• 2022年6月16日

RFID技术应用与发展

RFID技术应用与发展

拥有16年RFID从业经历的信达物联工程技术中心总经理李麟先生以《RFID技术应用与发展》为题,通过分析、介绍RFID标签生产流程及其工艺特点,希望能够抛砖引玉,引发传统标签印企介入RFID业务进行思考。

 

本文视频内容已经发布在《标签与贴标》杂志官网,访问https://www.labelsandlabeling.com.cn/video/detail/id/VMETY2,即可观看。

射频识别(RFID)是英文Radio Frequency Identification的缩写,是一种非接触式的自动识别技术。它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作无须人工干预,可工作于各种恶劣环境。

电子标签,简单来说就是一种“搭载了芯片”的标签。电子标签通常会按照工作频率分为低频、高频、超高频等几个品类,它们分别应用不同的通信技术,包括电磁感应和微波技术等。作为电子标签的应用者无需理解复杂的理论,可以通过外观、识别距离的远近等对它们的品类予以区分。比如高频电子标签,通常识别距离只有几十公分,而超高频电子标签的识别距离最远可达10米以上。

随着行业的发展,RFID技术已经逐渐融入标签行业,并有了较为丰富的表现形式,如卡、纸、膜、布等常规种类,以及硅胶之类的特殊种类标签,且均有较为成熟的产品,应用市场包括防伪、身份识别等多个领域,RFID技术在标签领域的应用也带动了数字化的提升。

RFID与传统信息承载技术的不同之处

同样作为识别和数据传输的方式,RFID与条码等传统信息承载技术的不同之处展现在下列图表中(图1),其中RFID最重要的优势特点包括:搭载芯片可实现更大的信息储存空间,包括远距离读取、批量群读,以及一次性读取数百枚标签的能力;当然还有信息的安全性和保密性等。

 图表1.jpg

从技术上说,条码是一种光学扫描技术,而RFID是电磁波技术,因此相较于条码,RFID具有穿透性、空间感和批量群读的优势。

目前广泛应用的RFID标签都是与条码、二维码等技术相互结合使用,通过在RFID标签的表面搭载条码,并将条码信息与内部芯片的信息进行关联绑定,以实现更多的应用想象空间。

RFID行业发展现状

随着技术的成熟,RFID行业近几年的发展蒸蒸日上。根据统计数据显示,整个行业的市场规模在2019年已突破千亿(统计中包含电子标签、读写系统和集成应用在内),并连续多年保持15%以上的增长率,其在很多行业的发展速度不可想象。

随着行业的细分,未来软件和系统集成将朝着“泛物联网”及人工智能方向发展,而电子标签将寻求与传统标签行业进行更深度的融合。

下面这张图是对行业规模的品类和应用领域的划分,我们可以看到,标签的份额大约占1/3左右,并已在应用上呈现出百花齐放的盛况(图2)。

 中国RFID产业结构图.jpg

就电子标签这一细分领域而言,它的整体发展趋势要更优于整个行业的发展。2020年,仅超高频电子标签这一品类的总需求量就达到210亿,并在近几年保持着40%以上的年增速。

2020年新冠肺炎疫情的影响,也让许多人看到了空间读取、非接触式和大数据应用的价值,整个RFID行业的需求进一步呈井喷式爆发。根据RAIN RFID联盟的预测,至2024年,全球超高频电子标签总需求量将在600—800亿/年,并将持续保持每年25%以上的增幅。

这里特别值得一提的是,伴随RFID行业的快速增长以及贸易战对半导体行业的双重作用,未来国产RFID芯片、RFID标签将逐渐扩大市场份额,并将成为未来发展的一股强大力量。

RFID市场应用

在市场应用中,各个领域的头部企业均在纷纷布局RFID技术应用以提升其物联网管理水平。比如在服装行业,迪卡侬、Nike、海澜之家、安踏等企业已陆续使用RFID技术来实现货物管理和大数据应用;零售行业的沃尔玛也于2019年底开始正式启用RFID技术,并在2022年提出了百亿量级的规模需求;此外,像顺丰、菜鸟等头部物流公司也纷纷成立RFID事业部,并在物流管理、产品管理等方面已有成熟的案例应用;而在北京大兴、深圳等机场也都上线了RFID航空行李条。

我们相信,未来的电子标签将持续保持快速增长,并将在5年内进入千亿规模的市场量级,成为标签行业细分领域中不可忽视的一股科技力量。

那么在不远的将来,这上千亿的流通规模都会落地到哪些应用场景中?目前RFID技术已经广泛应用在身份识别、防伪、服装等领域,而未来它将继续在物流、零售、航空、智能制造等领域持续扩大自己的使用范围。

一、智能仓储与自动化物流应用

首先,在仓储物流方面的应用将会不断扩展。这是因为RFID技术的远程读取和群读能力可以快速并准确地实现产品的收货、分拣、盘点等动作流程。比如海澜之家通过将RFID技术与自动化物流结合,实现了整个商品从入库到出库的全流程的物联网管理。而且,根据多家客户反馈,运用RFID技术可以极大地降低出错率、人工成本,并在人力资源提升、收发货效率等方面得到大幅优化。

二、RFID服装门店应用

其次,服装或者其他的门店零售方面未来也会有规模性的增长和应用。RFID技术可以在收货、门店管理、营销数据运维上为各类型的企业和零售门店提供数据统计分析,并在管理上提供帮助,可以使门店实现快速盘点、批量收货和找货,还可以与总部进行快速地数据反馈和智能补货等。

三、RFID航空行李条应用

未来,RFID航空行李的应用需求也将会呈倍数增长。近两年,国际、国内航空系统对RFID技术的导入势头非常强劲。据《中国民航网》介绍,目前已有多家航空公司的多条航线导入RFID技术对行李进行跟踪管理。同时,民航局在2021年的工作会议上表示,也正在自上而下加速推动这一技术落地,并要求规模以上的空港必须在近两年内完成RFID行李管理系统的建设。随着越来越多的航线进行RFID布局,未来国内民航业对于货物的跟踪能力和数据管理能力将显现出一个快速提升的效果。此外,IATA的货运业务与技术委员会也在2年前出台了相关的标准规范,并要求全球各会员单位在2023年底前配备RFID航空行李跟踪技术。

四、RFID智能箱包应用

从航空行李跟踪也衍生出关于智能箱包方面的应用发展。专家认为植入RFID技术的智能箱包可以与二维码等技术捆绑使用,实现外观和内部的双重防伪,同时还可以在身份识别、互动体验上为箱包赋予更多的利用空间。像奢侈品类的箱包,RFID技术可以提高防伪能力和身份识别能力,无需验真,也不需要在托运行李时贴一堆箱贴标记,即可防止认错行李箱包。

随着航空业物联网系统的日渐成熟,行李箱还可以与人、与系统进行绑定,以实现更多的交互功能,比如提前托运、异地托运、上门取件、送货上门等航空增值服务。

而对于有特殊托运和管理需求的箱体,比如昂贵的设备、特殊的化学用品等,也可以通过将RFID技术与其他传感器结合,实现对箱体的物流进行全流程管理;还可以通过系统实时掌握箱体的位置、物流的状态、环境的温湿度、箱体震动等各项数据,从而提高对物流效率、物品情况的管理,进一步方便物流公司、海关等对箱体状态及物品的管控。

五、RFID智能制造应用

随着国际、国内工业互联网的快速发展以及企业数字化转型的需要,未来RFID技术在智能制造领域的应用也将会逐渐拓展。电子标签可以作为新型的数据传感器和存储器,为包括资产设备管理、产品信息周转等各类智能制造的应用提供标识和数据服务。比如在一家工厂管理中,对资产、材料、产品的管理都需要有相应的标识来提供目视和数据流通管理。而RFID技术在群读、远距离读取和信息存储上的优势,将会令它能够在各类智能工业化场景中提供更多的信息和标识服务。

 

主流RFID产品生产流程

当我们发现RFID技术在未来会有更大的需求和市场应用后,如何生产出一枚合格的电子标签就应该是我们下一个需要关注的重点。

常规的电子标签生产主要包括以下几个步骤:芯片贴片封装,多层材料的电子标签复合,标签表面工艺处理,以及芯片数据读写加工等。而这些步骤又可以具体分为:前道标签制作和后道数据制作两个部分。

RFID前道生产工具.jpg

图3是前道标签制作的流程和主要设备。这个工序的设备投入高、占地较大,同时也有一定的技术门槛要求,但也可以通过改造传统设备来实现。它主要完成电子标签的整体生产,并可以继续细分为绑定和复合。

RFID后道生产工具.jpg

图4是后道数据制作的流程和设备。这部分工序的特点是机台小、占地和投入都不高。它主要侧重于表面信息的加工和标签数据的加工管理,相当于电子标签在投入项目应用之前的一个再加工工序。

传统标签印企介入RFID业务

作为印企,我们应该如何介入并玩转RFID技术?在聊这个话题之前,我们可以先回顾一下过去几年印刷、传统标签行业与RFID行业在融合发展上的一些缺点。

过去几年,大量的终端应用客户为了满足自己的信息化升级需求,上线了RFID技术管理,因此数据、性能的优先级大于标签本身,而传统标签行业使用的那些漂亮的工艺技术在RFID标签上都不见了,多数电子标签的外观特别简单。此外,普通印刷和传统标签因信息承载能力有限,在客户逐步数字化转型的需求变化中遭遇发展瓶颈,使企业的发展和行业人才的培育都受到一定程度的影响。

但随着RFID技术与传统标签逐步深入融合,未来两者之间必定不会再是互相独立的模式,也不会是谁颠覆谁,一定是双方共同发展且朝着“你中有我、我中有你”的一个方向。漂亮的工艺技术和审美需求将会慢慢回归到标签的设计与应用中,而RFID技术也将为标签带来更多数字化、智能化的应用手段。

然而,每家企业都无法覆盖这么多的资源配合与技术整合,要实现这样复杂的产品力就必会引入精细化分工的理念,即RFID技术与印企共同发挥自身所长,并各自承担起一部分标签的设计和生产工作。

具体来说,印企可以有以下三种方式进入RFID领域。首先是一步到位的一体化配置。它能快速帮助印企建立一整套的RFID产业,帮助客户解决实际的数字化需求问题,但缺点在于跨行的投入和风险较高。

此外印企也可以分阶段投入,逐步进入RFID产业。它的优点是可将总投入分成多阶段进行,降低了成本与风险,同时优化了学习空间。但同样也会引发建设周期过长的问题。任何一个项目持续太久,对团队和项目本身都不利。

因此,结合精细化分工的概念,我们认为印企应该在RFID的产业链中选择合适自己的那个赛道做细化深耕。印企可以结合各自的客户需求、行业属性定位及内部团队的特性,选择更有把握,或者更迫切的部分切入、耕耘,并完成精细化分工。

那么,究竟哪部分是印企应该优先考虑,或者应该深入培育的内容?

这就需要回到RFID生产的各道工序中去分析每道工序的特性和要求,不同的工序对标签的加工有不同的管控要点;同时,不同的工序与市场需求、客户的贴近程度也不同。

在最前端的电子贴片环节,更需要关注天线设计、性能、方向图和贴片效果等。比如,不同的天线设计与不同的芯片会对产品性能产生大幅度的影响。图上两个天线的差异并不大,但若叠加不同芯片后表现结果差异就非常大。因此,电子标签的尺寸、性能要求、和芯片需求都需要进行技术研判并做出对应设计。

而这个例子则显示了不同的封装工艺对产品的质量和使用寿命有较大影响。

A、B、C是同型号产品的不同实验样品。我们可以看到C的芯片封装牢固度比较差,因此老化后产品质量将大受影响。所以,芯片封装牢固度对产品的质量特性和有效生命周期有较大的关联性。

同样拿A、B、C三组样品做模拟复合实验,C的不良品数量也是最多的。这表示,不同的封装强度对于后道复合的加工难易度有较为重大的影响。因此在封装贴片环节,需要关注的技术细节很多,且更偏重于无线通信领域和半导体贴片领域的技术,与市场的应用需求以及印企的传统工艺技术相距较远。

而复合工序基本上与传统标签很类似。这道工序更多关注的是产品尺寸、精度、溢胶、模切等,但在这其中,RFID技术与传统标签还是有些许不同。比如在标签的粘接力方面,由于RFID标签更厚更挺,且实际数据化的场景变化较多,因此对于胶粘能力的普适性要求更高。此外,在一枚RFID标签中胶粘剂的成本占比较低,但也可能会因为胶粘的问题而报废整个标签。因此,切不可因草率的选胶和粗糙的涂布管控,导致更大的成本损失。

另外在模切方面,随着自动化程度的提升,自动吐标、自动贴标的场景也越来越多,对产品的模切精度控制要求也会越来越高。与选胶的思路相同,不能因为对小成本的疏忽而导致整体高昂的成本损失。所以在复合工序,虽然工艺技术特点与传统标签大同小异,但RFID复合与传统复合的核心差异在于更加关注产品细节质量的一致性和稳定性,尽可能避免因任何的质量事故造成的换货与赔付。所以建议,在实际运作中应将更多的成本投入到产品质量的建设与监管中,而不是商务或者问题处理中。

另外在数据加工环节,除了关注表面效果以外,同时也需要关注标签的读写能力和应用的一致性。这道工序与客户的数据管理和应用场景紧密关联。

多数RFID标签的生产过程还会产生QC全检和替补标的环节。这可以根据工厂自身的能力或者客户要求来选择人工或自动化的方式,以满足客户需求和成本优化为首要条件,避免在这一部分过度投入。

通过以上分析RFID技术各道工序的技术特性,以及与市场、客户端的远近关系,我们认为,复合或者数据制作的工序与印企的传统业务关联性更强,也更适合印企作为布局RFID领域的重要切入点和核心耕耘点。至于无线射频设计或贴片封装、通信与半导体的活件,我们建议留给通信与半导体行业的专业人士去做。

按照这样的模式布局,标签印企将会更多地投入到复合或者数据加工环节,并会有大量的半成品RFID inlay的采购,因此我们还需要注意管控半成品的来料质量问题。

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这张表是我们认为对于后道生产商来说,半成品质量应该重点关注的一些指标,其中红圈部分是比较核心的一些质量影响因素。

目前,厦门信达物联电子标签年产能力在35亿枚以上,并在各个不同应用领域均有成熟案例应用。在此,我们希望通过创新为客户及行业实现更多的价值,也希望能够与广大的标签行业同仁共同推进RFID技术与传统标签的融合,建立更精细化的产业链分工和更加完整的产业生态!

本次课程视频已经发布在《标签与贴标》杂志官网,访问https://www.labelsandlabeling.com.cn/video/detail/id/VMETY2,即可观看。