Szybka identyfikacja obiektów ma kluczowe znaczenie w wielu branżach, m.in. w logistyce, handlu, transporcie czy produkcji. Dzięki niej procesy przemysłowe przebiegają prędzej, precyzyjniej, a co najważniejsze – bezpiecznie dla pracowników. Klasyczne kody kreskowe czy identyfikacja manualna są coraz częściej wypierane przez radiowe systemy RFID. Wyjaśniamy, co to RFID i gdzie znajduje zastosowanie.
RFID to skrót od określenia Radio-frequency identification, czyli metody automatycznej identyfikacji danych przypisanych do zaprogramowanych tagów przy pomocy czytnika.
W najprostszym ujęciu system składa się z szeregu elementów:
W odpowiedzi na wyemitowane przez czytnik RFID pole elektromagnetyczne tagi RFID przekazują zapisane w nich informacje. Może to być np. typ produktu lub numer paczki. Dzięki automatycznej identyfikacji danych, jaką oferuje technologia RFID, możliwe jest błyskawiczne sprawdzenie stanów magazynowych w firmie czy weryfikacja przesyłek opuszczających siedzibę firmy.
„System RFID wykorzystuje technologię radiową do przekazywania informacji o stanie tagów przytwierdzonych do poszczególnych przedmiotów. Może działać w kilku standardach oraz na szeregu częstotliwości, które zapewniają sprawne działanie i precyzję odczytu.”
Chipy RFID stosuje się w wielu branżach – od automotive, przez produkcję i logistykę, aż po handel.
Choć technologia może być kojarzona z dużymi i niewygodnymi znacznikami, obecnie obok tagów plastikowych stosuje się niemal niewidoczne etykiety RFID, które mocuje się praktycznie wszędzie.
Za pierwszy, komercyjnie dostępny model RFID uważa się urządzenie zaprojektowane w 1973 r. przez Mario Cardullo na potrzeby obsługi infrastruktury portowej. Próby wykorzystania technologii radiowej do komunikacji pojawiały się jednak znacznie wcześniej, m.in. podczas II wojny światowej korzystano z niej do oznaczania samolotów wojskowych.
Technologia RFID występuje w jednym z trzech standardów. Każdy z nich operuje na nieco innej częstotliwości i cechuje się odmiennymi parametrami, a przez to – zastosowaniem.
Najprostszy standard RFID to Unique lub Hitag. Funkcjonuje on na częstotliwości od 30 do 300 kHz (ang. Low Frequency, LF) i może przekazywać dane na odległość nie większą niż 10 cm. Wyróżnia go wysoka stabilność, odporność sygnału na zakłócenia, ale jednocześnie niska prędkość przesyłu danych, zaledwie 2 do 4 kB na sekundę.
Chipów RFID w technologii LF używa się np. przy kluczykach samochodowych, w kontroli dostępu („pastylki” przypisane do domofonów na osiedlu) czy do skanowania dokumentów.
Drugim standardem RFID jest Mifare lub NFC, który operuje na częstotliwości w zakresie od 3 do 30 mHz (ang. High Frequency, HF). Może przekazywać dane na odległość do 1 m. Działa szybciej niż LF, choć jest nieco bardziej podatny na zakłócenia.
Standardy NFC wykorzystuje się m.in. przy produkcji kart płatniczych, a także w różnego rodzaju aplikacjach biletowych.
Trzecim standardem jest RFID UHF Gen. 2. Działa on na częstotliwości od 300 mHz do nawet 3 gHz (ang. Ultra-high Frequency) i zapewnia możliwość odczytu danych nawet do 100 m (w praktyce zwykle jest to kilkanaście metrów).
Ze względu na bardzo dużą rozpiętość UHF wyodrębniono zawężony protokół UHF2, który wyróżnia się większą stabilnością i bezpieczeństwem użytkowania. Choć UHF zapewnia większą prędkość przesyłu niż HF, technologia charakteryzuje się podatnością na zakłócenia w pobliżu ośrodków mogących ekranować fale radiowe, np. metal lub ciecz. Z tego względu nie zawsze najlepszym rozwiązaniem będzie wybór najnowszego spośród dostępnych rozwiązań.
Warto wskazać, że standard UHF w przeciwieństwie do LF lub HF ma możliwość odczytu wielu obiektów jednocześnie. Z tego względu tagi RFID UHF stosuje się m.in. przy sporządzaniu ewidencji środków trwałych czy w logistyce, gdzie pojawia się potrzeba skanowania wielu przedmiotów w tym samym czasie.
Kluczem do funkcjonowania systemu RFID są tzw. tagi, czyli znaczniki umieszczane na obiektach, które mają być monitorowane. Ich zadaniem jest przechowywanie i udostępnianie (lub wysyłanie) zapisanych danych.
Każdy tag składa się z układu scalonego i anteny, a dokładniej – cewki antenowej. W chipie RFID zapisane są informacje wprowadzone do pamięci taga. Parametry anteny determinują zasięg, w jakim informacje te mogą zostać odczytane.
Na samym początku znaczniki RFID przypominały niewielkie plastikowe pudełka, dzisiaj jednak technologia poszła do przodu i tagi występują pod kilkoma postaciami.
Najprostszy tag RFID to po prostu chip wraz z anteną nadrukowany na przezroczystą folię, czyli inlay. Taka etykieta RFID może być umieszczona np. na pudełku służącym do opakowania towaru.
Innym rodzajem taga jest label, czyli etykieta gotowa do zadrukowania. Oprócz danych zapisanych w pamięci chipa można na niej umieścić również szereg innych informacji (np. nadawcę, odbiorcę i miejsce dostawy).
Klasycznym rodzajem czujnika RFID jest chip umieszczony w obudowie (kasecie lub kapsułce). Jest on wprawdzie nieco większy niż label lub inlay, ale pozwala na użycie bardziej wydajnej anteny, co zwiększa zasięg odczytu. Jest też lepiej zabezpieczony przed działaniem czynników mechanicznych, jak wstrząsy, uderzenia, wilgoć czy skrajne temperatury.
O ile inlay sprawdzi się w biurze, a label – w logistyce, obudowany czujnik będzie doskonałym wyborem wszędzie tam, gdzie warunki pracy urządzeń są trudne.
Co znajduje się wewnątrz procesora? Chipy montowane w transponderach RFID w standardzie UHF są wyposażone w cztery rodzaje pamięci i nie wszystkie z nich są dostępne dla użytkownika.
Wyróżnia się chipy RFID zasilane na jeden z kilku sposobów:
„Jako przykład można przedstawić system ARPT. Antena RFID znajdująca się w czytniku zasila pasywne tagi RFID za pomocą fal radiowych, odbiera sygnał od transponderów znaczników, a następnie przekazuje do czytnika.”
Systemy RFID składają się z szeregu elementów, których współdziałanie jest niezbędne do prawidłowego obiegu sygnałów.
Do odczytywania danych z tagów niezbędne są czytniki RFID, wyróżnia się je w wersji stacjonarnej i mobilnej.
Modele stacjonarne to np. bramki RFID wykorzystywane w logistyce. Są one wyposażone w kilka portów antenowych, najczęściej mają zasilanie sieciowe.
Z kolei czytniki mobilne w największym stopniu przypominają smartfona z uchwytem i są zasilane za pomocą ładowalnej baterii.
Obecnie większość czytników RFID komunikuje się za pomocą wielu protokołów, w tym:
Duża ilość obsługiwanych standardów pozwala na łatwe połączenie czytnika z oprogramowaniem lub innym urządzeniem.
Tagi RFID służą do przechowywania danych o obiektach. Mogą mieć różne postaci i każdy z nich składa się z układu elektronicznego, anteny komunikacyjnej oraz obudowy.
Elementem systemu RFID są też kable służące do połączenia czytnika z anteną, ewentualnie z innym urządzeniem, np. koncentratorem. Warto wybierać te wysokiej jakości, ponieważ przekłada się to na mniejsze straty energii i większą moc anteny.
Parametry, które określają okablowanie, to przede wszystkim rodzaj rdzenia, jakość warstwy ekranującej oraz izolacyjnej. W miarę możliwości warto stosować jak najkrótsze kable – sprzyja to ograniczeniu strat.
„W miejscach o zwiększonym czynniku ryzyka, np. w środowisku o dużej wilgotności, wysokiej albo niskiej temperaturze albo przy współwystępujących zagrożeniach chemicznych, warto wybierać kable o grubej izolacji. Są one lepiej chronione, ale też rzadziej ulegają uszkodzeniu, np. w razie zagięcia.”
Oprogramowanie RFID służy do tego, aby przechowywać i przetwarzać dane zebrane przez czytnik. Nowoczesny software zapewnia sprawną integrację z systemami księgowymi lub oprogramowaniem do zarządzania przedsiębiorstwem. Dlatego informacje mogą być wykorzystane np. w procesie inwentaryzacji składników majątku.
Warto wybierać program dopasowany do potrzeb konkretnej firmy. Nie zawsze najbardziej rozbudowany spośród dostępnych software’ów będzie najlepszym wyborem. Przedsiębiorstwa, które często korzystają ze skanowania radiowego, mogą postawić na oprogramowanie w wersji mobilnej.
Inne elementy systemu RFID to anteny. Mogą one występować w jednej z dwóch polaryzacji, poziomej lub pionowej, różniących się między sobą siłą i zasięgiem działania.
„Anteny o polaryzacji kołowej działają na krótszym dystansie, ale nie wymagają dokładnej orientacji względem znaczników. Anteny o polaryzacji liniowej wysyłają sygnał na większą odległość, ale powinny być skierowane możliwie jak najprecyzyjniej.”
Przykłady zastosowania systemów RFID można mnożyć, a radiowa komunikacja jest wykorzystywana w coraz większej liczbie branż.
W klasycznym przykładzie tagi RFID są wykorzystywane do kontroli dostępu do pomieszczeń albo autoryzacji dostępu do aplikacji. Przyłożenie karty do czytnika powoduje odpowiednio zwolnienie zamka albo zalogowanie użytkownika do systemu.
Technologia radiowa to rozwiązanie powszechnie stosowane w logistyce. Dzięki niej można śledzić punkty przyjęcia i dostawy przesyłek w momencie przejazdu auta przez bramkę RFID. W ten sposób firmy z sektora TSL minimalizują ryzyko błędu i optymalizują procesy transportowe.
Na podobnej zasadzie może działać flota firmowa, wjeżdżająca lub wyjeżdżająca z prywatnego parkingu. Nie ma potrzeby każdorazowego wydruku i skanowania kart parkingowych, ponieważ pojazdy są rozpoznawane automatycznie z odległości kilku metrów.
Sieci sklepów wykorzystują niewielkie czytniki montowane na ladzie do „zdejmowania” zabezpieczeń antykradzieżowych. Wystarczy przeciągnąć towar nad punktem odczytu, aby został on zdjęty z zasobów magazynowych.
Coraz częściej technologia RFID wypiera tradycyjne kody kreskowe używane podczas inwentaryzacji środków trwałych. Wynika to m.in. stąd, że tagi są bardziej wytrzymałe od drukowanych kodów. Zwykle można je też rozprogramować i zapisać w nich informacje powtórnie.
Czytniki RFID pracujące w standardzie UHF mogą jednocześnie ewidencjonować wiele tagów. Nie ma potrzeby podchodzenia do każdego przedmiotu indywidualnie, więc cały proces inwentaryzacji ulega skróceniu nawet o 90%.
Ogromną przewagą radiowej komunikacji jest również możliwość skanowania składników majątku z odległości nawet kilku metrów. Ma to szczególne znaczenie w przypadku inwentaryzacji prowadzonej w niebezpiecznych warunkach. Nie ma konieczności wyłączania całych linii produkcyjnych, ponieważ pracownicy realizujący inwentaryzację nie zbliżają się do pracujących maszyn.
W branży automotive RFID służy do monitorowania postępu poszczególnych etapów na liniach produkcyjnych.
Jako ciekawostkę można wskazać, że technologia radiowa znajduje zastosowanie w sporcie do elektronicznego pomiaru czasu. Z tagów korzysta się podczas imprez biegowych, kolarskich lub motocyklowych. Każdy uczestnik otrzymuje znacznik z indywidualnie zaprogramowanym numerem, więc możliwe jest precyzyjne monitorowanie czasu nawet kilku tysięcy osób jednocześnie z dokładnością do setnych części sekundy.
„Producenci specjalizujący się w produkcji elementów technologii RFID dostrzegają ogromny potencjał, jaki drzemie w połączeniu znaczników RFID z technologią 5G, a szerzej Internetem Rzeczy (ang. Internet of Things). Można się spodziewać, że komunikacja radiowa w połączeniu z ultraszybkim transferem danych przyczyni się do dynamicznego rozwoju wielu gałęzi przemysłu.”
Do głównych zalet systemu RFID zalicza się przede wszystkim:
Zasadniczym mankamentem omawianego rozwiązania jest jego dosyć wysoka cena i konieczność wdrożenia RFID przez specjalistów, którzy dopasują poszczególne elementy systemu do indywidualnych potrzeb firmy.
W zależności od rodzaju zastosowanego zasilania wskazuje się też na wady poszczególnych typów RFID, np. systemy pasywne ARPT działają w krótkim zasięgu i wymagają zastosowania czytnika o dużej mocy.
Obecnie technologię RFID uważa się za bezpośredniego następcę kodów kreskowych, ale w rzeczywistości zakres zastosowań komunikacji radiowej jest znacznie szerszy.
