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刘禹:RFID技术在制造业当中的应用挑战

作者:刘禹
来源:计世网直播/RFID射频快报整理
日期:2007-06-25 17:56:23
摘要:中国科学院自动化所RFID研究中心刘禹副主任重点就制造业领域RFID技术应用现状及投资回报价值进行了详细分析,并用翔实的图片资料与数据信息介绍了江苏南通一服装厂、杭州卷烟厂和青岛海尔等丰富的实地应用情况。
刘禹:谢谢大家,首先感谢《计算机世界》提供这样一个机会,能够让我们一起来让我们研讨RFID应用这方面的应用需求。其实刚才王主任讲的报告,应该说不敢说叫做英雄所见略同,但是和我一会儿要讲的内容非常接近。实际上RFID发展到目前的程度,的确有一点太热了,需要降降温。、王主任是从标准方面给大家相当于揭开了RFID的一些面纱,那么我会再在制造业,就是具体的应有案例当中给大家讲一下到底RFID什么样的企业能用,用了之后会在什么地方体现出它的价值。 
     
那么在我这个报告当中,这个题目下面有这样一个曲线,这个曲线其实可能很多人都非常熟悉了,它实际上描述了一项新的技术在发展的过程当中,随着它技术的不断成熟,那么它经历了一个炒作的高潮,到了高峰之后它会马上陷入一个低谷,到了低谷之后实际上技术才可以称做基本成熟,那么技术在进一步成熟的过程当中变得更加实用化。 
     
这张图是2006年发布的曲线图,在这张图上可以看清楚,实际上RFID的相关的技术非常地多,我们看到这个图上几乎都已经画满了。那么我们在应用过程当中,更需要关心的是什么呢?应当在应用当中更关心的是技术相对成熟的RFID的应用领域。那么我们可以看一下都有什么,最成熟的是RFID的军事物流应用,那么这一点毋庸置疑,实际上从成本方面考虑,在军事上面的应用,对成本方面的考虑不会太多,所以军事上面的应用目前来讲是最成熟的。其次是企业的内部物流应用,企业内部的物流应用有一个自己的特点,最大的特点是可以循环使用,也是相当于我们把成本方面目前来讲比较高,我们通过循环应用把成本降低,所以能够达到实用的水平。再其次是RFID的支付,就是用RFID作为一种支付的手段,这主要是讲高频13.56MHz的应用,那么在国内不管是二代身份证还是公交一卡通都算做应用,之后还是图书馆和汽车的应用。应该讲目前的应用这些技术是相对成熟的,再往后看,包括RFID的实时定位,还有第三方物流或者是RFID的防伪认证方面都有很大的市场,但是目前来讲这个技术还没有发展到一个非常完善的程度。所以目前做迫切的应用非常有难度。 
     
那么我的报告分为5部分,首先是阐述一下我们对RFID的商业价值的理解,第二点以一个具体的案例分析一下RFID的ROI的模型。第三个讲一些自动化所承担的在制造业方面的应用案例,最后要提一下应用中存在的挑战,以及对未来前景的展望。 

首先讲的是RFID的优势和价值在什么地方?其实在这个方面,我不想更多地说了,RFID有自己的一些特点或者说是优势,那么在制造业方面这些优势体现为右边的这些特点。下面有一个红色的一行字,这一行是RFID:A  Key  To  Automating  Everyting!这就是RFID让一切自动化起来,我们翻译得文雅一点是RFID是自动化之光。这句话听起来有点大了,把RFID称做自动化之光,或者是让一切自动化,能做到这么高吗?实际上这句话不是我说的,这是2004年1月,美国的科学美国人杂志,做了一篇专刊上,给了这样一个题目。把RFID称做自动化之光,那么的确在2004年之后,在RFID这个行业发生了很多的事情。比如说沃尔玛宣布了他的强制贴标计划,之后美国的国防部也公布了他的RFID计划。那么从国际标准以及其他的一些应用领域方面,从2004年1月后,应该讲开始如火如荼地进行了。 

下面有4条,这4条是我们认为RFID的4个发展阶段。第一个发展阶段物品识别,它只是识别ID,这应该讲是最初级的RFID应用。第二阶段是信息采集,这不仅是我们能够识别ID,我们还可以读其他的信息并且能够写一些信息。第三阶段是控制处理,我们通过RFID可以对生产线的其他设备进行控制。最后一步是我们一直坚持的观点,第四阶段是RFID将发展成短距离的应用手段,和远距离的通讯,比如说GSM、GPRS形成互补的手段。比如说GPRS在室内不能发挥作用,那么RFID就可以在这方面产生价值。所以最终的发展方向,我们认为还是在短距离通讯方面。 
     
这张是RFID的发展预测,目前RFID在资产管理以及供应链管理方面有一些应用,应用的领域是比较广泛的,有比较多的案例。那么在未来的5年,我认为一个是在制造业,另外一个是在个人消费的领域,都会有更多的应用。所以,实际上如果从机会来讲,将来的发展机会主要还是在制造业和个人消费领域。今天我主要讲的是RFID在制造业的一些应用。 
     
RFID的驱动力其实表现在两个方面,第一个是可见的,第二个是潜在的收益。其实可见大家看一下都可以理解,那么在潜在的收益这方面,其实是提高客户的满意度等等,但是我作RFID的模型中并没有考虑这部分的内容。但是这部分的内容容易忽视,所以我讲一下这方面的内容。 
     
首先,RFID在制造业或者是企业的应用当中,是一个渐进式的应用模式,也就是我们不能够一下子到一个很高的层次。那么,在这一点上,我想有一个观点叫做企业是否应用RFID有一个“三思”,什么叫做“三思”?就是首先要思考三个问题,第一个问题你的企业是不是远见型企业,远见型企业怎么理解或者是怎么定义呢?问自己一个问题,是不是远见型的企业,就是说希望RFID是给自己的企业提升利润,在企业现在的基础上提升利润还是说扭亏为盈,那么这个是非常关键的。很多人指望用RFID来降低自己的亏损,这个目前来讲是做不到的,RFID只能说是喜上加喜的层次。所以,如果我是行业当中排名前几位的企业,那么我用RFID可以进一步提高我的效率,能够进一步提高我品牌的价值,那么这个RFID的应用是有意义的。那么反过来讲,如果是这种劳动密集型企业,那么我们在应用RFID的时候,实际上它的很多价值是没法体现出来的。 
     
第二思是什么呢?是企业现有的信息化水平怎么样。因为RFID实际上做到了一点,就是数字化,我们把生产过程当中的流程都数字化了,那么数字化就需要上游到下游。就是我的数字从哪来到哪去,所以这个和企业现在的信息化水平是非常非常相关的。 
     
第三思:RFID是不是企业唯一的选择?实际上我们应该讲,在很多应用的领域,RFID并不见得是企业唯一的选择方式。那么不管是条码,还是其他的,其实很多的劳动密集型型就是手抄,人去报数,这目前来说是非常多的,特别是在中国。所以我们强制上RFID真的体现不出价值和优势,所以在这方面企业如果能先想清楚这三个问题,并且得到肯定的答案之后,我想应用RFID会有它的价值。 
     
那么我们后面举一个例子,就是RFID ROI模型的计算,在这个企业当中有200人的规模,年营业额3亿元人民币,净利润是0.3亿元,RFID的实施周期是5年。这并不是一个国内的案例,这是一个国外的案例,我把它转化为人民币进行讲解。在国内目前的应用案例当中没有很好地统计出模型,那么我们看一下这个RFID当中有哪些成本。由于这个案例相对比较复杂,所以加入了Wi-Fi,所以这个Wi-Fi也有一部分的投入,那么硬件成本的投入大概在160万左右。第二个是网络服务以及软件的成本,这个主要包括服务器还有相关的硬件,以及一些数据库软件和中间件的成本。我们应该看到,这一部分的成本也是比较大的,特别是软件的投入,是相对来说比较大的。那么在这一部分成本基本上是53.4万左右。第三部分是系统集成和服务,这包括系统安装、调试、人员的培训等等,这方面RFID的总投入是258.3万。我们看一下这个是ROI投入的计算器,用这个计算器统计这个结果。实际上在RFID应用当中,企业的人数下降了10%,但是企业人员的收入增加了10%,对于企业来讲最后的收益是60万。但是实际上,其实在国内的很多应用案例当中,我们并不提倡或者是说并不鼓励进行裁员,这牵扯到很多的问题,并不是说把他裁掉就可以了。所以在国内我们很多应用的案例当中都不涉及到裁员的问题,所以不涉及到涨工资的问题。 
     
那么再往下看,设备的数量不变的情况下,单台设备的年生产总值提高了10%左右,平均设备的利用率,这使我的管理更加透明化,所以我能够更清楚地了解在每一个时刻,我的机器哪些在工作,哪些没有工作,所以我可以有效地提高设备的利用率,那么利用率提高了30%。生产周期就是我能够一年生产更多批次的产品,这实际上和生产效率有关。再有就是废品率,由于我们利用了RFID之后,实际上提升的质量的控制,或者是质量管理这方面的一些手段。那么在废品率方面会有所降低。那么经过这样的统计,我们算出了他在设备方面、生产方面能够带来的收益是265.6万元,总共是325.6万元。那么它的回报周期是258.3万元/325.6万元是0.79万元。我们实施5年,我们大概用4年左右的时间可以把投资收回来。如果在这个地方,如果我们把上面的人员部分去掉,也就是看不到60万元,我们看到回报率是接近1。就是我们的投资回报率到第4年,就是我们项目实施还没有结束的时候,我们的投资已经完全收回来了。 
     
那么刚刚讲到IBM推出了ROI模型的计算器,那么用这个计算器,美国的ITtechEx在各个行业当中做了一个调查,统计的结果是各个行业的RFID投资回报的周期,供应链以沃尔玛为例是等于1,药品防伪是2.3,血液管理也是等于1,这和我们国内的计算也是比较吻合的。 
     
下面讲一下国内的RFID应用案例,第一个讲服装。中国的确是服装生产大国,中国在江浙和广东地区,这都是中国的服装生产的集中地。那么,实际上现在可能面临批量小、多品种、交期短的矛盾,那么在服装生产当中,就是用RFID替代条码,那么条码需要扫描,拿起扫描枪扫然后再挂上扫描枪,我们就把时间节省下来提高生产率,这是相当明显的。我们可以看到最后的结果,提高的生产率是10%左右。 
     
现在我们可以看到,这是我们原来的应用现场,原来的应用现场当中,实际上衣服的挂钩都贴着条码,那么这个条码在运行的过程当中,一个是会受到污染,再一个是人工扫描需要时间。现在的应用现场是什么呢?就是在挂钩上我们看到左上角的图就是在生产线上的衣服挂钩,这上面有13.56兆的标签,在生产线上有一个读写器,在工位上也有读写器,所以我们不需要到生产线上取挂钩,它可以自己流到工作的工位上。这个是江苏南通的一个厂,企业投入的成本是160万左右,但是企业回收的成本,提高生产率是10%左右,实际上这个企业现在已经不是很在意提高10%的生产率,因为他已经把自己企业主要的方向转到了制衣的生产线方面,他把这个生产线卖给自己的同行。我们听到51家券商换了波音飞机。从这个角度来讲,这个企业的领导,应该讲他也是一个具有远见型的领导,那么这个企业也的确在RFID的应用当中尝到了甜头。 
     
第二个案例,是一个卷烟厂,它有自己的一个特殊性。因为国家的烟草专卖局对烟草信息的管理有自己的一套要求。那么为了满足这个要求,所以一些烟草企业就不得不使用RFID来进行在烟厂生产出来之后,在流通环节进行RFID的改造。那么这种改造它的业务流程、系统实施部署都不看了,也是看一下现场,香烟生产成一件一件之后,把一件一件的香烟,30件香烟摆在一个托盘里面,我们RFID是贴在托盘这里的。也就是说,我们一个托盘管30件香烟,那么这个在流通的过程中,托盘一直是和30件香烟捆在一起的,香烟不会拆散,所以符合了烟草专卖局的要求,一直到省级专卖的追踪和追溯。 
     
第三个是海尔的家电生产线,前一段时间我讲到了沃尔玛有一个强制贴标的事情。就是前500个供应商在供货的时候要贴上这个电子标签,那么海尔作为沃尔玛的供应商,他也不得不贴RFID这个标签,去满足沃尔玛的供货需求。但是这样做他心里很不情愿,这实际上就是制造商买单,让供应商或者是销售商获利的事情,所以海尔提出了要进一步应用RFID,来把自己的投入能够有产出。所以,我们给海尔提供了这样一个方案,就是在生产线加工的过程当中就把RFID贴上去。举一个例子,在海尔特种冰箱生产线上,冰箱的外壳实际上是在时间过程当中第一步就要做好的东西,那么我们在冰箱外壳做好之后就把RFID的标签贴在外壳上,我们当时是贴在内部,在生产环节有23个环节,这样我们加快了生产速度。举一个例子,海尔冰箱生产是32秒钟下线一台冰箱,就是所有的生产线平均下来32秒钟,现在使用了RFID之后,进行了一个统计,大概是降到29秒,其实看上去只有短短3秒,但是对于海尔来讲是非常大的提高,这个项目也取得了成功。但是从另外一个方面看,在海尔这个项目当中,实际上经历了非常多的测试,就是说在RFID这套系统正式运行之前,它经历了100个循环,就是每一个标签进行了100次循环来进行生产流程工艺的验证,这个用了将近半年的时间。就是在这半年当中,实际上是原有的条码和现有的RFID带同时应用,企业实际上承担了一定的风险和投入的。那么在这半年当中,RFID并没有发挥出它自己的价值,相反可能还给企业带来了更多的投入。但是,经过了半年的验证之后,那么这个RFID的生产工艺就正式地写入了海尔的生产工艺当中,那么其实测试是相当重要的。那么海尔在特种冰箱上应用RFID还有一个特点,就是我们冰箱的生产实际上有一个非常重要的过程叫做起框,因为冰箱本为了隔热要经过200度高温的加热,让冰箱门膨胀起来起到一个隔断的作用,传统的条码是完成不了的。以前的冰箱生产线在这一步都采用特殊的条码,这个是可以耐高温的,成本是1元多,并且是不可以回收的。现在我们用RFID这个标签是可以耐高温的,它的成本和原有的条码成本是基本上接近的,但是是可以回收的,所以每年可以产生50多万的效应。这个是应用现场的一些图片。 
     
再讲一些应用当中的挑战,其实应用当中并不是像我们看到的图片当中那么理想和美好,在应用之前会遇到很多很多的问题。需要对解决方案进行一个可靠性的认证,这部分的工作非常重要。中科院自动化所在国家“863”计划的支持下,建立了RFID技术测试实验室,还有技术分析测试试验平台,也有测试方案和手段。目前掌握了RFID的一些应用,可以为企业提供很好的方案。 
     
下面有一些产品性能测试的服务,比如说RFID标签贴在什么位置,还有为了适应RFID的贴标签,我们用什么样的包装材料更好。这是我们主要的测试设备,这是在现场测试当中的测试环节。这边我们可以看到一个刚才没有讲到了例子,这是烟厂,在烟厂的案例当中,并没有做到裁员,那么带来的好处是什么?就是工人原来是跑着干,或者说是走着干,现在变成了站着干了,甚至是坐着干了。所以,工人在旁边,他的工作会变得相对轻松。非常简单地给大家描述一下,一个货盘上30件香烟,以前工人要爬上爬下最条码进行扫描,但是现在坐着做准确性不到100%,99%左右,就是每100件还是有误读和读不出来的情况,这个时候才需要工人进行手工的操作。但是这样的工作强度下,工人的劳动强度降低了非常多。 
     
这个部分我们讲到了一些挑战,比如说刚刚看到的案例当中,我们RFID标签是贴在托盘上的。这实际上只是第一步。为了达到香烟的防伪,实际上我刚才讲的案例只是对香烟的追溯,如果要达到防伪,要在每一件和每一条香烟上进行贴标签。就是从一件到箱到托盘,这么多的香烟我们怎么保证全部读取下来。我们做了试验,在实验室的环境、电子屏蔽室、理想环境等等都进行了测试。那么在运动的过程当中,因为我们刚才讲的是静态的测试,静态是表现出一些性能,那么动态的条件下又表现出一些性能,所以我们进行了速度测试,还有应用的角度测试。这些测试应该说是非常繁杂、复杂的。这个工作量是非常大的,但是得到的数据的确是有价值的。那么这个是测试的一些结果,我们就根据这样的测试结果,我们可以为企业提供一些非常有参考价值的数据和结论。比如说在这个案例当中,我们给企业提供的参考就是在读写器、天线和水平面呈45度角的情况下,我们可以获得最好的标签读取的性能。 
     
最后讲一下RFID的应用前景。其实前面我已经讲到了RFID我们把它认为是有4步的计划。第一步是识别ID,第二步是加入其他的信息,第三步是RFID控制生产设备,最后是把RFID作为近距离的通讯手段。现在我们扩展到把RFID作为一种控制手段,去和现在的机器人结合在一起。实际上这个挺有意思的,左边这张图我们是做了一批地板,我们已经把RFID的标签做在里面了,只要在于室内铺好这个地板,那么我们RFID的机器人,在进入这个门的时候,它可以下载这个环境当中的电子地图,那么这个机器人尽管没有来过这个地方,他只要进门下载地图就可能了解这个地方,他在室内任何地方走的时候可以给自己进行一个定位,这一点非常重要,在仓储管理当中非常有价值。 
     
第二个是用RFID进行精确地位,利用RFID的特点进行可视化。实际上RFID本身并没有可视,它没有摄象头,但是我们利用RFID的特点我们可以可视化的装备一些零部件,实现精确的定位。在一些其他的条件下,这个定位的精度可以达到0.1毫米,这是满足很多企业的需求的。 
     
刚才我们提到的海尔的案例当中,上线前我们要进行一些测试,这个测试非常重要,但是对于企业来讲,又有一个考虑。比如说海尔这个项目,我们在做好方案之后,如果在现场调试再进行测试需要很长的时间,需要3个月左右,不管企业是停产还是半停产都会对企业造成很大的损失。所以我们提出了生产线模拟,就是在上线前,我们对实际的应用进行仿真,这当然是基于我们前面很多实际测试的数据。那么在仿真的基础上,我们海尔这个项目当中,实际上是用5月1日到5月3日这三天的时间,把所有的设备安装、调试一次成功。那么这个实际上就是大大缩短了系统上线前的调试的时间,这对于企业来讲也是非常大的收益。其实在这个方面其实并不是没有国外的产品,我们其实看到在欧洲的匈牙利有一个公司推出了这样一个RFID仿真的软件,这个仿真软件它的报价的欧元在5万欧元到8万欧元左右,这个价格是非常到的。 
     
还有是RFID的产品全生命周期管理,像沃尔玛的要求下海尔不得不贴,那么第二步是给海尔带来了收益,还有第三步是欧盟实行了电子产品回收法,在欧盟销售的产品有很高的环保要求,而且在回收的过程当中,要确定一些电子零件。那么欧盟提出能不能把电子标签提升多回收的领域,所以我们刚刚讲的生产线进一步进行扩展,就是从生产、销售、企业内部物流、售后服务、回收一条线全部用RFID标签进行管理。那么这一部分,现在只能讲只是一个计划,还并没有实现,所以我把它放在前景展望当中。但是这一部分的工作非常有价值和意义,特别是面对现在我们国内的电子企业,向国外出口产品,那么这个实际上将来大家都会遇到这个问题。 
     
这就是我一个报告,那么其中会有一些不太恰当或者是大家不太认同的观点,我也希望能够和大家一起讨论,谢谢大家!