RFID技術(shù)助力智能制造進(jìn)程
——訪青年長江學(xué)者、華中科技大學(xué)教授陶波

：近年來您的團(tuán)隊(duì)圍繞高性能無線射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)開展了哪些工作？取得了哪些創(chuàng)新性的研究成果？

陶波：無線射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification, RFID）是一種利用射頻通信實(shí)現(xiàn)的非接觸式自動(dòng)識(shí)別感知技術(shù)，具有識(shí)別距離遠(yuǎn)、識(shí)別速度快、抗干擾能力強(qiáng)以及多目標(biāo)同時(shí)識(shí)別等優(yōu)點(diǎn)，在制造、物流、交通、軍事等領(lǐng)域具有大規(guī)模應(yīng)用前景。將RFID技術(shù)與制造技術(shù)相結(jié)合，借助RFID技術(shù)在識(shí)別、感知、聯(lián)網(wǎng)、定位等方面的強(qiáng)大功能，可有效提升復(fù)雜零件的制造效率和品質(zhì)。在國家自然科學(xué)基金、973課題、863項(xiàng)目以及國家重大科技專項(xiàng)等課題的持續(xù)支持下，我們團(tuán)隊(duì)圍繞高性能RFID產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用進(jìn)行了10多年的研究。主要研究工作包括：建立了高性能RFID標(biāo)簽制造工藝技術(shù)，研制了我國第一臺(tái)全自動(dòng)高性能RFID標(biāo)簽制造裝備并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。RFID標(biāo)簽制造裝備是實(shí)現(xiàn)高性能RFID標(biāo)簽制造的核心裝備，我國主要依賴進(jìn)口。為此，我們系統(tǒng)研究了RFID標(biāo)簽制造過程中芯片-天線基板微互連性能精確形成機(jī)理和調(diào)控策略、工藝參數(shù)精確協(xié)同控制方法和精密操作技術(shù)，突破了高性能RFID標(biāo)簽制造一致性調(diào)控難題，建立了高性能RFID標(biāo)簽制造工藝技術(shù)并研發(fā)了裝備，主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到并部分超過國際同類設(shè)備先進(jìn)水平，打破了國外在該領(lǐng)域的裝備壟斷。基于國產(chǎn)天線基板、芯片、導(dǎo)電膠材料，實(shí)現(xiàn)了高性能RFID標(biāo)簽高效、高精、高可靠制造。研究成果“高性能無線射頻識(shí)別（RFID）標(biāo)簽制造核心裝備”獲2013年國家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。近年來，我們也在探索將基于有機(jī)導(dǎo)電聚合物的噴墨打印工藝與天線基板的印刷工藝相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)全柔性RFID標(biāo)簽一體化制造。

RFID技術(shù)在物流領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但在制造、國防等特殊應(yīng)用場合，尚存在諸多技術(shù)難題。比如制造車間金屬、油污、切屑液等強(qiáng)干擾以及復(fù)雜多變的工況環(huán)境對(duì)RFID技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)生了致命影響。為此，我們系統(tǒng)研究了小型化、高帶寬、抗金屬RFID設(shè)計(jì)方法和防沖突算法，提出了基于邊“測”邊“調(diào)”模式的RFID動(dòng)態(tài)諧振自適應(yīng)匹配方法，實(shí)現(xiàn)了多變強(qiáng)干擾環(huán)境下RFID技術(shù)的適應(yīng)性和穩(wěn)定性，研發(fā)了一系列高性能特種RFID標(biāo)簽、讀寫器和RFID傳感器。在此基礎(chǔ)上，我們研究了RFID定位和RFID伺服導(dǎo)航技術(shù)，研發(fā)了制造車間人（操作工人）、機(jī)（制造裝備）、物（在制品、刀輔具、物流機(jī)器人、物流小車等）跟蹤定位與全生命周期管控系統(tǒng)，在三一重工、武重等10余家大型制造企業(yè)智能制造系統(tǒng)中得到應(yīng)用。

：RFID已在國外智能制造領(lǐng)域得到較為廣泛的應(yīng)用，此項(xiàng)技術(shù)目前在國內(nèi)外航空制造領(lǐng)域應(yīng)用狀況如何？

陶波：航空制造領(lǐng)域具有零部件數(shù)量龐大、供應(yīng)鏈關(guān)系復(fù)雜的特點(diǎn)，航空產(chǎn)品全生命周期管控中的信息交互非常重要。隨著RFID技術(shù)的發(fā)展，航空工業(yè)已經(jīng)成為RFID技術(shù)應(yīng)用的新領(lǐng)域。如德國漢莎公司利用RFID技術(shù)跟蹤飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、飛行器零部件以提高維修效率，美國通用公司將RFID技術(shù)應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)全生命周期管理。

RFID在航空制造的應(yīng)用主要包括兩個(gè)方面：一是用于制造過程管控，包括供應(yīng)鏈管理以及制造執(zhí)行系統(tǒng)?；赗FID的制造執(zhí)行系統(tǒng)一方面可以實(shí)現(xiàn)制造過程的閉環(huán)控制，另一方面可以通過產(chǎn)品或者零部件的品種和批次，自動(dòng)選擇對(duì)應(yīng)的工序和物料，實(shí)現(xiàn)柔性制造。空客在2000年、波音在2004年開始在航空制造過程中引入RFID技術(shù)。二是飛機(jī)維護(hù)和檢修系統(tǒng)。在2011年，波音開始在民用飛機(jī)制造中應(yīng)用超高頻RFID標(biāo)簽以跟蹤零部件的維護(hù)歷史?？湛蛷?008年開始要求其供應(yīng)商在A350 XWB型號(hào)飛機(jī)超過3000種零部件中嵌入RFID標(biāo)簽，并在2012年將RFID技術(shù)擴(kuò)展應(yīng)用到所有型號(hào)飛機(jī)上。

雖然現(xiàn)階段各大航空制造商或多或少在制造過程中開始廣泛應(yīng)用RFID技術(shù)，但推進(jìn)較為緩慢。主要原因在于航空制造涉及到分布在全球各地的數(shù)量眾多的第三方零件供應(yīng)商共同參與，這就要求必須有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，而全球不同國家和地區(qū)劃分給UHF RFID的頻段不同。為支持RFID技術(shù)在航空制造領(lǐng)域應(yīng)用，2006年，美國汽車工程師協(xié)會(huì)針對(duì)航空應(yīng)用制定了無源超高頻RFID標(biāo)簽的指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)AS5678，美國航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)在2012年的Spec2000電子商務(wù)規(guī)范中規(guī)定了RFID標(biāo)簽的數(shù)據(jù)格式，這些標(biāo)準(zhǔn)有望推動(dòng)RFID在航空工業(yè)的推廣應(yīng)用。

：機(jī)器人技術(shù)是智能制造不可或缺的一部分，請談?wù)勀攸c(diǎn)關(guān)注哪些方面？我國機(jī)器人技術(shù)目前面臨哪些機(jī)遇與挑戰(zhàn)？

陶波：大型復(fù)雜構(gòu)件多機(jī)器人協(xié)同智能制造是我們團(tuán)隊(duì)目前關(guān)注的重點(diǎn)，包括多機(jī)器人協(xié)同加工、操作、裝配等，通過融合RFID伺服技術(shù)、視覺伺服技術(shù)和力位混合控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大位移范圍內(nèi)高精度的機(jī)器人-工件精密定位。相關(guān)研究已在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、燃?xì)廨啓C(jī)葉片、大型風(fēng)電葉片磨拋加工中得到成功應(yīng)用。

當(dāng)前是機(jī)器人技術(shù)與產(chǎn)業(yè)井噴式發(fā)展時(shí)期，也為我國機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展提供了重大發(fā)展機(jī)遇。主要體現(xiàn)在：（1）各發(fā)達(dá)國家開始進(jìn)行新一輪機(jī)器人產(chǎn)業(yè)布局。如美國 “先進(jìn)制造業(yè)伙伴計(jì)劃”、德國“工業(yè)4.0”計(jì)劃、歐盟 “火花”計(jì)劃等，這些規(guī)劃必將推動(dòng)全球機(jī)器人技術(shù)水平跨越式發(fā)展。（2）我國國計(jì)民生發(fā)展對(duì)機(jī)器人需求量巨大，機(jī)器人作為構(gòu)建未來創(chuàng)新型社會(huì)的重要科技手段，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值巨大。（3）新一代機(jī)器人研究方興未艾。機(jī)器人在智能和自主方面與人存在巨大差距，機(jī)器人的進(jìn)一步發(fā)展必然要尋求作業(yè)能力的提升、人機(jī)交互能力的改善、安全性能的提高。下一代機(jī)器人將是能夠?qū)崿F(xiàn)與作業(yè)環(huán)境、人和其他機(jī)器人自主適應(yīng)、自然交互、協(xié)同作業(yè)的共融機(jī)器人。其技術(shù)發(fā)展的挑戰(zhàn)包括：（1）剛?cè)彳涶詈系男滦蜋C(jī)器人結(jié)構(gòu)，包括結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)控制一體化設(shè)計(jì)、高效驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)理、非線性動(dòng)力學(xué)與控制等； （2）機(jī)器人主動(dòng)感知與自然交互，包括多傳感信息獲取與融合處理、行為意圖的學(xué)習(xí)與準(zhǔn)確判讀，以及人機(jī)交互協(xié)作決策與規(guī)劃控制；（3）機(jī)器人自主控制與群體智能，主要挑戰(zhàn)在于如何通過個(gè)體間的協(xié)作，形成更高級(jí)的群體智能，并通過多態(tài)分布式操作系統(tǒng)的資源和行為管理，實(shí)現(xiàn)多域異構(gòu)群體機(jī)器人的分布協(xié)同控制。