RFID

 
     
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一个使用RFID技术的配送案例

无线射频识别(RFID)技术也许是人们对其前景最为看好的技术之一,有人称其为一项具有革命性的技术。RFID的应用领域广泛,发展迅速,正在逐步走向成熟。RFID所应用的领域涵盖了政府、物流行业、制造业、交通运输、通信业等多个行业,甚至还包括了供应链、人员票据管理、资产管理和车辆管理等重要的人工管理行业,它所给人们带来的经济效益已经开始呈现在人们的面前。RFID是结合了无线电、芯片制造及计算机等多学科的新技术,是自动识别技术的一种全新形式。
它以无线方式进行双向通信,其最大的优点在于非接触,可实现批量读取和远程读取,可识别告诉运动物体,可实现真正的“一物一码”,这就大大简化了物品的库存管理,满足信息流量不断增大和信息处理速度不断提高的需要。在物流业中,这种优势显得极为明显。
下面主要通过具体的一个关于订单的简单案例来说明RFID的应用。

1 案例简介
案例名:配送中心订单
人物:收货员
事件:工厂发出的单货到达配送中心
前提:一、货物到达配送中心;
二、从卡车上卸下
假设:一个托盘装载25件单独包装的货品;
估计的完成时间是完成特定步骤所用的平均时间
描述:用此案例来描述这一个具体过程
全部用时:一个有订单、货品全部合格的托盘:(10(放置托盘)+2(识读核对)+20(收货))s=32s
结束状态:1、成功接受
2、非成功接受
影响结果因素:货品缺失
主要步骤:1、收货员将托盘放置在RFID闸口(10s)
2、识读器自动识读托盘上的RFID标签
3、每一个独立包装上的RFID标签同时被适度
4、适度结果与订单自动进行核对(2s~4s)
5、如果发现订单有误,即该托盘的订单未交给收货员,则不打开盖托盘即返回工厂(2min)
6、如果订单无误,但货品有误
a、则该信息自动被系统获得(1s)
b、收货员打开托盘(2min)
c、把货品送回工厂(2min)
如果订单无误,所有的货品也无误,则整个托盘放入收货区域,从那里依次进入配送中心库存。
2 标签
2.1 产生标签
标签在使用前必须声称数据(即形成标签所附物品的唯一记录)。
必须注意的问题:1、在操作过程中的哪个环节生成标签
2、“标签生成”引入到已有的过程中,或者在已有的过程的某一个部分做这项工作
可以考虑在准备时用RFID的现行处理过程中的某一个(或几个)点产生条形码
尽管某些特定的业务需求并不支持这些点作为标签生成点,但是可以避免产生生成标签的新增处理过程,从而在现有的操作过程中产生新增的处理步骤。
实际上,可以将变迁生成与打印条形码合为一个步骤。

2.2 贴附RFID标签
标签的贴附并不一定紧跟着标签产生步骤,可以有一些中间步骤。
可能存在的问题:1、在已有的操作过程的哪个环节贴附标签比较合适
2、设置一个新的步骤引入到已有的处理过程中,或者在已有的处理过程的某一个步骤
将贴附条形码和标签合并为一步,但是这种RFID标签的贴附位置是有精度要求的,这样才易于识读,除此之外,也可以采用自动化的RFID标签贴附设备,以避免标签贴附处理过程的时间增加。

2.3 识读标签
存在的问题:在操作过程的哪个环节识读标签?
已有的操作过程是否需要改变?
在物品上贴附标签的惟一目的是在操作过程的某个点识读并且使用标签上的数据。可以通过在物品上贴附RFID标签以“RFID化”的要求,同时也可以让其他人识读并且使用标签数据。
在哪些环节识读标签是由具体应用决定的。并且还要确定是否需要在识读环节改变现有的业务操作步骤。这些情况可以提高标签识读的准确性来改善库存管理,可以抵消效率的降低。

2.4 矫正测试
主要涉及两类工作:
1、 对标签的无效写/贴附/读操作的纠正:对任何RFID系统都需要。当不能正确读写数据时,或者没有正确设置,则会导致标签失效,此时则无法被识别,不加以排除则会导致不可预料的后果。补救处理并不表示整个运转失败,识读标签得到的结果可以提供确定的获益,而且获益应超过相关补救处理步骤的耗费;
2、 对业务过程中的不正确结果的纠正:无论何时出现错误,RFID应用可以触发一个视觉或听觉的报警信号,及时告诉操作人员,涉及上必须有额度的处理步骤以纠正这种失误,尽管这些测试会增加时间和资源的成本,通过对纠正步骤地成本分析,纠正这些失误在效益上还是节省的

2.5 培训
培训对于一个RFID系统的成败起到十分重要的作用。当业务过程发生改变时更不能忽视这个因素。操作人员应该了解不同的处理流程和相关的步骤。相应的培训可以从根本上减少硬件的顺坏和系统故障时间,保证系统的正确使用。
2.6 回收标签
典型的RFID应用是不回收标签的,但是,回收标签可以大大降低硬件成本,从而降低整体成本,对于任何RFID应用,如果不回收标签,标签的消耗是一种重复性的硬件消耗。
应该注意的问题:
1、 回收人员的增加。可能需要,也可能不需要,取决于回操作方法以及回收策略
2、 人员培训,回收标签的人员通常要进行培训,如果不培训,回收时可能会损坏标签
3、 处理成本,处理成本与标签密切相关
4、 操作特性,运营业务的分布范围。一个集中的业务比分散的业务更可行
5、 改变业务处理所需的资源。必须确定是否需要对现有的业务过程进行调整,以适应和回收处理。如果需要改变,就必须计算所需的新增资源

以上列出的因素都回增加操作成本。要比较回收标签获得的效益是否超过这些因素造成的整体开销,如果是,设计者才会决定进行回收。如果应用中使用的是价格昂贵的主动式(或被动式)标签,设计者应认真的考虑回收。
但是回收之后依旧存在着一些问题,包括回收之后的标签应该如何处理等,这些也都会增加成本,都需要谨慎考虑,权衡利弊。

3 RFID成本
3.1 成本略述
成本可能是所有因素中最重要的因素,但是由于成本与很多因素都有关系,所以很难估算。
RFID设计中,常常会低估了成本而高估了收益,。避免这种情况发生呢个的方法是采用“小步快走”的方式。即通过以西铁可以控制的步骤,并利用每一步获得的成功经验逐步实现整个解决方案,这样可以通过控制每一步的成本,进而准确的估算和控制应用的整体成本,比一步建立完整的应用要好很多。

3.2 成本的组成
1、业务处理的改变。任何业务处理的内在变化都回增加资源消耗。这些资源表现为完成特别任务所需的新增人员和时间,由此导致生产力降低进而使收入减少。
2、RFID硬件。识读器和天线的一次性投入以及标签的投入。
3、应用软件和硬件。这里的硬件指与RFID不直接发生联系的硬设备,如计算机和外部设备。它们基本上是一次性投资。但硬件和软件的使用授权许可、升级及维护费用则是持续性开销。
4、服务。包括:识读器和天线到安装调试;RFID硬件设备需要调试以达到最佳状态;应用软件需要安装调试;在实际投入使用前需要反复测试。
5、培训和教育。
6、后期服务。维护一个RFID应用系统的成本。如需要补充损坏的标签等。

4 风险
任何项目都有风险。评估在某一领域中使用RFID技术时,必须考虑引入这项技术对业务的影响。
4.1 常用的方法
主要是根据经验评估法。这种方法将风险分为5个级别,1级最低,5级最高。由不同部门的人员(包括专家)对应用风险打分,得出的结果相对来说往往比较客观。

5 复杂性
复杂性很难动理论上评估。从需求分析和应用领域可以得到系统复杂性大体上的估计。要验证系统的复杂性,主要还是靠经验。因此需要供货商、有经验的系统集成人员及技术专家的参与,最终由系统实现人员和技术专家形成一致意见

6 投资回报时间
在考虑可容忍的成本、风险以及复杂性的范围内提供可靠的效益,投资回报的时间也是必须考虑的。影响它的因素包括:获取相关部门的批准,得到投资方的认可,必要的例行程序等,因此,投资回报时间可能是几个月,或许更长。

7 实施方案
实施方案将完整的业务案例解决方案分解为多个阶段。每个阶段完成相对完整的工作任务,后续工作建立在前一个阶段成果上,逐步向完整的解决方案接近。

RFID技术进行库存追踪的实施方案
实施阶段 完成工作 所用时间
第一阶段 在一个配送中心开发一个具有2个出货闸口的试点应用 8周
第二阶段 将上述试点应用的出货闸口扩展到4个 8周
第三阶段 将上述试点应用的出货闸口扩展到10个 8周
第四阶段 将上述试点应用安装到第二个配送中心 12周
第五阶段 将上述试点应用安装到另外两个配送中心开发时间 20周
注:每个阶段的工作都相对完整并且可以独立完成,并为下一个阶段的工作打下基础。下一个阶段的工作是对前一个阶段

8 技术选择
8.1 大型集装箱应采用主动式标签
从国外的时间情况来看,在集装箱上使用的主动式标签的技术已经基本成熟,车辆识别仍有一些是采用被动式标签技术的。因此对于集装箱,当前采用主动式标签比较合适。
在具体使用上,为克服前述标签通信瓶颈,标签上最好不存放大量数据,以存放惟一识别码较为合适。
8.2 自动识别和数据采集体系
从一些应用情况来看,已经形成了集装箱(空运托盘)、车辆、集装托盘、独立包装(托盘内包装)、单品(服装、独立设备和工具、系统维修部件和元件)等自动识别技术和数据采集体系,即对不同的应用和包装使用不同的识别技术。
但是根据我国的供应链的复杂情况,应对实际的供应链保障过程和采用的主要运输工具进行充分调研,建立多级(车辆、集装箱、货箱和托盘、单品及门禁等)射频识别体系结构和包括条形码技术在内的自动识别数据采集体系,确定不同类型的应用技术选型。
8.3 供应链标签选择
860~930MHz被动式标签即ISO18000-6标签。它综合了现有射频识别厂商产品,可在世界上任何地方使用全球主要公司所生产的产品均有兼容性。在实践中这种标签兼具成本低、识读距离较远和识别率高的优点。并且使用这种标签的用户多,这种标签和识别器的价格会迅速降低。

9 系统的设计与实现
9.1 系统结构
目前RFID应用系统的体系结构主要有两种,一种为典型的RFID体系结构,另一种为贴-发型应用体系结构。两者的差别在于后者读取的标签数据经过识读器或者中间件处理后进入数据库,而前者先将标签数据读入数据库,然后进行处理再送入另一个数据库。前者适合于标签数据量较大的场合(标签数据仔后续的业务处理过程中尧继续使用),数据的处理量大于后者。而贴-发型应用标签数量相对较少,加工处理工作量也少,可以边处理边进入数据库,还有其处理后的标签数据不需要与后端应用系统共享,但可以间接使用标签数据库的数据,还可以应用于周期性的从数据库批量提取数据给后台系统。
因此,决定采用贴-发型应用体系结构。
如下图

9.2 技术因素
9.2.1 工作频率
频率特性如下表

工作频率

识读距离(m)

主要应用

低频

125~134.5kHz

小于0.5

动物识别、容器识别、工具识别及电子锁防盗

高频

13.56MHz

小于1

电子车票、电子身份证、电子锁防盗、物业管理、大厦门禁、单品识别

超高频

303.8MHz、433MHz、868MHz、915MHz

4~8

铁路车辆自动识别、集装箱识别、车辆识别与自动收费、货盘与包装箱识别

微波

2.45GHz、5.8GHz

10

移动车辆识别与自动收费、医疗科研


该系统根据实际情况确定,考虑到以下3个因素:
1、 最大识别距离
2、 应用类型
3、 操作环境
该系统应采用工作频率为13.56MHz的高频识别

9.2.2 标签
影响标签选择的指标或因素

指标或因素

需考虑的内容

用途

标签类型

只读、一次写多次读、可读可写

物品惟一识别

 

被动式、主动式、办主动式

普通物品、集装箱、贵重设备

 

特殊要求

 

 

其他要求,EPC C1 Gen2

 

识读性能

识读距离

 

 

识读稳定性

 

 

标签密度

单品、小包装标识

 

移动特性

车辆

 

方向性

 

 

操作环境

 

存储容量

贴附对象的数据要求

单一识别表示、物品属性描述信息

 

数据锁

 

物理特性

标签尺寸和坚固性

 

贴附对象

电磁性能:液体、金属或含水物质

单品、包装标识、集装箱

 

贴附位置和方法

单品、包装、金属包装

回收

是否要求回收利用

可回收容器

数量

损坏率、是否重复使用

 

根据以上表格中所列举的条例选择合适自身环境所需的标签。

9.2.3 识读器
从数据采集的角度看,识读器处于核心位置。
包括以下的指标和因素
1、 特性
a、 识读器的类型。① 所选择的频率上工作
② 至少支持两个天线通道
② 需要支持多个不同类型、由应用系统所需的输入/输出接口
④ 支持各种接口已传输标签数据,并支持输入/输出控制,监控和管理接口
⑤ 串口方式
⑥ 可能需要固定或手持的识别器
b、 法规限制。
c、 升级能力。目的是为使投入的硬件效益最大化
d、 可管理性。采用远程管理的识读器可以集中监控管理识读器的工作情况
e、 加固要求。
2、 安装
识读器与天线之间保持适当的距离
并且要完成大量的调试工作
3、 识读器的数量
数量取决于应用系统中识读区的个数和范围,使识读器能完全覆盖识读区,还与识读器外接天线接口的数量有关。

9.2.4 天线
1、类型
圆极化天线:应用系统要求标签可以处于天线的任何方向
线性极化天线:较长的识别距离,或者标签对于天线来说是有方向性要求
2、覆盖区域
天线的覆盖区域是由识读器所发射出的电磁波构成的三维空间。由于受到环境影响,该区域很少是对称的。需要有专门的仪器来准确划定覆盖区域。
3、发射功率以及占空系数
需要符合国家的相关规定,并获得当地无委会批准。
4、 安装
原则上应尽可能靠近标签,并尽可能远离金属。
考虑因素:
a、 电缆连接
b、 标签所处位置
c、 所需数量

 

9.2.5 贴附标签的物品
1、物品类型
a、托盘:影响较小,但水分较大的材料制成的托盘会大大衰减电磁信号
b、容器:批量购买、保存和运输
c、单品:存在隐私问题
2、材料
选择对电磁波基本没有影响的物质。如纸张、干燥的木材和塑料制品等。
3、包装
避免包装材料中有金属箔、导电材料或石墨等,这些会导致识读效果不好。另外要注意材料的吸水性对识读性能也有很大影响。容器的体积问题也会影响识读效果。
4、搬运
主要搬运贴有标签物品的方法和使用的机械设备。在标签周围的开放环境中,金属构件、无线电干扰、机械振动、静电和移动都会影响识读性能
9.2.6 操作环境
影响因素:
1、电磁波传导障碍:所谓的障碍是现场的移动设备或其它阻碍电磁波传导的任何物体或结构,甚至包括工作人员的走动
2、环境因素:现场的湿度、温度、静电及振动等
3、电磁干扰:RFID应用系统的网络或通信设备可能使用的工作频率;电磁设备;电动机及其控制设备
9.2.7 供货厂商
厂商类型:标签、识读器、天线、RFID设备继承
      考虑因素:实际使用效果、比较多家厂商、支持产品升级以及服务与技术支持
经营时间:是否超过两年
产品:工作频率和发射功率是否符合国家规定
客户:是否有较大的客户
应用情况:是否有成功应用案例
市场地位及知名度:一般、较好、很好
服务:是否提供测试、安装及后期维护
9.2.8 标准
好处:节省开发时间和人力;
易于与外部系统连通;
系统具有可伸缩性;
产品选择余地大;
9.2.9 软件和硬件
数据量:RFID系统通常会产生大量的数据,数据量回达到一般应用软件的10~100倍
软件开发方式:应用软件和RFID中间件
可靠性要求:极高
数量:硬件包括:服务器、集线器、交换机、路由器及计算机等,还有信号灯
软件包括:操作系统、数据库等

 

9.2.10 系统维护
标签:随时补充损坏的标签
硬件:即使更换。主要是识读天线、识读器、控制卡及部件
软件:集成商开发的应用软件及中间件
外购的应用软件及系统软件
以上需要维护
人力资源:维护系统的工作人员和专家

10 总结
通过这次对RFID的初步学习,让我掌握了RFID技术的基本知识。在市场经济日益广大的现在,RFID的应用越来越具有普遍性以及经济性,尽管就目前为止的RFID技术尚不是十分的成熟,但是在它已经应用的领域中已经获得了极大的成功,所获得的经济效益更是不可衡量的。
当今的世界,RFID已经广泛应用于物流和供应管理、生产制造和装配、航空行李处理、邮件/快运包裹处理、文档追踪/图书馆管理、动物身份标识、运动计时、门禁控制/电子门票、道路自动收费等许多高科技的产业之中。
在数字化更加紧密的未来,RFID将会有更大的发展空间和经济前景。



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