IT Systems 9/2005
1. 9. 2005 0:01
Výroba RFID tagů
Termín Transponder vznikl ze dvou slov TRANSmitter a resPONDER, tedy vysílač a odpovídač, dnes se však častěji používá označení RFID tag neboli "visačka pro radiofrekvenční identifikaci". Princip fungování RFID je v podstatě znám již od konce druhé světové války a zůstává stále stejný: Vysílač vysílá radiový (RF) signál, který aktivuje RFID tag a ten odesílá informace zpět, případně zaznamená přijaté informace do své paměti. RF signál jednak zajišťuje dodávku energie pro tzv. pasivní tagy, tj. tagy bez vlastního zdroje energie, a vysílá dotaz na informace uložené v RF tagu (read only tag), resp. předává tagu informace, které mají být zapsány do paměti tagu (read-write tag). RFID tag může být zalisován do plastového obalu o rozměru kreditní karty, do speciálního plastového obalu s možností připevnění šrouby nebo nýty na sledovaný předmět nebo může být RFID tag vyroben v podobě samolepícího štítku (smart label), který lze potisknout v tiskárně čárového kódu.
Hlavní výhody RFID?
Vyjmenovat všechny výhody není snadné mimo jiné i proto, že to, co může být u jednoho projektu výhodou, může stejně tak být u druhého zcela nepodstatné. Pro ilustraci výhod si můžeme vzít použití RFID pro účely vjezdu do objektu. Zkusili jste si někdy změřit, jak dlouho vám zabere klasické ověření při vjezdu do objektu? Pokud ne, tak počítejte se mnou: zastavit auto, vystoupit, prokázat totožnost vrátnému, vyčkat, než vrátný ověří, máte-li povolen vjezd do areálu, nastoupit do auta, a teprve poté vjet do areálu... Pokud byste měli u vjezdu instalován RFID snímač, který načte RFID tag umístěný ve vašem autě, pak pouze tím, že projedete v přiměřené vzdálenosti od RFID vysílače vás systém identifikuje, ověří v databázi, zda máte povolen přístup do dané lokality, otevře vrata či závoru, a vy, bez nutnosti zastavit, či dokonce vystoupit, vjíždíte do areálu. A navíc, vrátný promine, nepotřebujete žádného vrátného... V průmyslovém použití je jednoznačná identifikace jedním ze způsobů efektivního a bezobslužného sledování výroby a řízení kvality. Oproti čárovému kódu lze jako hlavní přednosti jmenovat možnost identifikace bez nutnosti přímé viditelnosti tagu (porovnejte práci pokladní v supermarketu se štítkem čárového kódu), výrazně vyšší kapacita uložených informací, možnost zakódování uložených informací, možnost zápisu na RF tag, možnost rozdělení na "read only" a "read-write" části nebo možnost zničit uložené informace a chránit tak důvěrné informace proti zneužití. Další výhodou je možnost načtení několika desítek až stovek tagů najednou během jedné vteřiny. Na rozdíl od štítků s čárovým kódem mají nebo mohou mít RFID tagy také výrazně vyšší odolnost proti vnějším vlivům. Informace z tagů jsou čitelné při výrazně vyšších rychlostech, například při průjezdu paletového vozíku s paletou se zbožím označeným tagy, a mají výrazně menší náchylnost na orientaci tagu vůči anténě v porovnání s čárovým kódem. Mimochodem, věděli jste, že čas nutný na identifikaci jednoho RFID tagu se počítá v řádech desítek milisekund. V praxi tedy můžete načíst během jedné vteřiny desítky až stovky RFID tagů, a to navíc při pohybu?
Brána pro snímání informací z RFID čipů
A co bude se systémem EAN?
Systém EAN umožňuje jednoznačně identifikovat každý druh výrobku jedinečným způsobem na celém světě. Z EAN kódu lze zjistit, ze které země pochází, kdo je výrobce a o jaký druh výrobku se jedná. V oblasti RFID byl ustaven nový systém EPCglobal - Electronic Product Code, který jednoznačně identifikuje nejen výrobce či každý druh výrobku, ale i každý jednotlivý kus! To znamená, že každá pračka, televizor nebo pneumatika může mít svůj vlastní elektronický identifikátor jedinečný na celém světě, podle kterého budou moci být identifikovány ve výrobě, ve skladech, v maloobchodě, v servisu i při likvidaci na konci své životnosti. Navíc EPC Global Gen2 zajišťuje sjednocení frekvencí v rámci celého světa na tři základní regiony. Naše republika spadá do regionu č. 1 Evropa a Afrika s frekvencí pro RFID EPC Gen2 869 MHz. Tagy splňující standard EPC Gen2 budou čitelné kdekoli ve světě zařízeními, které splňují normu EPC Gen2, bez nutnosti použití jednotlivých vysílačů pro každý region. Tím bude zajištěna stejná interoperabilita jako u čárových kódů.
Nahradí RFID čárový kód?
Na tuto otázku dnes není jednoduché odpovědět. Pokud se týká blízké budoucnosti, řádově několik let, pak určitě ne. Hlavním důvodem bude cena. Cena zařízení na čtení je výrazně vyšší než u snímačů čárových kódů, na druhou stranu nepotřebujete další zařízení na zápis informací jako u čárového kódu zařízení na tisk - tiskárny čárových kódů. Výsledkem může být cena za vybavení nižší, stejná ale i vyšší, v závislosti na konkrétní konfiguraci. Hlavní rozdíl oproti čárovému kódu je v ceně tagů. Jestli průměrná cena štítku pro čárový kód se pohybuje kolem deseti haléřů pak nejnižší cena RF tagu je v řádech desítek euro centů (tedy pět až dvacet korun českých) podle typu a hlavně podle odebíraného množství. Pro náročnější aplikace je třeba počítat s cenou pasivního "read-write" tagu v rozmezí jednoho až pěti eur. Na druhou stranu mohou být RF tagy přepisovány a recyklovány až na několik tisíc cyklů, čímž se výsledná cena RF tagu výrazně může přiblížit ceně štítku s čárovým kódem. V dohledné době budou obě technologie používány současně, a to buď samostatně tam, kde druhá technologie je ať už nepoužitelná nebo cenově výhodnější, anebo budou koexistovat v rámci jednoho použití - viz smart label, kdy budou informace o výrobku uloženy jednak v RFID tagu a navíc budou vytištěny na vnější stranu samolepícího štítku v čitelné podobě nebo ve formě čárových kódů. RFID je relativně běžnou záležitostí. Nevěříte? RFID identifikace je použita například při ověření spárování klíče s konkrétním automobilem (imobilizér), bezkontaktní přístupové karty nebo dálkového ovládání vstupních vrat. V prvním případě je RFID tag integrován do klíče vašeho automobilu a vysílač s anténou jsou umístěny ve sloupku řízení. A vaše bezkontaktní přístupová, identifikační karta je vlastně jen RFID tag v plastovém obalu, který je identifikován snímačem umístěným vedle dveří.
RFID tag
Různé systémy RFID
Pokud se podíváme podrobněji na jednotlivé systémy RFID od různých výrobců, pak zjistíme, že standardizace v technologické oblasti a v oblasti struktury ukládaných dat zdaleka nezaručí stejné výkonové parametry pro všechny systémy RFID. Pro potřeby výrobních podniků a logistiky však není vhodný každý z RFID systémů. Jednotlivé systémy se odlišují jednak frekvencí RF signálu, jednak standardem, který je použit pro kódování informací, ale zejména možnostmi jednotlivých systémů. Mezi základní parametry RFID systému patří:
· frekvence RF signálu (30 kHz až 2,5 GHz),
· přenosová rychlost (8 kb/s až 640 kb/s),
· kapacita paměti (pasivní tagy 1 bit až 256 bitů, aktivní až 2 Mb),
· zabezpečení proti neautorizovanému přístupu ("žádné šifrování" až podpora 32bit šifrování),
· řízené zničení / deaktivace tagu,
· ochrana proti násobnému čtení (ghost reads),
· technické standardy,
· datové standardy,
· operační mód vysílače (single-reader, multi-reader, dense-reader),
· ochrana proti RF šumu a interferenci.
Z výše uvedeného plyne, že není RFID systém jako RFID systém. Posouzení požadavků na konkrétní aplikaci RFID je jednou z nejdůležitějších částí projektu a hlavní tíha spočívá na technologických partnerech, jejich znalostech, zkušenostech a v neposlední řadě i na příslušné certifikaci od daného výrobce RFID systému.
Nasazení ve výrobě a logistice
Obecně lze říci, že existují dva základní systémy nasazení RFID. Jedná se o tzv. open loop (otevřená smyčka) a closed loop (uzavřená smyčka).
Open loop
Typickým příkladem otevřené smyčky je použití EAN kódu pro identifikaci zboží v rámci dodavatelského řetězce. Výrobce označí výrobek při výrobě a stejný kód je použit při identifikaci ve skladech, v distribučních společnostech, velkoskladech i maloobchodních prodejnách, přičemž při označování výrobku není předem znám koncový odběratel. Označení výrobku je jednorázové a u RFID například nelze počítat s recyklací tagů.
Closed loop
Naopak uzavřená smyčka je nejčastěji použita ve výrobě, kdy se jednotlivý předmět označí na začátku procesu a sleduje se jeho průchod celým výrobním cyklem. Na konci je toto dočasné označení nahrazeno tzv. trvalým, které je následně použito mimo výrobní závod. Typickým příkladem je označení bloku motoru při zahájení montáže motoru, kdy je každá operace zahájena identifikací motoru a teprve na konci celého výrobního procesu je motor opatřen označením, které bude použito pro identifikaci motoru v servisních střediscích apod. Podobně lze označovat vratné obaly, pokud se tyto pohybují mezi uzavřeným okruhem firem. Technologie RFID je dnes nejčastěji použita u uzavřených smyček zejména s ohledem na možnost recyklace tagů, a tedy i snižování nákladů na jedno použití.
Co se týče nasazení RFID ve výrobě a skladování jsou v současné době splněny základní podmínky pro realizaci projektů na bázi RFID:
· legislativa v ČR - schválení norem pro nasazení RFID s EPC (869 MHz),
· certifikované společnosti pro implementaci RFID,
· snižující se cena vybavení a RF tagů.
Při nasazení do výroby (Work-in-Process) může read/write tag strojům na výrobní lince "předat" informace o požadované operaci a do tagu může být zapsána informace o provedených operacích. Tímto způsobem je v rámci výrobního systému možno sdílet informace a vytvářet "rodokmen" každého výrobku. Každý výrobek je přitom identifikován jedinečným identifikátorem, ze kterého lze odvodit například sériové číslo výrobku.
Jak nasadit systém RFID?
Nasazení systému na bázi RFID není triviální záležitost. V porovnání s aplikací systémů čárových kódů jsou zde mnohé odlišnosti. Začněme několika základními otázkami:
1. Jaké procesy jsou vhodné pro RFID?
2. Jaký bude postup při implementaci?
3. Jaké budou náklady?
4. Jaké budou přínosy?
5. Jaké jsou oblasti nasazení RFID??
1. Procesy
Základním pravidlem, a nejen v oblasti RFID, je, že nelze automatizovat chaos. Technologie RFID je možné a smysluplné nasadit jen tam, kde jsou dobře definované a zvládnuté procesy. Jen v takových případech lze očekávat a docílit požadované přínosy při přijatelné nákladovosti. To samozřejmě neznamená, že každý dobře definovaný proces je vhodný pro systém automatické identifikace s využitím RFID. Příkladem může být vyskladňování zboží ze skladu na kamiony. Každá paleta se zbožím bude označena tagem s informací o jednoznačné identifikaci palety, identifikaci zákazníka, dopravce, objednávky, typu zboží na paletě, expiraci apod. Skladník obdrží příkaz k vyskladnění palety X, která se nachází na pozici Y, na kamion Z. Každá pozice ve skladu je označena RFID tagem a paletový vozík (VZV) je vybaven vysílačem. Při příjezdu k požadovanému místu načte vysílač pozici a signalizace na VZV upozorní řidiče. Ten vyzvedne paletu a systém zobrazí řidiči číslo výdejního místa/brány, kam má být paleta dopravena. V každé bráně je pak instalován buď vysílač, který načte paletu na VZV, nebo každé jiné zboží s tagem, které projde branou a zaznamená tuto skutečnost do systému. Pokud jsou všechny VZV vybaveny vysílači, pak do každé brány je možné instalovat pouze tag, který je načten vysílačem na VZV při průjezdu, a tato informace se opět uloží do systému.
2. Postup implementace
O radiofrekvenčních technologiích, ať už pro WiFi sítě, mobilní telefony nebo RFID, se ve slangu hovoří jako o duchařině. Na rozdíl od paprsků laserového, CCD, Vista nebo MEMS snímače čárových kódů, které jsou viditelné pouhým okem a lze "vidět" jejich dosah a hlavně směr snímání, je u RF technologií tato schopnost minimální. Nikdo nevidí zda-li vysílač vysílá, přijímač přijímá, kam až dosahuje RF signál, které tagy jsou v "zorném poli" vysílače, kolikrát byl ten který tag načten a podobně. Navíc nelze jednoznačně říci, že v daných podmínkách konkrétního skladu a konkrétního umístění RFID komponent bude dosah deset centimetrů, půl metru nebo jeden a půl metru předtím, než proběhne analýza prostředí. Ta zahrnuje jednak teoretické výpočty, ale zejména praktické měření na místě, experimentální umístění jednotlivých komponent, nastavení parametrů a testů výkonnosti systému v reálném prostředí. Na dosah RF signálu má totiž velký vliv několik faktorů:
· RF interference a šum prostředí,
· použitá frekvence (v ČR 869 MHz),
· vyzářený výkon (v ČR maximálně 500 mW),
· podklad a umístění tagu,
· překážky mezí vysílačem a tagem (obal, paleta, déšť, sníh, obsluha, materiál výrobku atd.),
· doba, po kterou je tag v "zorném poli", resp. rychlost jeho pohybu v "zorném poli",
· jak je nasměrována anténa v tagu vůči snímači.
Například kovový podklad, na kterém je umístěn tag, může způsobit zeslabení signálu, stejně jako i jeho zesílení, a to v závislosti na vzdálenosti a umístění tagu od podkladu. Na druhou stranu, tekutiny (např. PET lahve s nápoji) jako podklad tagu způsobí vždy útlum signálu, v nejlepším případě signál nebude zeslaben, ale na rozdíl od kovových podkladů nedojde nikdy k jeho zesílení. Implementace RFID systémů je výrazně náročnější právě na přípravné analytické práce. Z hlediska datové integrace je situace srovnatelná s technologiemi čárového kódu, ale v některých případech je nutné zpracovávat výrazně vyšší objem dat, protože se zaznamenává větší množství transakcí v závislosti na počtu snímaných tagů.
3. Náklady
Z výše uvedeného plyne, že náklady na implementaci RFID systémů jsou většinou vyšší než náklady na implementaci systémů identifikace na bázi čárového kódu. Přesnější by však bylo říci, že pokud lze na stejný proces použít čárový kód se stejným nebo podobným výsledkem a kvalitou, pak implementace RFID nemá smysl z ekonomického hlediska. Naopak, v některých případech buď nelze dosáhnout stejné kvality a parametrů řešení, nebo jen za cenu výrazně vyšších investičních nákladů na implementaci čárového kódu než u RFID. V každém případě jsou náklady na implementaci velmi individuální a nelze bez extrémního zjednodušení odhadnout náklady na implementaci RFID řešení bez znalosti problematiky a alespoň základní analýzy požadavků a prostředí konkrétního zákazníka.
4. Přínosy
Je zřejmé, že o co vyšší jsou náklady, o to vyšší musí být i přínosy. S trochou nadsázky by se dalo říci, že správně aplikované systémy RFID jsou cestou do budoucnosti. Po mnoha letech pokusů, hledání a pilotních projektů nastala doba pro reálné aplikace RFID. V automobilovém a leteckém průmyslu, které jsou často vzorem pro ostatní odvětví, se již využívají RFID jak ve výrobě (například bloky motorů jsou označeny tagem na začátku výrobního procesu a sledovány v rámci celého cyklu, pneumatiky jsou buď označeny tagem typu Smart Label nebo jsou speciální tagy přímo vlepeny do směsi pneumatiky), tak i v logistice obalů a hotových výrobků. Za všechny průkopníky RFID můžeme jmenovat Ford, TPCA, Boeing, Bosch, Walmart nebo řetězec Makro/Metro.
5. Oblasti nasazení
Logistika (řízení materiálového toku ve výrobě):
· polotovary a vstupní materiál (raw materials)
· sledování výroby (WIP tracking)
· management obalového materiálu (bulk containers, pallets/boxes)
· hotové výrobky (finished goods)
Doprava:
· elektronické mýtné (electronic toll collection)
· parkovací systémy (parking collection)
· řízení dopravy (traffic management)
· kontrola přístupu (access control)
Průmysl (warehouse shipping/receiving validation): · automatický příjem a výdej zboží (automates both shipping and receiving)
· inventarizace skladu (floor inventory control),
· třídění (sorting)
· pohyb a manipulace výrobků (picking and special handling)
Co bude dál?
RFID tagy budou čím dál tím levnější, s vyšší kapacitou a vyšší rychlostí čtení a zápisu. Čtecí vzdálenost se pravděpodobně již nebude výrazně zvětšovat, protože je určována především vyzářeným výkonem, který je omezován legislativou a normami. Technologie RFID bude stále častěji nasazována nejen do podnikových aplikací. Již dnes maloobchodní řetězce Makro/Metro a Walmart patří mezi hlavní průkopníky RFID v oblasti retailu, i když zatím jen při příjmu zboží, ale pravděpodobně nebude trvat dlouho, kdy alespoň některé výrobky (pneumatiky, autobaterie apod.) budou označeny RFID tagem nejen pro účely rychlého načtení u registrační pokladny, ale zejména pro další zpracování v rámci servisní sítě či pro účely likvidace nebezpečných odpadů. Na označení veškerých výrobků v maloobchodě si patrně ještě počkáme deset a více let.
RFID ve výrobě a skladech?
Hovořit o RFID (radio frequency identification) je dnes tak populární, že se až někdy divím, proč ještě neexistuje fanklub RFID. Nekritická glorifikace RFID bez znalosti věci vede k nerealistickým očekáváním, a poté k následnému zklamání, a u některých i zatracování RFID. Extrémně pesimistický přístup, na straně druhé, zbytečně brzdí zdravý rozvoj nové technologie. Realistický přístup, který vychází především z důkladné znalosti problematiky, je dnes bohužel relativně vzácný. A tak dříve než se zaměříme na použití RFID technologie v oblasti výroby a logistiky, zrekapitulujme si základní informace o RFID.
RFID je systém bezkontaktní identifikace zboží, obalů, osob nebo majetku pomocí rádiového signálu bez nutnosti přímé viditelnosti. Každý RFID systém se skládá ze třech komponent:
· anténa,
· vysílač s dekodérem (nazývaný také RFID snímač),
· transponder pro označení sledovaného předmětu/osoby.
Výroba RFID tagů
Termín Transponder vznikl ze dvou slov TRANSmitter a resPONDER, tedy vysílač a odpovídač, dnes se však častěji používá označení RFID tag neboli "visačka pro radiofrekvenční identifikaci". Princip fungování RFID je v podstatě znám již od konce druhé světové války a zůstává stále stejný: Vysílač vysílá radiový (RF) signál, který aktivuje RFID tag a ten odesílá informace zpět, případně zaznamená přijaté informace do své paměti. RF signál jednak zajišťuje dodávku energie pro tzv. pasivní tagy, tj. tagy bez vlastního zdroje energie, a vysílá dotaz na informace uložené v RF tagu (read only tag), resp. předává tagu informace, které mají být zapsány do paměti tagu (read-write tag). RFID tag může být zalisován do plastového obalu o rozměru kreditní karty, do speciálního plastového obalu s možností připevnění šrouby nebo nýty na sledovaný předmět nebo může být RFID tag vyroben v podobě samolepícího štítku (smart label), který lze potisknout v tiskárně čárového kódu.
Hlavní výhody RFID?
Vyjmenovat všechny výhody není snadné mimo jiné i proto, že to, co může být u jednoho projektu výhodou, může stejně tak být u druhého zcela nepodstatné. Pro ilustraci výhod si můžeme vzít použití RFID pro účely vjezdu do objektu. Zkusili jste si někdy změřit, jak dlouho vám zabere klasické ověření při vjezdu do objektu? Pokud ne, tak počítejte se mnou: zastavit auto, vystoupit, prokázat totožnost vrátnému, vyčkat, než vrátný ověří, máte-li povolen vjezd do areálu, nastoupit do auta, a teprve poté vjet do areálu... Pokud byste měli u vjezdu instalován RFID snímač, který načte RFID tag umístěný ve vašem autě, pak pouze tím, že projedete v přiměřené vzdálenosti od RFID vysílače vás systém identifikuje, ověří v databázi, zda máte povolen přístup do dané lokality, otevře vrata či závoru, a vy, bez nutnosti zastavit, či dokonce vystoupit, vjíždíte do areálu. A navíc, vrátný promine, nepotřebujete žádného vrátného... V průmyslovém použití je jednoznačná identifikace jedním ze způsobů efektivního a bezobslužného sledování výroby a řízení kvality. Oproti čárovému kódu lze jako hlavní přednosti jmenovat možnost identifikace bez nutnosti přímé viditelnosti tagu (porovnejte práci pokladní v supermarketu se štítkem čárového kódu), výrazně vyšší kapacita uložených informací, možnost zakódování uložených informací, možnost zápisu na RF tag, možnost rozdělení na "read only" a "read-write" části nebo možnost zničit uložené informace a chránit tak důvěrné informace proti zneužití. Další výhodou je možnost načtení několika desítek až stovek tagů najednou během jedné vteřiny. Na rozdíl od štítků s čárovým kódem mají nebo mohou mít RFID tagy také výrazně vyšší odolnost proti vnějším vlivům. Informace z tagů jsou čitelné při výrazně vyšších rychlostech, například při průjezdu paletového vozíku s paletou se zbožím označeným tagy, a mají výrazně menší náchylnost na orientaci tagu vůči anténě v porovnání s čárovým kódem. Mimochodem, věděli jste, že čas nutný na identifikaci jednoho RFID tagu se počítá v řádech desítek milisekund. V praxi tedy můžete načíst během jedné vteřiny desítky až stovky RFID tagů, a to navíc při pohybu?
Brána pro snímání informací z RFID čipů
A co bude se systémem EAN?
Systém EAN umožňuje jednoznačně identifikovat každý druh výrobku jedinečným způsobem na celém světě. Z EAN kódu lze zjistit, ze které země pochází, kdo je výrobce a o jaký druh výrobku se jedná. V oblasti RFID byl ustaven nový systém EPCglobal - Electronic Product Code, který jednoznačně identifikuje nejen výrobce či každý druh výrobku, ale i každý jednotlivý kus! To znamená, že každá pračka, televizor nebo pneumatika může mít svůj vlastní elektronický identifikátor jedinečný na celém světě, podle kterého budou moci být identifikovány ve výrobě, ve skladech, v maloobchodě, v servisu i při likvidaci na konci své životnosti. Navíc EPC Global Gen2 zajišťuje sjednocení frekvencí v rámci celého světa na tři základní regiony. Naše republika spadá do regionu č. 1 Evropa a Afrika s frekvencí pro RFID EPC Gen2 869 MHz. Tagy splňující standard EPC Gen2 budou čitelné kdekoli ve světě zařízeními, které splňují normu EPC Gen2, bez nutnosti použití jednotlivých vysílačů pro každý region. Tím bude zajištěna stejná interoperabilita jako u čárových kódů.
Nahradí RFID čárový kód?
Na tuto otázku dnes není jednoduché odpovědět. Pokud se týká blízké budoucnosti, řádově několik let, pak určitě ne. Hlavním důvodem bude cena. Cena zařízení na čtení je výrazně vyšší než u snímačů čárových kódů, na druhou stranu nepotřebujete další zařízení na zápis informací jako u čárového kódu zařízení na tisk - tiskárny čárových kódů. Výsledkem může být cena za vybavení nižší, stejná ale i vyšší, v závislosti na konkrétní konfiguraci. Hlavní rozdíl oproti čárovému kódu je v ceně tagů. Jestli průměrná cena štítku pro čárový kód se pohybuje kolem deseti haléřů pak nejnižší cena RF tagu je v řádech desítek euro centů (tedy pět až dvacet korun českých) podle typu a hlavně podle odebíraného množství. Pro náročnější aplikace je třeba počítat s cenou pasivního "read-write" tagu v rozmezí jednoho až pěti eur. Na druhou stranu mohou být RF tagy přepisovány a recyklovány až na několik tisíc cyklů, čímž se výsledná cena RF tagu výrazně může přiblížit ceně štítku s čárovým kódem. V dohledné době budou obě technologie používány současně, a to buď samostatně tam, kde druhá technologie je ať už nepoužitelná nebo cenově výhodnější, anebo budou koexistovat v rámci jednoho použití - viz smart label, kdy budou informace o výrobku uloženy jednak v RFID tagu a navíc budou vytištěny na vnější stranu samolepícího štítku v čitelné podobě nebo ve formě čárových kódů. RFID je relativně běžnou záležitostí. Nevěříte? RFID identifikace je použita například při ověření spárování klíče s konkrétním automobilem (imobilizér), bezkontaktní přístupové karty nebo dálkového ovládání vstupních vrat. V prvním případě je RFID tag integrován do klíče vašeho automobilu a vysílač s anténou jsou umístěny ve sloupku řízení. A vaše bezkontaktní přístupová, identifikační karta je vlastně jen RFID tag v plastovém obalu, který je identifikován snímačem umístěným vedle dveří.
RFID tag
Různé systémy RFID
Pokud se podíváme podrobněji na jednotlivé systémy RFID od různých výrobců, pak zjistíme, že standardizace v technologické oblasti a v oblasti struktury ukládaných dat zdaleka nezaručí stejné výkonové parametry pro všechny systémy RFID. Pro potřeby výrobních podniků a logistiky však není vhodný každý z RFID systémů. Jednotlivé systémy se odlišují jednak frekvencí RF signálu, jednak standardem, který je použit pro kódování informací, ale zejména možnostmi jednotlivých systémů. Mezi základní parametry RFID systému patří:
· frekvence RF signálu (30 kHz až 2,5 GHz),
· přenosová rychlost (8 kb/s až 640 kb/s),
· kapacita paměti (pasivní tagy 1 bit až 256 bitů, aktivní až 2 Mb),
· zabezpečení proti neautorizovanému přístupu ("žádné šifrování" až podpora 32bit šifrování),
· řízené zničení / deaktivace tagu,
· ochrana proti násobnému čtení (ghost reads),
· technické standardy,
· datové standardy,
· operační mód vysílače (single-reader, multi-reader, dense-reader),
· ochrana proti RF šumu a interferenci.
Z výše uvedeného plyne, že není RFID systém jako RFID systém. Posouzení požadavků na konkrétní aplikaci RFID je jednou z nejdůležitějších částí projektu a hlavní tíha spočívá na technologických partnerech, jejich znalostech, zkušenostech a v neposlední řadě i na příslušné certifikaci od daného výrobce RFID systému.
Nasazení ve výrobě a logistice
Obecně lze říci, že existují dva základní systémy nasazení RFID. Jedná se o tzv. open loop (otevřená smyčka) a closed loop (uzavřená smyčka).
Open loop
Typickým příkladem otevřené smyčky je použití EAN kódu pro identifikaci zboží v rámci dodavatelského řetězce. Výrobce označí výrobek při výrobě a stejný kód je použit při identifikaci ve skladech, v distribučních společnostech, velkoskladech i maloobchodních prodejnách, přičemž při označování výrobku není předem znám koncový odběratel. Označení výrobku je jednorázové a u RFID například nelze počítat s recyklací tagů.
Closed loop
Naopak uzavřená smyčka je nejčastěji použita ve výrobě, kdy se jednotlivý předmět označí na začátku procesu a sleduje se jeho průchod celým výrobním cyklem. Na konci je toto dočasné označení nahrazeno tzv. trvalým, které je následně použito mimo výrobní závod. Typickým příkladem je označení bloku motoru při zahájení montáže motoru, kdy je každá operace zahájena identifikací motoru a teprve na konci celého výrobního procesu je motor opatřen označením, které bude použito pro identifikaci motoru v servisních střediscích apod. Podobně lze označovat vratné obaly, pokud se tyto pohybují mezi uzavřeným okruhem firem. Technologie RFID je dnes nejčastěji použita u uzavřených smyček zejména s ohledem na možnost recyklace tagů, a tedy i snižování nákladů na jedno použití.
Co se týče nasazení RFID ve výrobě a skladování jsou v současné době splněny základní podmínky pro realizaci projektů na bázi RFID:
· legislativa v ČR - schválení norem pro nasazení RFID s EPC (869 MHz),
· certifikované společnosti pro implementaci RFID,
· snižující se cena vybavení a RF tagů.
Při nasazení do výroby (Work-in-Process) může read/write tag strojům na výrobní lince "předat" informace o požadované operaci a do tagu může být zapsána informace o provedených operacích. Tímto způsobem je v rámci výrobního systému možno sdílet informace a vytvářet "rodokmen" každého výrobku. Každý výrobek je přitom identifikován jedinečným identifikátorem, ze kterého lze odvodit například sériové číslo výrobku.
Jak nasadit systém RFID?
Nasazení systému na bázi RFID není triviální záležitost. V porovnání s aplikací systémů čárových kódů jsou zde mnohé odlišnosti. Začněme několika základními otázkami:
1. Jaké procesy jsou vhodné pro RFID?
2. Jaký bude postup při implementaci?
3. Jaké budou náklady?
4. Jaké budou přínosy?
5. Jaké jsou oblasti nasazení RFID??
1. Procesy
Základním pravidlem, a nejen v oblasti RFID, je, že nelze automatizovat chaos. Technologie RFID je možné a smysluplné nasadit jen tam, kde jsou dobře definované a zvládnuté procesy. Jen v takových případech lze očekávat a docílit požadované přínosy při přijatelné nákladovosti. To samozřejmě neznamená, že každý dobře definovaný proces je vhodný pro systém automatické identifikace s využitím RFID. Příkladem může být vyskladňování zboží ze skladu na kamiony. Každá paleta se zbožím bude označena tagem s informací o jednoznačné identifikaci palety, identifikaci zákazníka, dopravce, objednávky, typu zboží na paletě, expiraci apod. Skladník obdrží příkaz k vyskladnění palety X, která se nachází na pozici Y, na kamion Z. Každá pozice ve skladu je označena RFID tagem a paletový vozík (VZV) je vybaven vysílačem. Při příjezdu k požadovanému místu načte vysílač pozici a signalizace na VZV upozorní řidiče. Ten vyzvedne paletu a systém zobrazí řidiči číslo výdejního místa/brány, kam má být paleta dopravena. V každé bráně je pak instalován buď vysílač, který načte paletu na VZV, nebo každé jiné zboží s tagem, které projde branou a zaznamená tuto skutečnost do systému. Pokud jsou všechny VZV vybaveny vysílači, pak do každé brány je možné instalovat pouze tag, který je načten vysílačem na VZV při průjezdu, a tato informace se opět uloží do systému.
2. Postup implementace
O radiofrekvenčních technologiích, ať už pro WiFi sítě, mobilní telefony nebo RFID, se ve slangu hovoří jako o duchařině. Na rozdíl od paprsků laserového, CCD, Vista nebo MEMS snímače čárových kódů, které jsou viditelné pouhým okem a lze "vidět" jejich dosah a hlavně směr snímání, je u RF technologií tato schopnost minimální. Nikdo nevidí zda-li vysílač vysílá, přijímač přijímá, kam až dosahuje RF signál, které tagy jsou v "zorném poli" vysílače, kolikrát byl ten který tag načten a podobně. Navíc nelze jednoznačně říci, že v daných podmínkách konkrétního skladu a konkrétního umístění RFID komponent bude dosah deset centimetrů, půl metru nebo jeden a půl metru předtím, než proběhne analýza prostředí. Ta zahrnuje jednak teoretické výpočty, ale zejména praktické měření na místě, experimentální umístění jednotlivých komponent, nastavení parametrů a testů výkonnosti systému v reálném prostředí. Na dosah RF signálu má totiž velký vliv několik faktorů:
· RF interference a šum prostředí,
· použitá frekvence (v ČR 869 MHz),
· vyzářený výkon (v ČR maximálně 500 mW),
· podklad a umístění tagu,
· překážky mezí vysílačem a tagem (obal, paleta, déšť, sníh, obsluha, materiál výrobku atd.),
· doba, po kterou je tag v "zorném poli", resp. rychlost jeho pohybu v "zorném poli",
· jak je nasměrována anténa v tagu vůči snímači.
Například kovový podklad, na kterém je umístěn tag, může způsobit zeslabení signálu, stejně jako i jeho zesílení, a to v závislosti na vzdálenosti a umístění tagu od podkladu. Na druhou stranu, tekutiny (např. PET lahve s nápoji) jako podklad tagu způsobí vždy útlum signálu, v nejlepším případě signál nebude zeslaben, ale na rozdíl od kovových podkladů nedojde nikdy k jeho zesílení. Implementace RFID systémů je výrazně náročnější právě na přípravné analytické práce. Z hlediska datové integrace je situace srovnatelná s technologiemi čárového kódu, ale v některých případech je nutné zpracovávat výrazně vyšší objem dat, protože se zaznamenává větší množství transakcí v závislosti na počtu snímaných tagů.
3. Náklady
Z výše uvedeného plyne, že náklady na implementaci RFID systémů jsou většinou vyšší než náklady na implementaci systémů identifikace na bázi čárového kódu. Přesnější by však bylo říci, že pokud lze na stejný proces použít čárový kód se stejným nebo podobným výsledkem a kvalitou, pak implementace RFID nemá smysl z ekonomického hlediska. Naopak, v některých případech buď nelze dosáhnout stejné kvality a parametrů řešení, nebo jen za cenu výrazně vyšších investičních nákladů na implementaci čárového kódu než u RFID. V každém případě jsou náklady na implementaci velmi individuální a nelze bez extrémního zjednodušení odhadnout náklady na implementaci RFID řešení bez znalosti problematiky a alespoň základní analýzy požadavků a prostředí konkrétního zákazníka.
4. Přínosy
Je zřejmé, že o co vyšší jsou náklady, o to vyšší musí být i přínosy. S trochou nadsázky by se dalo říci, že správně aplikované systémy RFID jsou cestou do budoucnosti. Po mnoha letech pokusů, hledání a pilotních projektů nastala doba pro reálné aplikace RFID. V automobilovém a leteckém průmyslu, které jsou často vzorem pro ostatní odvětví, se již využívají RFID jak ve výrobě (například bloky motorů jsou označeny tagem na začátku výrobního procesu a sledovány v rámci celého cyklu, pneumatiky jsou buď označeny tagem typu Smart Label nebo jsou speciální tagy přímo vlepeny do směsi pneumatiky), tak i v logistice obalů a hotových výrobků. Za všechny průkopníky RFID můžeme jmenovat Ford, TPCA, Boeing, Bosch, Walmart nebo řetězec Makro/Metro.
5. Oblasti nasazení
Logistika (řízení materiálového toku ve výrobě):
· polotovary a vstupní materiál (raw materials)
· sledování výroby (WIP tracking)
· management obalového materiálu (bulk containers, pallets/boxes)
· hotové výrobky (finished goods)
Doprava:
· elektronické mýtné (electronic toll collection)
· parkovací systémy (parking collection)
· řízení dopravy (traffic management)
· kontrola přístupu (access control)
Průmysl (warehouse shipping/receiving validation): · automatický příjem a výdej zboží (automates both shipping and receiving)
· inventarizace skladu (floor inventory control),
· třídění (sorting)
· pohyb a manipulace výrobků (picking and special handling)
Co bude dál?
RFID tagy budou čím dál tím levnější, s vyšší kapacitou a vyšší rychlostí čtení a zápisu. Čtecí vzdálenost se pravděpodobně již nebude výrazně zvětšovat, protože je určována především vyzářeným výkonem, který je omezován legislativou a normami. Technologie RFID bude stále častěji nasazována nejen do podnikových aplikací. Již dnes maloobchodní řetězce Makro/Metro a Walmart patří mezi hlavní průkopníky RFID v oblasti retailu, i když zatím jen při příjmu zboží, ale pravděpodobně nebude trvat dlouho, kdy alespoň některé výrobky (pneumatiky, autobaterie apod.) budou označeny RFID tagem nejen pro účely rychlého načtení u registrační pokladny, ale zejména pro další zpracování v rámci servisní sítě či pro účely likvidace nebezpečných odpadů. Na označení veškerých výrobků v maloobchodě si patrně ještě počkáme deset a více let.
