【工业4.0案例分析之101】奥特兰德钢铁厂RFID物流货运集装箱追踪

在奥特兰德钢铁厂，工作人员正面临着深入了解和接受新技术的挑战。工业4.0应用意味着工作内容的变化，借助频射识别（RFID）和实时定位系统，奥特兰德炼钢厂的中心系统可以记录和评估所有运输过程，从而实现了运输过程完全的透明。由此，每一个工序所需的额外详细信息能够及时提供，这可使工作变得更精确，使流程变得更优，从而缩短运行时间得以缩减，提高客户的满意度。

奥特兰德钢铁厂（Ortrander）位于德国德勒斯顿附近，奥特兰德钢铁厂为汽车和家用行业浇铸零部件。奥特兰德钢铁厂提出“精益组织”计划，其中包括“物料流程导向型生产系统”、“产品导向型工作系统”和“产品创新”三项进程，这三项进程同时实施。奥特兰德钢铁厂供应部门负责保障厂区对熟练工人、机械、熔炉的供应，确定采购市场、能源及采购信息。只了解内部进程的精准知识及全面把握采购市场还不够，奥特兰德钢铁厂还需洞悉高度竞争的采购市场背后的工作方法。采购以流程为导向，不受规定内容、配送、指出及产能目标影响。

为了应对上述挑战，2007年奥特兰德钢铁厂管理层推出一个实时定位系统项目，在项目中采用有源及无源射频识别技术追踪叉车及集装箱的位置及运动。通过这个项目，奥特兰德钢铁厂的材料流、仓储和信息流进行了升级改造，使这些流程透明度及效率更高，从而更好地处理高产量。

例如，奥特兰德钢铁厂利用射频识别（RFID）系统追踪厂里的叉车及集装箱。完全启用这套系统后，该系统将发出超宽频（UWB）有源射频识别标签追踪20~30辆叉车，也可发射无源超高频 （UHF）射频识别标签追踪 10000 个金属周转箱及其装载的产品。通过这个RFID实时定位系统，所有运输过程都借助系统而记录下来，工件数量也得到及时更新，从而实时掌握自动化的运行数据。由此，奥特兰德钢铁厂的管理层能够获得实时的详细信息，从而对流程和加工过程进行调控。

奥特兰德钢铁厂专业生产铸铁碳合金，其产品包括符合EN1561标准的灰铸铁、符合EN1563标准的球墨铸铁、蠕墨灰铸铁，以及用于高耐热或极光滑表面上釉或涂层的特殊合金。很多情况下，奥特兰德钢铁厂也负责成品组装。

在奥特兰德钢铁厂，信息技术十分重要，直接影响着产品质量。全自动充电可控熔炉便是奥特兰德钢铁厂先进信息技术的应用案例。在丰富生产数据支持下，各生产阶段均可实现实时监控。过程中不仅可分析熔体组成，也可通过特定软件监控并可视化铸件温度及造型砂的重要指标。这保证了生产过程持续性高质量进行。若出现与计划指标不符的情况，修正措施会立即启动。

在奥特兰德钢铁厂RFID实时定位系统项目的具体实施过程中，奥特兰德钢铁厂选择弗劳恩霍夫物流系统规划和信息系统研究所（Fraunhofer ALI）作为合作伙伴。Fraunhofer ALI帮助奥特兰德钢铁厂研究RFID信息管理系统市场，寻找一套可在恶劣的工业环境和金属环境下（可能会影响射频识别系统的射频波）工作的RFID系统。

在技术合作伙伴方面，奥特兰德钢铁厂最终选择了Ubisense公司，这是一家超宽频实时定位系统（RTLS）的提供商。Ubisense的超宽频标签发射一系列短信号（亿分之一秒或更短）；脉冲波的极短特点使标签不容易受到金属和其它邻近物体的射频（RF）噪波和干扰。实时定位系统的阅读器通过相位排列的天线接收标签信号。阅读器采用两项互补技术来计算标签位置：到达时间差 (TDOA) 和到达角度 (AOA)。Ubisense称，与只采用到达时间差的系统相比，同时采用这项技术可使实时定位系统覆盖一个区域所需的阅读器数量更少。 

奥特兰德钢铁厂目前还在选择无源超高频RFID系统的厂商，关于具体所采用的技术细节还没有决定。Fraunhofer ALI已经开发出软件，将Ubisense 实时定位系统与奥特兰德钢铁厂的企业资源规划（ERP）系统及超高频RFID系统相连。 

2008 年初期，奥特兰德钢铁厂测试了Ubisense的有源标签和阅读器，及Euro I.D的无源标签及其它部件。一个月后，公司开始在厂里实施这套方案，首先着手有源RFID这一部分。 

按照项目目前的方案，叉车安装两个Ubisense标签，一个位于车顶上，另一个在司机室的外侧，车叉再安装两个。标签以每秒20次的频率收集6-8.5GHz的信号。Ubisense销售经理霍尔格•海特沃格（Holger Hartweg）称由于带宽1.2 GHz较大，信号受到干扰较少，这使叉车定位的误差在+/-15厘米之间。 共有11台阅读器安装在面积2500平方米的场地用于清洗浇铸后的零部件。共有三个场所将实施叉车追踪系统，这只是其中一个。实时定位系统捕获叉车标签发出的信号及其ID码，接着分析叉车在仓库里的位置。由于标签安装在叉车不同的部位，系统还可以判断叉车的运行方向。 

另外，奥特兰德钢铁厂安装无源超高频RFID系统，用于追踪集装箱，该系统预计于2009年夏季全面运行。奥特兰德钢铁厂将周转箱放在货盘上运送到不同的场所。每个周转箱的底部将安装一个无源RFID标签，周转箱装满浇铸部件后，会被运到仓库，暂时堆叠在地板或存储架上。当司机拾起一个周转箱时，叉车的阅读器识别箱子的超高频射频识别标签，系统将标识哪个周转箱、什么时候被移动。随后，该信息与叉车的位置信息汇总，管理人员可借此了解哪个周转箱被移走。 

目前，Ubisense在叉车上安装磅秤以对周转箱称重。系统减去空集装箱的重量（此类信息存储在数据库中）得出负重量。由于周转箱可能装载不同的浇铸产品，这些数据将帮助判断周转箱里产品内容。

奥特兰德钢铁厂的首席执行官Bernd Williams Boock称这套系统帮助公司更快地定位物品，提高生产可视性。他表示，“我们可以计算出将运送客户处何种产品，也可以控制铸件集。借助此系统，我们可判断某一特定铸件组中的30个部件是否无误。”