Aktuální vydání

celé číslo

01

2024

Automatizace skladování, logistiky a manipulace s materiálem

Programovatelné automaty, průmyslové počítače, jednotky I/O, bezpečnostní systémy

celé číslo

Radiofrekvenční identifikace v oblasti obchodu a distribuce

číslo 8-9/2005

Radiofrekvenční identifikace v oblasti obchodu a distribuce

Radiofrekvenční identifikace (Radio Frequency Identification – RFID) je osvědčená technika, již dlouho používaná v logistických a výrobních procesech k označení a rozpoznání materiálů, polotovarů, nástrojů nebo jiných předmětů.V mnoha případech je zcela nepostradatelná nejenom při automatizaci výroby, ale také při sledování oběhu vratných obalů, palet a kontejnerů, pohybu vozidel, hlídání vstupu a vjezdu do objektů a mnoha dalších logistických činnostech ve skladovém hospodářství, dopravě, distribuci, obchodě apod.

Základní princip RFID

Systémy RFID se obecně skládají z mobilního nosiče dat, ze čtecí a zapisovací jednotky s anténou (jednotka RFID) a z nadřazeného zařízení, které údaje přečtené z nosiče dat zpracovává nebo naopak údaje určené k uložení do nosiče vytváří (obr. 1). Nosič dat se připevňuje na výrobek, jeho obal, paletu, kontejner nebo na vhodné místo dopravního prostředku a putuje s ním celým sledovaným výrobním či logistickým procesem.

Obr. 1.

Obr. 1. Princip radiofrekvenční identifikace (AO – anténní obvod, MEM – paměť, PC – nadřazený počítač, RW – čtecí a zapisovací jednotka, µP – mikroprocesor)

Nosič dat v systému RFID, nazývaný také transponder, tag, smart label (chytrý štítek), etiketa, štítek apod. (v dalším textu štítek), má nejméně dvě základní komponenty: čip s procesorem a pamětí pro uložení identifikačních dat a anténu (cívku) vysílacího a přijímacího obvodu. Data (a popř. energie – viz dále) se mezi štítkem a jednotkou RFID přenášejí indukčně prostřednictvím vf elektromagnetického pole generovaného jednotkou. Štítky mohou být pasivní nebo aktivní. Většinou se používají pasivní štítky, které nevyžadují žádné vlastní napájení a veškerou energii potřebnou pro svoji činnost získávají z elektromagnetického pole vysílaného jednotkou RFID. Aktivní štítky obsahují vlastní napájecí zdroj, jsou dražší, rozměrnější a náročnější na údržbu a používají se nejvíce jen ve zvláštních případech. Štítky se vyrábějí v nejrůznějších tvarech a provedeních a jejich rozměry se díky pokračující miniaturizaci veškeré elektroniky stále zmenšují. Podle velikosti antény a použité nosné frekvence se čtecí vzdálenost pasivních štítků pohybuje od několika milimetrů až do několika metrů. Jednotky RFID se dodávají jako stacionární přístroje i jako mobilní ruční skenery.

Štítky RFID mají oproti nyní hodně rozšířenému čárovému kódu výhodu v tom, že z nich lze údaje přečíst bezdotykově a bez přímé viditelnosti mezi štítkem a čtecí jednotkou. Mohou obsahovat podstatně více údajů, vhodným zapouzdřením je lze dokonale ochránit před znečištěním nebo poškozením a přitom jsou snadno přepisovatelné. Především ale technika RFID umožňuje používat tzv. skupinové snímání (multitagging), tzn. že jedna čtecí jednotka je schopna najednou přečíst údaje z např. až 200 štítků, tedy např. celý obsah kontejneru, palety nebo nákupního vozíku.

Zkušenosti s použitím RFID

Již dnes jsou štítky RFID široce rozšířeny v logistice, při přepravě a třídění zavazadel na letištích, při odbavování balíků na poště, při půjčování knih v knihovnách apod. Pomáhají identifikovat nejenom zboží, ale i lidi při kontrole přístupu do objektu, na lyžařských vlecích, na koncertech a diskotékách, v hotelových pokojích, na dráze nebo při evidování pracovní doby v kanceláři, ve sportu při maratonském běhu a cyklistických závodech apod. Divoké zvěři i užitkovým a domácím zvířatům se vhodně provedené štítky implantují pod kůži, takže je lze snadno identifikovat a lokalizovat. Dokonce je lze implantovat lidem, např. k zabránění únosům. To ukazuje, jak nevyčerpatelná je šíře použití pasivních i aktivních štítků RFID. Bezdrátový přenos z nich umožňuje data téměř kdekoliv snímat.

Systémy RFID se v současné době nabízejí pro nejrůznější použití, jejich alespoň částečný výčet je uveden v úvodu k tomuto článku. Nejdéle se přitom používají v logistice, kde je s nimi tudíž i nejvíce zkušeností – a jsou to právě odborníci na logistiku, kdo je již dlouho přesvědčen, že bez techniky RFID v budoucnu nic nepůjde. Dosud však vždy převážně šlo o použití RFID v uzavřených okruzích, např. pro řešení materiálového toku a jeho optimalizaci apod. Další dalekosáhlé možnosti úspor se však objevují tehdy, vezme-li se v úvahu celý logistický řetězec.

RFID v oblasti obchodu a distribuce

V poslední době je stále větší zájem o využití systémů RFID v celém dodavatelském řetězci (supply chain), tj. od dodávky jednotlivých komponent do výrobního závodu, přes výrobu zboží až po jeho distribuci ke konečnému uživateli. Automatická identifikace, jako jeden z předpokladů vzniku budoucích široce přizpůsobitelných dodavatelských sítí, je v integrovaném řetězci tvorby hodnot nepostradatelná. Aby demonstroval, jak je možné nové technologie začlenit do existujících logistických systémů, otevřel německý Fraunhoferův ústav pro materiálový tok a logistiku IML (Institut für Materialfluss und Logistik) centrum Open ID pro integraci techniky RFID do komplexních logistických systémů. Zde jsou ve spolupráci s budoucími uživateli navrhována řešení tzv. na míru, testovány komponenty a je organizováno předávání know-how.

Identifikaci s použitím systémů RFID v mnoha pilotních projektech podporují i velké obchodní společnosti ve snaze optimalizovat svůj proces tvorby hodnot. Jejich hlavním cílem je snížit náklady na skladování, výrazně zredukovat počet možných chyb v zásobovacím procesu a zprůhlednit celý dodavatelský řetězec ve všech jeho dílčích krocích od výroby zboží po dodání a popř. další podporu u konečného odběratele. Například společnost Siemens s technikou RFID již realizovala asi dvanáct velkých logistických projektů ve spolupráci se společnostmi, jako je Kaufhof Warenhaus AG, Otto-Versandhaus, Baumarkt, Airbus atd. Výhledovým cílem obchodních společností ovšem také je výrazně zefektivnit a usnadnit proces nákupu. Velké obchodní řetězce jako Wall-Mart v USA, Metro v Německu nebo Tesco ve Velké Británii slibují, že nepříjemné a někdy dlouhé čekání ve frontě u pokladny supermarketu by mělo brzy patřit minulosti. Podle jejich představ zákazník v budoucnu při odchodu z prodejny prostě projde elektronickou závorou, kde vestavěná čtečka podle elektronických štítků zjistí všechno zboží, které leží v jeho nákupním vozíku. Přes bankovní kartu se potom obnos potvrzený zákazníkem automaticky odečte z jeho bankovního konta.

Závody mezi americkým obchodním řetězcem Wall-Mart, technicky podporovaným společností Sun Microsystems, na jedné straně Atlantiku a německou obchodní skupinou Metro (obdoba českého Makra) s partnery IBM, Intel, SAP a Siemens na druhé straně bezesporu urychlují vývoj. Obchodní společnosti Metro a Wall-Mart chtějí nejpozději v roce 2005 vybavit své dodavatele novou technikou a napříště již přijímat jen zboží v obalech opatřených štítky RFID. Obchodní skupina Metro s dceřinými podniky Baumarkt, Kaufhof, Media Markt atd. již zahájila několik pilotních projektů. Přitom jde především o dodavatelský řetězec, tedy o tok zboží z továren, přes distribuční centra až k jeho příjmu v obchodním domě nebo ve velkoprodejně, ale zatím méně o vlastní prodej konečným zákazníkům. Elektronicky se zatím sledují spíše palety, bedny, krabice apod. než jednotlivé kusy zboží. Obchodní společnost Metro očekává úspory nákladů na dopravu a skladování, optimalizaci procesu objednávání a menší ztráty zboží. Jenom u nákladů na skladování by mohlo být dosaženo úspor až asi 20 %; to představuje u tak obrovského obchodního řetězce úsporu několika miliard eur za rok.

Naproti tomu ovšem nelze podcenit potřebné investice. Zatímco zavedení vlastní techniky RFID stojí snad pár stovek tisíc eur, mohou se náklady na software a na integraci systému vyšplhat i na několik milionů. Z podnětu německého obchodního řetězce Metro proto od července 2004 běží významný projekt s názvem Future Store Initiative (FSI), na kterém spolupracují mj. firmy IBM, Siemens, Intel a SAP. Jejich společným úkolem je vyzkoušet v praxi nové technické prostředky a nápady a současně vypracovat dlouhodobě závazné a celosvětově platné standardy pro používání systémů RFID v oblasti distribuce, obchodu a služeb, které by minimalizovaly riziko znehodnocení vložených investic. Vedle toho Fraunhoferův ústav pro řízení a automatizování výrobních provozů IFF (Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung) společně s divizí obchodních služeb společnosti Siemens (SBS) otevřely nedávno v Magdeburku středisko pro podporu RFID s názvem LogMotionLab, které na ploše 1 800 m2 nabízí pracovníkům průmyslu a obchodu i poskytovatelům služeb k vyzkoušení v praxi všechny důležité prostředky a dostupné systémy RFID.

Výhledy a rizika v závádění RFID

S ohledem na obrovský zájem velkých obchodních společností, hypermarketů a supermarketů na co nejrychlejším zavedení RFID [2] očekávají prognostické společnosti v příštích letech mohutný růst trhu s technikou RFID, zejména v oblasti mimořádně levných pasivních štítků na jedno použití k označování masově vyráběných výrobků. Například firma Foerster Research odhaduje, že roční produkce čipů pro RFID, kterých byla ve světě v roce 2003 vyrobena asi jedna miliarda, vzroste do roku 2009 nejméně na 45 miliard kusů. Firma Future Horizont dokonce odhaduje, že odbyt levných štítků naroste z 300 milionů kusů v roce 2003 na 65 miliard kusů v roce 2009. Americká agentura pro průzkum trhu Frost and Sullivan je opatrnější: poptávka po štítcích RFID vzroste od roku 2003 do roku 2009 „pouze„ desetkrát, tj. z 93 na 900 milionů kusů ročně. Jenom v samotné Evropě by podle odhadu firmy Soreon Research měl roční obrat na trhu s technikou RFID vzrůst ze současných asi 400 milionů na více než 2,5 miliardy eur v roce 2008. Největší trh pro prostředky RFID v Evropě představuje Německo s očekávaným obratem asi 600 milionů eur v roce 2008. Přestože jsou odhady prognostiků možná nadnesené a navzájem těžko porovnatelné, zřejmě v této oblasti vyrůstá příští miliardové odbytiště pro informatiku.

Podobně jako jiné progresivní metody je ovšem i RFID třeba zavádět do praxe s předvídavostí a se zvážením všech možných problémů a důsledků provázejících předpokládané hromadné využití. Proto ani nepřekvapuje, že současně s prvními rozsáhlejšími zkouškami v německých supermarketech se hromadné použití systémů RFID v obchodě stalo tématem veřejné diskuse. Kritici varují před přílišným „zviditelněním„ zákazníka. Podle názoru německé Společnosti pro informatiku (Gesellschaft für Informatik e. V. – GI) skrývá technika RFID velké riziko z hlediska ochrany údajů. Protože se otevírá možnost spojení nákupních údajů s osobními daty kupujícího, zejména při platbách platebními kartami, požaduje prezident GI na zákonodárcích, aby možné zneužití předem legislativně znemožnili.

Před příliš ukvapeným zaváděním systémů RFID do oblasti obchodu varují také němečtí výrobci identifikačních systémů, kteří jsou členy organizace AIM Global (The Association for Automatic Identification and Mobility), i když z jiného důvodu. Domnívají se, že současná technika RFID není k použití s produkty masové spotřeby ještě zralá. Co se osvědčuje na úrovni kontejnerů a palet, nemusí ještě dlouho platit pro jednotlivé výrobky. Avšak zájem mocných obchodních řetězců zřejmě vyvolá potřebný tlak na dodavatele i celou společnost, aby dosud sporné otázky rychle vyřešili. Jsou to vedle hromadného zpracování dat, standardizace, spolehlivosti a dosahu především ceny štítků RFID a v neposlední řadě také legislativní otázky.

Současná a perspektivní technická řešení

Na obrovském a trvale rostoucím trhu s technikou RFID se chce aktivně podílet také mnoho výrobců a dodavatelů automatizační a výpočetní techniky. Patří mezi ně i společnost Siemens, která svoje aktivity v oboru RFID zajišťuje velmi koordinovaně na celopodnikové úrovni a jako člen globálního grémia EPC (Electronic Product Code) se aktivně podílí na vypracování mezinárodních standardů. V rámci své iniciativy na podporu RFID v průmyslové i obchodní sféře uvádí firma Siemens letos na trh novou generaci systému RFID pro pásmo UHF s obchodním názvem Simatic RF 600. Nový systém se skládá z kompaktních čtecích a zapisovacích jednotek ve stacionárním a ručním provedení, z několika typů antén a ze štítků pro různé podmínky použití. První komponenty systému Simatic RF 600 představila divize Automatizace a pohony (A&D) firmy Siemens na Hannover Messe 2005. Zapisovací a čtecí jednotka pro stacionární použití (obr. 2) odpovídá požadavkům norem EPC-Global a ISO/IEC 18000-6 a je vhodná jak pro frekvenční pásmo 862 až 870 MHz, používané v Evropě, tak pro pásmo 902 až 928 MHz, zavedené v Severní Americe. Použití pásma UHF umožnilo zvětšit vzdálenosti mezi jednotkou a štítkem RFID upevněným na výrobku nebo zboží, zmenšit rozměry antény a výrazně snížit cenu štítku. K jednotce RFID v robustním pouzdru s krytím IP65 lze připojit až čtyři různé typy antén, dimenzované pro evropská a severoamerická frekvenční pásma. Rychle, spolehlivě a bezpečně lze snímat údaje nejen současně z většího počtu štítků, ale i ze štítků, které se rychle pohybují. Připravována je výroba dalších typů jednotek RFID, mj. přenosný model pro mobilní použití a také mimořádně kompaktní verze s integrovanou anténou. Od konce roku 2004 jsou komponenty systému Simatic RF 600 již používány v praxi v rámci pilotních projektů realizovaných u vybraných zákazníků z oblasti obchodu, logistiky a průmyslu. S jejich prodejem se počítá od poloviny letošního roku, a to současně s uvedením na trh druhé generace štítků, které již splňují požadavky normy EPC – Global a nabízejí zejména větší paměť pro uložení uživatelských dat.

Obr. 2.

Obr. 2. Komponenty systému Simatic RF pracujícího v pásmu UHF (foto Siemens)
Obr. 3. Princip kontinuální polytronické výroby např. tranzistorů (zdroj: Fraunhofer IZM)

Při výrobě štítků RFID v miliardových množstvích bude již velký problém umístit čip RFID „trpasličí„ velikosti na správné místo a spolehlivě ho spojit s anténou; to v takovém množství zajistí jen značně automatizovaná výroba. Štítky založené na čipech RFID však nebudou nikdy, a to ani při jejich nejnižší možné ceně, tak efektivní, aby se uplatnily na masovém trhu nejlevnějších produktů. Cena štítku totiž nezáleží jenom na samotném čipu. Ten v současnosti představuje asi 40 % ceny štítku, když po 30 % připadá na anténu a na zapouzdření. Bude tedy třeba zmenšovat cenu všech tří komponent. Podle studie Fraunhoferova ústavu pro spolehlivost a mikrointegraci IZM (Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration) však opravdu levné řešení zajistí teprve výrobní technologie, která výrobci spotřebního zboží umožní nanést štítek RFID přímo na povrch produktu. K tomu je nutné, aby tímtéž výrobním postupem bylo možné vyrobit anténu i čip.

Vědci z IZM předpokládají, že jedním z vhodných řešení by mohla být tzv. polymerová elektronika (zkráceně polytronika), umožňující s použitím moderních speciálních polymerů vyrobit nejen integrované obvody, optické prvky, senzory a akční členy, ale také displeje, baterie, solární články atd. Polytronika není konkurence křemíkové technologie, protože je zaměřena jen na oblast nejlevnější produkce, kterou nemůže křemíková technologie nyní ani v budoucnu nabídnout. Nepatrné elektrické výkony okolo štítků RFID jsou pro polytroniku ideální. Nejlevnějším způsobem je kontinuální výroba v rolích, známá z tiskařské techniky (obr. 3). Obr. 3. Ve Fraunhoferově IZM v Mnichově byla již uvedena do provozu první zkušební linka na výrobu polytronických systémů, kde se tisknou perspektivní štítky RFID, zatím ještě s vloženými tenkovrstvými čipy. Práce na prvních polytronických součástkách a integrovaných obvodech však vykazují rychlé pokroky. Přitom lze při výrobě do fólie snadno zalaminovat další komponenty, např. různá čidla pro monitorovací účely. Rozvoj polymerové elektroniky je podporován mj. výzkumným projektem PolyApply (The Application of Polymer Electronics Towards Ambient Intelligence), na kterém pracuje pod vedením konsorcia čtyř Fraunhoferových ústavů dalších dvacet evropských partnerů z výzkumu a průmyslu a který dotuje Evropská komise částkou dvanáct milionů eur. I přes rychlý pokrok v této oblasti se ale odborníci domnívají, že označovat výrobky masové spotřeby štítky RFID tak snadno a levně jako nyní čárovým kódem nebude možné dříve než v roce 2010.

Závěr

Pro velké obchodní řetězce je metoda RFID stále atraktivnější díky trvale klesajícím cenám polovodičů, které zlevňují především mobilní nosiče dat (štítky RFID), největší nákladovou položku při identifikaci masově vyráběných produktů. Je to pochopitelné, protože použití techniky RFID u těchto výrobků závisí na ceně štítků. V současné době mají levné štítky na jedno použití velikost přibližně navštívenky, jsou ohebné, lze je nalepit na výrobek nebo zalaminovat do plastu a jejich cena se podle kvality a výrobce již blíží k dvaceti eurocentům. Ale i přesto je ještě hodně vzdálena od magické hranice jednoho centu. Podle názoru odborníků ze sféry obchodu totiž budou štítky RFID schopny nahradit na všech výrobcích čárové kódy teprve tehdy, až jejich cena klesne pod jeden cent. Do té doby budou čárové kódy a štítky RFID používány paralelně a rozdělí obchodní svět na dvě třídy: dražší produkty, jako např. elektrické spotřebiče, domácí elektronika, textilní výrobky nebo léky, budou označovány štítky RFID, zatímco levné zboží hromadné spotřeby se bude muset zatím ještě spokojit s běžným čárovým kódem.

Ing. Karel Kabeš

Literatura:
[1] MILLER, F.: RFID – bald funkt es überall (RFID – brzy se bude používat všude). Fraunhofer Magazin, 2004, č. 4, s. 8–13.