Применение технологии RFID для автоматизации складской деятельности

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ

РОССИЙСКОЙ  ФЕДЕРАЦИИ 

ФАКУЛЬТЕТ МАРКЕТИНГА 

Кафедра логистики 
 
 

Курсовая работа

    на  тему: «Применение технологии RFID для автоматизации складской деятельности» 
     
     

                                                                                                         
 

                                         

 
 
 

Москва  2010 

Оглавление

Введение 3

ГЛАВА 1.  Радиочастотная идентификация 4

1.1. Понятие RFID 4

1.2. Системы обнаружения RTLS и EAS 8

1.3. Преимущества и недостатки FRID 12

1.4    Применение RFID-системы 16

ГЛАВА 2.  Использование RFID на практике 18

2.1. RFID на складе 18

2.2. Применение RFID Wal-Mart Stores Inc. и Tesco PLC 21

2.3. RFID в России 24

Заключение 27

Список  литературы 29 

 

Введение

К решению  задачи автоматизации складского хозяйства  разные предприятия приходят по-разному, однако у каждого из них есть проблемы в работе склада, которые становятся в определенный момент весьма критичными. Руководство не может своевременно получить нужную информацию, работа персонала  выходит из-под контроля, товар  «загадочно исчезает», при этом не выходя за ворота склада. Таких сложностей у каждого предприятия может быть множество, и все вместе они приводят к значительным совокупным потерям компании, вынуждая ее руководство задуматься о путях их преодоления. Одним из них становится внедрение автоматизированной системы управления складом.

В современном  мире при постоянном росте транспортных и грузовых потоков, огромном увеличении  количества товарных позиций, вопросы  транспортной и складской логистики  играют всю большую роль. Наиболее распространенной и технологией автоматической идентификации, используемой в задачах складской автоматизации и логистике, является штрих-кодирование. Это обусловлено в первую очередь, стоимостью внедрения системы штрих- кодирования на складе. Именно дешевизна штрих-кодовых этикеток по сравнению с радиочастотными метками (RFID) определяет высокую популярность этой технологии на сегодняшний день. Но

с ростом потоков, эта технология уже не так  популярна. В связи с этим в  последнее время во всем мире все  больший интерес проявляется  к новой технологии радиочастотной идентификации товаров (RFID). Любой товар в процессе производства или складской обработки можно снабдить радиочастотной меткой RFID. RFID – это современная технология идентификации, предоставляющая существенно больше возможностей по сравнению с традиционными системами маркировки.

 

ГЛАВА 1.  Радиочастотная идентификация

    1.   Понятие RFID

Радиочастотная идентификация или RFID - это технология автоматического ввода данных, что делает возможным быстрое бесконтактное считывание информации с небольших радио-меток на расстоянии и при отсутствии прямой видимости с помощью стационарных и мобильных считывателей.

    Радиочастотная  идентификация (RDIF) используется, чтобы идентифицировать, проследить, рассортировать и обнаружить неограниченное количество предметов, включая людей, транспортные средства, одежду, контейнеры, транспортную тару и поддоны. Она может быть использована в таких приложениях, как контроль доступа, идентификация транспортного средства, контроль материально-производственных запасов, автоматизация производства, контроль за перемещением потоков грузов и транспорта, автоматизация складской обработки, автоматизация загрузки-разгрузки. RFID основывается на радио частоте и является бесконтактной технологией, не требующей ни контакта со считывателем, ни прямой видимости считывателя (как в технологии штрих-кодов). Вот почему RFID снимает проблемы, связанные с «контактными» и «находящимися в зоне видимости» технологиями. Например, хорошее считывание гарантировано в жару, дождь, холод (-30С), при загрязнении жиром или коррозийными химическими веществами.

Стандартная RFID система состоит из:

  • Метки (tag) – устройства, способные хранить и передавать данные. В памяти меток содержится их уникальный идентификационный код. Некоторые метки имеют перезаписываемую память.
  • Считыватели (reader) – 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.
  • Учетная система – программное обеспечение, которое накапливает и анализирует полученную с меток информацию и связывает все элементы в единую систему. Большинство современных учетных систем (программы 1С, корпоративные информационные системы – MS Axapta, R3Com) уже совместимы с RFID-технологией и не требуют специальной доработки.

Идентификация объектов производится по уникальному  цифровому коду, считываемому из памяти электронной метки, прикрепляемой  к объекту идентификации. Считыватель  содержит в своем составе передатчик и антенну, посредством которых излучается электромагнитное поле определенной частоты. Попавшие в зону действия считывающего поля радиочастотные метки "отвечают" собственным сигналом, содержащим информацию (идентификационный номер товара, пользовательские данные и т.д.). Сигнал улавливается антенной считывателя, информация расшифровывается и передается в компьютер для обработки.

Метки бывают:

По  типу питания:

  1. Активные – используют для передачи данных энергию встроенного элемента питания (зона чтения до 100 метров).
  2. Пассивные – используют энергию, излучаемую считывателем (дальность до 8 метров). Пассивные метки меньше и легче активных, менее дороги, имеют фактически неограниченный срок службы.

По  видам памяти:

  1. "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.
  2. "WORM” (Write Once Read Many) – кроме уникального идентификатора такие метки содержат блок однократно записываемой памяти, которую в дальнейшем можно многократно читать.
  3. "RW" (Read and Write) – такие метки содержат идентификатор и блок памяти для чтения/записи информации. Данные в них могут быть перезаписаны большое число раз.

По  исполнению (определяется целями и условиями  использования меток):

  1. Самоклеящиеся бумажные или лавсановые метки;
  2. Стандартные пластиковые карты;
  3. Дисковые метки (в том числе с центральным отверстием для закрепления на палете);
  4. Различные виды брелоков;
  5. Специальное исполнение для жестких условий эксплуатации.

В настоящее  время существует огромное многообразие меток, поэтому подходящее исполнение можно подобрать для любой  задачи, в зависимости от нужд заказчика.

Развитие  технологии RFID-меток тесно связано  с мировым распространением системы  Electronic Product Code (EPC) – единой всемирной системы цифровой маркировки товаров, грузов, производителей. UHF-метки последнего поколения – «Generation 2» (точнее, Class 1 Gen 2), рассчитаны на запись и хранение кодов EPC. Они выпускаются как с «пустым» полем идентификатора, который заполняется при использовании метки (и может быть в дальнейшем защищен от перезаписи), так и неизменным идентификатором, который можно использовать как уникальный, не опасаясь его подделки или дублирования.

    Приборы для считывания данных с меток также бывают нескольких типов. По исполнению считыватели делятся на стационарные и переносные (мобильные). 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  считыватели 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.

Программное обеспечение. Само по себе закрепление меток на объектах учета, будь то книги или товары на складе, не способно решить проблемы учета и отслеживания. Для того, чтобы построенная RFID система эффективно решала свои задачи, она должна быть органично интегрирована с учетной системой. Только в том случае, если учетная программа будет полностью поддерживать функции предоставляемые системой RFID, потребитель сможет получить максимальную прибыль от внедрения.

Интеграцией компонент RFID с учетной системой занимаются компании – разработчики решений (Solution Providers), такие, как Аэро Солюшенз. Профессионально построенная система не потребует переобучения персонала, не вынудит переносить/конвертировать данные, не нарушит привычного ритма работы предприятия. Все преимущества технологии бесконтактной идентификации станут доступны в привычной программной оболочке. Компания Аэро Солюшенз уже осуществила интеграцию RFID с наиболее популярными программами учета и управления предприятием, такими, как Microsoft Navision/Axapta, программами семейства 1С (1С-Адресный склад, 1С-VIP склад, 1С-Предприятие), библиотечными информационными системами ИРБИС, Руслан, Mark - SQL.

    1. Системы обнаружения RTLS и EAS

Проблема  автоматического отслеживания товара на любом этапе его продвижения  от производителя к потребителю  во все времена была достаточно универсальной  и включала в себя такие этапы, как хранение, инвентаризация, перемещение  товара, местонахождение отдельных  позиций и др. При этом товары могут потеряться, быть помещены не в то место, или про них могут  просто забыть. Многие организации описывают процесс инвентаризации складских помещений как процесс перемещения продукта из одной "черной дыры" в другую.

Представьте себе ситуацию, когда вы пытаетесь  обнаружить местоположение одного контейнера из тысячи на огромной территории, где  они все абсолютно похожи. Контейнер может быть маленьким как паллета, либо большим как трейлер. Существующие традиционные технологии в лучшем случае помогут зафиксировать, когда он был получен и куда отправлен, но ни одна их них не сможет дать точную информацию в реальном масштабе времени обо всех его перемещениях и местонахождении, за исключением систем RF1D.  

Для этого  на основе RFID строятся системы обнаружения  реального времени или RTLS (Real Time Locating Systems). Это полностью автоматические системы, которые постоянно отслеживают местоположение предметов и персонала. RTLS состоят из активного радиотага и системы обнаружения тага, выполненной обычно в виде матрицы устройств обнаружения (антенн-сканеров), которые устанавливаются на расстоянии от 15 до 30 метров. Система постоянно обновляет информацию в базе данных с частотой от нескольких секунд, до нескольких часов (для редко перемещаемых объектов). Системы могут одновременно отслеживать тысячи тагов, срок службы батарейки тага превышает 5 лет.

Если  в "традиционной" RFID-системе метки  считываются при прохождении  ими определенных участков структурированного процесса, то RTLS-метки считываются  постоянно, независимо от процесса, который  перемещает эти метки. Для таких не структурированных процессов, считывание может зависеть и от людей, когда они сами располагают предмет с тагом в поле считывания антенны-сканера, либо ручной сканер в поле действия тага. Однако, при малейшей ошибке местоположение предмета может быть не определено.

RTLS имеет две разновидности - GPS (Global Positioning System) и LLS (Local Locating System). Эти технологии вместе с "традиционной" RFID по существу делают доступной для коммерческого применения задачу "тотального отслеживания объектов". Эта концепция сейчас является основополагающей в военной логистике. GPS делает возможным эффективно отслеживать местоположение грузов по миру и передавать эту информацию через радиосвязь в центр, при этом объект с установленной на нем антенной-считывателем, сам определяет свое местоположение, сканируя сигнал от ближайшего радиотага. Однако, этого недостаточно для полного решения проблемы, т.к. необходимо знание местоположения объекта внутри помещения, а не только на пути из одного здания в другое. LPS, используя паллеты и контейнеры с активными радиотагами большой дальности считывания, решает задачи обнаружения на уровне паллет в общей цепи логистики и дистрибуции. И, наконец, недорогие пассивные RFID-метки установленные на товаре, помогают отслеживать процесс производства и упаковки.

EAS-системы (Electronic Article Surveillance) широко применяются в розничной торговле. Эти системы являются частным случаем RFID технологии, когда метка содержит только один бит информации. EAS-технология предполагает идентификацию предметов во время прохождения через зону контроля - специальных ворот. Обычно она используется для предотвращения несанкционированного выноса из магазина, библиотеки и др. Рынок EAS-систем насчитывает более 800 тысяч инсталляций по всему миру.

В магазинах  на товар прикрепляется специальный  радиоактивный таг: маркер-этикетка или пластиковая бирка. Считыватели с антенной (передатчик и приемник) размещаются на выходах POS-узлов, либо на дверях при входе и контролируют вынос неоплаченного товара. При попытке несанкционированного выноса товара во время прохождения мимо антенны система подает сигнал. Элементами EAS-системы в торговле являются также деактиватор, для электронной деактивации маркера у купленного товара и устройство удаления бирки у купленного товара.

Общий принцип работы системы можно  описать следующим образом: передатчик на определенной частоте посылает сигнал приемнику. Так образуется область  защиты. При попадании в эту  область таг создает некоторое нарушение, которое фиксируется приемником. Конкретный способ, которым таг создает прерывание сигнала, и является отличительной чертой той или иной технологии, используемой в разных EAS-системах (см. таблицу 1). Таг в системе является ключевым элементом, т.к. он должен создать уникальный сигнал, который не может повториться ни при каких естественных обстоятельствах во избежания ложной тревоги. Конкретный вид технологии определяет размеры области защиты, способ блокировки сигнала, размер и степень видимости тага, уровень сигнала тревоги, а также процент обнаружения и стоимость. Физика конкретного EAS тага и, как результат, используемая технология определяют частоту, на которой образуется защитная полоса.

В EAS-системах используются пассивные метки: пластиковые  одежные бирки (только для чтения) и модифицируемые этикеточные маркеры. Стоимость пластиковых бирок  лежит в диапазоне .7-.5, а стоимость  маркеров равна .04-.10. В целях экономии места на POS-узлах некоторые производители  интегрируют деактиваторы со сканерами обычных штрих-кодов.

"Горячей  темой" в EAS являются программы  Source Tagging, когда маркер наносится на продукт еще на этапе производства или упаковки, при этом отпадает необходимость маркировки товара в магазине, что значительно экономит время и деньги. Защитный маркер находится под упаковкой, он невидим, что исключает возможность его удаления злоумышленником.   

 

    1. Преимущества  и недостатки FRID

Технология  FRID дает возможность не проводить сбор данных с помощью бумаги и карандаша. Как правило, количество данных, которые необходимо собрать просто несоизмеримо, и соответственно для обработки этой информации требуется огромное количество времени, вот почему самый практичный метод сбора данных – автоматизированный с использованием компьютерных технологий. Автоматический сбор данных систематизирует данные в системе, быстро делая информацию доступной. В производстве высоко ценится возможность быстро и своевременно определить, что рабочий процесс проходит не по графику. В отличии от штрих- кодов FRID дает возможность автоматической идентификации предметов, не размещая предмет рядом со считывателем. Технология  FRID решает эту проблему посредством беспроводной передачи идентификационной информации с предметов на считыватель. Не требуется прямая видимость считывателя.

Преимущества технологии RFID перед штриховым кодированием:

  1. RFID системы работают с любыми группами товаров. Системы  штрихового кодирования могут работать только с ограниченным ассортиментом товаров, и определенной упаковкой. Штриховые коды, как правило, не работают с промышленными товарами, тогда как RFID системы работают абсолютно с любыми группами товаров.
  2. Данные с метки считываются бесконтактным способом. При этом метка не должна находиться в поле зрения ридера и может быть спрятана внутри товара или его упаковки.
  3. 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.
  4. Возможность считывать одновременно несколько меток. Механизм анитиколлизий позволяет определять точное количество меток, которые в текущий момент времени находяться в поле действия антенны.
  5. Расположение метки не имеет особого значения для считывателя. В целях обеспечения автоматического считывания штрихового кода комитетами по стандартам разработаны правила размещения символов штрихового кода на товарной и транспортной упаковке. Для радиочастотных меток эти требования несущественны. Единственное, что требуется для считывания информации с радиочастотной метки, - это ее нахождение в зоне действия сканера RFID.
  6. Данные идентификационной метки могут дополняться. В то время, как данные штрихового кода записываются только один раз (при печати), информация, хранимая радиочастотной меткой, может быть изменена, дополнена или заменена на другую при наличии соответствующих условий. Это положение относится только к меткам Read/Write многократной записи и считывания информации.
  7. На метку можно записать гораздо больше данных. Обычные штриховые коды могут поместить информацию не более 50 байт (знаков), причем для воспроизведения такого символа понадобится площадь размером со стандартный лист формата А4.  
    Радиочастотная метка может легко поместить 1000 байт на микросхеме площадью в 1 кв.см. Не представляет серьезной технической проблемы и размещение информации объемом 10 000 байт.
  8. Данные на метку заносятся значительно быстрее. Для получения штрихового кода обычно требуется напечатать его символ либо непосредственно на материале упаковки, либо на бумажной этикетке. RFID метки могут быть имплантированы в основание паллеты или оригинальной упаковки на весь срок их эксплуатации. Сами данные о содержании упаковки записываются бесконтактным способом не более, чем за 1 секунду.
  9. Данные на метке могут быть засекречены. Как и любое цифровое устройство, RFID метка обладает возможностями, позволяющими закрыть паролем операции записи и считывания данных. Кроме того, информацию можно зашифровать. В одной и той же метке можно одновременно хранить закрытые и открытые данные. Это делает радиочастотную метку идеальным средством, защищающим товары и материальные ценности от подделок и краж.
  10. Радиочастотные метки более долговечны. В тех областях, где один и тот же маркированный объект может использоваться бессчетное количество раз (например, при идентификации паллет или возвратной тары), радиочастотная метка оказывается идеальным средством идентификации, так как может быть использована до 1 000 000 раз.
  11. Метка лучше защищена от воздействия окружающей среды. Радиочастотные метки не требуется размещать на внешней стороне упаковки (объекта). Поэтому они оказываются лучше защищенными в условиях хранения, обработки и транспортировки логистических единиц. В отличие от штрихового кода на них не воздействуют пыль и грязь.
  12. 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.

Недостатки RFID по сравнению со штрих-кодом:

  1. Стоимость радиочастотных меток значительно превышает стоимость этикеток со штриховым кодом на упаковке товаров. В сфере логистики и транспортировки грузов стоимость радиочастотной метки может оказаться совершенно незначительной по сравнению со стоимостью содержимого контейнера. Поэтому крупные супермаркеты могут начать использование RFID с применения радиочастотных меток на упаковочных ящиках, палетах и контейнерах.
  2. Невозможность размещения под металлическими и электропроводными поверхностями. Радиочастотные метки подвержены влиянию металла (электромагнитное поле экранируется токопроводящими поверхностями). Поэтому перед использованием радиочастотных меток в упаковках определенного вида (например, металлических контейнерах) упаковку следует модернизировать. Это положение относится и к некоторым типам упаковки жидких пищевых продуктов, запечатанных фольгой (суть - тонкий лист металла).

 

    1. Применение RFID-системы

RFID используется  во всех областях автоматического  получения данных; эта технология  позволяет осуществлять бесконтактную  идентификацию объектов с использованием  радиочастоты (RF). RFID-системы применяются  в разнообразных случаях, когда  требуется оперативный и точный  контроль, отслеживание и учет  многочисленных перемещений различных  объектов.

Область применения системы  определяется ее частотой:

  • Высокочастотные (850-950 МГц и 2,4-5 ГГц) используются там, где требуются большое расстояние и высокая скорость чтения, например контроль железнодорожных вагонов или автомобилей. Например, считывтель устанавливают на воротах или шлагбаумах, а транспондер закрепляется на ветровом или боковом стекле автомобиля. Большая дальность действия делает возможной безопасную установку ридеров вне пределов досягаемости людей.
  • Промежуточной частоты (10 –15 МГц) - там, где должны быть переданы большие количества данных. Область применения: логистика отслеживания товарооборта, розничная торговля: инвентаризация товаров, учет складских перемещений.
  • Низкочастотные (100-500 КГц) используются там, где допустимо небольшое расстояние между объектом и ридером. Обычное расстояние считывания составляет 0,5 метра, а для меток, встроенных в маленькие “брелки”, дальность чтения, как правило, еще меньше - около 0,1 метра. Область применения: большинство систем управления доступом, бесконтактные карты, управления складами и производством использует низкую частоту.

К основным применениям технологии радиочастотной идентификации относятся:

  • складское материально-техническое обеспечение;
  • логистика и управление цепочками поставок от производителя к потребителю в режиме реального времени;
  • идентификация движущихся объектов в реальном масштабе времени (учет автотранспорта, вагонов в движущихся железнодорожных составах);
  • идентификация автотранспортных средств на стоянках, парковках, автовокзалах;
  • автоматизация сборочных процессов в промышленном производстве;
  • системы контроля доступа в помещения и сооружения;
  • обеспечение пассажиров электронными билетами;
  • экспресс доставка посылок;
  • обработка и доставка багажа на авиалиниях;
  • автомобильные охранные системы;
  • проверка транзакции платежных систем на достоверность;
  • предотвращение подделки различных категорий товаров;
  • маркировка (идентификация) имущества, документов, библиотечных материалов и т.п.

 

ГЛАВА 2. Использование RFID на практике

    1. RFID на складе

Рис.1.Автоматизация  склада на современном уровне.

Источник: http://rfid-logist.ru/ 

В RFID системе  каждая единица товара или тары, например ящик, коробка, поддон, при  поступлении на склад проходят через  ворота с встроенной RFID антенной, при  этом происходит считывание информации с метки и занесение ее в  базу. Если на момент поступления на товарах отсутствуют радиочастотные метки, то они должны быть наклеены.

Другим  возможным вариантом является установка  антенн непосредственно на погрузчики. В метку заносится информация о поставщике, дате и времени поступления, типе товара, количестве, месте расположения и т.п. Таким образом, инвентаризация склада становится возможна абсолютно в любой момент времени. При отгрузке товаров через выездные ворота отмечается время и место отправки груза. Дополнительно могут применяться ручные RFID ридеры, существующие в различных вариантах.

    Экономический эффект от внедрения RFID систем рассчитывается с учетом текущего состояния склада, проблем возникающих при его  работе, предполагаемого снижения издержек, простоев, потерь, повышения пропускной способности, что достигается более  точным планированием с использованием данных, полученных с помощью RFID системы. Конечная цель заключается в гармоничном  функционировании склада, как единого  организма, что невозможно без наличия  полной и точной информации о процессах происходящих на его территории в любой момент времени.

Применение технологии RFID для автоматизации складской деятельности