Technologia RFID staje się coraz bardziej popularna, kryjąc w sobie wciąż ogromny potencjał dotyczący możliwości wykorzystania. Radiowa identyfikacja stosowana jest w wielu obszarach, m.in. takich jak potwierdzanie tożsamości pracowników, ochrona mienia czy logistyka towarów.
Systemy RFID są stosowane bardzo często jako element znakowania w zamkniętych procesach produkcyjnych. Zważywszy na specyficzne warunki pracy panujące w zakładach produkcyjnych (zapylenie, wysokie lub niskie temperatury itd.), wykorzystanie tradycyjnych kodów kreskowych jest nieefektywne, a często w ogóle niemożliwe. W takiej sytuacji optymalnym rozwiązaniem staje się zastosowanie technologii RFID, polegającej na identyfikowaniu obiektów za pomocą fal radiowych. Znakowanie z wykorzystaniem tej technologii zapewnia dużo większą trwałość i odporność na przypadkowe uszkodzenia mechaniczne. Etykiety RFID służą m.in. do oznaczania: półproduktów w trakcie procesu produkcji, opakowań zbiorczych w trakcie produkcji i w magazynach, wyrobów gotowych i towarów w handlu, a także? książek w bibliotekach.
Zasada działania
W skład systemu RFID wchodzi tag RFID (zwany też transponderem, etykietą RFID, chipem RFID, znacznikiem RFID) oraz czytnik RFID z anteną. Typowy znacznik RFID to mikrochip (układ scalony), połączony z anteną, umocowany na nośniku (papierze, plastiku).
Wszelkie dane są zapisywane w mikrochipie i mogą być odczytane w dowolnym momencie. Oczywiście do tego potrzebny jest wspomniany czytnik RFID z anteną. W przypadku najprostszych tagów antena zlokalizowana w tagu RFID, po odebraniu sygnału (energii elektromagnetycznej) od anteny czytnika, używając tej energii, wysyła do anteny czytnika sygnał zwrotny w postaci fal radiowych, zawierający informację o zawartości pamięci mikroczipa w tagu. W zależności od modelu czytnika umożliwia on odczytanie ponad tysiąca tagów w czasie kilku sekund. Do tego niezbędny jest unikalny numer seryjny identyfikujący każdy tag (TID ? Tag Identification Memory). Co istotne, dostęp do pamięci w tagu zabezpiecza hasło, które jest również konieczne do odczytu, zapisu i zmiany danych znacznika, a także jego zniszczenia.
Proste czy złożone?
Na rynku dostępne są różne systemy obsługujące technologię RFID. W zależności od potrzeb klienci mogą zdecydować się np. na proste czytniki na USB bądź też wybrać duże systemy na potrzeby logistyki czy przemysłu. Bardziej złożone rozwiązania umożliwiają zapisywanie i odczytywanie danych z tagów poprzez odpowiednie oprogramowanie.
Z ankiety przeprowadzonej przez redakcję magazynu ?Control Engineering Polska? wynika, że klienci najczęściej wybierają proste systemy RFID (rys. 1). Na systemy złożone decyduje się ok. 30% osób ? zwykle chodzi wówczas o duże projekty, składające się co najmniej z kilkunastu anten i interfejsów.
Tagi aktywne kontra pasywne
W zależności od tego, czy tagi RFID są wyposażone we własne źródło zasilania, wyróżnia się tagi aktywne, semipasywne oraz pasywne. Jeśli chodzi o tagi aktywne i semipasywne, do zasilania układu scalonego wykorzystywane jest zewnętrzne źródło zasilania (np. bateria). Zasadnicza różnica między tymi dwoma rodzajami znaczników polega na tym, że w przypadku tagów aktywnych bateria jest używana również do wysyłania fal radiowych do czytnika ? inaczej niż ma to miejsce w tagach semipasywnych, gdzie do tego celu wykorzystywana jest moc dostarczona z czytnika. Z kolei źródłem mocy dla tagów pasywnych pozostaje czytnik. Tagi te odpowiadają swoim sygnałem dopiero na sygnał wywoławczy wysyłany z czytnika.
Poszczególne rodzaje tagów różnią się przede wszystkim ceną, która dla tagów aktywnych jest znacznie wyższa niż w przypadku odpowiedników pasywnych. Ponieważ dostępne na rynku aktywne tagi mogą być czytane na odległość ponad 30 m, używa się ich głównie do znakowania przedmiotów, które muszą być identyfikowane z bardzo daleka. Co więcej, przy użyciu dodatkowej baterii możliwe jest wydłużenie zasięgu odczytu nawet do ponad 100 m. Jeszcze kilka lat temu zasięg tagów pasywnych wynosił ok. 6 m, ale obecnie został wydłużony nawet do ponad 30 m. Z uwagi na konkurencyjną cenę tagi pasywne są bardzo chętnie wykorzystywane zwłaszcza przez tę grupę klientów, dla których nadrzędnym kryterium wyboru pozostaje stosunek ceny znakowanego obiektu do ceny znacznika.
Z obserwacji Krzysztofa Hryniewicza, dyrektora sprzedaży w firmie ACTE, wynika, że w związku z ograniczeniami technologicznymi pasywnego RFID UHF, w niektórych aplikacjach można obecnie zaobserwować wzmożone zainteresowanie technologią aktywnego RFID 433 MHz. Jest ona coraz częściej wykorzystywana ? głównie ze względu na dużo większe odległości odczytu pomiędzy anteną i tagami (do 150 m), wysoką skuteczność odczytu znaczników oraz możliwość jej stosowania wszędzie tam, gdzie pasywne RFID UHF nie może być używane (z powodu przeszkód znajdujących się pomiędzy anteną a tagami).
Dzięki stosowaniu aktywnego RFID możliwe są np. identyfikacja oraz monitoring osób bądź pojazdów na terenie zakładów przemysłowych i fabryk, a także monitoring wewnątrz budynków. Ciekawym rozwiązaniem są też aktywne sensor-tagi, które oprócz identyfikacji pozwalają na odczytwielkości nieelektrycznych, np. temperatury, wilgotności, ruchu czy otwarcia drzwi, jak również sensor-tagi z wejściami analogowymi i cyfrowymi, pozwalającymi na podłączenie do nich zewnętrznych sensorów. Z uwagi na niski pobór energii czas pracy tagów aktywnych bez wymiany baterii wynosi ok. pięciu lat.
Zakres częstotliwości
Znaczniki RFID mogą działać w różnych częstotliwościach. Z przeprowadzonego sondażu wynika, że najczęściej wybieranym zakresem jest HF, czyli wysoka częstotliwość (13,56 MHz). Tak twierdzi prawie połowa sondowanych użytkowników oraz dostawców. Jak pokazuje rys. 2, zgodnie ze wskazaniami użytkowników na drugim miejscu znalazła się SHF ? częstotliwość superwysoka (2,42,45 GHz), a tuż po niej UHF ? ultrawysoka (865952 MHz) oraz LF ? niska (124134 kHz). Nieco inaczej wyglądają typowania ankietowanych dostawców. Na drugiej pozycji najczęściej wybieranych zakresów częstotliwości umiejscowili oni pasmo UHF, a na trzeciej ? LF. Częstotliwość SHF została wskazana jedynie przez 2% respondentów.
Ponieważ fale radiowe zachowują się różnie w wyżej wymienionych częstotliwościach, różne aplikacje wymagają użycia odpowiednich rozwiązań. Przykładowo, fale LF mogą przenikać ściany, jednak nie przechodzą przez metal. Znaczniki LF RFID nadają się świetnie do zastosowań, w których tagi muszą być czytane przez materiały lub przez wodę, na odległość kilku centymetrów.
Jeśli chodzi o pasmo UHF, to dzięki rozwojowi techniki do przeszłości należą już utrudnienia związane z odczytami w obecności płynów i metalu. Powstanie tagów pasywnych UHF RFID pozwoliło skutecznie uporać się z tym problemem.
Warto również wspomnieć o najbardziej popularnych standardach RFID, którymi są ? zgodnie ze wskazaniami respondentów ? przede wszystkim: Unique, Mifare, Q5 oraz Icode. Zdaniem ankietowanych nieco mniejszym zainteresowaniem cieszą się takie standardy, jak Tiris oraz Hitag.
<—newpage—>Oczekiwania klientów
Jak podkreśla Stefan Kwiatkowski, dyrektor w firmie ASKA, w ciągu ostatnich lat względny koszt tagu RFID zmalał wielokrotnie. Mniejsza dynamika obniżki kosztów sprzętu RFID wynika z doskonalenia konstrukcji czytników, które spełniają bardzo wyrafinowane funkcje i reguły kontroli tagów. Takie cechy, jak: brak optycznego dotarcia do zawartości ich pamięci, możliwość krążenia w łańcuchu dystrybucji towarów czy możliwość jednoczesnego odczytu oraz długa żywotność ? stawiają bardzo skomplikowane wymagania przed konstruktorami sprzętu do rejestracji transponderów. Dodatkowo potencjalni użytkownicy, mający pobieżną wiedzę o RFID, podświadomie oczekują wręcz złamania pewnych praw fizyki. Ignorują więc wpływ metalowych przedmiotów i przestrzennego rozmieszczenia elementów systemu na obszarze, na którym ma odbywać się praca RFID. Udoskonalanie konstrukcji anten i czytników jest odpowiedzią producentów na oczekiwania klientów. Nie można byłoby uzyskać zadowalających efektów, gdyby nie zastosowano odpowiedniego podziału pasma częstotliwości pracy w technologii RFID.
Zakresy fal długich, krótkich i ultrakrótkich odpowiadają pewnym zastosowaniom omawianej technologii, ze względu na możliwość konstruowania oprzyrządowania pracującego ze zróżnicowanym zasięgiem. Częstotliwości niskie i wysokie wykorzystano w systemach przeznaczonych do kontroli dostępu. Natomiast częstotliwości ultrawysokie znalazły zastosowaniew przemysłowych systemach do kontroli przepływu towarów.
Według Stefana Kwiatkowskiego, obserwując aktualny popyt, można wyróżnić dwie tendencje w zakresie oczekiwań użytkowników. Pierwsza grupa konstrukcji RFID związana jest z popularnymi aplikacjami kontroli dostępu, wypożyczeń lub inwentaryzacji w różnorodnych warunkach eksploatacji środków trwałych. Potencjalni użytkownicy oczekują wyposażenia gwarantującego pewność zapisu i odczytu z odległości do kilkunastu centymetrów oraz niskich kosztów zastosowania nowej technologii. W tej dziedzinie powinno się utrzymać zapotrzebowanie na tagi pracujące w paśmie częstotliwości HF (13,56 MHz) oraz czytniki do uniwersalnego montażu w sprzęcie typu PDA lub profesjonalnych kolektorach danych. Ważną rolę odgrywać będzie jakość konstrukcji tagów, których cena w znaczący sposób uzależniona jest od możliwych do osiągnięcia zasięgów odczytu.
Druga grupa wymagań dotyczy środowiska magazynowania i dystrybucji towarów oraz zastosowań RFID o dużym zasięgu odczytu do rejestracji przedmiotów przemieszczanych przez przepusty o szerokościach od 1,5 do 5 m. W tych przypadkach wymagane jest przykładowo stosowanie pasma częstotliwości UHF (ok. 800900 MHz) oraz tagów i urządzeń produkowanych już przez wiele firm. Należy spodziewać się szybkiego obniżania kosztów tych podzespołów oraz ich doskonalenia. Do powyższej dziedziny należy także zaliczyć rosnące zainteresowanie kontrolą ruchu pojazdów na głównych i newralgicznych trasach komunikacyjnych. Ze względu na specyfikę zjawiska ważnym elementem jest standaryzacja rozwiązań technicznych w skali międzynarodowej.
Zdaniem eksperta z firmy ASKA, ciągłe udoskonalanie konstrukcji w obszarze automatycznej identyfikacji będzie otwierało nowe, obecnie jeszcze niedostrzegalne możliwości zastosowań.
RFID króluje w przemyśle
Jak pokazuje rys. 3, głównymi obszarami zastosowań RFID na polskim rynku są: przemysł (56%), logistyka towarów (48%), a także ochrona mienia i kontrola dostępu oraz identyfikacja osób i zwierząt (po ok. 30% głosów). Blisko 20% ankietowanych uważa, że RFID stosowane jest powszechnie również w transporcie i handlu, a 8% wskazało na biblioteki. Również sondowani dostawcy są zdania, że najważniejszym obszarem, w którym na dużą skalę wykorzystuje się technologię RFID, jestprzemysł. Drugim ważnym obszarem zastosowania pozostaje logistyka towarów, a trzecim ? ochrona mienia i kontrola dostępu.
W przemyśle RFID stosuje się do znakowania m.in. pojemników zwrotnych, elementów karoserii podczas lakierowania, a także foteli samochodowych oraz innych komponentów. W ten sposób znakowane są również części w wielu różnych branżach ? proces znakowania i zapisu danych w tagu RFID często sprowadza się do obiegu nośnika w procesie zamkniętym, w celu automatycznego śledzenia procesu produkcji.
Korzyści
W opinii obu ankietowanych grup najważniejszą korzyścią wynikającą ze stosowania RFID jest jednoznaczna identyfikacja przedmiotów. Twierdzi tak 64% użytkowników i 84% dostawców. Przedstawiciele obu grup są także zgodni co do tego, że drugie w kolejności jest zwiększenie efektywności (56% wskazań użytkowników i 66% wskazań dostawców). Jeśli chodzi o inne korzyści, to ? zdaniem użytkowników ? są nimi: szybki dostęp do potrzebnych danych, poprawa jakości produktów, redukcja kosztów, poprawa obsługi klienta, zwiększenie konkurencyjności, zabezpieczenie przed kradzieżami, a także większe bezpieczeństwo informacji o produkcie (rys. 4).
Słabe i mocne strony
Niewątpliwie główną zaletą technologii RFID jest możliwość zdalnego, bezprzewodowego odczytu. Wystarczy, że przedmiot oznaczony etykietą RFID lub osoba mająca tag RFID znajdzie się w polu działania anteny czytnika, a fakt ten zostanie natychmiast odnotowany w systemie komputerowym.
Co istotne, wykorzystanie technologii RFID pozwala znacznie skrócić czas potrzebny na przeprowadzenie kluczowych procesów produkcyjnych związanych z przepływem towarów. Należy podkreślić, że RFID umożliwia odczyt wielu tagów jednocześnie, niezależnie od tego, czy są one widoczne.
Jak zauważa Jacek Krywult, właściciel firmy PWSK, ważną zaletą RFID jest możliwość trwałego oznaczenia przedmiotów ? odpornego na uszkodzenie czy zabrudzenie pyłem i smarami, a także praca we mgle olejowej, w złych warunkach oświetleniowych, odczyt wielu znaczników RFID jednocześnie, zapisanie informacji w pamięci nośnika danych.
Wadą natomiast pozostaje konieczność zapewnienia precyzyjnych i powtarzalnych warunków pracy ? niezbędnych, aby uzyskać powtarzalne wyniki, a duży zasięg odczytu sprzyja podatności na zakłócenia, zarówno ze strony fal elektromagnetycznych, jak i sygnałów z innych tagów.
Mimo dynamicznie spadających cen etykiet, modułów służących do ich programowania oraz urządzeń do odczytu, podstawowym ograniczeniem wdrożenia systemu RFID jest nadal zbyt wygórowana cena. Tego zdania jest połowa ankietowanych użytkowników oraz jedna trzecia dostawców. Jeśli chodzi o sondowanych użytkowników, jedynie ok. 30% uważa, że ceny modułów RFID są adekwatne do ich możliwości. Pozostały odsetek respondentów nie ma na ten temat zdania.
Jak podkreśla Jacek Krywult, proces wdrażania RFID jest hamowany również przez to, że nie każdy potrafi dostrzec długofalowe korzyści dla przedsiębiorstwa, w obliczu kosztów początkowych związanych z inwestycją i instalacją.
Przy okazji warto dodać, że za inną ważną przeszkodę we wdrożeniach technologii RFID został uznany brak doświadczenia w tym zakresie. Uważa tak 30% użytkowników oraz 70% dostawców.
Z kolei według Krzysztofa Hryniewicza, wadą pasywnych rozwiązań RFID jest często brak możliwości dokładnego odczytu wszystkich tagów w danej aplikacji. Czasami wynika to z ograniczeń technologicznych, ale w wielu przypadkach ma na to wpływ nieprawidłowy dobór trzech podstawowych elementów systemu: tagu, anteny oraz czytnika. Dopiero prawidłowa integracja tych elementów jednocześnie oraz przeprowadzenie testów ?na żywo? pozwala na odpowiedni dobór rozwiązania. Z tego względu na etapie dopasowania całego systemu warto skorzystać z możliwości wypożyczenia do testów gotowych czytników RFID, terminali, modułów RFID OEM, wraz z zestawami startowymi, a także anten i tagów.
<—newpage—>Prognozy na najbliższy rok
Według zdecydowanej większości ankietowanych dostawców w ciągu najbliższych dwunastu miesięcy, w porównaniu z minionym rokiem, sprzedaż rozwiązań RFID zwiększy się (84%). Jedynie 16% uważa, że pozostanie bez zmian. Zdaniem respondentów głównymi czynnikami sprzyjającymi wzrostowi sprzedaży są m.in.: coraz większa świadomość korzyści z wprowadzenia RFID (co przekłada się na wykonywanie pracy szybciej, taniej i lepiej), coraz szersza wiedza inżynierów na temat identyfikacji radiowej oraz znaczny wzrost zainteresowania technologią RFID w Polsce. Z obserwacji respondentów wynika, że z roku na rok zwiększa się zapotrzebowanie i gotowość klientów końcowych do wdrożeń technologii RFID. Respondenci zdają sobie sprawę z tego, że firmy coraz częściej wykorzystują technologię RFID do ewidencji produkcji, majątku, inwentaryzacji majątku, towarów handlowych, kontroli dostępu, pomiaru czasu i wielu innych zastosowań.
Z kolei jeśli chodzi o budżet przewidziany na zakup rozwiązań RFID, połowa sondowanych użytkowników zadeklarowała, że w ciągu najbliższego roku ulegnie on zwiększeniu, czego powodem jest np. modernizacja linii produkcyjnej.
Wpływ RFID na działalność firmy
Uczestników badania zapytaliśmy również o to, w jaki sposób stosowanie technologii RFID wpłynie w najbliższym czasie na działalność ich firmy. Z udzielonych odpowiedzi wynika, że najbliższe respondentom są następujące sformułowania: ?nie wpłynie w żaden sposób? (32%) oraz ?technologia RFID zrewolucjonizuje sposób prowadzenia przez nas działalności? (25%). Dalsze miejsca zajęły: ?wzrosną koszty? (17%), ?osiągniemy skromne zyski? (12%), ?osiągniemy ogromne zyski? (8%) lub ?osiągniemy spore zyski? (4%).
Wsparcie techniczne
Jeśli chodzi o poziom wsparcia technicznego ze strony dostawców omawianych rozwiązań, 58% ankietowanych uważa, że jest on dobry, 25% ? bardzo dobry, 17% ? zły. Zadowoleni ze współpracy klienci podkreślają wysokie kompetencje dostawców oraz kompleksowość ich usług, wyjaśniając, że zapewniają oni wszystko, co jest potrzebne do wdrożenia i eksploatacji systemu RFID: oprogramowanie, czytniki, anteny, tagi, a także całe know-how wraz z testami i wsparciem wdrożeniowym. Dla ankietowanych użytkowników ważnym aspektem jest też organizowanie przez dostawców szkoleń.
Kierunek rozwoju
Tym, co odróżnia technologię RFID od pozostałych technologii bezprzewodowych, jest jej elastyczność. Dzięki temu znajduje ona zastosowanie w wielu obszarach. Możliwości wykorzystania RFID są ograniczone głównie wyobraźnią inżynierów.
Jak tłumaczy Karolina Kozłowska, CEO w firmie Smart Technology Group, jedną z największych zmian, która została pozytywnie przyjęta przez rynki na całym świecie, jest stworzenie czytnika RFID UHF, który wykorzystuje jednocześnie także inne technologie bezprzewodowe: Bluetooth, WiFi, GPRS oraz ZigBee. Dzięki temu możliwe staje się tworzenie zupełnie nowych rozwiązań w zakresie m.in. systemów lokalizacji produktów w czasie rzeczywistym (RTLS). Przez połączenie kilku technologii takie systemy są jeszcze dokładniejsze i mniej podatne na awarie niż kiedyś. Łączenie technologii przynosi również świetne rezultaty w halach produkcyjnych. Za pomocą czytnika, zestawu anten i tagów RFID (czyli typowego systemu RFID) można precyzyjnie śledzić miejsce każdego półproduktu na każdym etapie produkcji, kontrolować zaangażowanie pracowników, na bieżąco śledzić postęp w procesie i wprowadzać ewentualne zmiany. Jednocześnie ten sam czytnik umożliwia rejestrację czasu pracy całej załogi oraz ochronę przed kradzieżą.
W opinii Krzysztofa Hryniewicza nowością na rynku są area readery, czyli czytniki UHF zintegrowane z wieloma antenami ?omiatającymi? dany obszar. Przy prawidłowym doborze elementów systemu oraz umiejętnej integracji z oprogramowaniem możliwa jest wizualizacja pozwalająca na śledzenie przemieszczania się tagów na danej powierzchni. Rozwiązania te są wykorzystywane m.in. w systemach bezpieczeństwa, branży sprzedaży detalicznej (retail) oraz logistyce magazynowej.
Nowością jest również rozwiązanie IoT ProVIEW wykorzystujące VIEW tagi RFID (połączona technologia pasywna i aktywna), wyposażone w panele e-ink umożliwiające m.in. dynamiczne wyświetlanie komunikatów i kodów kreskowych, oraz służące do elektronicznego obiegu dokumentów (paperless solution) w procesie produkcyjnym i łańcuchu dostaw, eliminujące bądź znacznie ograniczające klasyczny obieg dokumentów w fabryce.
Raport powstał w oparciu o dane uzyskane z ankiety przeprowadzonej wśród Czytelników magazynu Control Engineering Polska. Przy tworzeniu raportu bazowano też na informacjach pochodzących od dostawców rozwiązań RFID. Raport nie odzwierciedla pełnego obrazu rynku.
Autor: Agata Abramczyk
Tekst pochodzi z nr 4/2016 magazynu “Control Engineering”. Jeśli Cię zainteresował, ZAREJESTRUJ SIĘ w naszym serwisie, a uzyskasz dostęp do darmowej prenumeraty w formie drukowanej i/lub elektronicznej.
