Применение технологий RFID для автоматизации склада

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 11

1.4    Применение RFID-системы 15

ГЛАВА 2.  Использование RFID на практике 17

2.1. RFID на складе 17

2.2 Сравнение технологии штрих-кодирования  и технологии радиочастотной  идентификации………………………………………………………………..…19

2.3. Применение RFID Wal-Mart Stores Inc. и Tesco PLC……………..…….22

2.4. RFID в России 25

ГЛАВА 3. Экономическое преимущество от промышленного применения автоматизации с системой RFID на примере предприятия "Хедиард" (пример расчета в евро)……………………………………………………………...……27

Заключение 33

Список  литературы 34

Введение

Технологии  штрихового кодирования - это  направление  в развитии науки и техники, которое  по уровню решаемых научных и прикладных задач и масштабам использования  относится к базовым технологиям  ХХI века.

Использование и развитие данной  технологий в  России, прежде всего, связано с управлением  хозяйственной деятельностью предприятия.

В современном  мире при постоянном росте транспортных и грузовых потоков, огромном увеличении количества товарных позиций ,вопросы складской и транспортной логистики играют всю большую роль. Наиболее распространенной технологией автоматической идентификации, используемой для решения складских задач, является штрих-кодирование. Эта система привлекает своей дешевизной , но на данный момент времени эта технология себя уже почти изжила. На рынке услуг по автоматизации складской деятельности появилась новая система радиочастотных меток – RFID система ,которая стала очень популярна в связи с увеличением материальных потоков. Любой товар в процессе производства или складской обработки  можно снабдить  радиочастотной меткой RFID. Это современная технология идентификации ,предоставляющая существенно больше возможностей по сравнению с традиционной системой штрих-кодирования.

Рассмотрение  данной темы курсовой работы является актуальным вопросом как для рассматриваемого предприятия, так и для многих других предприятий отечественной  экономики, так как рассматривает  современные системы оптимизации  работы складского хозяйства .

Целью данной работы является изучение теоретических  и практических аспектов экономической  эффективности использования технологии радиочастотного  кодирования.

Для достижения поставленных целей нужно решить следующие задачи:

изучить основные понятия радиочастотного  кодирования;

изучить теоретические основы использования  технологии радиочастотного кодирования;  

рассчитать  экономическую эффективность проекта.

Объектом  исследования является «Хедиард»

При написании  работы использованы  труды российских и зарубежных специалистов, учебно - методическая литература, периодические источники.

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.

2. 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 RFID.  

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 меток, 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 меток, срок службы батарейки одной метки 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 меткой в поле считывания антенны-сканера, либо ручной сканер в поле действия метки. 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". Наличие системы GPS на предприятии делает возможным отслеживание местоположение грузов по всему миру и передавать эту информацию через радиосвязь в главный, 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. Система LPS, используя паллеты и контейнеры с активными радиотагами большой дальности считывания, решает задачи обнаружения на уровне паллет в общей цепи логистики и дистрибуции. В совокупности с недорогими пассивными RFID-метками установленными на товаре, помогают отслеживать процесс производства, упаковки и транспортировки товара на всей протяженности логистической цепочки.

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 продукции из магазина, библиотеки и других торговых точек .

В магазинах на товар прикрепляется специальный радиочастотный 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. В целях  экономии места на POS-узлах некоторые  производители интегрируют деактиваторы со сканерами обычных штрих-кодов.

Самой популярной функцией 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.

3. Преимущества и недостатки RFID

Технология RFID 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 складской хозяйстве высоко ценится возможность быстро и своевременно определить, наличие и месторасположение товара . В отличии от штрих- кодов ,RFID дает возможность автоматической идентификации предметов, не размещая предмет рядом со считывателем. Технология  RFID 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 антиколлизий позволяет определять точное количество меток, которые в текущий момент времени находятся 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 с функцией 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 .

4. Применение RFID-системы

RFID используется во всех областях  автоматического получения данных; эта технология позволяет осуществлять  бесконтактную идентификацию объектов  с использованием радиочастоты . 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, считыватель 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 товарооборота, 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;
• экспресс доставка посылок;
• обработка и доставка багажа на авиалиниях;
• автомобильные охранные системы;
• 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.¹

В RFID системе каждая единица товара или тары, например ящик, коробка, поддон, при поступлении на склад проходят через ворота со 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 вариациях.

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.

Эффективное управление складом требует решения следующих задач:

• автоматический сбор информации в масштабе реального времени о поступлении и реализации товаров;
• исключение потерь информации за счет использования единой системы учета и контроля;
• возможность быстрого поиска товаров;
• сокращение времени на все логистические операции.

Использование RFID системы позволяет достичь следующих результатов:

• уменьшить затраты труда, исключить ошибки персонала, автоматизировать значительную часть работы;
• усовершенствовать обработку информации за счет исключения ручного ввода и связанных с этим ошибок;
• снизить издержки и потери времени от поиска товаров и сборки заказов;
• быстро и точно проводить инвентаризации;
• исключить неправильные отгрузки.

2.2 Сравнение технологии  штрих-кодирования и технологии радиочастотной идентификации.

Произведем  сравнение технологии штрих-кодирования и технологии радиочастотной идентификации на примере стандартных складских операций.

1. Приём товара.

Итак, система RFID подразумевает использование  так называемых умных этикеток, которые  представляют из себя самоклеящиеся этикетки, предназначенные для последующей печати на них. Внутри этикетка содержит специальный чип с возможностью записи информации (однократной или многократной). По скорости маркировки эти этикетки ничем не отличаются от этикеток со штрих-кодами, поэтому на данном этапе обе эти технологии равнозначны.

Однако в  момент поступления товара на склад  становятся явно видны различия, поскольку главнейшим преимуществом RFID является тот факт, что для считывания информации с чипа вовсе не требуется непосредственный контакт с этикеткой. Между считывателем и радиометкой может быть достаточно большое расстояние, и даже несмотря на это процесс считывания информации произойдёт незамедлительно и с высокой точностью. Кроме того, в данной системе считыватель может «видеть» и регистрировать достаточно большое количество этикеток сразу.

Предположим такую ситуацию, когда на складе требуется проверка товара согласно существующим документам. При использовании  системы штрихкодирования для составления  описи имеющегося товара потребовалось  бы вести наполовину или полностью  ручной учёт недостающих мест для  груза. Это значит, что паллеты  с грузом должны быть расформированы, а штрих-коды с каждой коробки отсканированы вручную.