Содержание
Введение ………………………………………………………………
1 Постановление задачи ……………………………
1.1 Особенности использования RFID-технологии ……………………….
1.2 Основные характеристики RFID-технологии ………………………………
1.3 Использование RFID-технологии в различных областях применения ……
1.4 Сравнение RFID со штрихкодом ………………………………………………….
1.5 Патенты на изобретения с использованием RFID ………………………..
2 RFID-технология и его особенности …………………………………………….
2.1 Состав и описание основных компонентов RFID- технологии ………..
2.2 Основные виды и принцип работы RFID-меток …………………………………
2.3 RFID-считыватель ……………………………………………………………………….
2.4 Рабочая частота RFID-системы в складировании ………………………….
2.5 Информационный обмен между ридером и меткой ………………………….
2.7 Системы RFID, работающие в СВЧ и микроволновом диапазоне ………
2.8 Особенности передачи данных в системе RFID …………………………………..
2.9 Выводы …………………………………………………………………………………………..
3 Расчет параметров RFID-системы и алгоритм антиколлизий ………………….
3.1 Связь в дальней зоне поля ……………………………………………………………….
3.2 Разработка программы антиколлизий ………………………………………………
3.3 Расчет возможности реализации RFID-технологии на складе …………….
3.4 Вывод………………………………………………………………………………………..
4 Определение параметров RFID-системы …………………………………………..
4.1 RFID-метки …………………………………………………………………………..
4.2 Считыватель ………………………………………………………………………………
4.3 Принтер RFID-меток…………………………………………………………….
4.4 Схема реализации RFID-системы ………………………………………………..
4.5 Рекомендации к разработке RFID-системы …………………………………
4.6 Выводы ……………………………………………………………………………………….
5 Безопасность жизнедеятельности ……………………………………………………..
5.1 Анализ существующих условий труда ……………………………………………
5.2 Расчет производственного освещения ………………………………………………
5.3 Расчет установок пожаротушения с комбинированным углекислотно-хладоновым составом
5.4 Выводы ……………………………………………………………………..
6 Технико-экономическое обоснование проектирования системы радиочастотной идентификации на складах
6.1 Резюме ……………………………………………………………………..
6.2 Характеристика отрасли …………………………………………………
6.3 Описание услуг…………………………………………………………………….
6.4 Анализ рынка сбыта ……………………………………………………………
6.5 Менеджмент ………………………………………………………………
6.6 Стратегия маркетинга …………………………………………………………….
6.7 Финансовый план …………………………………………………………….
6.8 Выводы …………………………………………………………………………………
Заключение …………………………………………………………………………………..
Список используемой литературы ………………………………..
Приложение А ……………………………………………………………………..
Приложения Б …………………………………………………………………………
Приложение В ………………………………………………………………..
Введение
Технологии радиочастотной идентификации (RFID) уверенно завоевывают логистический сектор, а также находят широкое применение в сфере почтовых операций. В последнее время Всемирный почтовый союз (Universal Postal Union, UPU) принимает активное участие в продвижении Системы глобального мониторинга (Global Monitoring System, GMS), в основе которой — технологии RFID. Новая система позволит серьезно улучшить качество работы почтовых служб, усовершенствовать процессы доставки почтовых отправлений адресатам. Сегодня несколько почтовых операторов — Почта Германии, Королевская почта Великобритании, Почта Австралии — уже внедрили новые стандарты в производственную деятельность и достигли хороших результатов. При транспортировке и размещении на складе груза, снабженного RFID-меткой, его местонахождение легко отслеживать и автоматически регистрировать в общей базе данных. Система позволяет резко сократить время обработки груза при прохождении пунктов досмотра и упрощает поиск крупногабаритных грузов на больших складах.
Системы RFID позволяют считывать информацию, находящуюся вне пределов видимости. Идентификационный код хранится в метке, состоящей из микрочипа, прикрепленного к антенне. Приемопередатчик, часто называемый ридером или считывателем, связывающийся с меткой c помощью радиоволн. По функциональности RFID-метки, как метод сбора информации, очень близки к штрих-кодам, наиболее широко применяемым сегодня для маркировки товаров, однако по функциональности значительно превосходят их.
Технология RFID эффективно решает следующие задачи отслеживания и автоматической маршрутизации почтовых отправлений:
– минимизация влияния человеческого фактора;
– сокращение времени доставки;
– возможность контроля большого объема почтовых отправлений на каждом этапе их перемещения;
– для считывания информации не требуется прямая видимость радиочастотной метки, поэтому с целью обеспечения скрытности и сохранности она может располагаться внутри упаковки;
– возможность практически одновременного чтения большого количества меток.
В настоящее время технология радиочастотной идентификации RFID имеет огромный потенциал массового применения в самых разных сферах общественных отношений.
В дипломной работе решены следующие вопросы:
– разработка программы антиколлизий, позволяющая считывать информацию с нескольких товаров за считанные секунды;
– построение схемы реализации RFID-технологии на складе.
1 Постановление задачи
1.1 Особенности использования RFID-технологии
Название RFID расшифровывается как Radio Frequency Identification, а переводится – радиочастотная (бесконтактная) идентификация. Главной задачей RFID является идентификация. Радиочастотная идентификация является одной из наиболее заметно развивающихся современных технологий. Ее использование затрагивает чрезвычайно широкий спектр представителей человеческого общества. Применение данной технологии будет определяться самыми различными факторами, от одного только к ней интереса до принятия нормативов и стандартов, касающихся ее использования [1].
В процессе развития технологии RFID возникло несколько типов систем. Они могут классифицироваться несколькими способами. Термин RFID включает довольно широкий класс идентификационных устройств.
Все системы RFID содержат считыватели и метки. Считыватели извлекают информацию, которая хранится или собирается меткой. Считыватели размещаются в некоторой точке пространства, а метки прикрепляются к объектам. Из-за того, что метки устанавливаются на различные объекты, на их характеристики налагаются существенные ограничения по исполнению, размерам и стоимости. С этими характеристиками связаны различные классификации систем RFID [2].
Технологии бесконтактной радиочастотной идентификации внедряются в системы управления производством большими темпами. Вслед за американскими торговыми сетями Wal-Mart, 7-eleven, являющимися первопроходцами в этой области, о начале перехода на системы управления логистикой c технологией RFID объявляют все новые и новые компании.
Мощнейшие производители электроники и программного обеспечения, такие как IBM, HP, National Instruments и Microsoft, создают подразделения, занимающиеся этой технологией. Многие производители оборудования и эксперты на каждом шагу трубят о наступлении эры RFID. Менеджеры предприятий, включившихся в RFID-гонку, рисуют фантастические картины недалекого будущего, в котором ревизия на складах и торговых залах будет проводиться за несколько секунд, товар сам будет сообщать о своих характеристиках потребителям, а сроки перемещения товаров снизятся до минимальных [3].
Применение RFID становится стандартом учёта основных средств в бизнесе и государственных структурах, находит широкое распространение в складской и транспортной логистике, проникает в различные сферы коммерческой деятельности организаций. Технологии RFID стали доступными и надёжными. Для их внедрения появились простые и гибкие инструменты
от ведущих производителей и разработчиков. Опыт показывает, что внедрение RFID делает организацию более эффективной и конкурентоспособной [4].
1.1.1 Краткий исторический обзор.
Свое начало RFID берет не, как это принято считать на Западе и даже не от российского инженера А.С. Попова, и не от радиолокации. История развития RFID-технологии происходила в несколько основных этапов.
История RFID ведёт своё начало от систем радиолокационного опознания активных ответчиков «свой-чужой». Первое упоминание о таких системах относится к 1940 году.
В настоящее время принято считать, что первые системы радиолокационного опознания появилась во время Второй мировой войны — неразличимо одновременно, в Германии, Великобритании, США и СССР.
Однако имеет место и более раннее упоминания о таких системах. 19 мая 1940 г. Управление связи Красной армии заключило с Ленинградским физико-техническим институтом (ЛФТИ) договор на модернизацию радиолокационной станции «Редут». При этом предполагалось также и решение проблемы опознания — создание встроенного в станцию активного ответчика «свой-чужой». Соответствующее авторское свидетельство было получено в канун Великой отечественной войны. А далее — в связи с эвакуацией ЛФТИ, разработка ответчика была передана радиоинженерам Н.Ф. Алексееву и Д.Е. Малярову в НИИ-9, где и был выпущен его опытный образец.
В следующем этапе развития RFID-технологии в течение последующих 1950-ых годов были выявлены и другие «мирные» применения технологии RFID. Над ними трудились, Ф.Вернон и Д.Харрис. А в 1960 — 1970-ые годы засвидетельствовали особенно большой рост применяемости технологии RFID. Промышленные компании, академические учреждения, и правительственные лаборатории стали использовать их во всё большей и большей степени.
Впоследствии, в 1975-м году, ученые А.Коелл, С.Депп, Р.Фрайман из Научной Лаборатории Лос-Аламос опубликовали результаты своих исследований в области применяемости RFID под названием «Short-Range Radio-telemetry for Electronic Identification Using Modulated Backscatter».
Вопросами дальнейшей разработки и применяемости технологии RFID стали заниматься даже такие крупные компании, как Raytheon, RCA, и Fairchild. Они разрабатывали активные и пассивные RFID-метки, область применения которых ограничивалась отслеживанием перемещения транспортных средств и животных [5].
Еще один пример, уже из сравнительно недавней истории. Обеспокоенные распространением коровьего бешенства в 1980-х годах, государственные органы стали требовать использования средств точной идентификации скота. В результате сегодня десятки миллионов коров носят бирки RFID в ушах [6].
В 1973 году в США Марио Кардулло получил патент на «Пассивный радиопередатчик с памятью», в котором была, по сути, описана современная RFID-технология. Патент Кардулло предусматривает использование в качестве средства передачи информации радиоволн, света и звука. Первая демонстрация действующих прототипов современных RFID-чипов (на эффекте обратного рассеяния), как пассивных, так и активных, была проведена в Исследовательской лаборатории Лос-Аламоса в 1973 г. Портативная система работала на частоте 915 МГц и использовала 12-битные метки. В 1983 году Чарльзу Уолтону был выдан первый патент, в котором уже прямо упоминалась аббревиатура RFID [7].
1990-ые годы стали наиболее существенными для технологии RFID. В эти годы происходило широкое внедрение средств электронной идентификации в США. Первая электронная система взимания сборов появилась на открытом шоссе в Штате Оклахома в 1991 году. Первая в мире расистема по сбору данных и организации дорожного движения была запущена в Хьюстоне на платной дороге графства Харрис в 1992 году.
К середине десятилетия RFID системы оплаты пошлин смогли заработать на автодорожных магистралях, означая, что водители могли проезжать через пункты сбора пошлин, беспрепятственно не делая остановок перед барьерами. Развертывание RFID систем сбора пошлин стало широко распространенным явлением в США.
Современный этап развития начинается с 2000-ых годов. Стало известно, что RFID метки за 0,05 $ будут возможны и что технология RFID сможет заменить системы штриховых кодов. Это вызвало большой интерес у компаний и различных отраслей промышленности в области распределения продукта и розничных торговых цепей. WalMart и DoD, самые большие в мире розничные продавцы и самая большая в мире система поставок, соответственно, выпустили мандаты RFID, требующие, чтобы поставщики начали использовать технологию RFID к 2005 году. Объединенный размер их операций составляет огромный рынок для RFID. Другие розничные продавцы и много изготовителей, таких как Target, Proctor & Gamble, Gillette, последовали их примеру.
С крупными компаниями, такими как WalMart, Proctor & Gamble, Target, Gillette, вкладывающими капитал в большой степени в технологию, у RFID есть очень многообещающее будущее. Вероятно, справедливо сказать, что однажды, технология RFID будет очень широко использоваться [5].
1.2 Основные характеристики RFID-технологии
Радиочастотная идентификация — это современная технология идентификации, предоставляющая существенно больше возможностей по сравнению с традиционными системами маркировки. Технология основана на радиочастотном взаимодействии между метками, закрепленными на идентифицируемом объекте и считывающим устройством, которое может быть как мобильным, так и неподвижным. Считывающее устройство, в свою очередь, связано с программным обеспечением, отвечающим за дальнейшую обработку информации, полученной по сигналу метки.
Наиболее распространенные метки (Tag), как и многие штрих-коды (Bar Code), представляют собой самоклеящиеся этикетки. Но если на штрих-коде информация хранится в графическом виде, то на метку данные заносятся и считываются при помощи радиоволн. Метка является миниатюрным запоминающим устройством. Она состоит из микрочипа, который хранит информацию, и антенны, с помощью которой метка передает и получает информацию. Иногда метка имеет собственный источник питания (такие метки называют активными), но большинство меток его лишены (пассивные метки).
Физически, метка представляет собой либо гибкую пластиковую подложку, на которую нанесены элементы микросхемы метки либо пластиковый корпус, в котором элементы метки герметично запаяны. В обоих случаях размеры меток могут варьироваться, но редко превышают по площади поверхность спичечного коробка. Корпусированные метки изготавливаются, как правило, для эксплуатации в агрессивных средах или для специального применения [8].
Коротко говоря, радиочастотная идентификация заключается в обнаружении и идентификации помеченного объекта по данным, которые пересылает этот объект. Для RFID требуется метка (транспондер), считыватель (ридер) и антенны (устройства связи), размещенные на каждом конце системы. Считыватель обычно подключен к хост-компьютеру или другому устройству, обладающему достаточным «интеллектом» для дальнейшей обработки данных, поступающих с метки, и выработки ответной реакции. Хост-компьютер нередко является частью большой сети предприятия и в ряде случаев имеет подключение к Интернету. Такая базовая архитектурная единица может найти применение во всем спектре решений с использованием RFID, как сложных, так и простых. К примеру, в магазине одежды, где на продаваемые товары крепят радиометки, при обнаружении метки считывателем просто звучит тревожный сигнал. На другом конце «шкалы сложности» находится развитое приложение для поддержки цепочки поставок, в котором обнаружение паллеты с коробками кукурузы, выгружаемой на товарный склад супермаркета, приводит к обновлению сведений о запасах и целому ряду других действий. Производится также обновление данных в финансовой системе организации с целью возможной оплаты выставленных счетов, а сотрудникам склада уходит уведомление о пополнении запасов на полках, производителю — возможно, по Интернету или посредством подключения по EDI-протоколу обмена данными (Electronic Data Interchange) — подтверждение того, что отгруженный им товар был получен.
Один из ключевых элементов функционирования RFID — передача данных в системе. Она осуществляется посредством соединения метки и считывателя с помощью антенн на каждой стороне, как показано на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1– Связь метки, считывателя и антенны.
Связь радиометка — считыватель в большинстве RFID-систем может быть как электромагнитной, так и магнитной (индуктивной). Метод, используемый в конкретной системе, зависит от таких требований, как стоимость, размеры, скорость, дальность считывания и точность. К примеру, дальность считывания в RFID-системах с индуктивной связью обычно невелика и измеряется в дюймах. Системы такого типа используются главным образом в приложениях, где нужен именно малый диапазон, скажем, в контроле доступа. В этом случае метка отключит блокировку дверного замка с RFID, только если ее поднести непосредственно к считывателю; если же мимо этого считывателя у двери по коридору пройдет человек, у которого метка может оказаться в бумажнике или сумке, система это проигнорирует.
Элементом, обеспечивающим связь метки и устройства считывания сигнала, служит антенна. И метка, и считыватель имеют свои антенны.
Другим важным атрибутом системы RFID является рабочая частота связи считывателя и метки. Выбор конкретной частоты зависит от таких требуемых параметров приложения, как скорость, точность, условия среды, а также стандарты и нормативы, которые регламентируют работу данного приложения. Скажем, RFID-приложения для отслеживания животных работают в частотном диапазоне 134.2 кГц, выбранном согласно принятым стандартам и нормативам [9].
Любая RFID-система состоит из считывающего устройства (считыватель или ридер) и транспондера (он же RFID-метка, иногда также применяется термин RFID-тег).
Большинство RFID-меток состоит из двух частей. Первая — интегральная
схема (ИС) для хранения и обработки информации, модулирования и демодулирования радиочастотного (RF) сигнала и некоторых других функций. Вторая — антенна для приёма и передачи сигнала. Эти метки могут быть представлены в разном виде:
– радиочастотные этикетки (RFID этикетки);
– метки, встроенные в пластиковый или металлический корпус;
– RFID наклейки разнообразных форм;
– бесконтактные RFID карты.
Все RFID-метки и их системы могут быть разделены на следующие способы систематизации.
1.2.1 Диапазон используемых частот.
То количество рабочих частот, которое используется в технологии RFID, может неискушенного человека повергнуть в растерянность. Однако, ситуация несколько проще, чем это может показаться вначале. Здесь мы обсудим, какие существуют виды RFID по частотам, что это означает для пользователя, какими принципами следует руководствоваться при выборе конкретного решения. Разумеется, основное внимание мы уделим распространенным частотным диапазонам, которые применяются.
Если идти с минимальных частот к максимальным, существуют четыре диапазона, которые наиболее широко применяются: 125 кГц, 13.56 МГц, 860-928 МГц, 2,45 ГГц.
Частота 125 кГц называется в иностранных источниках LF RFID (т.е. Low Frequency). Cчитывающее оборудование и радиометки этого типа появились раньше всего, в середине-конце 80-x годов прошлого века, однако широко применяется и по сей день. Ключевой особенностью этого частотного диапазона RFID является то, что не существует общеупотребительных стандартов радиоинтерфейса для 125 кГц. Поэтому здесь используется несколько схем модуляции радиосигнала и несколько разновидностей кодирования передаваемых данных. Это прежде всего определяется используемой в радиометке микросхемой транспондера [10].
Частота 13,56 МГц в иностранных источниках обозначается HF (High Frequency). Это рабочая частота, для которой впервые введены общемировые и широко поддержанные стандарты ISO 14443 (proximity карты) и ISO 15693 (vicinity карты). Все радиометки и считыватели этого стандарта поддерживают антиколлизию (т.е. способность читать много меток в поле зрения) [10].
Обозначение полосы частот 860-930 МГц – UHF (Ultra High Frequency). Толчком к развитию этой технологии послужила разработка стандарта EPC и внедрение ее в торговой сети Wal-Mart и в департаменте обороны США. В силу ограничений на использование радиочастотного спектра, в Европе применяется разновидность с частотой 865-868 МГц и мощностью сигнала до 0,5 Вт и переключением каналов в рамках диапазона, в CША используют частоты 903-928 МГц при мощности сигнала 1 Вт. Ключевые стандарты в данной области — EPC и ISO 18000-6 [10].
Частотный диапазон 2,4-2,483 ГГц – микроволновый RFID. Общепринятых стандартов здесь почти не существует. Существующие стандарты ISO 10374 (RFID-идентификация грузовых контейнеров и железнодорожного транспорта) и ISO 18000-4 распространены достаточно мало. В большинстве случаев, оборудование и радиометки — это закрытое, propertiary-решение данного производителя, не совместимое ни с чем другим [10].
1.2.2 По типу источника питания.
Различие между пассивными, полуактивными и активными метками состоит в наличии источника питания и передатчика. Пассивные метки не содержат ни источника питания, ни передатчика. Полуактивные метки содержат источник питания, но не содержат передатчика. Активные метки содержат как источник питания, так и передатчик.
Активные метки имеют наилучшие характеристики. Дальность может достигать километров, а связь со считывателем надежная и быстрая. Однако наличие источника питания и передатчика приводит к высокой стоимости.
Полуактивные метки по сравнению с пассивными метками имеют более высокую дальность (до нескольких десятков метров) и из-за этого могут иметь достаточно высокие функциональные возможности. Однако это также приводит к повышению их стоимости.
Пассивные метки обладают дальностью менее 10 метров и более зависимы от регламентных ограничений и влияния окружающей среды. Тем не менее, они имеют максимальный рыночный потенциал из-за наименьшей стоимости [2].
1.2.3 По типу используемой памяти. Информация в устройство памяти радиочастотной метки может быть занесена различными способами.
Способ записи информации зависит от конструктивных особенностей метки. В зависимости от этого различают следующие типы меток: – Read Only – метки, которые работают только на считывание информации. Необходимые для хранения данные заносятся в память метки изготовителем и не могут быть изменены в процессе эксплуатации; – WORM — метки (‘Write Once Read Many») для однократной записи и многократного считывания информации. Они поступают от изготовителя без каких-либо данных пользователя в устройстве памяти. Необходимая информация записывается самим пользователем, но только один раз. При необходимости изменить данные потребуется новая метка; – R/W – метки (‘Read/Write») многократной записи и мнократного считывания информации [11].
1.3 Использование RFID-технологии в различных областях применения
Возможности применения технологии RFID ограничены только воображением человека. Хотя существует мнение, что RFID лучше всего подходит для управления сетью сбыта или для отраслей, использующих товары в потребительской упаковке, диапазон прикладных RFID-систем выходит далеко за границы этих областей применения. И действительно, в реальном мире уже успешно запущено в эксплуатацию множество самых различных типов RFID-систем. К одному типу прикладной системы можно отнести несколько разных прикладных систем с одинаковыми характеристиками для данного типа. Весь спектр потенциальных возможностей RFID не ограничивается только преобладающими типами прикладных систем. RFID является зарождающейся технологией, и поэтому впереди предстоит освоение огромного прикладного потенциала в областях, где можно использовать ее преимущества. В настоящее время некоторые из этих областей находятся на стадии создания прототипов и планирования, некоторые только начали исследоваться, а остальные еще не получили достаточного внимания отрасли и изготовителей. Короче говоря, эти типы прикладных систем должны «дорасти» до получения общего признания (как с технологической стороны, так и с позиции при-годности для бизнес-процессов) перед тем, как они будут запущены в производство. Возможно, большинству таких типов еще предстоит стать при-кладными системами преобладающего типа. В то время как в целом определенный тип прикладных систем может быть назван зарождающимся, некоторые представители преобладающего типа прикладных систем могут быть одновременно и зарождающимися (например, отслеживание перемещения объектов и наблюдение-контроль в системах инвентарного учета). Когда RFID начнет использоваться в таких типах прикладных систем, то может раскрыться целый новый комплекс еще неизвестных видов систем. Благодаря быстрым темпам развития RFID-технологии и связанных с ней изделий, поступающих на рынок, список типов прикладных RFID-систем непрерывно растет. Некоторые типы таких систем уже являются зрелыми и выпускаются серийно. Другие перспективные типы сегодня находятся на стадии создания прототипов. Несколько из таких типов могут выпускаться серийно в будущем, в зависимости от результатов испытаний их прототипов, готовности делового сообщества вкладывать в них средства и идти на риск для принятия их потребителями и пользователями [11].
1.3.1 RFID-технология на складе.
Появление технологии RFID решило насущные проблемы учета содержимого склада. Каждая специально промаркированная единица товара, пронесенная внутрь или наружу через RFID-ворота, опознается системой и данные о ней и времени прохода фиксируются в системе. Частью системы могут являться персональные карточки сотрудников. При вносе или выносе товара охранник может провести визуальное сравнение фотографии материально ответственного лица с тем, кто выносит товар. Это позволяет пресекать нарушения. Вся информация передается на центральный сервер баз данных и хранится там же.
Также RFID систему можно дополнительно интегрировать с видеонаблюдением. Тогда есть возможность создания видеоархива, в котором будут отображаться факты прохождения через радиочастотные ворота промаркированных товаров. Такая система позволит не просто вести видеоконтроль, но и получать текстовую информацию обо всех перемещенных через ворота товарах.
Помимо стационарных RFID-считывателей, в систему могут также входить мобильные терминалы сбора данных. Их используют в процессе складской RFID-инвентаризации. Для этого требуется:
Провести первичную инвентаризацию при поступлении товаров на склад: наклеить на товары метки, затем считать их с помощью мобильного терминала и привязать к каждой метке информацию о товаре.
При необходимости последующей инвентаризации берется документ инвентаризации, загружаемый из базы данных или созданный непосредственно на самом мобильном терминале. На его основании производится инвентаризация посредством считывания мобильным терминалом меток RFID.
Преимуществами RFID-инвентаризации являются скорость и простота. Оператор просто проходит по помещению с мобильным терминалом и быстро считывает метки, после чего сравнивает количество товара с инвентаризационным документом.
Для металлических предметов используются специальные корпусные метки. Они позволяют добиться удаления антенны с чипом на достаточное для уверенного прочтения расстояние от поверхности металла. Вообще говоря, могут быть использованы самые разные типы меток: разрушаемые, с жестко заполненной памятью, перезаписываемые и др. Это зависит от целей и задач, которые ставятся перед интегратором при разработке проекта. Отдельно настраиваются дальность и направление считывания антенн. Это позволяет избежать накладок с излишним прочтением, поскольку пронесенная около выхода коробка не обязательно вынесена наружу.
Использование RFID-системы дает складу ряд существенных преимуществ:
– контроль за перемещениями товаров в режиме реального времени;
– повышение ответственности персонала;
– повышение скорости поиска и инвентаризации товара;
– уменьшение количества человеческих ресурсов, которые требуются для сбора товаров по накладным и их отгрузки [12].
1.3.2 Системы отслеживания багажа на авиатранспорте.
RFID-метки, встраиваемы в бирки для авиабагажа, могут использоваться для обеспечения эффективности решения по отслеживанию. Такая RFID-метка имеет достаточный объем памяти для хранения данных о регистрации и маршруте багажа, поэтому такие данные доступны на локальном уровне без необходимости обращаться в базу данных о багаже. RFID-метки могут читаться, в отличие от штрихкодов, почти при любой ориентации (независимо от перекрытия с другим багажом), что выражается в более быстром и точном сканировании по сравнению со штрихкодами.
Международной ассоциации воздушного транспорта (International Air Transport Association — IATA) еще только предстоит принять отраслевой стандарт для перехода багажных бирок со штрихкодами на RFID-метки и автоматическую обработку багажа пассажиров.
Отслеживание авиабагажа является примером зарождающейся прикладной системы, принадлежащей к данному типу преобладающих систем (т. е. отслеживанию перемещения объектов). В 2006 году принята рекомендация IATA о внедрении RFID-маркировки во всех аэропортах [12].
1.3.3 Контроль доступа.
По данным журнала «IT Reseller» от общего количества проданных в Европе систем RFID 16 % составляют системы контроля доступа. Схемы работы достаточно просты: радиочастотная метка с данными сотрудника является по сути электронным пропуском, изготовленным в виде брелока для ключей, фирменного значка, браслета или даже циферблата для наручных часов («STId» FRANCE). Считыватели радиочастотных меток устанавливаются на турникетах при входе в здание компании, а также на дверях помещений с ограниченным доступом сотрудников. Достаточно только иметь при себе электронный пропуск, чтобы код был считан, проверен компьютером, сличен со списком сотрудников, которым разрешен допуск и одновременно с автоматическим открытием дверей отмечен в памяти компьютера с указанием должности, фамилии и инициалов сотрудника, а также даты и времени прохода. Недостатком системы может быть проход группы по одному пропуску, который устраняется установкой турникетов и визуальным контролем со стороны службы наблюдения [13].
1.3.4 Системы документооборота.
Для контроля в системах документооборота крупных учреждений, с успехом могут быть использованы RFID-метки. Потеря папки с документами, или несвоевременный возврат документов может вызвать множество проблем.
Бесконтактные метки позволят легко и быстро находить документы, а также вести протокол доступа к ним.
Каждая папка с документами снабжается бесконтактной RFID-меткой, а также текстовой информацией для визуального распознавания. Описание документов, соответствующих данному RFID-коду, заносятся в базу данных. Папке могут быть присвоены определенные атрибуты, например срок ее хранения, разрешение на перемещение, права доступа к ней.
Сотрудники учреждения в любой момент смогут найти необходимую папку с документами или узнать кто с ними работает [12].
1.3.5 Контроль движения общественного транспорта.
Итальянская компания, осуществляющая перевозки пассажиров общественным транспортом в г. Турине (Италия), ввела в действие систему контроля за движением принадлежащих ей 900 автобусов и 300 трамваев. В ней используются устройства RFID разработки Confident, TAGMASTER и Kista (Швеция). Турин стал третьим итальянским городом, который приобрел указанную систему.
Небольшая радиочастотная метка устанавливается на каждом автобусе и трамвае. При возвращении автобуса с маршрута центральный компьютер (обыкновенная «персоналка») по сигналу, считаному с метки, автоматически регистрирует дату и время прибытия.
При выходе на маршрут регистрация повторяется, при этом водитель видит свой идентификационный номер, номера автобуса (трамвая) и маршрута, отображаемые на большом экране около ворот парка. Водителю не требуется останавливаться или проезжать в непосредственной близости от считывателя: метки, работающие в частотном диапазоне 2,45 ГГц, позволяют считывать с них информацию на расстоянии до 6 метров. Система позволяет оптимально планировать загрузку водителей автобусов и трамваев и контролировать своевременность выхода на маршрут и возвращения с маршрута [13].
1.3.6 Несколько областей интересного применения RFID:
– автоматический сбор данных и при необходимости начисление оплаты на железных дорогах, платных автомобильных дорогах, на грузовых станциях и терминалах;
– контроль, планирование и управление движением, интенсивностью графика и выбором оптимальных маршрутов автотранспорта;
– системы электронных платежей для всех видов транспорта, включая организацию платных дорог, автоматический сбор платы за проезд и транзит, платные автостоянки;
– защита дорогих изделий на складах и в магазинах (в том числе предоставляющих услуги по прокату видеокассет, снаряжения и т. п.);
– защита и сигнализация на транспортных средствах;
– обеспечение безопасности и защиты от краж в казино (идентификация фишек и игральных карт).
1.4 Сравнение RFID со штрихкодом
В настоящее время выделились две основных системы автоматической идентификации – штрих-кодирование и радиочастотная идентификация (RFID).
Штрих-код представляет собой черные и белые полосы в определенной последовательности, с которых снимает информацию специальный считыватель. Иногда информация, которую содержит штрих-код, может быть расшифрована и напечатана.
Первой системой идентификации явилась штрих-кодировка, которая, при отсутствии какой-либо конкуренции, стремительно завоевала рынок. В настоящее время практически все товары маркированы штрих-кодами.
С развитием новых технологий появилась радиочастотная идентификация (RFID), принципы которой первоначально использовались при установке систем контроля доступа.
Каждая из технологий – и штрих-код, и RFID – имеет свои особенности. Однако если сравнить функциональные возможности штрих-кода и RFID, то окажется, что радиочастотная идентификация гораздо практичнее и удобнее в эксплуатации [14].
Преимущества RFID перед штрихкодами:
– возможность перезаписи. Данные RFID-метки 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 её данные. Взаимная ориентация метки и считывателя часто не играет роли. Метки могут читаться через упаковку, что делает возможным их скрытое размещение. Для чтения данных метке достаточно хотя бы ненадолго попасть в зону регистрации, перемещаясь в том числе и на довольно 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 сотен метров. В то же время подобные расстояния требуются не всегда;
– больший объём хранения данных. RFID-метка может хранить значительно больше информации, чем штрих-код. На микросхеме площадью в 1 см² может храниться до 10000 байт информации, 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 множество (более тысячи) 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 её расположении. В целях обеспечения автоматического считывания штрихового кода, комитеты по стандартам (в том числе EAN International) разработали правила размещения штрих-меток на товарной и транспортной упаковке. К радиочастотным меткам эти требования не относятся. Единственное условие — нахождение метки в зоне действия считывателя;
– устойчивость к воздействию окружающей среды. Существуют RFID-метки, обладающие повышенной прочностью и сопротивляемостью жёстким условиям рабочей среды, а штрих-код легко повреждается (например, влагой или загрязнением). В тех сферах применения, где один и тот же объект может использоваться неограниченное количество раз (например, при идентификации контейнеров или возвратной тары), радиочастотная метка оказывается более приемлемым средством идентификации, так её 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, помимо функции носителя данных. Штрих-код же не программируем 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. Радиочастотная метка обладает возможностью закрыть паролем операции записи и считывания данных, а также зашифровать их передачу. В одной метке можно одновременно хранить открытые и закрытые данные [15].
1.5 Патенты на изобретения с использованием RFID
Применения системы RFID с транспондерами типа «только чтение» вполне достаточно для многих приложений. В качестве примеров можно назвать контроль доступа и идентификацию животных. Однако в ряде новых приложений возникает необходимость избирательного взаимодействия считывателя с транспондерами, находящиеся одновременно в зоне считывания. Примерами являются приложения для обслуживания багажа авиапассажиров,
доставки почты, продажи одежды и розничной торговли в крупных магазинах, обслуживание читателей библиотек и т.д.
При работе RFID-системы, состоящей из управляющего компьютера, считывателя и группы транспондеров, различают две основные формы коммуникации. Первая форма используется для передачи данных от считывателя к транспондерам. Этот поток передаваемых данных применяется всеми транспондерами одновременно. Данный процесс аналогичен одновременному приему многими радиоприемниками информационной программы, транслируемой радиостанцией. Поэтому этот тип коммуникации называют общим транслированием. Вторая форма коммуникации включает поочередную передачу данных считывателю группой транспондеров, находящихся в зоне опроса этого считывателя. Эту форму коммуникации называют мультидоступом.
Чтобы считыватель RFID-системы мог взаимодействовать одновременно со многими транспондерами, принимая от них неискаженную информацию, считыватель и транспондеры должны быть спроектированы таким образом, чтобы распознавать и устранять ситуацию, когда несколько транспондеров одновременно передают свои данные. В противном случае модулированные сигналы этих транспондеров одновременно появятся на входе считывателя и произведет их взаимное искажение. Это явление называется коллизией. При коллизии данных на входе считывателя последний не получит от транспондеров никакой достоверной информации [16].
1.5.1 Патент на изобретение РФ № 2429534.
Изобретение относится к области радиотехники и автоматизированных систем управления и может быть использовано в автоматизированных системах управления движением материальных потоков, например, при сборочном производстве и распределении.
Недостатком такой системы является возникновение ошибок считывания метки (коллизий) в том случае, когда в зоне действия транспондера находится несколько материальных объектов потока, оснащенных радиочастотными метками. Этот недостаток затрудняет получение информации об объектах материального потока, расположенных в компактных объемах пространства, например, консолидированных в общей упаковке.
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является иерархическая система радиочастотной идентификации, содержащая дочерние метки с идентификаторами, вход и выход которых подключены по радиоканалу к первому входу и выходу пишущего транспондера, последовательно соединенные по входу и выходу хранилище данных и интерфейс ввода-вывода, вторые вход и выход которого соединены со вторыми входом и выходом пишущего транспондера, родительскую метку с идентификатором и счетчиком, вход и выход которых подключены по радиоканалу к третьему выходу и третьему входу пишущего транспондера соответственно, которая и выбрана в качестве прототипа [17].
Система-прототип работает следующим образом. Пишущий транспондер последовательно читает идентификатор родительской метки верхнего уровня иерархии, прибавляет к нему идентификационный номер 1 в специально зарезервированных разрядах и записывает его как идентификационный номер в дочернюю метку. Затем обращается к родительской метке и записывает единицу в счетчик (регистр числа). По окончании записи процедура повторяется для следующей дочерней метки, но теперь в отведенных для идентификации разрядах дочерней метки записывается число 2, а в родительской метке в счетчик вместо 1 записывается 2. По окончании процедуры перебора дочерних меток формируется иерархическая структура первого уровня, в которой в родительской метке записан основной идентификатор и число дочерних меток, а в каждой дочерней метке записан основной идентификатор и порядковый номер этой метки в уровне иерархии.
Система позволяет строить многоуровневую иерархию учета с соответствующим отражением ее в структуре хранилища данных.
Недостатком системы-прототипа также является возникновение коллизий в случае нахождения в зоне действия пишущего транспондера одновременно родительской и дочерних меток. Указанный недостаток не позволяет размещать родительскую метку вместе с объектами материального потока, отмеченными дочерними радиочастотными метками, например, в консолидирующей радиопрозрачной таре. Метка должна храниться отдельно либо извлекаться из общей упаковки перед считыванием, что затрудняет процесс автоматизации управления движением материального потока.
Целью предлагаемого изобретения является устранение коллизий чтения родительских радиочастотных меток при нахождении их в зоне действия пишущего транспондера вместе с дочерними метками.
Указанная цель достигается за счет того, что в иерархическую систему радиочастотной идентификации, содержащую родительскую метку с регистром идентификации и регистром счета, дочерние метки с регистрами идентификации, последовательно соединяемые по входу и выходу радиоканалом первой частоты с первым выходом и первым входом первого пишущего транспондера, последовательно соединенные по входу и выходу хранилище данных и интерфейс ввода-вывода, дополнительно введены буфер данных и второй пишущий транспондер, настроенный на вторую частоту [17].
1.5.2 Формула изобретения.
Иерархическая система радиочастотной идентификации, содержащая родительскую метку с регистром идентификации и регистром счета, дочерние метки с регистрами идентификации, соединенные по входу и выходу радиоканалом первой частоты с первым выходом и первым входом первого пишущего транспондера, последовательно соединенные по входу и выходу
хранилище данных и интерфейс ввода-вывода, отличающаяся тем, что в нее дополнительно включены буфер данных, первый вход и выход которого подключен ко второму выходу и второму входу первого пишущего транспондера, и второй пишущий транспондер, первый вход и выход которого соединены с первым выходом и первым входом родительской метки радиоканалом второй частоты, второй вход и второй выход соединены соответственно со вторым выходом и вторым входом буфера данных, а третий вход и третий выход соединены соответственно со вторым выходом и вторым входом интерфейса ввода-вывода [17].
1.6 Достоинства и недостатки RFID-технологии для сортировки товара на складе
Перемещение материальных потоков в логистической цепи невозможно без концентрации в определенных местах необходимых запасов, для хранения которых предназначены соответствующие склады. Движение через склад связано с затратами живого и овеществленного труда, что увеличивает стоимость товара. В связи с этим проблемы, связанные с функционированием складов, оказывают значительное влияние на рационализацию движения материальных потоков в логистической цепи; использование транспортных средств и издержек обращения.
Современный крупный склад — это сложное техническое сооружение, которое состоит из многочисленных взаимосвязанных элементов, имеет определенную структуру и выполняет ряд функций по преобразованию материальных потоков, а также накапливанию, переработке и распределению грузов между потребителями. При этом возможное многообразие параметров, технологических и объемно-планировочных решений, конструкций оборудования и характеристик разнообразной номенклатуры грузов, перерабатываемых на складах, относит склады к сложным системам. В то же время склад сам является всего лишь элементом системы более высокого уровня — логистической цепи, которая и формирует основные и технические требования к складской системе, устанавливает цели и критерии её оптимального функционирования, диктует условия переработки груза.
Поэтому склад должен рассматриваться не изолированно, а как интегрированная составная часть логистической цепи. Только такой подход позволит обеспечить успешное выполнение основных функций склада и достижение высокого уровня рентабельности.
При этом необходимо иметь в виду, что в каждом отдельно взятом случае, для конкретного склада, параметры складской системы значительно отличаются друг от друга, так же как ее элементы и сама структура, основанная на взаимосвязи этих элементов. При создании складской системы всегда нужно руководствоваться следующим основным принципом: лишь индивидуальное решение с учетом всех влияющих факторов может сделать ее рентабельной. Предпосылкой этого является четкое определение функциональных задач и основательный анализ переработки груза как внутри, так и вне склада. Разброс гибких возможностей необходимо ограничить благоразумными практически выгодными показателями [18].
Идентификация контейнеров и других групповых грузов является актуальной для их диспетчеризации в процессе транспортировки. Радиочастотная идентификация позволяет в значительной мере упростить и автоматизировать процесс управления грузоперевозками.
Требования, предъявляемые для систем идентификации грузов множество. Это и значительная дальность считывания идентификаторов, обеспечение антиколлизии, работа меток на металлических поверхностях. Кроме того, с точки зрения организации технологического процесса целесообразно использовать метки с возможностью перезаписи информации для того, чтобы в идентификаторе груза можно было оперативно отображать определенные состояния техпроцесса.
Для решения данной задачи целесообразно использовать пассивные системы диапазона 800-900 МГц с метками специальной конструкции. Для работы с грузами могут использоваться как стационарные считыватели, с дальностью работы до 4…5 метров, так и ручные сканеры, например, на базе КПК. Такие считыватели имеют дальность считывания до 30…50 сантиметров, и при наличии связи с сетью (например, с использованием беспроводных технологий типа Wi-Fi) обеспечивают «онлайновую» работу системы в целом [19].
1.6.1 Достоинства RFID-технологии для сортировки товара.
Использование RFID-технологии на складе получают следующие преимущества:
– возможность сквозного просмотра технологической истории в разрезе партий выпускаемой продукции;
– возможность автоматического составления паспорта партии продукции, начиная от того, из какого сырья изготовлялся товар, до того, кто и в какое время осуществлял обработку полуфабрикатов на промежуточных технологических операциях и вплоть до объемов потребленных энергоресурсов на производство данной партии и чистого рабочего времени. Причем этот паспорт можно хранить как в базе данных предприятия, так и в самой метке;
– фиксация, помимо номинального, реального веса партии. Особенно это важно при работе с фасованными товарами, когда одна упаковка имеет определенный вес с допусками по точности. Например, если в машину загрузить 200 мешков с номинальным весом 50 кг и точностью дозирования +/- 1 кг, то при взвешивании, возможно, 4 мешка окажутся “лишними”, хотя система весового контроля об этом не узнает. Применение транспондеров
позволяет точно знать вес каждого мешка партии (записывается в метку) и их количество, которое считывается при проходе транспорта мимо антенны считывателя. В результате оператор весовой знает точный фактический вес отгруженного материала, который он и проверяет с помощью весов, а система планирования производства получает номинальный вес произведенного продукта – 10 тонн или 200 мешков в зависимости от принятой системы учета;
– автоматическую работу (без участия человека) системы учета перемещения материалов, которая не требует дополнительного времени на ввод данных. К примеру, считывание штрих-кода занимает от 1 до 2 секунд при строго определенной ориентации товара;
– относительно невысокую стоимость системы по сравнению с торговыми предприятиями, где метка “уходит” вместе с покупателем товара. Для промышленного предприятия необходимо маркировать только небольшой объем оборотной тары и транспортных устройств;
– возможность построения системы управления транспортом на территории предприятия при использовании активных RFID-меток для маркировки погрузчиков, машин и прочей техники, их местонахождение всегда будет известно системе;
– просмотр состояния незавершенного производства и перечень материалов, хранящихся на промежуточных технологических складах, практически, в режиме реального времени [3]. Использование RFID-технологии на складе позволяет: – сократить количество ручного труда, требуемого при приемке и отгрузке товара; – автоматизировать процессы размещения новых заказов; – поддерживать товарные запасы на необходимом уровне; – лучше контролировать местонахождение товара; – сократить время проведения инвентаризации; – быстро находить нужный товар; – автоматически составлять необходимую документацию; – сократить время пребывания товара на складе; – позволит справляться с пиковыми нагрузками без потери качества работы и увеличения количества ошибок [20].
1.6.2 Проблемы коллизий при распознавании объектов.
Надежность связи и быстродействие в системе RFID тесно связаны с антиколлизионными алгоритмами. Так же, для построения надёжной RFID-системы следует учитывать ряд ограничений на её технические параметры. Основными техническими характеристиками систем RFID являются дальность, быстродействие, надежность связи и электромагнитная совместимость.
Поскольку метка является простым носителем идентификационного номера, появляется задача точного чтения этого номера. Если в рабочей зоне считывателя находится единственная метка, не требуется никаких команд.
При достаточной энергетике метка просто передает свои содержащиеся в ней данные. Однако если в рабочей зоне считывателя находится множество меток, отвечающих одновременно, их сигналы интерферируют. Такое наложение сигналов в нашем случае называется коллизией, а результаты считывания чаще всего оказываются потерянными. Для избежания коллизий система RFID требует формирования команд, основанных на некоторых протоколах. Такие протоколы обычно называют антиколлизионными протоколами или алгоритмами [3]. Например, если на складе необходимо прочитать все метки в упаковке с товаром. В подобных ситуациях не обойтись без механизма антиколлизии, который обеспечивает выборочную поочередную работу с несколькими идентификаторами, одновременно находящимися в поле считывателя. Без такого механизма сигналы идентификаторов наложились бы друг на друга. В процессе антиколлизии считыватель определяет все идентификаторы по их уникальным серийным номерам, а затем поочередно обрабатывает [19].
Для того чтобы выбрать необходимый антиколлизионный протокол и команды, следует рассмотреть системные ограничения. Особое внимание следует обратить на надежность коммуникации (связи) и ширину спектра, а также на технические параметры чипа метки, которые непосредственно влияют на потребляемую мощность и стоимость. В первую очередь необходимо сужать ширину спектра, повышать надежность связи и минимизировать требования к чипу метки [3].
1.7 Цели и задачи дипломной работы
Целью выпускной работы является создания системы контроля товара на складе с использованием RFID-технологии, являющейся на сегодняшний день эффективным, обладающая высокой скоростью считывания информации, безопасная и удобна в использовании.
Таким образом, для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
– разработка использования RFID-технологии для контроля товара;
– расчет необходимых параметров поля;
– разработка модели программы алгоритма антиколлизий;
– выбор соответствующего оборудования для складских помещений;
– исследование безопасности жизнедеятельности поле внедрения RFID-технологии;
– исследование экономического влияния поле внедрения RFID-технологии.