Najnowsze artykuły
Technologie RFID i EPC | Porównanie technologii RFID i RTLS
220
post-template-default,single,single-post,postid-220,single-format-standard,ajax_fade,page_not_loaded,smooth_scroll,,qode-theme-ver-1.4.1,wpb-js-composer js-comp-ver-4.3.4,vc_responsive

Porównanie technologii RFID i RTLS

Porównanie technologii RFID i RTLS

22:43 21 Luty w Inne, Technologia

Porównanie technologii RFID i RTLS.

Radio Frequency Identification (RFID) jest to technologia oparta na automatycznej identyfikacji towarów za pomocą fal radiowych w oparciu o wiele standardów m. in. EPC (Electronic Product Code). Technologia ta nie odbiega znacząco od sposobu postępowania w przypadku znakowania przy wykorzystaniu kodów kreskowych, pisma (OCR – Optical Character Recognize), czytników biometrycznych. RFID to przede wszystkim rezygnacja z bezpośredniego zbliżania obiektu do czytnika oraz manualnego wprowadzania danych na rzecz bezprzewodowego przesyłu informacji (danych) dzięki modulacji fal elektromagnetycznych.

Identyfikacja towarów przy wykorzystaniu fal elektromagnetycznych jest możliwa dzięki zastosowaniu:

  • punktów dostępu radiowego – access point’y
  • znaczników RFID,programatorów RFID,
  • anteny – bramka RFID oraz infrastruktura (czujniki ruchu, temperatury itp.),
  • stacji radiowych dla łączności wewnętrznej.

Znaczniki RFID, nazywane także transponderami, tagami, lub też (gdy występują w postaci naklejek na towary), Elektronicznymi Kodami Produktów (EPC) występują w dwojakiej formie konstrukcyjnej: aktywnej i pasywnej. Transponderami aktywnymi nazwiemy tagi, które przekazując w postaci radiowej informację dotyczącą towaru korzystają z niezależnego źródła energii (zasilanie sieciowe, bateria), zasięg ich wynosi od kilkudziesięciu do kilkuset metrów i są wykorzystywane w wielu działach gospodarki m. in. w transporcie. Znaczniki pasywne natomiast działają na zasadzie przekazu energii w pierwszej kolejności, a dopiero później informacji drogą radiową.

Należy jednak pamiętać, że terminologia RFID może być nieco myląca, gdyż to nie fala radiowa odgrywa tutaj kluczową rolę, lecz sposób zapisu danych na mikrochipie o pojemności 0,5 kB, fala radiowa odgrywa tu zaledwie rolę inicjatora przesyłu danych z pamięci mikrochipa do czytnika, a następnie do komputera.

Korzyści jakie płyną z zastosowania technologii RFID, w firmach które odważyły się postawić na tą technologię to przede wszystkim:

  • drastyczna redukcja (od 20 do 50 procent) przypadków wyczerpania się zapasów,
  • zmniejszenie ilości czasu niezbędnego do przeliczenia wielkości zapasów o około 80% ,przy jednoczesnym zwiększeniu dokładności tych pomiarów,
  • szybsza obsługa zleceń magazynowych – począwszy od przyjęcia poprzez przesunięcie wewnątrz-magazynowe, a na wydaniu skończywszy,
  • szybka i sprawna identyfikacja pozwalająca zminimalizować błędy pomyłek,
  • stały monitoring wysokowartościowych towarów.

Na zasadniczą niekorzyść systemu wpływają koszty związane z instalacją systemu. Wartość przedsięwzięcia związanego z wdrożeniem systemu RFID szacuje się w granicach począwszy od 100 tys. dolarów dla firm małych i średnich, a skończywszy na 20 milionach dolarów dla firm dużych. Praktyce wskazują, że zasadniczym czynnikiem wpływającym na tak horyzontalne dla niektórych firm kwoty jest cena identyfikatorów, których to cena waha się obecnie pomiędzy 7 – 10 centów, znaczący wzrost zainteresowania tą technologią będziemy – zdaniem autora – mogli zaobserwować przy cenie tagów oscylującej w granicach 2 centów.

Rysunek 1. Schemat działania transponderów aktywnych i pasywnych.

Źródło: http://www.analog-eetimes.com/en/rfid-security-part-1-rfid-radio-basics-and-architecture.html?cmp_id=71&news_id=222901037

Rysunek 2. RFID – Passive Tag.

Źródło: http://www.sagedata.com/the_company/index.html

Rysunek 3. RFID – Active Tag

Źródło: http://www.netrand.com.my/p_products_details.php?proID=61

Real Time Location System (RTLS) – jest to system lokalizacji czasu rzeczywistego który pozwala na dokładne i niezawodne określenie położenia obiektu w czasie i przestrzeni. Jednym z dostawców tego rodzaju rozwiązań jest firma UbiSense – światowy lider w dziedzinie rozwiązań RTLS. Na rynku europejskim współpracuje ona z firmą Astec, będącą dostawcą usług informatycznych w szczególności z zakresu funkcjonowania systemu GIS (Global Information System) i RTLS. Ten drugi dzięki szybkiemu określaniu pozycji możemy mówić, że działa w czasie rzeczywistym. System pracuje głównie w oparciu o analizę parametrów propagacji sygnałów radiowych emitowanych przez etykietę. Założenia systemów bazujących na aktywnych etykietach opierając się przy tym na fizycznych właściwościach rozchodzenia się fal radiowych, które z określoną prędkością i najkrótszą drogą docierają do odbiornika. Odbiornik, który nazywany jest także sensorem, dzięki wbudowaniu anteny macierzowej jest zdolny do odbioru fal jakie emituje nadajnik. Fale które docierają podlegają tzw. analizie kąta propagacji (AoA – Angle of Arrival). Kąt propagacji jest to kąt pod jakim sensor odbiera docierające do niego fale radiowe emitowane przez nadajnik i na tej podstawie określa jego położenie. Drugie podejście korzysta z analizy różnic czasowych propagacji sygnału (TDoA – Time Difference of Arrival). Metoda ta wykorzystuje dwa lub więcej odbiorników, które analizują różnice w czasie odbioru emitowanych przez odbiornik fal radiowych. Na bazie tych informacji określane jest położenie nadajnika względem odbiornika. Najbardziej dokładną jednak lokalizację otrzymujemy poprzez kompilację obu metod. System oprócz analizy propagacji wykorzystuje krótkotrwałe, ultraszerokopasmowe, fale radiowe dzięki czemu otrzymujemy niezawodne parametry lokalizacji w trudnych warunkach przemysłowych. Oprócz tego etykiety mogą emitować także sygnały lokalizacyjne w paśmie 2,4 GHz. Sygnał ten pozwala stwierdzić jakie etykiety są w obrębie danego odbiornika, jednak już bez wskazania ich precyzyjnej lokalizacji.

Rysunek 4. Metoda analizy kąta propagacji w technologii RTLS.

Źródło: http://www.rtls.astec.net

Etykiety jakie są wykorzystywane w technologii pozwalającej na precyzyjną lokalizację w czasie rzeczywistym znacznie przewyższają gabarytowo te, które mamy do dyspozycji w technologii RFID. Najmniejsza etykieta w systemie RTLS jaka jest dostępna na rynku to: Series 7000 Comapct Tag o wymiarach 38 mm x 39 mm x 16,5 mm, posiadająca kontrolowany systemowo przycisk i diodę LED. Czas pracy baterii w takiej etykiecie sięga ponad 4 lata, a jej stan monitorujemy bezprzewodowo.

Rysunek 5. Etykieta Series 7000 Copact Tag.

Źródło: http://www.rtls.astec.net

Tak jak już było wspomniane powyżej, sensory to precyzyjnie skonstruowane urządzenia wyposażone w antenę macierzową, które dokonują analizy pomiarów impulsów UWB. Odbiorniki te są wykonane w taki sposób aby maksymalnie wykorzystać informacje przesyłane przez UWB. W zależności od przeznaczenia takiego urządzenia możemy wyróżnić:

  • sensory przeznaczone do pracy wewnątrz (Series 7000 Sensor),
  • sensory przeznaczone do pracy na zewnątrz (Series 7000 IP Sensor),
  • wyspecjalizowane sensory do lokalizacji strefowej, pozwalające stwierdzić jakie etykiety znajdują się w strefie działania sensora (Fixed Detector, USB Detector).

Rysunek 6. Sensory wykorzystywane w technologii RTLS.

Źródło: http://www.rtls.astec.net

Generalna jednak różnica pomiędzy systemami RFID i RTLS polega na tym że korzystając z rozwiązania RTLS mamy możliwość ciągłej lokalizacji obiektu z dokładnością do 15 cm, dzięki wykorzystaniu UWB, w przestrzeni 3D, a nie jak to ma miejsce w przypadku RFID wyłącznie w punktach kontrolnych. RTLS pozwala na realizację scenariuszy biznesowych niedostępnych w innych aplikacjach.

Integralną część systemu RTLS stanowi specjalistyczne oprogramowanie. Ubinese Location Platform – jest to zestaw programów, graficznych narzędzi do budowy, konfigurowania i kalibracji systemu RTLS. Konfiguracja systemu obejmuje definiowanie struktury komórkowej, obiektów, przypisywanie im etykiet definiowanie stref i zdarzeń przestrzennych. Wszystkie te elementy mogą być wizualizowane w przestrzeni trójwymiarowej w czasie rzeczywistym.

Rysunek 7. Ubinese Location Platform

Źródło: http://www.rtls.astec.net

Oprogramowanie typu ACS (Assembly Control System), pozwala na konfigurowanie programowalnych narzędzi wykorzystywanych w procesie produkcji. RTLS dzięki analizie położenia komponentów, produktów, narzędzi i pracowników względem siebie uruchamia odpowiednie czynności skonfigurowane dla poszczególnych etapów produkcyjnych.

Schemat postępowania wygląda następująco – pierwszą czynnością jest oznaczenie przy użyciu etykiet RTLS wszystkich komponentów biorących udział w procesie produkcji. Następnie etykiety umieszcza się na programowalnych narzędziach. W ACS definiuje się położenie poszczególnych gniazd produkcji, wraz z czasem produkcji. Kolejnym krokiem jest przekształcenie przez ACS konkretnych zdarzeń przestrzennych (pojawienie się odpowiedniego komponentu w danej strefie), w zdarzenia produkcyjne (wykorzystanie danego komponentu przez przypisane do tego urządzenie). Dzięki możliwości aktywowania i dezaktywowania przez ACS odpowiednich narzędzi zapewniony jest odpowiedni stopień bezpieczeństwa.

Rysunek 8. Oprogramowanie typu ACS.

Źródło: http://www.rtls.astec.net

Aplikacja typu VIP (Visible Industrial Proces) pozwala nadzorować proces montażu wykorzystując do tego wzajemne położenie od siebie komponentów i produktów oraz miejsc realizacji odpowiednich czynności. System nadzoruje proces montażu co pozwala późnej na jego odtworzenie i ewentualną optymalizację, oprócz tego rejestruje wszystkie odchylenia i w razie potrzeby uruchamia odpowiednie procedury alarmowe.

Rysunek 9. Aplikacja VIP (Visible Industrial Proces)

Źródło: http://www.rtls.astec.net

Aplikacja typu VIP (Visible Industrial Proces) pozwala nadzorować proces montażu wykorzystując do tego wzajemne położenie od siebie komponentów i produktów oraz miejsc realizacji odpowiednich czynności. System nadzoruje proces montażu co pozwala późnej na jego odtworzenie i ewentualną optymalizację, oprócz tego rejestruje wszystkie odchylenia i w razie potrzeby uruchamia odpowiednie procedury alarmowe.

Rysunek 9. Aplikacja VIP (Visible Industrial Proces)

Źródło: http://www.rtls.astec.net

Reasumując, do niewymiernych korzyści jakie daje nam zastosowanie w przedsiębiorstwie systemu RTLS zaliczyć można:

  • precyzyjną lokalizację i identyfikację radiową wykorzystującą krótkotrwały, ultraszerokopasmowy sygnał fal radiowych (UWB),
  • określanie pozycji na podstawie analizy kąta propagacji (AoA) oraz analizy różnicy czasu propagacji (TDoA) sygnału UWB,
  • dokładne określenie położenia do 15 cm,
  • możliwość współpracy z systemem GPS w wyznaczaniu precyzyjnej lokalizacji,
  • możliwość lokalizacji strefowej, pozwalającej na stwierdzenie obecności obiektów w nadzorowanych strefach,
  • praca w pomieszczeniach i na przestrzeniach otwartych,
  • programowalny okres lokalizacji od 0,00225 do 33,75 pomiarów na sekundę,
  • praca w czasie rzeczywistym,
  • elastyczność konfiguracji dzięki wirtualizacji środowiska,
  • praca na bazie aktywnych etykiet RFID,
  • duża odporność na zakłócenia i odbicia sygnału, występujące w środowiskach przemysłowych,
  • pełna integrowalność z istniejącymi systemami IT przedsiębiorstw, w szczególności magazynowymi oraz ERP.

Wszystkie wyżej wymienione cechy systemu RTLS podkreślają jego uniwersalność i szerokie spektrum zastosowań, które przejawia sie w poszczególnych działach, obszarach funkcjonalnych gospodarki i przedsiębiorstw jak:

  • produkcja:
  • logistyka:
  • lokalizacja wózków widłowych, czytników kodów, cennych przesyłek,
  • lokalizacja pracowników, narzędzi, półproduktów, towarów, środków transportu,
  • powiązanie narzędzi z produktami, liniami produkcyjnymi,
  • wojskowość:
  • transport:
  • obszary zwiększonego ryzyka:
  • przemysł rozrywkowy:
  • sprzedaż detaliczna:
    • analiza przemieszczania się klientów,
    • optymalizacja rozmieszczenia towarów,
    • uatrakcyjnienie wydarzeń,
    • optymalizacja rozmieszczenia stoisk,
    • podgląd ruchu zwiedzających,
    • określenie czasu przebywania w strefach niebezpiecznych,
    • nadzór nad substancjami niebezpiecznymi,
    • definiowanie wirtualnych stref,
    • organizacja ewakuacji,
    • lokalizacja środków transportu,
    • nadzór nad przesyłkami,
    • lokalizacja osób i wyposażenia,
    • ćwiczenia w obszarach zabudowanych,

    Przykładami firm, które zdecydowały się wykorzystać RTLS w środowisku biznesowym są m. in.:

    BMW – w 2003 roku w jednym z zakładów produkcyjnych, a dokładnie w Dingolfing przy wykorzystaniu RTLS lokalizuje się każdy pojazd, który opuszcza taśmę produkcyjną i zmierza w kierunku jednego z parkingów. Efekt był na tyle zadowalający, że postanowiono pójść krok dalej i wdrożyć to narzędzie w kolejnym zakładzie – w Regensburgu. RTLS w Regensburgu pozwala na bezobsługową konfigurację narzędzi, która następuje automatycznie, po zbliżeniu narzędzia do miejsca montażu. Na dwukilometrowym odcinku linii produkcyjnej śledzonych jest do 1000 samochodów i 120 kluczy dynamometrycznych. Podstawową zaletą zastosowania tego system jest łatwość identyfikacji, wyszukiwania i kalibrowania narzędzi oraz komponentów, co pozwala bez trudu określić operatorom, która część została użyta w konkretnym samochodzie.

    Dokładniej zrozumieć funkcjonowanie RTLS w fabryce w Regensburgu pozwoli nam film pod tym adresem:

    Film 1. Zastosowanie ASTEC – RTLS firmy Ubisense w BMW:


    Źródło: http://www.youtube.com/watch?v=dg0hYa341lY&feature=player_embedded#!

    Verkehrsbetriebe Luzern (vbl) Bus Depot – jest to największe przedsiębiorstwo komunikacyjne w Lucernie (Szwajcaria), RTLS zastosowano tutaj do zarządzania flotą ponad 150 autobusów, w tym lokalizacji na terenie przedsiębiorstwa (zajezdni) o powierzchni 12 000 m2. Dodatkowo system pozwala na koordynację wyjazdów pojazdów, zmniejszając ryzyko opóźnień, nadzorowanie staje się łatwiejsze dzięki możliwości śledzenia wszystkich wjazdów i wyjazdów pojazdów z zajezdni na ekranie komputera.

    Krótką prezentację funkcjonalności wykorzystywanego w Lucernie systemu RTLS możemy znaleźć pod tym adresem:

    Film 2. Wykorzystanie w Lucernie systemu RTLS:


    Źródło: http://www.youtube.com/watch?v=AvIIoyh4PCw

    Firma spedycyjna KG Bursped – niemiecka firma spedycyjna działająca na powierzchni 13,5 tys. m2, obsługująca niemalże 3000 ładunków dziennie zdecydowała się na zastosowanie systemu RTLS w celu wyeliminowania kosztów jakie ponosiła na poszukiwanie pojedynczych przesyłek i ładunków niekompletnych. System RTLS w tej firmie został zintegrowany z monitoringiem wideo. Oprogramowanie firmy Ubisense przy użyciu 160 kamer pozwala koordynować pracę 20 wózków widłowych i 140 bram wjazdowych, a wyposażenie w etykiety czytniki kodów kreskowych pozwala na łatwą ich lokalizację.

    Rysunek 10. Firma spedycyjna KG Bursped z Hamburga.

    Źródło: http://www.morerfid.com/details.php?subdetail=Report&action=details&report_id=4892&print=true

    Zasadniczą barierą stosowanej niemalże już od 1998 roku technologii RTLS jest jej niewielkie rozpowszechnienie i co za tym idzie mała znajomość. Wszystko to przekłada się na relatywnie wysokie koszty tego systemu w porównaniu do technologii RFID. Wymiary nadajników są znacznie większe od tych jakie stosujemy w RFID, także koszt ich wytworzenia jest dużo wyższy – co w znaczny sposób ogranicza powszechność wykorzystania tej technologii. W efekcie na zastosowanie tej metody decydują się firmy z ugruntowaną pozycją na rynku o dużym kapitale, ceniące sobie nowoczesność i funkcjonalność RTLS jak: BMW, British Nuclear Group, Ortander Ironworks, Posco, SmarterFarming czy US Army. Firmy te są liderami w swoich branżach lub potentatami do tej pozycji, podkreślają one jednak krótki okres zwrotu inwestycji i niebagatelne zmiany jakie pozwolił wprowadzić system po jego wdrożeniu.

    Podsumowanie
    Na przełomie ostatnich w latach obserwujemy dynamiczny rozwój metod opartych na automatycznej identyfikacji począwszy od najprostszej opartej na optycznym odczycie symboli (OMR), poprzez radiowe systemy identyfikacji (RFID), kończąc na systemach RTLS. Technologia radiowa w znacznym stopniu wyeliminowała błędy generowane przez ludzi w całym procesie, podatność etykiet na uszkodzenia. Możliwe też stało się identyfikowanie dużej liczby etykiet jednocześnie, ingerowanie w zapisane na etykietach informacje przy jednoczesnej identyfikacji na poziomie zainstalowanych punktów kontrolnych (checkpoints). Aktywne etykiety oferują z kolei większą ich pojemność oraz zasięg działania. RTLS oferuje dodatkową funkcjonalność – możliwość lokalizacji w dowolnym miejscu zarówno na przestrzeni otwartej, jak i zamkniętej.

    To co może wpłynąć na że dotychczas stosowana technologia RFID nie zostanie wyparta przez RTLS, to fakt że etykiety stosowane w RTLS są dość duże co uniemożliwia metkowanie mniejszych przedmiotów. Koszt etykiet sprawia że nie będzie można używać ich do masowego znakowania przedmiotów. Z racji, że jest to sprzęt elektroniczny wiążą się z tym odpowiednie procedury utylizacyjne. Dlatego RTLS stosuje się dla dużych przedmiotów o wysokiej wartości, lub w przypadku gdy istnieje potrzeba określenia dokładnej lokalizacji w zmieniającym się środowisku.

    Doskonałym rozwiązaniem okazuje się przejście ze strategii rywalizacji na strategię współpracy. Osiągnięcie bardzo dobrych wyników mogłoby zapewnić, w zakładzie używającym kodów kreskowych, wyposażenie czytników w etykiety RTLS wówczas system korelowałby skanowanie kodu kreskowego z pozycją etykiety RTLS. W zakładach wyposażonych już w etykiety RFID można by przypisać etykiety do środków transportu oraz dodatkowo wyposażyć je w czytniki kodów RFID. System odczytując dane etykiet RFID kojarzyłby je z położeniem środka transportu w ten sposób tworzone byłyby wirtualne etykiety RTLS, które odzwierciedlałyby rzeczywiste położenie ich na magazynie.

    Firmą, która zdecydowała się na równoczesne korzystanie z technologii RFID i RTLS jest odlewnia żeliwa Ortander Ironworks, położona niedaleko Drezna.

    Film prezentujący wykorzystanie obu technologii równocześnie możemy znaleźć pod tym adresem:

    Film 4. Wykorzystanie technologii RFID oraz RTLS równocześnie:


    Źródło: http://www.youtube.com/embed/h4STc5fM5Ss

    Wykorzystana literatura:

    • K. Krawczyk, „Logistyka. Teoria i praktyka. Tom I”, Wydawnictwo Difin SA, Warszawa 2011,  str 508, 517, 524.
    • J. Majewski, Informatyka dla logistyka, Instytut Logistyki i Magazynowania, Poznań 2008, str. 265.
    • P. R. Murphy jr, D. F. Wood, Nowoczesna logistyka wydanie X, Wydawnictwo Helion, Polska 2011, str.59.
    Oceń ten artykuł
    Tags: