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收了这干货!全面解析NFC对于工业4.0有何重大意义


来源:信息化顾问团 2015-8-3 9:44:52

  简介

  近场通信(NFC)无线技术因众多原因而备受瞩目,它为大量应用(包括支付、交通、门禁、身份验证和娱乐)带来了感应式便利。目前,所有主流手机厂商都已将NFC技术用于其绝大多数的最新产品中。同时,NFC也是新一代票务方案和共享服务(如短期自行车和车辆租赁)的重要组成部分。此外,NFC已成为全新可穿戴设备(包括健康跟踪器、健康监控仪和智能手表)发展趋势的核心技术。

  但是,NFC还有另外一面,那就其能够与制造业相关联。NFC是第四次工业革命(工业4.0)的驱动者?这是因为NFC能够使生产流程和供应链更灵活、更高效、响应速度更快。本文将详细讨论NFC在工业方面的应用,并且汇总了部分值得关注的应用案例。

  下一次工业革命

  历史学家和经济学家已清楚地定义了前三次工业革命,每一次工业革命都显著地提高了生产效率。第一次工业革命开始于19世纪中期,主要涉及蒸汽动力和机械工具的使用,其结果是大规模工业制成品成为可能。第二次工业革命从19世纪末延续到20世纪初,主要是将电力和流水线来支持工业量产。第三次工业革命开始于20世纪末,这一时期计算机开始普及,并且通过引入数字技术,极大提高了工业生产质量和效率。

  现在,随着全新信息网络的使用以及诸如云计算、智能机器人和无处不在的互联网等先进技术的驱动,工业生产开始进入另一阶段 – 一个将带来翻天覆地变化的阶段。许多分析家将其称之为第四次工业革命(工业4.0)。

  工业4.0前景

  工业4.0可以指代很多事物,因为其包含若干领域中的多项创新,从工厂自动化和企业级流程优化到网络安全和能源管理。为了介绍NFC在工业领域中的应用,我们将给该术语下一个非常具体的定义。

  我们将工业4.0视作通过物理对象与信息网络的相互融合,由此提高生产效率,同时改变商品和服务的提供方式。更具体地说,工业4.0描述了一种全新的工作环境。在这一环境中,产品从生产到交付过程中所涉及的每一个物品(包括原材料、机械到制成品自身)都具备智能化和互联性,从而实现与整个网络的实时互动。

  将一切物理对象连接至单个计算机网络的独特能力可以创造出全新的生产方式,即在生产流程中随时进行追踪、管理和互动。每个对象都可以实时提供其自身的信息,并且可以在收到通知的第一时间管理机器,进行联机、给出指令或进行更换。这样以来,即可实现配置生产线以进行大规模定制生产,使生产更加高效、更具生产力,同时大大提高灵活性。

  罗兰贝格(Roland Berger)咨询集团引用了一个真实世界中的工业4.0的例子:美国摩托车制造商哈雷戴维森(Harley-Davidson)。在其全新数字化工厂中,该公司可以生产其五大基本车系的1,300种不同版本。并且在客户选定所需配置后,几小时之内即可完成生产。

  工业4.0这一趋势目前仍处于初级阶段,但全球多家知名企业(如哈雷戴维森)已开始以这种生产方式。据世界银行和联合国贸易与发展会议统计,成熟市场(包括美国和多个欧洲国家)中的制造商已为引入工业4.0技术做好了准备。同时,新兴经济体(例如中国和巴西)的制造商们也在投资工业4.0技术,以扩展基础设施、提高产能。

  NFC在工业4.0宏图中的定位

  概括来说,工业4.0的实现需要一系列能够为生产、检测、安全、服务支持和业务运营添加智能特性的技术。例如,在工厂车间中,用于测量温度、湿度或位移的传感器可以估量机器内或其局部环境中正在发生的情况;而微控制器和其他系统组件可以追踪使用情况、记录事件和执行从其他机器接收到的任务。无线连接可以提供对云的访问;视频摄像头可以使远处的经理知晓现场情况;复杂的软件算法可以帮助追踪和管理项目及进程;数据中心可以进行网络监控、数据存储、结果分析和远程更新实施。

  NFC是这一全新工作方式的促成技术,因为它可以应用到制造流程中的每一个环节,以支持工业4.0环境。NFC最初由恩智浦半导体公司和索尼电子共同开发,属于一种专门的射频识别(RFID)技术。该技术最早用于在供应链中识别和追踪项目。NFC使用与RFID标签(和非接触式智能卡)相同的方式存储和传输数据;但同时还支持短距离的双向通信,这与蓝牙和WiFi技术相似。

  NFC是一项近距离通信技术,要求两个设备之间的距离不超过10厘米(4英寸)。超短距离内通信的特性极大地提高安全性。因为在此情况下,几乎不可能发生窃听事件。NFC的另一个优势在于其独特的节能方式:两个设备中的任何一个通电即可进行NFC互动,这一点在众多无线通信技术中,也是独树一帜的。另外,其中一个设备可以为另一个设备供电,因此,第二个设备可以节约电量以执行其他任务,或者完全不需要电池。对于NFC标签来说,这是一项尤为重要的特性。此类标签无需电池,因此可以非常的轻薄和灵活,并且可以轻松地粘附到(或集成在)任何物体上。

  更加智能的生产线

  当NFC成为生产线的一部分时,每个产品都可与机器进行通信。每个产品均配备一个NFC标签,同时生产线上的每台机器都具有一个板载NFC读卡器。NFC标签可为机器提供处理和状态信息,并支持在流程中的任意阶段进行无线重新配置。该标签可以向机器提供操作相关的准确指示或规格。机器完成操作后,将更新标签状态以记录完成的操作,然后运送产品以进行下一步处理。

  更高程度的自动化

  如果产品自己可以说话,那么需要的人为干预就会变得越来越少。使用NFC后,产品可以告诉机器“你应该这样处理我、提醒传送带“我需要被取下”或发送一份写有“我已经准备好,可以发货”的电子邮件。机器之间也可以更高效地进行通信,调整下游机器以适应特殊定制要求。机器人还可以利用NFC与工厂人员进行沟通。如果发生问题,机器人可以向工人的手机或平板电脑发送消息。

  认证工具

  NFC标签可用于验证每个组件的可靠性,以确保针对指定任务,机器人使用了正确的部件。NFC标签无需电池,因此也不需要充电。使用频率较低的认证工具可以在较长时间内闲置,但仍然可以在接到通知时报告其状态。

  更为完善的物流

  NFC标签可以轻松地追踪项目、监控使用情况,由此简化库存和资产管理。例如,当耗材越来越少并触发补充信号时,储存原材料的箱子就可以通知网络,或者工作订单可以据此提供进程更新。即便是最复杂的操作,例如涉及巨大数量和来自各大洲的供应商或合作伙伴,也可以实现实时控制。总公司可以总揽全局,并快速响应全球各个地点不断变化的需求。

  扩展显示

  将NFC功能添加到各类工具、机器或车辆后,即可扩展其显示功能,以增强互动。这对于不支持显示的项目尤其重要。因为这些项目往往太小,或是运行环境过于恶劣。员工的平板电脑或其他设备可显示为人机界面,使其能够更轻松地验证或更改参数、检查校准、重设设置或简单地监控活动。

  与蓝牙和WiFi轻松配对

  虽然NFC工作距离短,但可以通过与蓝牙或WiFi配对将其轻松扩展,以便在更长距离范围内工作。一触式配对在为网络添加新组件时尤其有用。因为NFC功能可以提供必备的器件ID和安全代码以便加入网络。只需轻轻一触,无需在输入密码和设置配置上浪费时间。同样,员工登录VPN后,可以使用NFC标签来启用预设配置,即便是在使用不同的访问点的情况下亦是如此。这意味着员工们可以在站点之间自由移动,并且保持在线工作不被打断。

  更长的设备正常运行时间

  能够与WiFi轻松配对也意味着可以从制造车间进行感应式云访问,从而更加便捷地参考操作手册、自动下载固件和提供其他类型的辅助。机器云访问还可以降低维护成本。即便相隔距离遥远,员工也可以与设备进行互动。员工可以检查生产线上每台机器的历史记录和使用情况,根据机器自身的磨损情况安排维护。而机器可以在需要校准或维修时自动发送消息。通过NFC,可以轻松地访问故障排除所需的所有数据,包括型号、序列号、使用情况和状态,以使维修人员在到达现场前即可准备充分。

  受控环境

  NFC可用于受限生产场所中的物理和逻辑访问,确保仅允许授权人员访问控制机器的生产区域和网络。这意味着支持NFC的智能手机或平板电脑可以执行与非接触式智能卡相同的门禁功能,从而可以进入公司办公室、管理大楼和其他受限区域。无需打开智能手机或平板电脑即可使用门禁功能。这样既可以节省电量,又可以使门禁控制更加轻松、快捷。

  后期定制

  NFC标签可以为产品提供一个智能存储器,其中包含贯穿供应链的所有相关信息。可以出于不同目的,在流程中的不同环节中配置单个标签,以进行指令按需更改。例如,具有全球客户基础的产品可以先在工厂或本地仓库中进行特定设置(例如用户界面语言),然后再运送至特定区域。

  更好的客户体验

  制造商可以使用NFC来定制产品和按需提供功能。并可以在存储、售前或售后阶段进行单独设置。使用支持NFC的智能手机轻触产品标签,即可帮助客户验证真伪、获取产品及原产地的详细信息或在社交媒体上查找相关评论。产品售出后,NFC标签还可以提高客户的忠诚度。例如,提供指向独家产品或会员特殊优惠的网站链接。

  品牌保护

  NFC的验证功能可以用于后端市场的产品和配件中,以确保客户仅使用原厂或经过认证的商品。相关产品(例如品牌墨水盒、电池或咖啡粉囊)在完成验证后,支持NFC的设备还可以根据标签优化操作以适应该部件。需要更换产品时,只需简单地使用具有NFC功能的智能手机、平板电脑或其他产品,即可开始认证替代品的购买周期,同时提供替代品的多个网站链接。

  结论

  制造领域正在步入全新的革命性阶段。在未来十年或更长时间,多项技术将相互结合,以使生产流程和供应链更灵活、更高效、响应速度更快。此趋势被誉为下一次工业革命(工业4.0)。它结合了多项在市场中已为人们知晓的最新发明,例如云计算和机器互联等。尽管对于许多制造商来说,NFC还是一个较新的概念。但是作为RFID的一项衍生技术,NFC是工业4.0的重要推动技术之一。NFC能够为制造行业带来许多益处,包括更智能的生产线,更友好的人机界面,更简单的维护和机器调试,更强大的物流、后期定制和品牌保护能力。

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