Технология радиочастотной идентификации RFID

RFID технология на базе WMS "БУХта: складской комплекс"
    В рамках, ставшей уже традиционной системы управления складом класса WMS, компания БУХта предлагает использовать возможности не только технологии штрихового кодирования, но и технологии радиочастотной идентификации, сокращенно RFID.
    В классическом варианте технология RFID предполагает маркировку всех элементов склада радиочастотными метками, то есть маркируются все товары, ячейки стеллажей, зоны склада. Сигналы меток считываются автоматически или в ручном режиме дистанционно - без необходимости физического контакта метки и считывающего устройства (стационарная антенна, мобильный терминал сбора данных).
    Основная цель применения классической RFID технологии - обеспечить в режиме реального времени бесконтактный и точный сбор и обработку данных по движению товара.
    В России, на сегодняшний день, RFID технология пока не получила широкого распространения. Основной причиной, тормозящей развитие является стоимость владения. Если стоимость необходимой для RFID техники сопоставима со стоимостью техники, применяемой в традиционной WMS, то стоимость расходных материалов, а именно RFID меток, остается несравнимо выше, стоимость этикеток штрих-кода - цена одной метки колеблется от 0,5 - 10 $.
    Маркировка стеллажей, техники и зон не очень затратный элемент RFID технологии - большая часть этих складских составляющих статична и не требует частой замены меток. А вот маркировка товара - это уже существенное увеличение стоимости осуществления складских бизнес-процессов, особенно сильно отражающееся на высоко-оборачиваемых складах. Таким образом, общая стоимость применения RFID технологии на складе не всегда оказывается оправданной.
    Поэтому, даже на складах, где, исходя из поставленных задач, предпочтительнее использовать RFID технологию, использование этой технологии экономически оправдать не удается не всегда.
    Компания БУХта готова реализовать полноценное RFID решение для построения системы управления складом, однако, понимая текущую дороговизну технологии, пока предлагает использовать ее в усеченном варианте:
    Усеченная технология RFID предполагает комбинацию технологий штрихового кодирования и RFID, когда штучный товар маркируется привычными этикетками штрих-кода, а RFID метками маркируются только крупногабаритные товары, паллеты, ячейки стеллажей и зоны.
    Цель применения такой комбинации - исключить вероятность появления ошибок при размещении и подборе товара за счет автоматического контроля правильности выполнения этих операций.
    Технологически решение выглядит так:
    Попадая на склад, товар принимается и маркируется обычным образом. Вместе с этим, при формировании паллеты, к радиочастотной метке паллеты "привязывается" информация о том товаре, который на нее помещен.
    После того как паллета окончательно сформирована, система создает водителю штабеллера задание на перемещение паллеты в зону постоянного хранения. На вилах погрузчика установлен считыватель RFID меток, который позволяет гарантированно идентифицировать грузы на расстоянии до 3-х метров. В тот момент, когда штабеллер "подцепляет" паллету происходит автоматическое считывание РЧ метки паллеты и на экране мобильного терминала высвечивается номер паллеты и адрес ее размещения, водитель штабеллера подтверждает, что принял паллету и перемещает ее в зону постоянного хранения.
    В качестве считывателя мы предлагаем использовать мобильный считыватель Symbol RD5000 (см. рисунок ниже)

    В момент размещения паллеты в конечную ячейку хранения происходит автоматическое считывание РЧ метки ячейки. И на экране терминала появляется номер ячейки в которую произведено размещение. Если паллета размещена правильно, то на экране терминала высветится номер ячейки размещения, размещение подтверждается водителем штабеллера, задание по перемещению паллеты получает статус выполнено. Если же штабеллер попытается разместить паллету в другую ячейку (не ту, которую указала система), то терминал издаст звуковой сигнал ошибки и не позволит подтвердить размещение и завершить выполнение задания.
    В качестве мобльного терминала, закрепленного на погрузчике мы предлагаем использовать терминал Symbol VC5090

    В момент осуществления подбора, считывание РЧ меток происходит в обратном порядке - сначала считывается РЧ метка ячейки и которой забирается паллета, затем РЧ метка паллеты для проверки правильности подбора, затем, при перемещении паллеты в зону ПРР или другую ячейку хранения считывается РЧ метка нового места размещения. Кладовщик, осуществляющий отгрузку товара в зоне ПРР, считывает РЧ метку паллеты и проверяет соответствие по количеству товара.
    В случае повреждения меток и невозможности считывания предусмотрен режим ручного ввода всей необходимой информации, с использованием привычной технологии штрихового кодирования.
    Использование технологии позволяет:
       - Увеличить скорость размещения товара - водителю штабеллера не надо покидать кабину погрузчика, чтобы считать штрих-код ячейки размещения или подбора.
       - Увеличить скорость подбора и отгрузки - за счет исключения операций по считыванию штрих-кода в момент подбора и отгрузки паллет.
       - Исключить возможность непреднамеренных ошибок размещения и подбора - система не позволит завершить задание при неправильном размещении или подборе.
       - Использовать персонал без предъявления серьезных требований к знанию WMS системы - от водителя штабеллера требуется только подтверждать выполнение операции.
    Компания БУХта имеет опыт автоматизации холодильных складов, на которых целесообразно использовать комбинацию штрихового кодирования и усеченной RFID технологии. В низкотемпературной зоне хранения считывание штрих кода не может быть использовано из-за изморози, использования закрытых кабин у подъемной техники и прочих условий.

    Технология RFID - общая информация
    Для более полного понимания технологии RFID рассмотрим общую структуру технологии и основные ее элементы - РЧ метки, считыватели. А так же сравним RFID с технологией штрихового кодирования.
    RFID - это технология автоматического ввода данных состоящая из компактных радиометок - носителей информации и стационарных или мобильных считывателей. Метки прикрепляются к идентифицируемым объектам или встраиваются в них. Считыватели могут устанавливаться в местах, где производится ввод данных, или применяться в качестве мобильных устройств. Технология RFID используется для маркировки, идентификации и отслеживания товаров в процессе их движения от производителя по цепочке поставок в руки покупателя или потребителя.

    RFID-метки - классификация
    Существует несколько способов систематизации RFID-меток и систем. Например, по рабочей частоте, по источнику питания меток, по типу памяти меток.
    По наличию источника питания

    При систематизации по источнику питания существует три типа RFID меток: активные, полупассивные и пассивные.
    Пассивные
    Пассивные RFID-метки не имеют внутри себя источника энергии. Электрический ток, индуцированный в антенне электромагнитным сигналом от считывателя, обеспечивает достаточную мощность для функционирования кремниевого CMOS-чипа, размещённого в метке, который может передать и ответный сигнал. Такие пассивные RFID метки могут быть сделаны сколь угодно маленькими: коммерческие решения низкочастотных RFID меток могут быть встроены в наклейку или имплантированы под кожу.
    Некремниевые метки изготавливаются из полимерных полупроводников и в настоящий момент глобально разрабатываются несколькими компаниями. Метки, изготавливаемые в простых лабораторных условиях и работающие на частотах 13.56 МГц, были продемонстрированы в 2005 году PolyIC (Германия) и Philips (Голландия). В условиях коммерциализации, полимерные метки будут изготавливаться методом прокатной печати (технология напоминает печать журналов и газет) и могут стать менее дорогими, чем метки на основе ИС. В конечном счете это может привести к тому, что для большинства сфер применения через несколько лет метки будут печататься так же просто, как штрих-код, и станут фактически бесплатными.
    Пассивные метки СВЧ диапазона (800-900 МГц и 2,4 ГГц) передают сигнал путём модулирования отражённого сигнала несущей частоты от считывателя. Антенна считывателя должна и принимать отражённый сигнал и излучать сигнал несущей частоты. Пассивные метки ВЧ диапазона передают сигнал путём модулирования нагрузки сигнала несущей частоты от считывателя (нагрузочная модуляция - load modulation).
    Каждая метка имеет идентификационный номер. Пассивные метки могут иметь перезаписываемую энергонезависимую память EEPROM типа.
    Пассивные метки могут работать на расстояниях 1-200 см (ВЧ-метки) до 8 метров (СВЧ-метки).

    Активные
    Активные RFID-метки обладают собственным источником питания и не зависят от энергии считывателя, вследствие чего они могут быть прочитаны на дальнем расстоянии, имеют большие размеры, могут быть оснащены дополнительной электроникой. Однако, у батареи ограничен срок работы, и такие метки являются наиболее дорогими.
    Активные метки в большинстве случаев являются более надежными (например, имеют меньшее количество ошибок), чем пассивные благодаря установлению канала ("session") между меткой и устройством считывания. Активные метки, обладая собственным источником питания, также могут генерировать выходной сигнал большего уровня, чем пассивные, позволяя применять их в более агрессивных для радиочастотного сигнала средах типа воды, металлов (корабельные контейнеры, автомобили), либо в воздухе на больших расстояниях. Большинство активных меток позволяют передать сигнал на расстояния в сотни метров при жизни батареи питания до 10 лет.
    Некоторые RFID-метки имеют встроенные сенсоры, например, для мониторинга температуры скоропортящихся товаров или для измерения готовности бетона. Другие типы сенсоров в совокупности с активной RFID-технологией, могут применяться для измерения сырости, регистрации толчков/вибрации, света, радиации, температуры и газов в атмосфере (например, этилена).
    Активные метки обычно имеют гораздо больший радиус считывания (порядка 100 м) и объем памяти, чем пассивные, и могут хранить больший объем информации для отправки приемопередатчиком. В настоящее время, активные метки обладают размерами обычной пилюли и продаются по цене в несколько долларов.

    Полупассивные
    Полупассивные или полуактивные RFID-метки очень похожи на пассивные метки, но имеют батарею, от которой RFID-чип работает после получения сигнала от считывателя. Так как их энергия зависит не только от считывателя, они могут быть прочитаны на большем расстоянии и с лучшими характеристиками.

    По типу используемой памяти:
       - "RO" (Read Only)        - данные записываются только один раз, сразу при изготовлении. Такие метки пригодны только для идентификации. Никакую новую информацию в них записать нельзя, и их практически невозможно подделать.


       - "WORM" (Write Once Read Many) - кроме уникального идентификатора такие метки содержат блок однократно записываемой памяти, которую в дальнейшем можно многократно читать.


       - "RW" (Read and Write) - такие метки содержат идентификатор и блок памяти для чтения/записи информации. Данные в них могут быть перезаписаны большое число раз.



    Стандарт меток EPC Gen2
    EPC Gen2 - сокращение от EPCglobal UHF Class 1 Generation 2.
    EPCglobal (совместное предприятие GS1 и GS1 US) работает по международным стандартам в области использования RFID и EPC, с целью создать возможность идентификации любого объекта в каналах поставок компаний всего мира.
    Метки Gen 2 выпускаются как с записанным производителем номером, так и без него. Записанный производителем товара номер можно заблокировать так же, как и изначально встроенный.
    Современные метки стандарта Gen 2 используют эффективный антиколлизионный механизм, основанный на развитой технологии "слотов" - многосессионном управлении состоянием меток во время "инвентаризации" - т.е., считывании меток в зоне регистрации. Данный механизм позволяет увеличить скорость считывания-инвентаризации меток до 1500 меток/сек (запись - до 16 меток/сек) при использовании промышленных портальных считывателей.
    Кроме того, Gen 2 метки позволяют эффективно использовать в перекрывающихся и близких зонах несколько считывателей одновременно за счет разнесения друг от друга частотных каналов как считывателей, так и меток (отвечает на иной частоте, по отношению к частоте опроса считывателем).
    Метки Gen2 обладают возможностью установки 32хбитного accsess-пароля. Кроме того, для каждой метки возможна установка kill-пароля, после введения которого метка навсегда прекратит обмен информацией со считывателями.

    Считыватели
    Это приборы, которые читают информацию с меток и записывают в них данные. Эти устройства могут быть как постоянно подключенными к учетной системе, так и работать автономно.
    Виды считывателей
    - Стационарные.        Стационарные считыватели крепятся неподвижно на стенах, порталах и в других подходящих местах. Они могут быть выполнены в виде ворот, вмонтированы в стол или закреплены рядом с конвейером на пути следования изделий. По сравнению с переносными, считыватели такого типа обычно обладают большей зоной чтения и мощностью и способны одновременно обрабатывать данные с нескольких десятков меток. Стационарные считыватели обычно напрямую подключены к компьютеру, на котором установлена программа контроля и учета. Задача таких считывателей - поэтапно фиксировать перемещение маркированных объектов в реальном времени.


    - Переносные.        Обладают сравнительно меньшей дальностью действия и зачастую не имеют постоянной связи с программой контроля и учета. Мобильные считыватели имеют внутреннюю память, в которую записываются данные с прочитанных меток (потом эту информацию можно загрузить в компьютер) и, так же, как и стационарные считыватели, способны записывать данные в метку (например, информацию о произведенном контроле). В зависимости от частотного диапазона метки, дистанция устойчивого считывания и записи данных в них будет различна.



    Схематические примеры использования RFID технологии в различных областях экономики.

Производство



Распределительный центр



Розничная торговая сеть



Фармацевтика



    Сравнение RFID и штрихкодов
    По функциональности RFID-метки очень близки к используемым ныне штрих-кодам. Однако, учитывая темпы развития RFID, можно предположить, что в скором времени метки целиком заменят штрих-коды. Этому в настоящий момент препятствует только относительная дешевизна использования последних.
    Преимущества радиочастотной идентификации
    - Возможность перезаписи. Данные в RFID-метке могут перезаписываться и дополняться много раз, тогда как данные на штрих-коде не могут быть изменены - они записываются сразу при печати.
    - Отсутствие необходимости в прямой видимости. RFID-считывателю не требуется прямая видимость метки, чтобы считать ее данные. Для чтения данных метке достаточно попасть в зону регистрации, в том числе при перемещении через нее на достаточно большой скорости. Напротив, устройству считывания штрих-кода всегда необходима прямая видимость штрих-кода для его чтения.
    - Большее расстояние чтения. RFID-метка может считываться на значительно большем расстоянии, чем штрих-код. В зависимости от модели метки и считывателя радиус считывания может составлять до нескольких десятков метров. Заявленная дальность считывания штрих-кода мобильным терминалом сбора данных Symbol MC 9000 - 12 метров.
    - Больший объем хранения данных. RFID-метка может хранить значительно больше информации, чем штрих-код. До 10 000 байт могут храниться на микросхеме площадью в 1 квадратный сантиметр, в то время, как штриховые коды могут вместить 100 байт (знаков) информации, для воспроизведения которых понадобится площадь размером с лист формата А4.
    - Поддержка чтения нескольких меток. Промышленные считыватели могут одновременно считывать несколько десятков RFID-меток в секунду, используя так называемую антиколлизионную функцию. Устройство считывания штрих кода, может единовременно сканировать только один штрих-код.
    - Считывание данных метки при любом ее расположении. К радиочастотным меткам не предъявляются требования о стандартизированном способе размещения. Единственное условие - нахождение метки в зоне действия сканера. В целях обеспечения автоматического считывания штрихового кода, комитетами по стандартам (в том числе EAN International) разработаны единые правила размещения штрих-меток на товарной и транспортной упаковке.
    - Устойчивость к воздействию окружающей среды. Существуют RFID-метки обладающие повышенной прочностью и сопротивляемостью жестким условиям рабочей среды, а штрих код легко повреждается (например, влагой или загрязнением). В тех сферах применения, где один и тот же объект может использоваться бессчетное количество раз (например, при идентификации паллет или возвратной тары), радиочастотная метка оказывается идеальным средством идентификации, так ее не требуется размещать на внешней стороне упаковки. Пассивные RFID-метки имеют практически неограниченный срок эксплуатации.
    - Интеллектуальное поведение. RFID-метка может использоваться для выполнения других задач, кроме того, чтобы быть просто хранителем и переносчиком данных. Штрих код же не обладает никаким интеллектом и является лишь средством хранения данных.
    - Высокая степень безопасности. Уникальное неизменяемое число-идентификатор, присваиваемое метке при производстве, гарантирует высокую степень защиты меток от подделки. Также данные на метке могут быть зашифрованы. Как и любое цифровое устройство, радиочастотная метка обладает возможностью закрыть паролем операции записи и считывания данных, а также зашифровать их. В одной метке можно одновременно хранить открытые и закрытые данные.

    Общий вывод можно свести к простой истине - технология RFID является наиболее вероятным кандидатом на смену штриховому кодированию, но произойдет это тогда, когда стоимость использования RFID станет сопоставима со стоимостью использования традиционных штрих-кодов по данным компании Symbol это может произойти уже к 2015 году, когда объем выпуска RFID меток достигнет 1 триллиона штук.