1 引言
传统的制造企业采用人工管理设备的方式，不仅效率低下而且经常由于人为的疏忽造成设备资源的浪费。因此，必须利用计算机技术建立制造车间设备信息管理系统，实现设备的参数化管理、库存、采购和寿命控制等信息化管理，保证做到设备资源信息的即时性、共享性、准确性。通过设备管理系统可以提高设备资源的利用率、缩短设备准备时间从而加快生产周期，为企业创造更多的利润。
自动识别技术是以计算机技术与信息技术为基础的一门综合性应用科学技术，是实现信息数据快速、准确、自动采集的有效手段，包括条形码技术、射频识别技术和生物特征识别技术在内的技术体系。其主要的目的是快速、准确地获得生产车间所需的设备信息，以改善传统制造业中低效率的管理方式，实现机械制造车间的设备管理的科学化和智能化。本文详细介绍这几种识别技术的原理、优缺点以及它们的适用范围。
2 条形码技术
条码技术已成为一种成熟的技术.它是将信息用条码表示，并将条码信息转变为计算机可自动识读的数据。一个完锥的条码符号通常都由两侧的空白区、起始符、数据符、校验符(可选)、终止符和供人识别字符组成，条码符号的基本结构如图1所示。
图1 条码符号的基本结构
(1)条形码的编码规则
唯一性:同种规格同种产品对应同一个产品代码，同种产品不同规格应对应不同的产品代码。
永久性:产品代码一经分配，就不再更改，且终身使用。
无含义:为了保证代码有足够的容量以适应产品频繁的更新换代的需要，最好采用无含义的顺序码。
(2)条形码的识别原理
按照一定规则编译出来的条形码转换成有意义的信息，需要经历扫描和译码两个过程。当条形码扫描器光源发出的光在条形码上反射后，反射光照射到条码扫描器内部的光电转换器七，光电转换器根据强弱不同的反射光信号，转换成相应的电信号。电信号输出到条码扫描器的放大电路增强信号之后，再送到整形电路将模拟信号转换成数字信号。此时所得到的数据仍然杂乱，下一步需根据对应的编码规则，将条形符号换成相应的数字、字符信息。最后，由计算机系统进行数据处理与管理，物品的详细信息就得到识别[5一，](见图2}0
目前，条码的制作与条码的识别都有成熟可靠的产品。通常采用条码技术用于设备、在制品的库存管理，帮助实现入库、盘点、借出、归还等环节的管理。
图2 条码识读系统组成
3 射频识别技术
射频识别技术(RFID)是利用无线电波或微波能量进行非接触双向通信，来实现识别和数据交换功能的自动识别系统。一般来说，射频识别系统包括射频标签、读写器和数据管理系统三部分。其中，射频标签由天线和芯片组成，每一个芯片都有唯一的标识码，一般保存有约定格式的电子数据;读写器是可非接触地读取和写人标签信息的设备，它通过网络与计算机系统进行通信，完成对射频标签信息的获取、解码、识别和数据管理;数据管理系统主要完成数据信息的存储和管理，并可以对标签进行读写控制。
目前定义RFID产品的工作频率有低频、高频和超高频，不同频段的RFID产品会有不同的特性。
图3 RFID的基本模型图
(1)低频
RFID技术首先在低频得到广泛的应用和推广。该频率主要是通过电感祸合的方式进行工作，也就是在读写器线圈和感应器线圈间存在着变压器祸合作用。通过读写器交变场的作用在感应器天线中感应的电压被整流，可作供电电压使用。
其特性有:工作在低频的感应器的一般工作频率为120kHz一134kHz，该频段的波长大约为2500m;除了金属材料影响外，一般低频能够穿过任意材料的物品而不降低它的读取距离;该频率的磁场区域下降很快，但是能够产生相对均匀的读写区域;相对于其他频段的RFID产品，该频段数据传输速率比较慢。
(2)高频
该频率的感应器不用线圈绕制，可以通过腐蚀活着印刷的方式制作天线。感应器一般通过负载调制的方式进行工作。也就是通过感应器上的负载电阻的接通和断开促使读写器天线上的电压发生变化，实现用远距离感应器对天线电压进行振幅调制。
其特性有:工作频率为13.56MHz，该频率的波长大概为22m ;除了金属材料外，该频率的波长可以穿过大多数的材料，但是往往会降低读取距离。感应器需要离开金属一段距离;感应器一般以电子标签的形式;该系统具有防冲撞特性，可以同时读取多个电子标签;数据传输速率比低频要快，价格不贵。
(3)超高频
超高频系统通过电场来传输能量。电场的能量下降不是很快，但是读取的区域不易定义。该频段读取距离比较远，无源可达1Om左右。主要是通过，电容藕合的方式进行实现。
其特性有:在该频段，欧洲和部分亚洲定义的频率为868MHz，北美定义的频段为902一905MHz,在日本建议的频段为950 - 956MHz。该频段的波长大概为30cm左右;超高频频段的电波不能透过某些介质，特别是水、灰尘、雾等悬浮颗粒物资。相对于高频的电子标签来说，该频段的电子标签不需要和金属分开来;电子标签的天线一般是长条和标签状。天线有线性和圆极化两种设计，以满足不同应用的需求。
4 直接标识技术
直接零件标识(Direct Part Marking, DPM)指直接在物体表面标识可机器识别的代码。在直接标识技术中，点撞击、电化学标识、直接喷码和激光标刻方法获得了广泛的研究。
(1)点撞击
点撞击是用气(或电)驱动的铁笔(笔尖是金刚石或钻石的)在被标识物表面撞击形成一定深度的点，这些点构成DataMatrix条码。该方法是目前航空航天领域应用最广泛的一类标识段，但也有一定的局限性，对较薄的材料(厚度小于0.02inch)、易碎的非金属材料、标识点靠近焊接部位、材料边缘(在材料厚度的4倍以内)以及HRG硬度大于54的材料不能采用该方法标识。
(2)电化学标识
电化学标识包括电化学蚀刻和电化学着色。电化学蚀刻是通过电解液和模具获得条码形状，其实现过程是将刻有条码形状的模具固定在被标识物体表面，放在电解液里，被标识物接阳极，电解液接阴极，在两者之间通低电流，将条码印在被标识物体表面上。电化学着色与电化学蚀刻类似，不同的是，电化学着色采用交流电，而电化学蚀刻采用直流电。在这种情况下，金属没有被去除，而是被氧化了(着色)。这个过程能够产生高质量的条码而不会破坏被标识物体表面。颜色取决于金属/电解液组合。电化学标识方法主要用于关键零部件的标识。
(3)直接喷码
直接喷码采用气体压力驱使快干墨水(成细小的水珠)从打印头到标识物表面。条码变形、墨水泼溅、涂污等都会影响条码的正确识别，这些可以通过调整打印头到标刻面的距离、空气压力、墨水配方等进行纠正。由于直接喷码是可擦拭的(拇指腹擦拭次数大于20次)，多数情况下，如果考虑产品追踪的整个生命周期，直接喷码只适用于在制品或中间产品的标识，而不能用于最终产品。
表1 三种自动识别技术的比较
(4)激光标刻
激光标刻主要采用可见波长激光，它是利用激光的热能使被标识物表面熔化、气化，形成永久性的甚至与物品同寿命的图形、文字或条码。由于激光束与被标识表面的相互作用，激光标刻在物体表面形成一定深度的条码，在循环应力作用下可能形成扩展裂纹，使零件产生疲劳破坏。另外，激光标刻方法目前还缺乏质量评判准则，对表面质量要求较高产品的应用也受到限制。目前，激光直接标刻方法在关键零件上的应用还处于研究阶段。
5 自动识别技术的发展趋势
目前，自动识别技术发展虽然较快，但主要是向技术的纵深方向发展，相信随着应用领域的日益扩大以及应用层次的逐步提高，其广度方面必然有所发展。
采用多种识别技术的组合化应用，将几种技术集成，以满足事物多样性的要求，例如，将激光标刻技术和条形码技术结合起来应用于数控加工中的刀具的自动识别。随着控制系统钾能水平的要求越来越高，仅仅依靠测试技术已经不能满足需求，应重视与控制技术的紧密结合。
新的自动识别技术标准不断涌现，标准体系日趋成熟。企业的需求成为标准制定的动力，全球已经形成标准化组织于企业共同制定国际条码识别技术标准的格局。近年来，国际标准化组织ISO/IEC的专门技术委员会发布了多个条码识别技术码制标准、应用标准。
6 结语
本文介绍了几种自动识别技术这种在数字化制造过程中对设备进行智能管理的方法，阐述了各种识别方法的原理和优缺点及适用场合，对自动识别技术的研究现状进行了详细总结，并且对其发展趋势进行了展望。尽管自动识别技术相关的研究还处于起步阶段.仍存在一些理论和技术问题，实现工业化应用还面临一些困难，但其优越性已经体现出来。相信随着各项关键技术被突破，自动识别技术在数字化制造业中的应用将会极具前景。
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本文标题：数字化制造业中的自动识别技术及其特点
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