尹 超，梁健瑶，王喜利，孙 晓，郭 志

（1.株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南 株洲 412001；2.湖南工业大学，湖南 株洲 412001）

射频识别（RFID）技术可实现系统与特定目标的非接触识别，为自动跟踪识别特定对象提供技术支持[1]。RFID电子标签技术由于读取方便、受外界影响小等特点，目前已应用于服装和轮胎[2-5]等行业，但在轨道交通用零部件中的跟踪识别应用较少[6-7]。

金属橡胶制品是橡胶和金属复合的弹性元件，具有抗冲击、可吸收高频振动和噪声的特点，主要用于机械装置中的柔性连接和减振。典型的金属橡胶制品如图1所示。金属橡胶制品的主要生产工序为前处理、硫化和后处理（包括二次加工、镀锌和油漆处理等）。目前通常采用纸质二维码对产品进行追溯识别，在产品出入库过程中，需对产品进行逐一扫码或手抄流水号，存在效率低下、易出现错号或重号的情况。

图1 典型的金属橡胶制品

本工作通过对轨道交通用金属橡胶制品的各工序环境进行分析，旨在探索建立一种RFID电子标签与生产过程执行管理系统（MES系统）相结合的方式实现对产品生产信息和流水号的追溯，并对其产业化应用的可行性进行探讨，期望解决目前多工序生产过程中易出现的漏工序和出库盘点过程中易出现的错号、漏号等问题。

1 RFID技术原理及优势

RFID系统一般由读写器、电子标签芯片和天线组成，电子标签芯片用于储存产品的标识信息，天线用于数据的传递，读写器对接收到的数据进行读取，或将相关标识信息写入芯片中。

RFID技术原理较为简单，当读写器的天线与电子标签天线靠近时，天线之间形成磁场，电子标签进入磁场后，接收读写器发出的射频信号，通过电流获得的能量将电子标签芯片中的储存信息发送至应用程序进行相应的处理，最终得到所需信息，从而实现产品识别的目的。该技术可实现非接触读取，可读取一定范围内的所有需识别信息的电子标签，可通过数据写入实现对部分关键工序信息的记录，从而实现对产品全生命周期的管理。

RFID电子标签相比于传统的纸质标签，具有可批量读取，读取速度快、距离远等功能，具体优势如表1所示。

表1 RFID电子标签与纸质标签对比

2 RFID技术在轨道交通用金属橡胶制品中的应用试验

2.1 应用难点分析

轨道交通用金属橡胶制品由于其自身特性、生产过程和使用环境的要求，如需实现在产品上运用RFID电子标签，除满足GB/T 36365—2018[8]对无源电子标签的要求外，还需满足以下要求。

（1）电子标签植入位置。轨道交通用金属橡胶制品由于受其应用环境和使用要求的影响，电子标签的贴合需具有持久性、不易脱落、对产品本身的功能特性不会产生影响等特点。

（2）耐高温高压性能。轨道交通用金属橡胶制品的硫化温度为150～200 ℃，硫化压力为9.8～19.6 MPa，电子标签需满足金属橡胶制品生产过程中耐高温高压性能的要求。

（3）耐酸碱性。轨道交通用金属橡胶制品主要应用在机车、地铁和高速列车上，对防腐性能有较高要求。后处理工序通常使用镀锌液和油漆进行防腐处理，因此要求电子标签能满足镀锌液和油漆处理的环境要求。

（4）耐压缩性能。轨道交通用金属橡胶制品出厂前需进行耐压缩性能检测，若将电子标签贴合在承受压力部位，要求电子标签能适应检测过程中压力可能产生的挤压变形影响。

因此，针对轨道交通用金属橡胶制品生产和应用的特殊环境要求，需选择合适的RFID电子标签。

2.2 RFID电子标签选择

为解决RFID电子标签应用中的难点，本工作对目前市面上常用的标签形式进行了分析，最终提出了扎带式标签和经绝缘胶封装的陶瓷标签2种RFID电子标签的试用方案。

扎带式标签（如图2所示）拆解方便，可实现远距离识别，其表面为高结晶聚合材料，具有良好的高频绝缘性能，不受湿度影响，有较好的耐酸碱性能，应用时直接与产品绑定。

图2 扎带式标签

陶瓷标签（见图3）具有耐高温的特性，其表面为高温材质，标签尺寸为5 mm×5 mm×3 mm。但陶瓷标签相对易碎，通过绝缘胶封装的陶瓷标签具有更优良的耐高温和耐压缩性能，应用时标签需预埋至金属橡胶制品内部。

图3 陶瓷标签

2.3 试验结果分析

针对RFID电子标签的应用难点，选取不同电子标签进行试验，验证其在不同环境下的耐受性。

（1）镀锌液的影响。镀锌条件为：温度 20℃，时间 50 min，碱性环境。经过镀锌液处理后的扎带式标签和陶瓷标签均能被有效识别。

（2）硫化高温高压的影响。硫化条件为：温度140 ℃，压力 4.9 MPa，时间 60 min。硫化后未封装的陶瓷标签未能被有效识别，但经绝缘胶封装的陶瓷标签能被有效识别；扎带式标签会在硫化工序后进行绑定，不会受到硫化高温高压的影响。

（3）机加工切屑液的影响。将扎带式标签和陶瓷标签在机加工切屑液中浸泡5 min后，扎带式标签和陶瓷标签均能被有效识别。

3 一种基于RFID电子标签的轨道交通用金属橡胶制品追溯方案

多工序的生产过程需建立有效的质量追溯体系，当产品发生质量问题时可有效地进行追溯，锁定产品范围。质量追溯主要包括对生产过程中各工序和工位的追溯以及人员、设备、原材料等质量信息的追溯[9]。

现阶段客户对轨道交通用金属橡胶制品的追溯要求越来越高，不仅要求对全过程进行追溯，而且在产品发货时需要提供追溯的记录，包括所有发货的流水号。企业现有的追溯方式通常是人工抄录流水号（如图4所示），这种方式易出现出厂报告中流水号错漏的情况。

图4 传统人工抄录流水号

为解决此类质量问题，提高周转效率，企业期望通过在产品上绑定RFID电子标签，实现在产品出库过程中批量读取追溯信息，并读取至电脑终端。试验证明，扎带式标签和经绝缘胶封装的陶瓷标签基本可满足目前轨道交通用金属橡胶制品的生产和制造环境要求。

在轨道交通用金属橡胶制品各个工序写入相关追溯信息，在出库过程中进行批量扫描，最终实现对产品追溯信息的读取。提前在扎带式标签中写入产品的序列号和流水号，并绑定在金属橡胶制品上（如图5所示）。在出库过程中直接在靠近产品上方位置扫描电子标签，可实现对产品流水号的批量读取。目前使用的移动式读取设备，在无包装箱的情况下，可准确读取20个标签，读取时间为10 s，节省了人工抄录流水号的时间，加快了流转速度，同时解决了抄录流水号过程中易出现的错号、漏号现象。

图5 RFID电子标签的批量读取

为实现将追溯信息上传至企业现有生产管理系统中，本工作提出了一种基于RFID电子标签与MES系统相连接的追溯方案，如图6所示。在企业现有的二维码扫描终端上开发并安装RFID服务程序，当RFID读取设备读取到电子标签内的数据后，借助蓝牙连接的方式，将数据传递至现有扫描设备中，扫描设备对数据进行转换和解析，最终转换为企业内部MES系统可识别的数据。

图6 基于RFID电子标签与MES系统连接的追溯方案

4 结语

（1）RFID电子标签技术在轨道交通用金属橡胶制品中应用试验表明，使用扎带式标签和经绝缘胶封装的陶瓷标签可以基本满足金属橡胶制品的生产制造环境要求，但是使用陶瓷标签时需要对企业现有生产工艺进行进一步优化。后期将对现有的电子标签形式和电子标签与产品的贴合方式进行不断探索，选择更适用于产品的电子标签形式和绑定方式。

（2）RFID电子标签目前在物流和资产管理等方面得到较快速的普及和应用，将RFID电子标签技术应用于企业内部包装箱上可改善目前企业内部小零件盘点耗费时间和人力的现状。随着RFID电子标签技术研究的深入，后续其在轨道交通零部件管理中的应用必将越来越广泛，可实现产品的过程追溯。