RFID干貨專欄概述

經(jīng)過20多年的努力發(fā)展，超高頻RFID技術(shù)已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)之一，每年的出貨量達(dá)到了200億的級別。在這個過程中，中國逐步成為超高頻RFID標(biāo)簽產(chǎn)品的主要生產(chǎn)國，在國家對物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的大力支持下，行業(yè)應(yīng)用和整個生態(tài)的發(fā)展十分迅猛。然而，至今國內(nèi)還沒有一本全面介紹超高頻RFID技術(shù)的書籍。

為了填補(bǔ)這方面的空缺，甘泉老師花費(fèi)數(shù)年之功，撰寫的新書《物聯(lián)網(wǎng)UHF RFID技術(shù)、產(chǎn)品及應(yīng)用》正式出版發(fā)布，本書對UHF RFID最新的技術(shù)、產(chǎn)品與市場應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)性的闡述，干貨滿滿！RFID世界網(wǎng)得到了甘泉老師獨(dú)家授權(quán)，在RFID世界網(wǎng)公眾號特設(shè)專欄，陸續(xù)發(fā)布本書內(nèi)容。

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8.6智慧工業(yè)管理

超高頻RFID在智慧工業(yè)中有多種應(yīng)用，包括生產(chǎn)自動化管理、產(chǎn)線工人管理、生產(chǎn)工具管理、生產(chǎn)設(shè)備管理、自動化傳感等。雖然超高頻RFID芯片在智慧工業(yè)領(lǐng)域出貨量的占比不高，但單個標(biāo)簽芯片產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)價值是所有應(yīng)用中最高的。本節(jié)主要針對在智慧工業(yè)管理中價值鏈最高的超應(yīng)用項(xiàng)目，自動化生產(chǎn)管理應(yīng)用和無源無線電力測溫應(yīng)用。

8.6.1 自動化生產(chǎn)管理

01、項(xiàng)目背景

在傳統(tǒng)的制造企業(yè)中，日常管理更多的是集中在產(chǎn)品管理、質(zhì)量管理、倉庫管理、移動資產(chǎn)管理、現(xiàn)場人員管理、車隊(duì)管理等等。而生產(chǎn)線信息的采集通常是采用人工采集、手工輸入的方式。這種人工采集、手工輸入的方式準(zhǔn)確性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，存在較大的錯誤率。且手工輸入只能定時進(jìn)行，導(dǎo)致生產(chǎn)計(jì)劃只能按周計(jì)劃、月計(jì)劃提交，不能精確到日。系統(tǒng)中生產(chǎn)數(shù)據(jù)無法實(shí)時更新，滯后情況嚴(yán)重，不利于生產(chǎn)流程的順利進(jìn)行，制約了產(chǎn)能的進(jìn)一步提高。同時制造企業(yè)大部分職能部門大多使用紙和筆的初級記錄方式，這使得制造企業(yè)的大部分職能部門面對著大量的數(shù)據(jù)錯誤，降低了企業(yè)整體的生產(chǎn)力。

制造企業(yè)已意識到這些問題的存在，并嘗試使用新興技術(shù)去解決這些問題。目前，部分生產(chǎn)型企業(yè)采用條碼識別的方式來提高數(shù)據(jù)錄入的準(zhǔn)確性，但條碼識別還是存在技術(shù)上的瓶頸：

工人的效率不同，容易引起小組的分工不均勻；

生產(chǎn)異常、生產(chǎn)線瓶頸問題無法實(shí)時發(fā)現(xiàn)；

勞動效率低下，實(shí)際工作時間利用率不高；

條碼標(biāo)簽一旦印刷不清晰、有折疊的痕跡等問題時，條碼槍便很難識別；

無法實(shí)時追蹤，管理層難以根據(jù)工作狀態(tài)進(jìn)行工作安排，如果工作過程中某個工序出現(xiàn)問題，要排除問題也必須等到下一天；

條碼數(shù)據(jù)采集需要專門安排人員隊(duì)伍進(jìn)行操作，勞動成本開銷大。

因此，以條碼識別為代表的生產(chǎn)線管理系統(tǒng)已經(jīng)越來越不能滿足企業(yè)對高效、精益化生產(chǎn)管理的要求，企業(yè)在深化現(xiàn)代管理理念的同時，構(gòu)建更先進(jìn)技術(shù)的生產(chǎn)線管理系統(tǒng)具有重要的意義。

02、解決方案

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，智能化制造業(yè)生產(chǎn)結(jié)合了超高頻RFID技術(shù)和現(xiàn)有的IT系統(tǒng)，建立智能化、數(shù)字化生產(chǎn)線的實(shí)時管理體制，讓生產(chǎn)更優(yōu)化、更合理地利用資源，從而提高生產(chǎn)產(chǎn)能、資產(chǎn)利用率以及高質(zhì)量控制，讓生產(chǎn)創(chuàng)造更大的效益。超高頻RFID技術(shù)打造一體化智能產(chǎn)線管理。

超高頻RFID正在進(jìn)入制造過程的核心階段。通過在車間層逐步采用超高頻RFID技術(shù)，制造商可以直接且不間斷地獲取信息并鏈接到現(xiàn)有的、已驗(yàn)證和工業(yè)加強(qiáng)的控制系統(tǒng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，與配置超高頻RFID功能的供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)，不需要更新已有的制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）和制造信息系統(tǒng)（MIS），就可以發(fā)送準(zhǔn)確、可靠的實(shí)時信息流，從而創(chuàng)造附加值，提高生產(chǎn)率和大幅度地節(jié)省投資。

超高頻RFID技術(shù)生產(chǎn)線管理是在生產(chǎn)線、產(chǎn)品轉(zhuǎn)存區(qū)和暫存?zhèn)}庫應(yīng)用先進(jìn)的超高頻RFID自動識別技術(shù)，使用可重復(fù)讀寫的電子標(biāo)簽（每個電子標(biāo)簽都有唯一ID號，以及可讀寫數(shù)據(jù)區(qū)，將產(chǎn)品信息寫入電子標(biāo)簽中），在生產(chǎn)線下線工位及倉庫出入口安裝閱讀器，通過讀寫標(biāo)簽信息自動寫入和采集各位置產(chǎn)品信息，并與其它的MES系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)信息，信息同時顯示在顯示屏上，生產(chǎn)線操作員可根據(jù)相應(yīng)提示對需要加工的產(chǎn)品從下線到倉庫轉(zhuǎn)存、暫存、再上線生產(chǎn)進(jìn)行全流程跟蹤管理。如圖8-31所示為超高頻RFID技術(shù)生產(chǎn)線示意圖。這樣可以保證生產(chǎn)線之間貨物批次箱號的對應(yīng)，各條生產(chǎn)線能毫不出錯地完成生產(chǎn)任務(wù)，且記錄下生產(chǎn)過程中的重要信息，可為將來的質(zhì)量信息追溯提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)。

工位管理，一般用于計(jì)件生產(chǎn)場合，員工用身份卡刷卡開始工作，讀取產(chǎn)品上的電子標(biāo)簽記錄加工產(chǎn)品的信息，主要作用有記錄員工出勤、工作數(shù)量信息；記錄產(chǎn)品信息，提供動態(tài)進(jìn)度信息，并可通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)產(chǎn)線產(chǎn)能瓶頸，提供生產(chǎn)依據(jù)。

自動化產(chǎn)線管理，在自動化產(chǎn)線應(yīng)用中，在產(chǎn)品上或載具上安裝電子標(biāo)簽，利用產(chǎn)線的閱讀器讀取產(chǎn)品信息，以便為自動化加工提供加工屬性依據(jù)。

產(chǎn)線軌道超市管理，產(chǎn)線上料區(qū)安裝閱讀器，讀取料箱或工件信息，為快速補(bǔ)料提供依據(jù)，提高生產(chǎn)效率。

流利架超高頻RFID管理，在每個流利架安裝電子標(biāo)簽閱讀器以及小型顯示屏，自動記錄上料批次以及數(shù)量，并及時提供上料預(yù)報信息，上料時可燈光提示上料口以及顯示批次物料名稱等信息。

圖8-31超高頻RFID技術(shù)生產(chǎn)線示意圖

超高頻RFID對工序管理解決了工序管理對人工的依賴，整個生產(chǎn)制造過程的工序更加精確便捷，對于在制品的工序可以實(shí)現(xiàn)跟蹤、追溯。一旦有任何制品出現(xiàn)問題，都可以迅速找到問題源頭，立刻解決。相較于人工，大大提升效率。

超高頻RFID技術(shù)自動采集生產(chǎn)中各個專業(yè)環(huán)節(jié)中的數(shù)據(jù)，形成信息實(shí)時采集與傳輸，讓系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)方便、及時、準(zhǔn)確。提高了生產(chǎn)流程的工作效率，打造成本控制管理可視化、產(chǎn)品物流運(yùn)態(tài)監(jiān)控管理。

03、系統(tǒng)收益

基于RFID技術(shù)生產(chǎn)線管理系統(tǒng)的建成，可為企業(yè)帶來如下收益：

（1）生產(chǎn)數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確、實(shí)時的采集

生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時反饋是保證生產(chǎn)運(yùn)營暢通的基礎(chǔ)。系統(tǒng)在生產(chǎn)車間采集實(shí)時生產(chǎn)數(shù)據(jù)是閱讀器設(shè)備實(shí)時自動采集，閱讀器通過讀出貨物電子標(biāo)簽中的特定信息實(shí)時的反饋到系統(tǒng)中，服務(wù)器每5秒鐘（更新頻率可以根據(jù)需求而定）更新一次數(shù)據(jù)。通過這種操作方式系統(tǒng)能夠提供實(shí)時的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和數(shù)據(jù)分析。

（2）生產(chǎn)力在原有的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)提升

生產(chǎn)力是生產(chǎn)管理的關(guān)注熱點(diǎn)同時也是管理難點(diǎn)，如果提升了生產(chǎn)力就意味著企業(yè)的產(chǎn)量提高、利潤可以增加。生產(chǎn)車間實(shí)時生產(chǎn)數(shù)據(jù)反饋到系統(tǒng)，通過系統(tǒng)監(jiān)控可以實(shí)時的發(fā)現(xiàn)阻礙生產(chǎn)流水線暢通的原因，及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)瓶頸所在。系統(tǒng)是通過實(shí)時數(shù)據(jù)歸集對每個車間、每個組、每個工位的生產(chǎn)情況進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)控，從而可以發(fā)現(xiàn)任何生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)的非正常狀態(tài)，并及時解決阻礙生產(chǎn)流水的瓶頸。從整體上保障了流水線的暢通，提高了生產(chǎn)力。

（3）訂單進(jìn)度實(shí)時跟蹤，保障及時交貨

訂單如果不能及時交貨意味著公司不但不能盈利反而導(dǎo)致虧損，同時也影響公司的信譽(yù)度，使公司將來的發(fā)展受到很大的影響和阻礙。特別是出口企業(yè)對于訂單的及時交付顯得更為重要。系統(tǒng)根據(jù)客戶訂單，實(shí)時跟蹤生產(chǎn)產(chǎn)品從開始生產(chǎn)到結(jié)束生產(chǎn)整個生產(chǎn)流程，從而精確的掌握每個訂單的生產(chǎn)進(jìn)度，保證按時交貨。

8.6.2 無源無線電力測溫

01、項(xiàng)目背景

電力設(shè)備安全可靠性是超大規(guī)模輸配電和電網(wǎng)安全保障的重要環(huán)節(jié)，尤其我國正處于經(jīng)濟(jì)快速增長時期，國家電網(wǎng)的電力供電負(fù)荷日益增加，在持續(xù)擴(kuò)大供電的同時，也給電網(wǎng)電器設(shè)備帶來一系列的安全問題。為盡可能的避免各類電力事故，電力設(shè)備安全運(yùn)行實(shí)時監(jiān)控的任務(wù)迫在眉睫。

電網(wǎng)設(shè)備中的觸頭和接頭是電網(wǎng)安全的一個重要隱患?，F(xiàn)有統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，故障主要發(fā)生在如下位置：

開關(guān)柜中動、靜觸頭故障。開關(guān)柜在電力系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用，是輸配電系統(tǒng)中的重要設(shè)備，承擔(dān)著開斷和關(guān)合電力線路、線路故障保護(hù)、監(jiān)測運(yùn)行電量數(shù)據(jù)的重要作用。開關(guān)設(shè)備因高壓斷路器動、靜觸頭接觸不良，加上長期的大電流、觸頭老化等因素易致其接觸電阻增大，從而導(dǎo)致長時間發(fā)熱、觸頭溫升過高甚至最終發(fā)生高壓柜燒毀事故。

電纜接頭故障。隨著運(yùn)行時間的延長、壓接頭的松動、絕緣老化、以及局部放電、高壓泄漏等，將引起發(fā)熱和溫度的升高，這將使運(yùn)行狀況進(jìn)一步惡化，促使溫度進(jìn)一步提升，這一惡性循環(huán)的結(jié)果就引發(fā)短路放炮，甚至火災(zāi)。

傳統(tǒng)的溫度測量方式周期長、施工復(fù)雜，效率低，不便于管理，發(fā)生故障時要耗費(fèi)大量的人力物理排查和重新鋪設(shè)線纜。而在特定場合下監(jiān)測點(diǎn)分散、環(huán)境封閉或有高電壓，很多測溫方式無法實(shí)現(xiàn)測量工作。再加上高溫對電池影響非常大，正常電池?zé)o法長時間工作，且電力設(shè)備中更換電池非常麻煩，因此無源無線測溫系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。

02、技術(shù)對比

現(xiàn)有的無源無線電力測溫技術(shù)共有三種，分別是超高頻RFID溫度傳感技術(shù)、聲表面波（SAW）技術(shù)和感應(yīng)取電（CT）技術(shù)。如表8-1所示，為無源無線電力測溫的技術(shù)對比表。其實(shí)這三種技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式在本書中都有介紹，超高頻RFID溫度傳感技術(shù)在4.6節(jié)無源傳感標(biāo)簽技術(shù)中有詳細(xì)介紹；聲表面波技術(shù)在4.3.7節(jié)無芯超高頻RFID技術(shù)中有介紹。溫度變化會改變聲表面波的諧振頻率，可以通過頻率的變化反算出當(dāng)前溫度；感應(yīng)取電其實(shí)就是使用電感線圈耦合電力線上的50Hz交流電流轉(zhuǎn)化為直流電，再給無線射頻芯片和傳感器供電，其取電模型為1.3.2節(jié)中介紹電感耦合取電方式。

表8-1無源無線電力測溫的技術(shù)對比

這三類技術(shù)方案的成本相差不多，但技術(shù)特點(diǎn)差異較大：

感應(yīng)取電方式，由于可以使用通用無線芯片通信，具有最遠(yuǎn)的傳輸距離。其缺點(diǎn)為必須套在線纜上才能取電，若需求測溫點(diǎn)尺寸很小，則無法使用；且感應(yīng)取電設(shè)備本身體積較大，使用多有不便。由于是通過電感耦合取電，若取電點(diǎn)的電流過大或過小都無法取電，電流太大會損壞電路，電流太小無法提供足夠的感應(yīng)電流。還有一個缺點(diǎn)為無法現(xiàn)場調(diào)試，為了保證人員安全，在安裝測溫設(shè)備時必須設(shè)備斷電，而線纜上沒有電流就無法取電，測溫系統(tǒng)無法測試。

聲表面波作為無芯射頻識別標(biāo)簽時就暴露出了諸多問題，如無法支持多個標(biāo)簽同時識別，模型信號數(shù)據(jù)識別率低，一致性差等問題，作為測溫使用時其測溫精度較差。還存在長時間高溫使用時其特性會發(fā)生變化，引發(fā)系統(tǒng)維護(hù)成本高。

綜合分析，采用超高頻RFID溫度傳感的方案最具競爭力。

03、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖8-32所示為超高頻RFID無線溫度傳感的系統(tǒng)方案。首先將不同形態(tài)的溫度傳感標(biāo)簽固定在測溫點(diǎn)上，并記錄EPC號與測溫點(diǎn)的位置關(guān)系。閱讀器通過天線采集每個測溫點(diǎn)上的電子標(biāo)簽溫度數(shù)據(jù)，并通過ModBus或485總線將數(shù)據(jù)傳出來，最終的數(shù)據(jù)可以通過DTU達(dá)到云端，也可以在遠(yuǎn)程監(jiān)控終端上顯示。

圖8-32 無源無線測溫系統(tǒng)方案

此處使用的超高頻RFID無線溫度傳感的系統(tǒng)工作協(xié)議為EPC C1 Gen2；工作頻率為920MHz~925MHz；讀取距離為1.2~8米；系統(tǒng)要求的工作溫度范圍為-40℃到150℃；系統(tǒng)要求的環(huán)境耐溫范圍為-40℃到225℃；溫度誤差為±1℃；標(biāo)簽均為抗金屬標(biāo)簽；安裝方式為螺絲、不干膠、卡扣、綁扎等；防護(hù)等級為IP53~IP65。

04、解決方案

本節(jié)針對三種常見電力測溫場景的解決方案進(jìn)行詳解。

（1）低壓柜接插件測溫方案

低壓配電柜的進(jìn)出線接插件部位由于頻繁的插拔，是產(chǎn)生故障溫度異常的主要部位。且待測點(diǎn)眾多（每個抽屜需6個點(diǎn)）、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。傳統(tǒng)方式無法完成監(jiān)測需求，悅和科技利用小體積、高靈敏度的TSC250905溫感標(biāo)簽直接與接插件粘合，放于插塊內(nèi)，通過安裝在電纜室的天線與進(jìn)線柜二次儀表室的閱讀器獲取所有待測點(diǎn)的實(shí)時溫度，方便安全、靈敏可靠。如圖8-33所示，為低壓柜測溫方案結(jié)構(gòu)，圖中展示了閱讀器天線的裝置位置和標(biāo)簽的安裝方法。

圖8-33低壓柜測溫方案結(jié)構(gòu)圖

圖8-34為TSC250905-3溫感標(biāo)簽裝配圖，TSC250905-3溫感標(biāo)簽專為環(huán)網(wǎng)柜出線頭測溫設(shè)計(jì)，測溫范圍-40至150度，誤差小于1度，配合標(biāo)準(zhǔn)閱讀器及5.3dBi天線，通信距離可達(dá)3米；標(biāo)簽完全內(nèi)嵌在標(biāo)準(zhǔn)堵頭內(nèi)部，不改變現(xiàn)有堵頭的外觀結(jié)構(gòu)和安裝要求，整體簡潔可靠；整體阻燃等級≥UL94-V0；溫度量程內(nèi)頻偏＜2MHz。

圖8-34 TSC250905-3溫感標(biāo)簽裝配圖

（2）環(huán)網(wǎng)柜堵頭測溫方案

環(huán)網(wǎng)柜套管及堵頭處是溫度異常故障頻發(fā)的高危區(qū)域，由于高壓器件的安全要求較高，結(jié)構(gòu)緊湊，且真實(shí)發(fā)熱點(diǎn)在內(nèi)部允許安裝傳感器的區(qū)間較小，傳統(tǒng)方式無法完成監(jiān)測需求。悅和科技特殊設(shè)計(jì)了圓環(huán)標(biāo)簽TSP453401-3與TSC130905-3，直接套在金屬嵌件處或者與金屬嵌件粘合并鑄造在堵頭環(huán)氧層內(nèi)，通過安裝在電纜室頂部的天線與配自動化柜內(nèi)的閱讀器，實(shí)時監(jiān)控3相堵頭處的溫度數(shù)據(jù)。如圖8-35所示，為環(huán)網(wǎng)柜堵頭測溫方案結(jié)構(gòu)，圖中展示了閱讀器天線的裝置位置和標(biāo)簽的安裝方法。

圖8-35環(huán)網(wǎng)柜堵頭測溫方案結(jié)構(gòu)圖

圖8-36所示為SP453401-3系列圓環(huán)測溫標(biāo)簽裝配圖，TSP453401-3系列圓環(huán)測溫標(biāo)簽專為環(huán)網(wǎng)柜出線頭測溫設(shè)計(jì)，測溫范圍-40至150度，誤差小于1度，配合標(biāo)準(zhǔn)閱讀器及5.3dBi天線，通信距離可達(dá)2米；標(biāo)簽夾在標(biāo)準(zhǔn)堵頭中間，不改變現(xiàn)有堵頭的外觀結(jié)構(gòu)和安裝要求，整體簡潔可靠；整體阻燃等級≥UL94-V0；溫度量程內(nèi)頻偏＜2MHz。

圖8-36TSP453401-3系列圓環(huán)測溫標(biāo)簽裝配圖

圖8-37為TSC1309-3系列陶瓷測溫標(biāo)簽裝配圖，TSC1309-3系列陶瓷測溫標(biāo)簽專為環(huán)網(wǎng)柜出線頭測溫設(shè)計(jì)，測溫范圍-40至150度，誤差小于1度，配合標(biāo)準(zhǔn)閱讀器及5.3dBi天線，通信距離可達(dá)2米；標(biāo)簽完全內(nèi)嵌在標(biāo)準(zhǔn)堵頭內(nèi)部，不改變現(xiàn)有堵頭的外觀結(jié)構(gòu)和安裝要求，整體簡潔可靠；整體阻燃等級≥UL94-V0；溫度量程內(nèi)頻偏＜2MHz。

圖8-37TSC1309-3系列陶瓷測溫標(biāo)簽裝配圖

（3）中置柜動觸頭與母排測溫方案

中置柜中，動觸頭與母排結(jié)合部是溫度異常事故的主要部位，悅和科技特殊設(shè)計(jì)了卡扣型測溫標(biāo)簽TSC250905-K3與音叉型測溫標(biāo)簽TSC303005-C3，可直接安全緊固的連接在動觸頭與母排螺栓處，通過放置在母線室的天線與儀表室的閱讀器，實(shí)時監(jiān)控待測點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)。如圖8-38所示，為中置柜動觸頭與母排測溫構(gòu)，圖中展示了閱讀器天線的裝置位置和標(biāo)簽的安裝方法。

圖8-38中置柜動觸頭與母排測溫方案結(jié)構(gòu)圖

圖8-39為TSC303005-C3系列音叉標(biāo)簽裝配圖，TSC303005-C3型音叉標(biāo)簽專為開關(guān)柜內(nèi)母排，出線等連接點(diǎn)測溫設(shè)計(jì)，測溫范圍-40至150度，誤差小于1度，配合標(biāo)準(zhǔn)閱讀器及5.3dBi天線，通信距離可達(dá)10米；音叉型結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)可直接通過母排搭接螺絲固定；整體阻燃等級≥UL94-V0；溫度量程內(nèi)頻偏＜2MHz。

圖8-39TSC303005-C3系列音叉標(biāo)簽裝配圖

圖8-40為TSC250905-K3系列卡扣式標(biāo)簽裝配圖，TSC250905-K3型卡扣標(biāo)簽專為開關(guān)柜內(nèi)動觸頭測溫設(shè)計(jì)，測溫范圍-40至150度，誤差小于1度，配合標(biāo)準(zhǔn)閱讀器及5.3dBi天線，通信距離可達(dá)3米；卡扣型結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)可直接卡入動觸頭任一觸指、安裝簡單牢靠，不改變動觸頭自身的伸縮特性；整體阻燃等級≥UL94-V0；溫度量程內(nèi)頻偏＜2MHz。

圖8-40TSC250905-K3系列卡扣式標(biāo)簽裝配圖