Технология радиочастотной идентификации RFID на базе WMS

В классическом варианте технология RFID предполагает маркировку всех элементов склада радиочастотными метками, то есть маркируются все товары, а также ячейки стеллажей, зоны склада. Сигналы меток считываются автоматически или в ручном режиме дистанционно, при этом не требуется физический контакт метки и считывающего устройства (стационарная антенна, мобильный терминал сбора данных).

Основная цель применения классической RFID технологии – обеспечить в режиме реального времени бесконтактный, точный сбор и обработку данных по движению товара.

Сегодня RFID-технология пока не получила широкого распространения в Беларуси. Основной причиной, тормозящей ее развитие, является стоимость владения. Цена необходимой для RFID техники сопоставима с ценой техники, применяемой в традиционной WMS, однако стоимость расходных материалов, а именно RFID-меток, остается несравнимо выше. К примеру, определяя стоимость этикеток штрих-кода, следует знать, что цена одной метки колеблется в пределах 0,5–10 долл.

Маркировка стеллажей, техники и зон представляет собой не слишком затратный элемент RFID-технологии, так как большая часть указанных складских составляющих статична и не требует частой замены меток. Однако введение маркировки товара означает существенное увеличение стоимости проведения складских бизнес-процессов, которое особенно значительно при определении затрат на высокооборачиваемых складах. Таким образом, общая стоимость применения RFID-технологии на складе не всегда оказывается оправданной. Поэтому даже на складах, где, исходя из поставленных задач, предпочтительнее использовать RFID-технологию, ее использование не всегда экономически оправданно.

Усеченная технология RFID предполагает комбинацию технологий штрихового кодирования и RFID, при которой привычными этикетками штрихкода маркируется штучный товар, а RFID-метками – только крупногабаритные товары, паллеты, ячейки стеллажей и зоны.

Цель применения такой комбинации – исключить вероятность появления ошибок при размещении и подборе товара за счет автоматического контроля за правильностью выполнения этих операций.

Технологическое решение

Попадая на склад, товар принимается и маркируется обычным способом. Вместе с тем при формировании паллеты к радиочастотной метке паллеты присоединяется информация о том товаре, который на нее помещен.

После того как паллета окончательно сформирована, система создает для водителя штабелера задание на перемещение паллеты в зону постоянного хранения. На вилах погрузчика установлен считыватель RFID-меток, который позволяет гарантированно идентифицировать грузы на расстоянии до трех метров. В тот момент, когда штабелер подхватывает паллету, происходит автоматическое считывание РЧ-метки паллеты и на экране мобильного терминала высвечивается номер паллеты и адрес ее месторасположения. Затем водитель штабелера подтверждает, что принял паллету, и перемещает ее в зону постоянного хранения.

В качестве считывателя можно использовать мобильный считыватель Symbol RD5000.

Считыватель RD5000 построен на базе центрального процессора PXA270 с тактовой частотой 624 МГц, оснащен оперативной памятью SDRAM и поддерживает работу с Flash-памятью. Автономное питание устройства обеспечивает работу контроллеров беспроводной связи Wi-Fi и Bluetooth. На погрузчике такое устройство может работать совместно с другой разработкой Symbol – компьютером VC5090. В таком случае сокращается время, затрачиваемое на обработку сигналов перемещенных товаров.

В момент размещения паллеты в конечную ячейку хранения происходит автоматическое считывание РЧ-метки ячейки. Затем на экране терминала появляется номер ячейки, в которую помещена паллета. Если она заняла правильное положение, то на экране терминала высветится номер ячейки расположения, и ее помещение подтверждается водителем штабелера, а задание по перемещению паллеты получает статус «Выполнено». Если же штабелер попытается поместить паллету в другую ячейку (не ту, которая указана системой), то терминал издаст звуковой сигнал ошибки и не позволит подтвердить помещение и завершить выполнение задания.

В качестве мобильного терминала, закрепленного на погрузчике, предлагается использовать терминал Symbol VC5090.

В момент подбора считывание РЧ-меток происходит в обратном порядке: сначала считывается РЧ-метка ячейки, из которой перемещается паллета, затем РЧ-метка паллеты для проверки правильности подбора, затем при перемещении паллеты в зону ПРР или другую ячейку хранения считывается РЧ-метка нового места помещения. Кладовщик, производящий отгрузку товара в зоне ПРР, считывает РЧ-метку паллеты и проверяет соответствие по количеству товара.

В случае повреждения меток и невозможности считывания предусмотрен режим ручного ввода всей необходимой информации с использованием привычной технологии штрихового кодирования.

Использование технологии позволяет производить следующие действия:

• увеличить скорость размещения товара – водителю штабелера не надо покидать кабину погрузчика для того, чтобы считать штрихкод ячейки размещения или подбора;

• увеличить скорость подбора и отгрузки за счет исключения операций по считыванию штрих-кода в момент подбора и отгрузки паллет;

• исключить возможность непреднамеренных ошибок размещения и подбора – система не позволит завершить задание при неправильном размещении или подборе.

• использовать персонал без предъявления серьезных требований к знанию WMS системы – от водителя штабелера требуется только подтверждать выполнение операции.

Что представляет собой технология RFID

Для более полного понимания технологии RFID следует рассмотреть общую структуру технологии и основные ее элементы: РЧ-метки, считыватели. Кроме того, необходимо сравнить RFID с технологией штрихового кодирования.

RFID – это технология автоматического ввода данных, состоящая из компактных радиометок – носителей информации и стационарных или мобильных считывателей. Метки прикреп­ляются к идентифицируемым объектам или встраиваются в них. Считыватели могут устанав­ливаться в местах, где производится ввод данных, или применяться в качестве мобильных устройств. Технология RFID используется для маркировки, идентификации и отслеживания товаров в процессе их движения от производителя по цепочке поставок в руки покупателя или потребителя.

Классификация RFID-меток

Существует несколько способов систематизации RFID-меток и систем, например: по рабочей частоте, по источнику питания меток, по типу памяти меток.

При систематизации по источнику питания RFID-метки разделяются на три типа: активные, пассивные и полупассивные.

1. Активные RFID-метки обладают собственным источником питания и не зависят от энергии считывателя, поэтому они имеют большие размеры и могут быть прочитаны на дальнем расстоянии, а также оснащены дополнительной электроникой. Однако у батареи ограничен срок работы, и такие метки являются наиболее дорогими.

Активные метки в большинстве случаев являются наиболее надежными, так как содержат меньшее количество ошибок, чем пассивные, благодаря установлению канала (session) между меткой и устройством считывания. Активные метки, обладая собственным источником питания, также могут генерировать выходной сигнал большего уровня, чем пассивные, позволяя применять их в более агрессивных для радиочастотного сигнала средах типа воды, металлов (корабельные контейнеры, автомобили), либо в воздухе на больших расстояниях. Большинство активных меток позволяют передать сигнал на расстояния в сотни метров при жизни батареи питания до 10 лет.

Некоторые RFID-метки имеют встроенные сенсоры, например, для мониторинга температуры скоропортящихся товаров или для измерения готовности бетона. Другие типы сенсоров в совокупности с активной RFID-технологией могут применяться для измерения сырости, регистрации толчков и/или вибрации, света, радиации, температуры и газов, например этилена, в атмосфере. Активные метки обычно имеют гораздо больший радиус считывания (около 100 м) и объем памяти, чем пассивные, и могут хранить больший объем информации для отправки приемопередатчиком. В настоящее время активные метки имеют размеры обычной пилюли.

2. Пассивные RFID-метки не содержат источника энергии. Электрический ток, индуцированный в антенне электромагнитным сигналом от считывателя, обеспечивает достаточную мощность для функционирования помещенного в метке кремниевого CMOS-чипа, который может передать и ответный сигнал. Такие пассивные RFID-метки могут иметь микроскопические размеры: коммерческие решения низкочастотных RFID-меток могут быть встроены в наклейку или имплантированы под кожу.

Некремниевые метки изготавливаются из полимерных полупроводников. В настоящее время глобально разрабатываются несколькими компаниями. Метки, изготавливаемые в простых лабораторных условиях и работающие на частотах 13.56 МГц, были продемонстрированы в 2005 году PolyIC (Германия) и Philips (Голландия). В условиях коммерциализации, полимерные метки будут изготавливаться методом прокатной печати (технология напоминает печать журналов и газет) и могут стать менее дорогими, чем метки на основе ИС. Возможно, спустя несколько лет для большинства сфер применения метки будут печататься так же просто, как штрихкод, и станут фактически бесплатными.

Пассивные метки СВЧ-диапазона (800–900 МГц и 2,4 ГГц) передают сигнал путем модулирования отраженного сигнала несущей частоты от считывателя. Антенна считывателя должна и принимать отраженный сигнал и излучать сигнал несущей частоты. Пассивные метки ВЧ-диапазона передают сигнал путем модулирования нагрузки сигнала несущей частоты от считывателя (нагрузочная модуляция – load modulation).

Каждая метка имеет идентификационный номер. Пассивные метки могут иметь перезаписываемую энергонезависимую память EEPROM-типа.

Пассивные метки могут работать на расстояниях от 1–200 см (ВЧ-метки) до 8 м (СВЧ-метки).

3. Полупассивные или полуактивные RFID-метки очень похожи на пассивные метки, но имеют батарею, от которой RFID-чип работает после получения сигнала от считывателя. Поскольку их энергия зависит не только от считывателя, они могут иметь лучшие характеристики, и их можно прочитать на большем расстоянии.

Систематизация устройств по типу используемой памяти включает следующие типы:

• RO (Read Only). Данные записываются только один раз, сразу при изготовлении. Такие метки пригодны только для идентификации. Новую информацию в них внести невозможно и подделать их нельзя;

• WORM (Write Once Read Many). Кроме уникального идентификатора такие метки содержат блок однократно записываемой памяти, информацию которой в дальнейшем можно многократно прочитывать.

• RW (Read and Write). Такие метки содержат идентификатор и блок памяти для чтения/записи информации. Перезапись данных, содержащихся в них, может производиться многократно.

Стандарт меток EPC Gen2

EPCGen2 – сокращение название от EPCglobalUHFClass 1 Generation 2.

EPCglobal – совместное предприятие GS1 и GS1 US – работает по международным стандартам в области использования RFID и EPC, и его цель – создать возможность идентификации любого объекта в каналах поставок компаний всего мира.

Метки Gen2 выпускаются как с номером, указанным производителем, так и без него. Записанный производителем товара номер можно заблокировать так же, как и изначально встроенный. Современные метки стандарта Gen2 используют эффективный антиколлизионный механизм, основанный на развитой технологии «слотов» – многосессионном управлении состоянием меток во время «инвентаризации», то есть считывании меток в зоне регистрации. Данный механизм позволяет увеличить скорость считывания-инвентаризации меток до 1 500 меток/сек (запись – до 16 меток/сек) при использовании промышленных портальных считывателей. Кроме того, метки Gen2 позволяют эффективно использовать в перекрывающихся и близких зонах несколько считывателей одновременно за счет раз­несения друг от друга частотных каналов как считывателей, так и меток (отвечает на иной частоте по отношению к частоте опроса считывателем). Метки Gen2 обладают возможностью установки 32‑битного accsess-пароля. Кроме того, для каждой метки возможна установка kill-пароля, после введения которого метка навсегда прекратит обмен информацией со считывателями.

Считыватели

Данные приборы читают информацию с меток, а также записывают в них данные. Такие устройства могут работать как при постоянном подключении к учетной системе, так и автономно.

Существуют следующие виды считывателей:

1. Стационарные считыватели.

Данные устройства 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, стационарные считыватели, как правило, имеют большую зону чтения и мощность и способны одновременно обрабатывать данные, полученные 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.

2. Переносные считыватели.

Данные устройства имеют сравнительно меньшую дальность действия и часто не имеют постоянной связи с программой контроля и учета. Мобильные считыватели обладают внутренней памятью, 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 – это, например, информация о произведенном контроле. Дистанция устойчивого считывания и записи данных в них определяется в зависимости от частотного диапазона метки.