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RFID讓製造更有智慧
製程與倉儲兩端並進

【作者: 王明德】   2014年10月06日 星期一

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製造業的種類分法相當多元,從產業型態、生產方式、產品品項到作業模式,都各有不同的區分方法,若就RFID應用模式來看,以作業流程來分類較為適合,目前,RFID在製造業的應用模式主要分成兩種:生產製程管理與倉儲物流管理,以下將逐一探討。


「生產」是製造業的核心業務,如何做好產線管理,成為管理者最重視的課題之一,生產管理的終極目標就是讓生產效率最大化,在最短時間內,產出正確且有品質的產品,而RFID系統具備讀取、寫入資料及辨識的特性,成為落實目標的最佳途徑。


圖一
圖一

全球應用RFID系統管控製程最成熟發展的國家非日本莫屬,日本製造業應用RFID的目的主要為提升產品品質,因此在導入系統時,皆整合既有生產機台或自動化設備,透過RFID標籤搜集製程資料並進行分析,從而減少人為疏失、及降低生產成本。


目前,RFID在製程上的應用模式有兩種,第一是使用RFID標籤取代紙本工單(Run Card);第二則是沿伸第一種應用模式,將紀錄工單內容的RFID標籤貼附在產品載具上,並整合生產機台或工廠自動化設備(如:PLC或機械手臂),讓製程更有彈性。


用RFID標籤取代工單 讓製程可視化


RFID容量大、讀取速度快,所存放的資料不單只是產品ID號碼,還可以儲存生產配方、也就是工單的意思。


所謂工單,固名思義就是把要生產的項目一一列出的單子,倘若要生產的產品為鏡子,在工單上就會列出鏡子所需使用的材料及加工方式,再交付予作業員據此進行生產。


一般來說,工單的用途除了讓作業員依據其上所載步驟逐步生產,避免疏漏一些程序造成損失,同時還會紀錄生產過程所有資訊,包含工作站生產機台的編號、生產開始與結束時間、作業員姓名等等。


當製造業使用RFID標籤取代紙本工單時,RFID標籤的形式多為一張信用卡大小的卡片,也或者直接將標籤貼在工單上,只不過形式就各有不同,其導入效益有三點:響應環保、生產效率化及降低錯誤率等三種效益。


一項產品的工單可能不只一張,有些時候會是厚厚的一疊紙,若將生產資訊載入RFID標籤中,工單所使用的紙張數量由厚厚一疊變成一張、甚至沒有,從這個角度來看,RFID系統的使用效益,恰好與現今最熱門的節能減碳議題相呼應,至於提升生產效率則是第二點效益。


就生產效率化來看,在紙本作業時代,工單上可能有好幾個條碼,比較複雜一點的製程,其條碼還會分成一維與二維等二種形式,於是,作業員必需手持掃描器感應工單上的條碼,將生產資訊紀錄至系統中,如今若將工單資訊載入RFID標籤中,讀取器會自動讀取標籤資料,省去人工掃描的作業時間,進而縮短製程時間,即便只有減少幾秒鐘,產量也可能因此而提升10%、甚至更多,換句話說,業主就可以多接訂單,不必煩惱產能不足的問題。


最後,就降低錯誤率來看,作業員前方位置上通常設有警示燈號,當掃描器讀取到正確的條碼資料時,燈號會亮並發出聲響,這是為了避免條碼沒有被掃描到的風險,然而作業員為了加快生產速度,在掃描條碼時,通常不會抬頭注意燈號是否亮了,只用耳朵聆聽是否有聲音,在位置緊密相鄰的情況下,容易聽到來自隔壁作業員位置上的警示鈴聲,倘若此時掃描器正好沒有對準條碼或讀取了錯誤的條碼,就會造成產出錯誤。


然而RFID讀取器與標籤屬於自動感應,也就不致於發生上述「未正確讀取」的錯誤風險,業者建議將RFID讀取器嵌在作業台下方,作業員只要將工單卡放在桌上,就能讀取到工單資料,不僅讓生產程序變得更簡單,也更不容易出錯。


當然,這還會牽涉到RFID系統的讀取率問題,不過,目前工業級RFID設備已經可以做到接近100%讀取率,另外,兩個不同讀取器太過靠近時,也容易發生干擾或錯讀現象,不過這些都可以靠系統整合商的技術與經驗去克服,因此,導入RFID系統後,的確可有效降低製程錯誤率。


RFID整合生產機台 紀錄完整製程資訊


用RFID標籤取代紙本工單,只是製程管控的第一步,最重要的是整合生產機台或工業自動化設備,讓機器與機器互相對話(M2M),一來確認工廠生產產品的品質,不必擔心人為疏漏作業程序的風險,二來則可讓生產製程既準確又即時。


舉例來說,NEC在日本的NB組裝工廠,乃採取一對一的生產方式,由一名作業員負責一台電腦的組裝作業,在作業員前方架設一個電子看板,紀錄工單內容的RFID卡,經由讀取器傳送至螢幕上,讓作業員只要遵循看板指示就能知道這台NB必需使用哪些規格的零組件,例如:硬碟容量、CPU等級等,確保產品品質及正確性。


RFID與生產設備結合的常見做法,是在生產工作站的起點與終點分別架設一台RFID讀取器,紀錄產品從進入工作站到離開的所有資訊,倘若作業員未按照流程完成作業,系統會發出警告或要求退出產線的訊息,以免發生錯誤。


以原子筆加工組裝為例,當進入充填墨水階段時,如果不小心送到錯誤的產線,亦即將應該裝填黑色墨水的筆芯,送到裝填紅色墨水的工作站,那麼在產線正式運作前,系統就會發出警示訊息,提醒作業員解決問題。


RFID標籤具備儲存容量大的特性,讓生產系統走向分散式資訊架構,以前每一個工作站之間只能透過中央電腦聯繫,條碼資料直接傳送到後端資料庫,如今製程資料則是紀錄在RFID標籤中,待進入生產線最後一站時,再傳送回資料庫即可,減輕中央電腦的工作負載量。


RFID整合自動化設備 製程更有彈性


除了生產機台外,RFID設備還可以整合自動化設備,由RFID讀取器將資料傳送給PLC,經過運算分析後,再下命令給機械手臂,當工廠進行混線生產時,最能發揮RFID與自動化設備的整合效益。


假設某一製造廠同時有A、B兩種類型的引擎,必需經過機械手臂焊接加工,才能送到後端進行組裝,A型引擎的焊接次數為五次,B型引擎則是三次,假設今日要進行混線生產的話,機械手臂要如何判讀眼前的引擎是A型或B型?此時就需借助RFID力量,將RFID標籤貼付在引擎載具上,由讀取器判別引擎的身份為A或B,同時將資料傳送至PLC,再由PLC告知機械手臂該焊接幾次。


由於機械手臂要價昂貴,業主在成本考量下,一間廠房可能只採購1~2台,再匯流不同生產線所製成的產品,統一交由機械手臂來加工,此時的RFID系統就變得很重要,必需能清楚辨識產品身份,才能讓PLC做出正確指令,判斷需要進行的加工程序。


由於PLC多走封閉式架構,各廠牌間皆發展自身專屬的通訊標準,與一般商業使用的乙太網路(Ethernet)並不相同,因此在整合RFID設備時,必需特別注意通訊轉接的問題,以西門子的RFID系統為例,目前支援的通訊協定為Profitbus及Profitnet,但凡架構於上述兩個標準下的PLC,都可以直接與Reader串連,至於其他廠牌PLC或PC,則可透過ASM介面模組,經由通訊轉接方式做串連。


應用模式二:RFID整合倉儲物流管理 打造產品電子身份證


RFID在製造業的第二個應用模式為倉儲物流管理,其實就是賦予產品一張電子身份證,方便業者管理倉儲及物流作業。


在成品倉使用RFID系統的效益,主要為提升揀貨速度與效率,縮減倉管員進行庫存或盤點作業的時間,至於出貨端,則能正確而快速地出貨,降低送錯貨物或送錯客戶的風險,另外,若在物流車上加裝讀取器,還能搜集產品在運送過程的資訊,作為日後提升物流效率的參考。


不過,這樣子的應用會牽扯到兩個問題,第一是RFID標籤的價格,第二則是讀取率的問題,RFID標籤的價格與條碼相比仍舊偏高,目前RFID標籤的採購量在100萬個時,單一標籤的價格為5分美金,折合新台幣約莫7元左右,與條碼標籤相比,不僅沒有價格競爭力,倘若商品單價偏低,就更不符合成本效益原則。


對此,業者可以讓條碼與RFID標籤並存,使用條碼來管理個別的零件及產品,RFID標籤則用於群組管理,尤其是低單價商品,更應以「箱」而非「個」為單位進行管理,許多人都將RFID與條碼畫上等碼,其實是個錯誤的想法,RFID雖然具備條碼的功能,但不一定要取代條碼,讓兩者合作各司其職,才能發揮真正效益。


至於讀取率問題,過往條碼掃描屬於人工作業,一旦訊息沒有被讀取,就得一再重複作業直到成功讀取資料為止,這種「寧可讀取百次、不可放過一物」的作法,雖然花費較多時間,卻也讓讀取率達到100%,但RFID為自動感應,在省略人工檢視的情況下,就算訊息沒有被讀取,也可能無人知曉,業者在導入時必需特別注意讀取率問題。


用RFID紀錄產品生命週期


另外,RFID系統也可用來紀載產品的保養維修資訊,尤其在工業領域或是公共建築裡(如:醫院),有些設備必需定期養護,才能滿足法規或使用者的需求,舉例來說,在食品和動物飼料行業中所使用的不銹鋼容器必需定期清洗,才能滿足歐洲人類和動物保護規範的高衛生標準,或像輸送高溫高壓液體的清洗劑泵,也必須定期進行維護保養作業,避免發生因故障而停止運轉的情況。


對此,德資雅迪(HARTING)與Intellion公司合作,推出整合生命週期管理軟體的RFID解決方案,只要在工業設備上嵌入可讀寫的RFID應答器(Transponder),使用者就能透過手持式終端設備讀取與紀錄設備的相關資訊。


RFID應答器其實就是RFID卡片或RFID標籤,德資雅迪(HARTING)指出,使用者透過手持式讀取器進行產品資料的讀取、更新及維護作業,換句話說,RFID應答器在一開始的時候,便紀錄了製造商與產品的相關資料,至於日後的定期維護與保養作業,則透過手持式讀取器將資訊載入、並傳輸至資料庫,至於生命週期軟體,則協助使用者進行產品歷史記錄的資料準備、評價與檔案化。


用RFID管理廢棄回收品


隨著近年來環保意識抬頭,RFID在倉儲物流的應用往後延伸企業或消費者端,透過RFID管理商品的回收作業,成為新興的系統使用需求,尤其各國政府陸續制定與環保相關的法規,最為人所熟知的就是歐盟法規,首先上路的是2006年7月電機電子產品中有害物質禁限用指令(RoHS),同年12月廢電子電機設備指令(Waste Electronics and Electrical Equipment;WEEE)也開始啟動,此二者針對電子產品的製成材質與後續處理都各有規定。


RoHS禁止含有鉛、汞、鎘、六價鉻、多溴聯苯及多溴聯苯醚的電子電機設備輸入歐盟,WEEE則要求製造商必須負起收集、回收並妥善處置廢電子電機產品,對製造業者來說,透過RFID系統追蹤廢棄電子產品的去處,或用以驗明正身、確認該產品為自家所生產,是RoHS及WEEE法令上路後的新需求。


無論RFID應用在製程管控或是倉儲物流管理端,最終都必需和e化系統整合,例如:MES、ERP、PLM、SCM等,透過中介軟體將現場資料直接上傳至e化系統中,才能讓企業的製造管理更加完善。


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