发


当时美国国防部军需供应局每年要负责管理和运输的物品种类多达4600万,这些物品从水果、汽水到防弹背心、汽油和X射线机,应有尽有。总价值高达832亿美元。


为了减少运输管理方面的支出,当局决定将23个仓库纳入到一套RFID系统下进行管理,并对原有的42套业务和支持流程进行合并重组。通过这套RFID系统的成功落实,美国国防部军需供应局成功节省了近18亿美元。经过2年多的重组,美国国防军需供应局的人员编制也从6.5万减少至2.15万人。


Part 2

RFID技术已大规模应用的案例


在商业上的应用,沃尔玛当之无愧是RFID技术在零售和物流业部署的鼻祖,对RFID技术的大力推广也是功不可没。


沃尔玛自2003年开始计划部署RFID,时任CIO Dillam就曾说,沃尔玛的目标是要能够跟踪到所有的货物。


经过5年时间,沃尔玛完成了5个分销中心的部署工作,只占既定目标的一半还不到。在当时成本昂贵、技术和标准不统一的背景下,沃尔玛依然坚持投入、推广供应商一同加入部署。


在2008年,沃尔玛6万家供应商中,600家部署了RFID,虽然从商家数量上仅占1%,但这600家供应商占据了沃尔玛75%的销售。


在推广部署RFID的路途上,沃尔玛可谓孜孜不倦的“教育”着合作伙伴,更重要的是,沃尔玛始终坚信RFID技术会带来更多商业利益。


从最初仅用RFID技术追踪货物--比如某批产品是否抵达达拉斯,


后来沃尔玛发现,RFID还可以在资产管理上发挥更大作用--比如某贵重家庭影院产品是否被人“搬出”后门;


再后来后又采用RFID在制造商与沃尔玛的RetailLink系统之间实现双向的、基于供应链的通讯--北达拉斯的那家仓库的罐装番茄汁库存量在减少,达拉斯分销中心是否有足够库存?或者哪个分销中心可以供货?


这也就是RFID基于物品追踪,到物品管理,再到实现电子信息化的物流管理体系。


沃尔玛最早在2000年开始使用RFID,随后还和其他早期采用者一起,帮助制定了现在的ISO 18006-C标准和“第二代”标签扫描器标准。


据Sanford C.Bernstein公司的零售业分析师估计,通过采用RFID,沃尔玛每年可以节省83.5亿美元,其中大部分是因为不需要人工查看进货的条码而节省的劳动力成本。


不过也有一些分析师认为83亿美元这个数字过于乐观。但毫无疑问,RFID有助于解决零售业两个最大的难题:商品断货和损耗(因盗窃和供应链被搅乱而损失的产品),而单是盗窃一项,沃尔玛一年的损失就差不多有20亿美元。研究机构估计,通过RFID技术能够帮助把失窃和存货水平降低25%。


在服装行业


明申智能卡 如何装作很懂RFID

过去的服装行业,面临着和零售业类似的问题,


大多数采用条码枪逐件扫描盘点,甚至手工盘点。如果货品种类繁多和量大,必将耗费大量时间,即使盘点后发现货品丢失,也无法及时找回。除此,因为工作量大且繁重,门店或仓库盘点只能采用月盘或季度盘。每次盘点,往往需要所有人员加班加点,还得暂停营业。


这样的盘点方式,速度慢,效率低,而且容易出错,一直在大量耗损企业的人力成本和费用开销。


据远望谷刘经理介绍,以MJstyle三层店面的面积为例,如果采用远望谷的整体RFID解决方案,店面人员只需要手持远望谷读写器,将功率调到最大,然后在店面走一圈,整个过程大约30分钟,仅需1个人,就能完成整间店面的盘点工作。


目前沃尔玛、麦德龙、海澜之家、拉夏贝尔、优衣库和UR等零售和服饰品牌都已广泛采用RFID技术。


以前的仓库盘点是这样的↓↓↓


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采用RFID技术,盘点是这样的↓↓↓


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图片来自网络,如有侵权,请联系,谢谢。


可见,通过采用RFID技术,能极大程度优化货物的交收和管理,在仓储人力、货存到位率、货物缺失方面也都得到了改善,同时帮助企业实现信息化物流管理。


Part 3

RFID为什么这么牛


先看下RFID技术的构成


RFID首先可简单分为硬件层和软件层,硬件层为:电子标签(Tag)和读写器(Reader&Writer);软件层为数据交换和管理系统。


电子标签(Tag)主要由上天线、耦合元件和集成芯片组成。每个电子标签都具有唯一的电子编码,通过电磁波与读写器进行数据交换,具有智能读写和加密通信功能。


读写器主要由无线收发模块、天线、控制模块及接口电路组成。


数据交换和管理系统主要是把数据信息进行搜集、存储、管理和进一步处理,为用户使用。以及对电子标签进行读写控制。



组成

器件

工作原理

硬件

电子标签(Tag)

片上天线,耦合元件,集成芯片

每个电子标签都具有唯一的电子编码。通过电磁波与读写器进行数据交换,具有智能读写和加密通信功能

读写器(Reader&Writer)

无线收发模块,

天线,控制模块,

接口电路等

应用软件系统

数据交换


把数据进行搜集、存储、管理和进一步处理,为用户使用。以及对电子标签进行读写控制等

管理系统

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再看下RFID的工作原理 


RFID技术的基本工作原理其实也不复杂:读写器将要发送的射频信号,经编码后加载到高频载波信号上,再经天线向外发送。


进入读写器工作区域的电子标签接收此信号,卡内芯片的有关电路对此信号进行倍压整流、调制、解码、解密,然后对命令请求、密码、权限等进行判断,电子标签再根据命令进行处理。

 

RFID基本工作原理图:

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Part 4

这么牛的RFID,它的技术核心是什么?


芯片

芯片无疑首当其冲是大部分电子信息产品中的核心技术之一。


RFID芯片分为标签芯片和读写器芯片。以标签芯片为例,它集成了除标签天线及匹配线以外的所有电路,包括射频前端、模拟前端、数字基带和存储器单元等模块。对芯片的基本要求是轻、薄、小、稳定性高和价格低。


在国内,本土厂商也已有能力自行研发生产低频、高频段芯片,在小体积、低功耗上也都取得了一定的成果,且价格相较国外厂商有约30%以上的价格优势。


据了解,目前国内可自主研发,且已经投入生产的RFID芯片厂商有上海复旦微电子、远望谷、聚辰半导体等等。


国内典型厂商案例:

上海复旦微电子集团股份有限公司

网址:http://www.fmsh.com/


介绍:复旦微电子的超高频RFID标签芯片工作频段为840MHz到960MHz,此系列芯片包括了符合国内标准GB/T29768和GJB7377.1的超高频标签芯片,以及符合国际ISO18000-6C协议的标签芯片。分别可提供不带加密算法的普通版本和带加密算法的安全版本芯片。复旦微的超高频系列芯片基于公司在射频和存储领域的多年技术积累,具有射频读写灵敏度高,兼容性好,存储器可靠性高等特点,可广泛应用于物资管理、交通运输、物流快递、人员管理、门禁管理等领域。


国内主要RFID芯片厂商:


序号

公司名称

1

上海复旦微电子集团股份有限公司

2

聚辰半导体(上海)有限公司

3

深圳市远望谷信息技术有限公司

4

江苏稻源微电子有限公司

5

无锡旗连电子科技有限公司

6

爱康普科技(大连)有限公司

7

上海坤锐电子科技有限公司

8

智坤(江苏)半导体有限公司

9

苏州汇成芯通物联网科技有限公司

10

上海飞聚微电子有限公司

11

富士通电子元器件(上海)有限公司

12

浙江悦和科技有限公司

13

国民技术

14

山东华翼微电子技术股份有限公司

统计来源IOTE 2018参展企业

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国内典型厂商案例:

NXP


网址:https://www.nxp.com/cn/


简介:NXP的RFID芯片分为超高频(UHF)、高频(HF)、NFC和低频(LF),分别符合ISO 18000-63、UHF EPC Gen 2V2;ISO 15693、ISO 18000.3-1/3-3、EPC HF;ISO 14443A、NFC Forum Tag类型2;ISO 14223、ISO 11784/85。产品已经广泛用于库存和供应链管理、服装零售、汽车电子、品牌保护追踪和家畜追踪等等。


国外主要RFID芯片厂商:

序号

公司名称

1

NXP

2

Cypress

3

Atmel

4

Infineon

5

意法半导体(中国)投资有限公司

6

美国英频杰股份有限公司

7

美国意联科技有限公司

统计来源网络,全球物联网制表转载请注明出处


RFID芯片设计和制造技术的发展趋势仍将是功耗更低、距离更远、读写速度更快、可靠性和安全性更高,并且成本不断降低。对于国内RFID的芯片厂商,最重要的是稳定性,包括生产工艺都还需要再做改进。


天线


作为信号传送的载体,天线的重要性不言而喻。

 

天线也分为标签天线和读写器天线。

 

根据应用场合的各有不同,RFID 标签可能需要贴在不同类型、不同形状的物体上,甚至需要嵌入到物体内部。此外,标签天线和读写器天线还分别承担接收能量和发射能量的作用,这些因素对天线的设计提出了严格要求。


天线的目标是传输最大的能量进出标签芯片。这需要仔细设计天线和自由空间以及其相连的标签芯片的匹配。假设在零售商品中使用,如果频带是435MHz,2.45GHz和5.8GHz,


那么天线必须要做到:


体积足够小,才能够贴到物品上;有全向或半球覆盖的方向性;提供最大可能的信号给标签的芯片;无论物品什么方向,天线的极化都能与读写机的询问信号相匹配;具有鲁棒性;


具备以上要求,最后还是成本要足够低


目前全球最大的天线零件厂商为Laird Technologies


美国莱尔德科技集团

网址:https://www.lairdtech.com/


简介:美国莱尔德科技集团是设计和制造电磁屏蔽材料、导热界面材料和无线天线产品的世界著名公司,产品广泛应用于电信、数据通讯、手机、计算机、通用电子装置、网络设备、航空航天、国防、汽车以及医疗设备等领域。


国内主要RFID天线厂商

类型

序号

公司名称

标签天线

1

深圳市英内尔科技有限公司

2

北京科宇金鹏自动化设备有限公司

3

南京百杰腾物联科技有限公司

4

温州振疆电子科技有限公司

读写器天线

1

深圳博纬智能识别科技有限公司

2

佛山澳信科技有限公司

统计来源网络,全球物联网制表,转载请注明出处


Part 5

RFID技术的六大优势


1、无需可视、批量读取,大量RFID标签可被读写器同时、快速、批量读取,一次可读取数百枚甚至数千枚标签。也可识别高速、移动的物体,如火车、公交等。


2、高容纳力电子标签可存储更多信息,如生产日期、入库日期等,还可反复改写,重复使用。读取后的数据也即时上传系统加以处理,还可实现对产品的追根溯源。


3、读取距离远,根据读写器的功率和天线的增益率,读取距离可从几十厘米到几米不等;


4、全球唯一性,不可复制,每个RFID标签都是唯一的,在生产标签过程中,便已将标签与商品信息绑定,所以在后续商品流通、使用过程中,这个标签都是唯一代表所对应的那一件商品。


5、保存周期长

RFID标签具有防水、防磁、防腐蚀、耐高温的特点。如洗衣行业、动物饲养行业、医疗行业等,都对标签耐用性有较高要求。目前一般的标签保存时间都可以达到几年、十几年甚至几十年。


6、高安全性

RFID标签的核心技术之一是芯片,众所周知芯片开发的难度之大,造价之高。对于造假者而言,复制成本太高,且难以突破技术关卡。此外电子标签具有可靠的安全加密机制,我国第二代居民身份证也是采用RFID技术。


Part 6

RFID的商业应用


除了零售和服装行业,RFID技术也正伴随中国经济的高速发展,而被广泛推广。


目前RFID在金融支付、物流、零售、制造业、医疗、身份识别、防伪、资产管理、交通、食品、动物识别、图书馆、汽车、航空、军事等行业都已经实现不同程度的商业化使用。


RFID在15个行业的应用

序号

行业

应用

1

物流

物流过程中的货物追踪,信息自动采集,仓储应用,港口应用,快递

2

零售

商品销售数据实时统计、补货、防盗、结账

3

制造业

生产数据的实时监控、质量追踪、自动化生产

4

服装业

自动化生产,仓储管理,品牌管理,单品管理,渠道管理,串货管理

5

医疗

医疗器械管理,病人身份识别,婴儿防盗

6

身份识别

电子护照,身份证,学生证等各类电子证件

7

防伪

贵重物品(珠宝、酒、烟、药品)的防伪,票证的防伪

8

资产管理

各类资产(贵重的、数量庞大、相似性高,或危险品等)

9

交通

智能交通,高速收费,出租车管理,公交车枢纽管理,铁路机车识别等

10

食品

水果、蔬菜、生鲜等食品的溯源和保鲜度管理

11

动物识别

驯养动物,畜牧牲口,宠物等识别管理

12

图书馆

书店、图书馆、出版社等应用

13

汽车

制造,防盗,定位,车钥匙

14

航空

制造,旅客机票,行李包裹追踪

15

军事

枪支、弹药、物资、人员、卡车等识别与追踪

来源网络 全球物联网观察制表,转载请注明出处


Part 7

RFID未来的市场空间有多大?


2010年中国物联网发展被正式列入国家发展战略,RFID作为物联网的关键技术之一,自二战时期萌芽,至今已经发展了近90年。随着技术的成熟和普及,RFID必将与市场需求的不断增加而发展壮大。


预计2022年,中国RFID市场规模突破730亿


据前瞻产业研究院的调查数据,2014年中国RFID行业的市场规模为311亿元,较2013年增长30%。


2015年市场规模约为373亿元,2016年市场规模超500亿元,同比增长27%。如果按照这个增势,预计到2022年,RFID行业市场规模将突破730亿元。


明申智能卡 如何装作很懂RFID资料来源:《前瞻产业研究院RFID行业研究报告》


2017-2022年中国RFID行业市场规模预测(单位:亿元)

 

明申智能卡 如何装作很懂RFID

资料来源:《前瞻产业研究院RFID行业研究报告》



Part 8

哪些企业在使用RFID技术?

小编根据网络公开信息,搜集到了少量已经使用RFID技术的企业,如下表:


序号

行业

已经使用RFID技术的企业

1

物流

UPS、DHL、Fedex、TNT

2

零售

沃尔玛、家乐福、麦德龙、中百集团、马莎百货、塔吉特、乐购

3

制造业

暂未知

4

服装业

迪卡侬、ZARA、优衣库,国内的海澜之家、拉夏贝尔、UR、富安娜、泰莲娜、九牧王、茵曼、Herman Kay、American Apparel

5

医疗

香港大学深圳医院、北京大学深圳医院

6

身份识别

国家二代身份证、上海迪士尼梦想护照

7

防伪

烟草一号工程、五粮液、泸州老窖、剑南春

8

资产管理

国家电网

9

交通

中国高铁、中国铁路

10

食品

中粮集团

11

动物识别

正邦集团(生猪)

12

图书馆

书店、图书馆、出版社等应用

13

汽车

西门子

14

航空

波音与空中客车合办零部件供应链

来源:网络搜集 全球物联网观察制表,转载请注明出处


结语:

作为构建物联网的关键技术之一,近年来已经受到越来越多的关注,而企业对于物品管理和人工成本的控制,RFID也必将会在各行各业被广泛采用。作为全球的制造业基地,中国已经拥有全球最大的RFID应用市场,相信未来在政府推动、标准统一和成本逐渐下降,随着无人零售的新风口应用,将会给RFID带来一个高速增长的机会。


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