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1、生产系统中的自动识别技术生产系统中的自动识别技术东华大学 机械工程学院何何谓谓自自动识动识別？別？自动识别是利用物件间的差异性，以电脑自动获取物件的特征或內建资料，转换成计算机系統可储存的数位信息，并经由计算机系统的对比处理或资料管理，以达到识别与管理之目的零件的自动识别和识别数据的自动传送是工厂自动化的基础，也是CIMS中计算机网络综合管理的关键。它将记忆信息的特征卡装在移动的工件或托盘上，由电波或电磁耦合作用非接触式地读出所需信息的一种技术工件识别（测量）的方法工件识别（测量）的方法接触识别采样式测量临近探测距离测量机器视觉识别各种自动识别各种自动识别方法方法条码(Barcode)磁条 (
2、Magstripe)光学文字辨识 (Optical Character Recognition, OCR)生物辨识 (Biometric Recognition)語音辨识 (Speech Recognition)智能卡 (Smartcard)无线射頻识别 (Radio Frequency Identification, RFID)条码技术条码技术 条码技术具有以下特点：条码技术具有以下特点： 简单。条码符号制作容易简单。条码符号制作容易, ,扫描操作简单易行；扫描操作简单易行； 信息采集速度快。普通计算机的键盘录入速度是信息采集速度快。普通计算机的键盘录入速度是200200字符字符/ /分，而
3、利用条码扫描录入信息的速度是键盘录入的分，而利用条码扫描录入信息的速度是键盘录入的2020倍。倍。 信息采集量大。利用条码扫描，一次可采集几十位字符信息采集量大。利用条码扫描，一次可采集几十位字符的信息，而且可以通过选择不同码制的条码增加字符密的信息，而且可以通过选择不同码制的条码增加字符密度，使录入的信息量成倍增长。度，使录入的信息量成倍增长。 可靠性高。键盘录入数据，出错率为三千分之一，利用可靠性高。键盘录入数据，出错率为三千分之一，利用光学字符识别技术，出错率为万分之一，而采用条码扫光学字符识别技术，出错率为万分之一，而采用条码扫描录入方式，误码率仅有几百万分之一，首读率可达描录入方式，
4、误码率仅有几百万分之一，首读率可达98%98%以上。以上。 设备结构简单、成本低设备结构简单、成本低 Bar Code Technology Application example: Production order Application example: Production order 生生产产途程單途程單Two-Dimensional Bar Codes二二维条码维条码 Matrix Matrix symbologiessymbologies 矩矩阵符号学阵符号学Contain even more data but more complexContain even more data
5、but more complex 更多的更多的信息信息但是更但是更复杂复杂Produced and interpreted both horizontally and Produced and interpreted both horizontally and vertically.vertically.从从水平水平与与垂直方向垂直方向产产生生与解释与解释Semiconductor industry Semiconductor industry has adopted as its has adopted as its standard.standard.半导体工业已成为其标准半导体工业已成为
6、其标准射频识别 与条码技术相比，射频识别与条码技术相比，射频识别RFID(RadioRFID(Radio Frequency Identification) Frequency Identification)则是一种新则是一种新兴的自动识别技术。射频识别系统利用射频标签承载信息，射频标签和识读器兴的自动识别技术。射频识别系统利用射频标签承载信息，射频标签和识读器间通过感应、无线电波或微波能量进行非接触双向通信，达到自动识别的目的。间通过感应、无线电波或微波能量进行非接触双向通信，达到自动识别的目的。RFIDRFID技术是实现物流过程实施货品跟踪的一种非常有效的技术。技术是实现物流过程实施货品跟
7、踪的一种非常有效的技术。 射频识别技术最突出的特点是：射频识别技术最突出的特点是： 可以非接触识读（识读距离可以从十厘米至几十米）；可以非接触识读（识读距离可以从十厘米至几十米）； 可识别高速运动物体；可识别高速运动物体； 抗恶劣环境；抗恶劣环境； 保密性强；保密性强； 可同时识别多个识别对象等。可同时识别多个识别对象等。 数据载体系统构成数据载体系统构成应答器移动体移动体天线收发器识别回路计算机询问器询问信号应答信号信息写入信号RFID工作原理工作原理什么是非接触式什么是非接触式ICIC卡？卡？Contactless ICCContactless ICC非非非非接接接接触触触触式式式式ICI
8、CICIC卡卡卡卡是是是是在在在在卡卡卡卡中中中中敷敷敷敷设设设设天天天天线线线线，利利利利用用用用天天天天线线线线的的的的接接接接收收收收发发发发射射射射，与与与与读读读读写写写写器器器器的的的的天天天天线线线线交交交交换换换换信信信信号号号号，实实实实现现现现一一一一种种种种无无无无线线线线通通通通讯讯讯讯，非非非非接接接接触触触触式式式式ICICICIC卡卡卡卡又又又又被被被被称称称称为为为为射射射射频频频频卡卡卡卡（RFCRFCRFCRFCRadio Radio Radio Radio Frequency Frequency Frequency Frequency CardCardCa
9、rdCard），简简简简称称称称RFRFRFRF卡卡卡卡，非非非非接接接接触触触触式式式式ICICICIC卡卡卡卡系系系系统统统统被被被被称称称称为为为为射射射射频频频频识识识识别别别别系系系系统统统统RFIDRFIDRFIDRFIDRadio Radio Radio Radio Frequency IdentificationFrequency IdentificationFrequency IdentificationFrequency Identification。非接触式非接触式ICIC卡系统构成卡系统构成非接触式非接触式ICIC卡：数据载体，应答器卡：数据载体，应答器非非接接触触式式
10、ICIC卡卡读读写写器器：卡卡接接口口设设备备，阅阅读读器器，寻呼器寻呼器 非接触式非接触式ICIC卡的基本构成卡的基本构成 非接触式IC 卡：芯片+天线+卡基非接触式非接触式ICIC卡读写器的构成卡读写器的构成高频模块（发送器和接收器）、控制单元耦合元件（天线） 非接触式非接触式ICIC卡的特点卡的特点 可靠性高、寿命长。 非非接接触触式式ICIC卡卡与与读读写写器器之之间间无无机机械械接接触触，避避免免了了由由于于接接触触读读写写而而产产生生的的各各种种故故障障。非非接接触触式式IDID卡卡表表面面无无裸裸露露的的芯芯片片，无无须须担担心心芯芯片片脱脱落落、静静电电击击穿穿、弯弯曲曲、损损
11、坏坏等等问问题题，既便于卡片的印刷，又提高了卡片使用的可靠性。既便于卡片的印刷，又提高了卡片使用的可靠性。 操作快捷便利。 动态处理。 成本较高。 EM ID厚卡EM ID薄卡PHILIPS MIFARE 1卡TI （德州仪器）Tag-it电子标签手表卡与钥匙扣卡数据载体的选择数据载体的选择容量容量频率频率型式型式根据容量的分级根据容量的分级I级 只有1位信息II级 8-128位信息III级 48-512位信息IV级 256位以上信息频率频率 IDID和询问器通信所用的频率是数据载体系统的重要因素和询问器通信所用的频率是数据载体系统的重要因素, ,不同的系统不同的系统, ,发送和接受信息使用不
12、同的频率发送和接受信息使用不同的频率. .高频和微波系统使用接近可见光领域的电波.1.可以在较大的距离上进行通信;2. 能进行高速通信,数据传输量大;3. 对位姿要求敏感,要求ID卡和询问器之间保持严格的位姿.低频信号(接近广播频带)电波1.不易受电气干扰;2.低频点波方向性差,对天线的位置不敏感;3. 数据传输速度低;4.易穿透ID卡与询问器之间的物质(如水,冰,泥等),很适合工业应用n低频系统一般小于30MHZ，典型工作频率：125KHZ、225KHZ、13.56MHZ等，这些频率点一般都有相应的国际标准予以支持。 其基本特点是标签成本较低、标签内保存的数据量小，阅读距离短，阅读天线方向性
13、不强。n高频系统一般大于400MHZ，典型工作频率：915MHZ、2.45GHZ、5.8GHZ，这些频率点也有众多国际标准予以支持。其基本特点是电子标签及阅读成本较高，标签内数据量较大，阅读距离较远，适应高速运动性能好，方向性强。ID卡的型式卡的型式有源型有源型( (内部装电池内部装电池, ,可输出较强的信可输出较强的信号号) )无源型无源型姿态姿态抗干扰性抗干扰性可编程性可编程性检测距离检测距离移动速度移动速度不敏感不敏感好好有有长长快快敏感敏感不好不好无无短短慢慢条码与条码与RFID性能比较性能比较比较方式条码方式RFID方式效率单目标识别多目标同时识别读写距离只能近距离读取（10厘米）识
14、读距离长（3-10米）抗污染能力和耐久性不防污、不防潮抗污染性能好，耐久性好穿透性和无屏障阅读不具备穿透性和无障碍阅读性具备穿透性和无屏障阅读可重复使用性不可重复使用可重复使用数据的记忆容量容量小容量大体积、形状条形码的尺寸与形状受限制体积小型化、形状多样化移动识别性能只能静态识别可以移动识别RFID标签标签主控制器PS/SP变换调制放大解调放大DI/DO上位控制接口RAM电源振荡输入输出控制ACPC收信天线解调SP/PS变换主控制部数据存储器发信天线调制放大振荡电池发信天线收信天线控制器数据载体中波式数据载体的基本原理射频电流(几百KHZ)激励线圈磁通数据载体天线中波式天线接收原理调制的方式
15、调制的方式中波式中波式(50KHZ-500KHZ)(50KHZ-500KHZ)数据载体的特点数据载体的特点对环境要求不高对环境要求不高, ,不受风、雨、冰、尘埃、铁粉、不受风、雨、冰、尘埃、铁粉、磁场、油污的影响，因而可以在工业现场及铁路磁场、油污的影响，因而可以在工业现场及铁路等恶劣环境使用；等恶劣环境使用；方向性不强，通信范围广阔；方向性不强，通信范围广阔；数据载体的形状可以适应系统的要求；数据载体的形状可以适应系统的要求；穿透性好，不受人体、玻璃、木材、塑料、纸等穿透性好，不受人体、玻璃、木材、塑料、纸等的影响；的影响；与微波方式比较，受环境噪声的干扰大。与微波方式比较，受环境噪声的干扰
16、大。（一般来（一般来说，频率越高，越不容易受噪声干扰）说，频率越高，越不容易受噪声干扰）微波式数据载体的特点微波式数据载体的特点 按照电波管理法，可能需要办理使用许可证；按照电波管理法，可能需要办理使用许可证； 抗干扰性强；（工业现场电动机等电磁干扰设备很多，抗干扰性强；（工业现场电动机等电磁干扰设备很多，这些环境噪声大多分布在低频范围，几乎对微波不产生这些环境噪声大多分布在低频范围，几乎对微波不产生影响）影响） 对物质的穿透性差；（对金属无穿透性，对水微波有较对物质的穿透性差；（对金属无穿透性，对水微波有较大的衰减）大的衰减） 有效距离为几十米；（中波式为几米）有效距离为几十米；（中波式为几
17、米） 使用方法：微波式的数据载体其天线、使用方法：微波式的数据载体其天线、IDID卡可以直接装卡可以直接装在金属上。由于人体有吸收微波的性质，所以人体进出在金属上。由于人体有吸收微波的性质，所以人体进出天线和天线和IDID卡之间有可能妨碍正常通信卡之间有可能妨碍正常通信微波通常指频率在3GHZ-30GHZ范围内的无线电波，数据载体使用频率为2.45GHZ应用情况应用情况RFID的应用的应用1 1）在在商商业业的的应应用用。全全世世界界最最大大的的零零售售商商沃沃尔尔玛玛要要求求它它前前100100家家大大的的供供应应商商为为RFIDRFID技技术术的的应应用用做做好好准准备备。RFIDRFID
18、芯芯片片可可以以印印在在产产品品的的包包装装盒盒上上，也也能能印印在在价价格格标标签签上上，依依靠靠RFIDRFID系系统统跟跟踪踪商商店店的的库库存存和和收收支支情情况况，一一清清二二楚楚。如如果果你你是是顾顾客客，当当你你拿拿起起商商品品要要走走出出大大门门的的时时候候，设设在在出出口口处处的的RFIDRFID发发射射接接收收器器就就能能立立即即计计算算出出你你的的购购买买总总额额，并并从从你你钱钱包包中中的的RFIDRFID信信用用卡卡上上减减去去相相应应的的金金额额，毋毋须须劳劳你你自己动手。自己动手。RFID的应用的应用2 2）在车辆管理系统中的应用）在车辆管理系统中的应用 高速公路
19、自动收费及交通管理。高速公路自动收费及交通管理。 停车场智能化管理系统。停车场智能化管理系统。 营区、重要部门车辆管理。营区、重要部门车辆管理。 城市车辆动态管理。城市车辆动态管理。 公共交通电子车票。公共交通电子车票。3 3）在物流管理中的应用）在物流管理中的应用 铁路货运编组调度系统。铁路货运编组调度系统。 集装箱识别系统。集装箱识别系统。 邮件、邮包的自动分拣系统。邮件、邮包的自动分拣系统。 RFID在供应链上各环节中的应用在供应链上各环节中的应用 在在零零售售环环节节。据据悉悉，美美国国零零售售业业平平均均每每分分钟钟被被800800个个小小偷偷所所光光顾顾，平平均均每每个个小小偷偷每
20、每次次偷偷窃窃约约2525美美元元的的商商品品，则则每每分分钟钟失失窃窃值值为为2 2万万美美金金，美美国国零零售售业业每每年年在在这这方方面面的的损损失失约约有有3030多多亿亿美美元元。针针对对这这巨巨额额损损失失，零零售售商商们们开开始始采采用用射射频频技技术术，利利用用商商品品电电子子标标签签化化这这一一全全新新的的防防窃窃技技术术，来解决上述问题来解决上述问题 在在存存储储环环节节。在在仓仓库库里里，射射频频技技术术最最广广泛泛的的使使用用是是存存取取货货物物与与库库存存盘盘点点，它它能能用用来来实实现现自自动动化化的的存存货货和和取取货货等等操操作作。例例如如，叉叉车车驾驾驶驶员员
21、和和订订单单选选择择员员进进行行实实时时通通信信，RFIDRFID系系统统可可以以使使叉叉车车驾驾驶驶员员获获得得实实时时的的指指示示，进进行行无无纸纸化取货作业化取货作业 。RFID在供应链上各环节中的应用在供应链上各环节中的应用 在运输环节。射频识别技术在运输环节的主要应用有：在运输环节。射频识别技术在运输环节的主要应用有：高速公路的自动收费及交通管理、火车和货运集装箱的高速公路的自动收费及交通管理、火车和货运集装箱的识别、防伪等。识别、防伪等。 在配送或分销环节。在配送环节，采用射频技术能大在配送或分销环节。在配送环节，采用射频技术能大大加快配送的速度和提高拣选与分发过程的效率与准确大加
22、快配送的速度和提高拣选与分发过程的效率与准确率，并能减少人工、降低配送成本。率，并能减少人工、降低配送成本。 在生产环节。在生产制造环节应用射频技术可以完成在生产环节。在生产制造环节应用射频技术可以完成自动化生产线运作，实现在整个生产线上对原材料、零自动化生产线运作，实现在整个生产线上对原材料、零部件、半成品和产成品的识别与跟踪，减少人工识别成部件、半成品和产成品的识别与跟踪，减少人工识别成本和出错率，提高效率和效益。本和出错率，提高效率和效益。 RFID用于物流仓储行业的示意图用于物流仓储行业的示意图物流仓储系统运用物流仓储系统运用GPS的概念的概念 全全球球卫卫星星定定位位系系统统（glo
23、bal global positioning positioning systemsystem，GPSGPS），是是利利用用由由导导航航卫卫星星构构成成的的全全球球卫卫星星定定位位系系统统，进进行行测测时时和和测测距距，对对地地球球上上任任何何地地方方的的用用户户，都都能能计计算算出出他们的方位。他们的方位。 GPSGPS的工作原理是基于卫星的距离修正。用户通过的工作原理是基于卫星的距离修正。用户通过测量到太空各可视卫星的距离来计算用户的当前位置，测量到太空各可视卫星的距离来计算用户的当前位置，卫星相当于精确的已知参考点。每颗卫星相当于精确的已知参考点。每颗GPSGPS卫星时刻发布卫星时刻发布
24、其位置和时间数据信号，用户接收机可以测量每颗卫星其位置和时间数据信号，用户接收机可以测量每颗卫星信号到接收机的时间延迟，根据信号传输的速度就可以信号到接收机的时间延迟，根据信号传输的速度就可以计算出接收机到不同卫星的距离。同时收集到至少计算出接收机到不同卫星的距离。同时收集到至少4 4颗颗卫星的数据时就可以解算出三维坐标、速度和时间。卫星的数据时就可以解算出三维坐标、速度和时间。 GPS在供应链管理的应用在供应链管理的应用 1 1）车辆跟踪）车辆跟踪 。利用。利用GPSGPS和电子地图可以实时显示出车辆和电子地图可以实时显示出车辆的实际位置，并任意放大、缩小、还原、换图；可以的实际位置，并任意
25、放大、缩小、还原、换图；可以随目标移动，利用该功能可对重要车辆和货物进行跟随目标移动，利用该功能可对重要车辆和货物进行跟踪。踪。2 2）提供出行路线的规划和导航规划。包括：）提供出行路线的规划和导航规划。包括： 自动线路规划。自动线路规划。 人工线路设计。人工线路设计。3 3）话话务务指指挥挥。指指挥挥中中心心可可以以监监测测区区域域内内车车辆辆的的运运行行状状况况，对对被被监监控控车车辆辆进进行行合合理理调调度度。指指挥挥中中心心也也可可随随时时与与被被跟踪目标通话，实行管理。跟踪目标通话，实行管理。4 4）紧紧急急援援助助。通通过过GPSGPS定定位位和和监监控控管管理理系系统统可可以以对
26、对遇遇有有险情或发生事故的车辆进行紧急援助。险情或发生事故的车辆进行紧急援助。5 5）货货物物跟跟踪踪管管理理。货货物物跟跟踪踪是是指指在在供供应应链链上上的的企企业业利利用用现现代代信信息息技技术术及及时时获获取取有有关关货货物物运运输输状状态态的的信信息息，提提高物流运输服务质量和服务水平。高物流运输服务质量和服务水平。GIS的概念的概念 地地地地理理理理信信信信息息息息系系系系统统（geographical geographical information information systemsystem，GISGIS）是是2020世世纪纪6060年年代代开开始始迅迅速速发发展展起起来来
27、的的地地理理学学研研究究技技术术，是是多多种种学学科科交交叉叉的的产产物物。地地理理信信息息系系统统是是以以地地理理空空间间数数据据库库为为基基础础，采采用用地地理理模模型型分分析析方方法法，适适时时提提供供多多种种空空间间的的和和动动态态的的地地理理信信息息。它它是是为为地地理理研研究究和和地地理理决决策策服服务务的的计计算算机技术系统，具有以下三个方面的特征：机技术系统，具有以下三个方面的特征： 1.1.具具有有采采集集、管管理理、分分析析和和输输出出多多种种地地理理空空间间信信息息的的能能力力，具具有空间性和动态性；有空间性和动态性； 2.2.以以地地理理研研究究和和地地理理决决策策为为
28、目目的的，以以地地理理模模型型方方法法为为手手段段，具具有有区区域域空空间间分分析析、多多要要素素综综合合分分析析和和动动态态预预测测能能力力，产产生生高高层次的地理信息；层次的地理信息； 3.3.由由计计算算机机系系统统支支持持进进行行空空间间地地理理数数据据管管理理，并并由由计计算算机机程程序序模模拟拟常常规规的的或或专专门门的的地地理理分分析析方方法法，作作用用于于空空间间数数据据，产产生生有用信息，完成人类难以完成的任务。有用信息，完成人类难以完成的任务。GIS的应用的应用 GISGIS能能为为物物流流管管理理企企业业对对分分区区进进行行科科学学、规规范范地地管管理理，并并且且可可以以
29、优优化化车车辆辆与与人人员员的的调调度度，最最大大限限度度地地利利用用人人力力、物物力力资资源源，使使货货物物配配送送达达到到最最优优化化。对对于于物物流流中中的的许许多多重重要要决决策策问问题题，如如配配送送中中心心的的选选址址、货货物物组组配配方方案案，都都可可以以得得到到更更好的解决。好的解决。1 1）对对客客户户分分区区。企企业业基基于于属属性性数数据据和和图图形形数数据据结结合合自自己己的的实实际际情情况况，将将地地理理信信息息管管理理系系统统区区域域划划分分为为若若干干个个责责任任管管辖辖区区域域，以以实实现现快快速速响响应应客客户户的的需需求求，缩缩短短满满足足请请求求的的时时间
30、间，提提高高满满足足请请求求的的质质量量，动动态态安安排排和和优优化化运运送送作作业业，及及时时反反馈馈配配送送的的状状态态，完完成成应应急急处处理理，保保证证客客户户的的到到货货时时间间，提提高高客客户户满满意意度度，充充分分利利用用运运力力资资源源，控控制制减减少少成成本本，分分析析老老客客户户的的消费行为和模式，准确预测和把握客户的需求。消费行为和模式，准确预测和把握客户的需求。GIS的应用的应用2 2）客客户户定定位位。在在已已分分完完区区域域的的地地理理地地图图信信息息中中，由由于于地地理理地地图图已已具具有有了了地地理理坐坐标标，通通过过对对地地理理坐坐标标的的描描述述，可可以以在
31、在地地图图上上对对新新客客户户进进行行地地理理位位置置的的定定位位或或者者修修改改老老客客户户的的地地理理位位置置，从从而而在在地地理理地地图图坐坐标标中中最最终终确确立立客客户户的的地地理理位位置置。使使用用GISGIS对对某某个个城城市市或或地地区区按按管管理理的的要要求求建建立立电电子子地地图图，准准确确地地反反映映出出街街道道、道道路路等等情情况况，从从而而使使企企业业能精确地确定配送点和客户的位置。能精确地确定配送点和客户的位置。 3 3）需需求求优优先先级级。不不同同的的客客户户，对对产产品品的的需需求求量量不不同同，等等待待服服务务的的时时间间点点和和时时间间段段各各不不相相同同，分分配配不不同同的的优优先先级级，可以使客户满意程度最大化。可以使客户满意程度最大化。
