Международные системы кодирования информации. RFID

Оглавление Введение Системы кодирования информации о товаре Штриховое кодирование Линейные штрих-коды
Компонованные штрих-коды Двухмерные (матричные) штрих-коды Радиочастотная идентификация (RFID) Общая информация о RFID История RFID Типы RFID-меток Стоимость RFID-система Применение сегодня Перспектива RFID Регулирование Спорные моменты Заключение Список источников Приложения Виды штрих-кодов
Введение Одной из важнейших задач коммерческого товароведения является научная классификация товаров. Классификация — это последовательное распределение множества объектов на отдельные классы, группы и другие подразделения по наиболее общим для каждого уровня признакам. Классификация товаров необходима в целях автоматизированной обработки информации о продукции в различных сферах деятельности, для изучения потребительских свойств и качества товаров, учета и планирования товарооборота, составления прейскурантов и каталогов, совершенствования системы стандартизации товаров. Размещение товаров на складах происходит также согласно классификации. Классификация требуется и при сертификации продукции. В международной торговле штриховое кодирование уже давно стало нормой. На смену традиционным штрих-кодам приходит технология RFID, которая грозит революцию в области контроля производства, логистики, дистрибьюции и продажи товаров. В перспективе, внедрив RFID на всех этапах производства, можно проследить весь путь товара от закупки сырья до конечного потребителя. В данной курсовой работе я вкратце коснусь вопросов штрихового кодирования, чтобы более глубоко изучить тему радиочастотной идентификации товаров. Вследствие того, что технология достаточно новая (например, в нашей стране до сих пор не приняты стандарты, регулирующие RFID), работа носит в основном теоретический характер.
Системы кодирования информации о товаре В настоящий момент для кодирования информации широко используются различные виды штрих-кодов. Штрих-код – это представление информации в визуальном формате на плоскости в пригодном для чтения машиной. Изначально штрих-код содержал данные в виде полосок и пробелов между ними, но сегодня штрих-код может быть также в виде точечного узора, концентрических окружностей или быть спрятанным в картинке. Штрих-код может быть прочтен штрих-код-ридером (или просто ридером). Также кроме штрих-кодов появилось несколько перспективных направлений в кодировании информации о товаре, в том числе RFID. Штриховое кодирование Линейные штрих-коды Рисунок 1. UPC штрих-код Линейный штрих-код был изобретен бывшими студентами Норманом Джозефом Вудландом и Бернардом Сильвером (Norman Joseph Woodland и Bernard Silver) в 1948 году (первая розничная продажа в 1974 году). Система UPC была первой внедренной системой штрих-кодов, так что я рассмотрю принципы линейных штрих-кодов на примере этой системы. Штрих-код формата UTC (сейчас также называется EAN.UCC-12) состоит из 12 цифр: S LLLLLL M RRRRRR E 123456 - 123456 где S (старт) и E (конец) – кодограмма (узор) 101 (полоска, пробел, полоска) М – кодограмма 01010 L и R – цифры, обозначающие: L1 – тип товара · 0 – обычные товары · 3 – фармакология · 2 – товары на развес · 5 – купоны (на скидку и т. д.) L2 – L5 – код производителя R1 – R5 – код товара R6 – контрольная сумма Так как UPC действует только на территории Соединенных Штатов, был разработан стандарт EAN как супермножество для стандарта UPC. Для включения остального мира в стандарт UPC была добавлена ещё одна цифра, а её нулевым значением стали обозначать США. Компонованные штрих-коды Рисунок 2. PDF417 штрих-код Так как все компонованные штрих-коды имеют много общего, рассмотрим их на примере самого популярного кода PDF417. Штрих-код состоит из нескольких (от 3 до 90) рядов простых линейных штрих-кодов. Каждый ряд содержит: «тихую» зону, определенное количество пустого пространства вокруг штрих-кода стартовый узор, сообщающий ридеру о том, что тот имеет дело с PDF417 кодовое слово «левого ряда», содержащее информацию о ряде (номер ряда) 1 – 30 кодовых слов, содержащих закодированные цифры, буквы или символы кодовое слово «правого ряда» с дополнительной информацией о ряде закрывающий узор «тихую» зону Основные возможности: больше данных по сравнению с линейным штрих-кодом (до 2710 символов) коррекция ошибок сжатие данных скорость чтения чуть ниже линейных ссылки на другие штрих-коды, которые сканируются в последовательности, что позволяет хранить ещё больший объем данных формат «публичной собственности» означает отсутствие необходимости приобретать лицензии Двухмерные (матричные) штрих-коды Рисунок 3. QR Code штрих-код QR Code является самым распространенным матричным форматом штрих-кода в Японии, поэтому я рассмотрю двухмерные штрих-коды на примере этого стандарта. Кроме обычного использования, QR Code широко используется в большом количестве приложений, ориентированных на покупателя, за счет поддержки чтения этого формата с помощью мобильных телефонов с цифровой фотокамерой. В основном это считывание и передача информации с рекламных носителей (адрес сайта, физический адрес) и носителей персональной информации (визитки, бейджи). Максимальная вместимость формата Цифры 7 089 символов Буквы 4 296 символов Двоичная система (8 бит) 2 953 символов Kanji/Kana 1 817 символов Возможности системы коррекции ошибок Уровень L 7% кодовых слов могут быть восстановлены Уровень M 15% кодовых слов могут быть восстановлены. Уровень Q 25% кодовых слов могут быть восстановлены Уровень H 30% кодовых слов могут быть восстановлены Радиочастотная идентификация (RFID) Общая информация о RFID Термин RFID (Radio Frequency Identification) дословно переводится с английского языка как радиочастотная идентификация. Этим термином обозначается способ дистанционного сохранения и получения информации с устройств, называемых RFID-метки (RFID tag). RFID-метка представляет собой небольшой объект, обычно в виде наклейки, которая клеится в объект учета или встраивается в него. Метки содержат антенны, которые позволяют им получать и передавать информацию от RFID-приемопередатчик.
Рисунок 4. RFID-метка Принципиальное отличие RFID от других систем кодирования информации о товарах заключается в том, что RFID-метки содержат уникальный идентификатор каждого отдельного экземпляра товара, а не просто вида товара. Экономический эффект от внедрения систем радиочастотной идентификации достигается за счет комплексного действия одновременно нескольких факторов, влияющих на процесс движения товаров. Во-первых, исключается ручной труд по вводу информации о конкретном товаре в компьютерную сеть, во-вторых, исключается человеческое участие в процессе организации движения от склада до витрины, в-третьих, ликвидируются ситуации, связанные с отсутствием нужного товара на витринах, в-четвертых, исключаются ситуации, связанные с нехваткой товара на складе, в-пятых, многократно возрастает информированность потребителя о наличии товара и его свойствах, в-шестых, многократно ускоряется процесс обслуживания покупателя на расчетно-кассовом узле, и, наконец, становится возможным дистанционное формирование корзины покупателя, что приводит к сокращению торговых площадей. Столь же грандиозно выглядят изменения, вызываемые внедрением систем радиочастотной идентификации, в организации процесса движения товара по цепи поставок от производителя до продавца. Автоматизация процесса ввода текущей информации о партии товара в компьютерную сеть позволяет осуществлять управление движением товара в автоматическом режиме с оптимизацией всех временных и трудовых затрат на каждой стадии обработки товарной партии, начиная от её адресного формирования, проведения всех погрузочно-разгрузочных работ и мероприятий по её сопровождению и обработке на терминалах до стадии пополнения склада или витрины продавца. Все стадии процесса доставки партии товара становятся прозрачными. Исключаются задержки товара в пути, связанные с потерей времени при перегрузке товарных партий, оптимизируется загрузка и маршрут движения транспортных средств, многократно ускоряется оборот возвратной тары, возрастает плавность и предсказуемость процесса поступления товаров, что позволяет сократить складские площади. Радиочастотная идентификация превращает разрозненные звенья цепи поставок в единый механизм хорошо отлаженного конвейера для непрерывного и осмысленного продвижения товара от производителя к потребителю. Технология радиочастотной идентификации существенным образом изменяет не только механизм распределения, но и процесс производства товаров. Использование технологии радиочастотной идентификации для маркировки деталей и продуктов производства, позволяет отслеживать в режиме реального времени все технологические стадии формирования товара в процессе его изготовления. Более того, одновременно с избирательным, осуществляемым в соответствии с требованиями конкретного заказчика формированием конечного продукта производства – конкретного товара, формируется его технологический паспорт, который дает полное представление обо всех технологических деталях процесса изготовления этого конкретного образца товара. Не секрет, что при массовом производстве товаров малейшее отклонение от заданного режима на любой стадии технологического цикла изготовления товара приводит к непредсказуемому изменению его потребительских свойств. Устраняя такие технологические погрешности, фирмы-изготовители вынуждены отзывать с рынка для устранения дефектов огромные массы уже поступившего в эксплуатацию товара просто потому, что они не имеют достоверной информации о том, при изготовлении какой конкретно партии комплектующих было допущено отклонение от установленной технологии. Это незнание характеристик технологической карты каждой детали конечного продукта ведет к огромным потерям времени, труда и денег для устранения, возможно, крошечного дефекта, вызванного отступлением от заданного технологического режима. Радиочастотная идентификация, как технология формирования технологического паспорта конкретного товара, является гарантией качества его производства, особенно при современных огромных объемах производства товаров на предприятии в условиях использования комплектующих деталей от разных производителей. Итак, формирование конкретного изделия по требованию конкретного штучного заказчика с гарантией качества в условиях массового товарного производства при снижении издержек – вот поразительный результат внедрения технологии радиочастотной идентификации на современных предприятиях. Другим, не менее важным результатом внедрения радиочастотной идентификации является планирование загрузки производственных мощностей при работе на конкретного заказчика, а не на склад, как это всегда было в эпоху производства продукции до RFID. История RFID Существует мнение, что изобретателем концепции RFID был Лев Термен (также известен как Leon Theremin), русский изобретатель, физик, музыкант. Рисунок 5. Лев Термен В День независимости, 4 июля 1945 года, американский посол в России Аверелл Гарриман получил в подарок от советских пионеров деревянное панно с изображением орла. Панно повесили в рабочем кабинете посла. А потом американские спецслужбы потеряли покой: началась загадочная утечка информации. Только 7 лет спустя обнаружили внутри подарка загадочный цилиндр с мембраной внутри. Жучок Термена был первым, который использовал принцип, положенный в основу пассивных RFID-меток. Он не имел источника питания, а подслушанные разговоры передавал за счет энергии, полученной от принятых радиоволн. Первое документальное упоминание относится к 1948 году, автор Гарри Стокман (Harry Stockman). Стокман предсказал, что «значительные исследования и разработки должны быть выполнены для решения главных проблем, стоящих перед коммуникациями, основанными на принципе отраженной энергии». Понадобилось 30 лет прогресса во многих областях науки прежде, чем RFID стало реальностью. Типы RFID-меток Метки бывают двух видов, активные и пассивные, в зависимости от источника питания. Пассивные метки не имеют встроенного источника питания. Индуцируемый антенной электрический ток за счет входящего радиочастотного сканирования содержит достаточное количество энергии для отсылки ответа. Ответ пассивной метки обычно содержит только идентификационный номер (ID) объекта учета из-за влияния факторов стоимости и физических ограничений. Отсутствия источника питания делает метку достаточно небольшой. Самые маленькие метки в 2004 году имеют размеры 0,4х0,4 мм и толщину тоньше листа бумаги. Практическая дальность считывания варьируется от 10 мм до 5 метров.
Активные метки отличаются наличием источника питания. Из этого вытекает большая по сравнению с пассивными метками дальность считывания, больший объем информации, хранимой и передаваемой в приемопередатчик. На данный момент самые маленькие активные метки имеют размер монеты. Многие метки работают на расстояниях десятков метров, срок службы до нескольких лет.
Стоимость системы Так как пассивные метки гораздо более дешевые, в данный момент развитие RFID-технологии идет в направлении пассивной разновидности. В 2004 году стоимость одной метки начинается от US$0,40. До тех пор, пока стоимость производства одной метки не опустится до уровня US$0,05, говорить о широком распространении данной технологии не приходится. Аналитики из известных исследовательских агентств Garther и Forrester Research соглашаются в том, что опустить цену метки ниже US$0,10 удастся не ранее ближайших 6-8 лет. Сегодня + 3 года + 6 лет Метки «Дорогие» $10,00 $0,10 $0,05 «Дешевые» $1,00 $0,05 $0,02 Ридеры $1500,00 $500,00 $100,00 Таблица 1. Стоимость компонентов RFID-системы по данным IBM RFID-система RFID-система может состоять из следующих компонентов: метки считывающее устройство (ридер) устройства, программирующие метки сортирующие устройства программное обеспечение + компьютер или терминал Рисунок 6. Схема RFID-системы Считыватель содержит в своем составе приемо-передающее устройство и антенну, посредством которых излучается электромагнитное поле определенной частоты. Попавшие в зону действия считывающего поля радиочастотные метки "отвечают" собственным сигналом, содержащим полезную информацию (например, код товара) на той же самой или другой частоте. Сигнал улавливается антенной считывателя, полезная информация расшифровывается и передается в компьютер для обработки. Ридер оснащен интерфейсом, позволяющим передавать и принимать данные с базового компьютера. Он считывает данные, хранящиеся на микросхеме, при посредстве антенны. Метка крепится к объекту, подлежащему идентификации. Ридер может автоматически распределять свое магнитное поле в металлической среде конвейерной системы, таким образом, устраняя необходимость индивидуальной настройки даже в случае тяжелых условий работы. Когда метка попадает в поле досягаемости антенны ридера, электромагнитное поле ридера приводит метку в действие. Данные, хранящиеся в ячейке памяти метки, регистрируются как последовательность импульсов на ридере. Последовательность импульсов создается путем изменения энергопотребления метки, эквивалентным хранимым данным. Информация, содержащиеся в последовательности импульсов, расшифровывается микроконтроллером в формате ASCII. Основные компоненты метки - интегральная схема, управляющая связью со считывателем и антенна. Чип имеет память, которая хранит идентификационный код или другие данные. Метка обнаруживает сигнал от ридера и начинает передавать данные, сохраненные в его памяти, обратно в ридер. Нет никакой потребности в контакте или прямой видимости между считывателем и меткой, поскольку радиосигнал легко проникает через неметаллические материалы. Таким образом, метки даже могут быть скрыты внутри тех объектов, которые подлежат идентификации. В RFID передача данных производится с использованием индуктивного взаимодействия между антенной ридера и антенной метки. Дизайн и особенности обеих антенн должны соответствовать друг другу - это является залогом успешной бесперебойной работы RFID-системы. Чтобы обеспечить успешность применения системы, производитель должен принимать в расчет информацию, поставляемую клиентом, касательно химических, температурных и механических условий работы системы. Однако определенные среды (металлическое или неметаллическое окружение, например), устанавливают свои ограничения для антенны в силу действия определенных законов физики (радиационные помехи, создаваемые контрольным оборудованием, силовыми установками конвейеров или индукторами ограничивают дальность чтения в силу физических причин. Металлическое окружение также может уменьшить дальность передачи.) Системные пользователи должны осознавать, какое действие среда может оказать на работу системы. Преимущества, предоставляемые технологией RFID включают возможность работы с метками, которые не находятся непосредственно в поле зрения и используются в тяжелых условиях или загрязненной среде. Ридеры могут работать в автоматическом режиме чтения. Применение сегодня Низкочастотные метки Используемые частоты: 125 КГц (стандарт в США) и 134,5 КГц (международный стандарт). Используются для идентификации животных, отслеживания перемещения бочек с пивом, автомобильных ключей и систем безопасности. Высокочастотные метки Используемые частоты: 13,56 МГц. Используются для контроля книг в библиотеках или книжных магазинах, отслеживания перемещения паллет, контроля доступа в здания, учета багажа в аэропортах, контроля одежды. Также широко используются в идентификационный бейджах. Ультравысокочастотные метки Используемые частоты: 862-928 МГц. Используются для контроля перемещения паллет, контейнеров, грузовиков и трейлеров. Микроволновые метки Используемые частоты: 2,45 ГГц. Используются для удаленного управления автомобилем (например, система OnStar компании General Motors). Перспектива RFID Замена UPC/EAN RFID-технология имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными UPC/EAN штрих-кодами: для чтения информации об объекте учета контакт или нахождение в зоне видимости не обязательно большая зона действия метки читаются с гораздо большей скоростью возможность чтения нескольких меток одновременно очень высокая точность, приближающаяся к 100% больший объем информации возможность записи/обновления информации возможность использования в агрессивных средах пассивные метки имеют практически неограниченный срок годности и возможность повторного использования
EPC (Electronic Product Code) В данный момент разработан стандарт EPC (Electronic Product Code), который должен придти на замену существующему UPC. EPC представляет собой 96-битную метку, которая содержит номер, называемый Global Trade Identification Number (GTIN). В отличие от номера UPC, который содержит информацию о группе товаров, GTIN позволяет присвоить каждому товару уникальный номер, что дает возможность значительно повысить точность отслеживания передвижения товаров.
21.203D2A9.16E8B8.719BAE03C 21 – Версия 203D2A9 – Производитель (>268 миллионов) 16E8B8 – Класс товара (>16 миллионов) 719BAE03C – Серийный номер (>68 миллиардов) Каталог EPC может включать в себя 1,3х1016 уникальных товаров (число примерно равно количеству рисинок, потребляемых во всем мире в течение года) EPC достаточно гибка чтобы вместить идентификационную информацию на каждом уровне производства и доставки: уникальный номер могут иметь все единицы учета, начиная от грузовика и кончая сникерсом. EPC – детище MIT AutoID Center, консорциума из 120 глобальных корпораций и университетов. Система EPC управляется компанией EPCGlobal Inc., подразделением EAIN (Electronic Article Numbering International group), создателя UPC кода. Использование в медицине В октябре 2004 американское Food and Drug Administration разрешило имплантировать RFID-чипы людям. Пациент может записать на свой чип свою группу крови, резус-фактор, историю болезни и прочую информацию, которая может спасти ему жизнь. Автомобили RFID может применяться для использования «умных дорожных сигналов». Машина, проезжая мимо RFID-меток (встроенных в дорожные знаки или в асфальт), будет получать информацию о дорожной ситуации. Это может быть скоростной режим, навигация, положение на дороге, экскурсионная информация. Концепция «автокассира» Отсутствие необходимости контакта для считывания информации вместе с распространением платежей с использованием мобильных телефонов может привести к том, что кассиров в супермаркетах заменят автоматы, «автокассиры». Покупатель, набрав в тележку необходимых товаров, просто подъезжает к кассе и провозит тележку через рамку. RFID-ридер считывает информацию со всех товаров и пересылает чек на мобильный телефон покупателю. Покупатель нажатием одной кнопки подтверждает покупку и едет дальше. Регулирование Низкочастотные (125-134 КГц и 140-148,5 КГц) и высокочастотные (13,56 МГц) метки могут быть использованы по всему миру без лицензирования. Ультравысокочастотные метки (868 – 928 МГц) не могут быть использованы из-за отсутствия единого стандарта. В Северной Америке ультравысокочастотные метки могут быть использованы без лицензии в диапазоне частот 908 – 928 МГц. В Европе использование в пределах 869,40 – 869,65 МГц также не лицензируется. Для использования высокочастотных меток в других странах необходима местная лицензия. Спорные моменты Как и вокруг любой перспективной технологии, вокруг RFID ведется немало дебатов, иногда с негативной окраской. Основное недовольство касается вопросов сохранения неприкосновенности частной жизни, которую RFID ставит под сомнение. Покупатели хотят быть уверенными в том, что после покупки RFID-метка отключится и не будет отвечать на запросы. В противном случае, поставив RFID-ридер в публичном месте можно будет отслеживать перемещения людей.
Заключение Технология RFID пришла всерьёз и надолго. Она – наше ближайшее будущее, 35% европейских розничных сетей уже запустили пилотные проекты. По прогнозам аналитиков внедрение в российскую розницу начнется уже через полгода. Основными проблемами, мешающими активному внедрению RFID в России в розничной торговле, являются отсутствие стандартов в этой области и пока достаточно высокая стоимость технологии на единицу товара. Тем не менее, основные игроки понимают неизбежность этого события, поэтому некоторые крупные ритейлеры (например, сеть магазинов «Перекресток») начинают активно интересоваться этим вопросом. Для производственных предприятий и ритейлеров выигрыш от применения RFID можно получить уже сегодня. Рекомендуется постепенное внедрение: вначале на уровне паллет, потом на уровне упаковки, потом на уровне товарной единицы. Это потребует меньших затратах и позволит анализировать ошибки и не допускать их на следующем этапе. Также стоит отметить, что максимальный эффект от RFID можно получить внедрив эту технологию на максимально длинном участке от производителя к покупателю.
Список источников Ассоциация Автоматической Идентификации ЮНИСКАН, http://www.ean.ru Википедия, свободная энциклопедия, http://en.wikipedia.org, http://ru.wikipedia.org «RFID», http://en.wikipedia.org/wiki/RFID «Universal Product Code», http://en.wikipedia.org/wiki/Universal_Product_Code «Electronic Product Code», http://en.wikipedia.org/wiki/Electronic_Product_Code «EAN», http://en.wikipedia.org/wiki/EAN «Leon Theremin», http://en.wikipedia.org/wiki/Leon_Theremin «Barcode», http://en.wikipedia.org/wiki/Barcode «PDF417», http://en.wikipedia.org/wiki/PDF417 «QR Code», http://en.wikipedia.org/wiki/QR_Code Всё о радиочастотной идентификации, http://www.rfid-info.ru/Technology/technology.htm Презентация IBM: «IBM Supermarket Focus Group: RFID Update», 2002 EPCglobal Inc, организация, занимающаяся созданием стандарта EPC, http://www.epcglobalinc.org/ QR Code, http://www.qrcode.com/
Приложения Виды штрих-кодов Линейные штрих-коды Символика Непрер/Диск Дву/Много Применение Plessey Непрерывный Дву Каталоги, магазинные полки, инвентарь UPC Непрерывный Много Розничная торговля в США EAN-UCC Международная розничная торговля Codabar Дискретный Дву Библиотеки, банки крови, авиабилеты Interleaved 2 of 5 Непрерывный Дву Оптовая торговля Code 39 Дискретный Дву Различное Code 93 Непрерывный Много Различное Code 128 Непрерывный Много Различное Code 11 Дискретный Дву Телефоны POSTNET Непрерывный Tall/short Почта Непрерывный – символ начинается с полоски и заканчивается пустым местом. Дискретный – символ начинается и заканчивается полоской, пустые места игнорируются. Двуширинный – полоска бывает двух ширин: широкая и узкая. Длина широкой полоски не играет роли, обычно две-три длины узкой полоски.
Многоширинный – полоска может быть разной длины, которая называется модулем. Обычно используют 4 ширины: 1, 2, 3 и 4 модуля. Компонованные штрих-коды Символика Примечание Codablock Компонованные линейные штрих-коды Code 16K Основан на Code 128. Code 49 Компонованные линейные штрих-коды от Intermec Corp. PDF417 Самый распространенный компонованный штрих-код. Публичная собственность. Micro PDF417 Двухмерные (матричные) штрих-коды Символика Примечание 3-DI Разработан Lynn Ltd. ArrayTag Разработан ArrayTech Systems. Aztec Code Публичная собственность. Small Aztec Code Bullseye Этот штрих-код был тестирован в магазине Kroger в Цинциннати. Использует концентрические штрих-коды. Code 1 Публичная собственность. CP Code Разработан CP Tron, Inc. DataGlyphs Разработан Xerox PARC. Data Matrix Разработан RVSI Acuity CiMatrix. Сейчас публичная собственность. Datastrip Code Разработан Datastrip, Inc. Dot Code A HueCode Разработан Robot Design Associates. Градации серого или цветной. INTACTA.CODE Разработан INTACTA Technologies, Inc. MaxiCode Используется by United Parcel Service. MiniCode Разработан Omniplanar, Inc. QR Code Разработан Nippondenso ID Systems. Публичная собственность. SmartCode Разработан InfoImaging Technologies. Snowflake Code Разработан Marconi Data Systems, Inc. SpotCode Круговой штрих-код from High Energy Magic Ltd. SuperCode Публичная собственность. UltraCode Черно-белые и цветные версии. Публичная собственность.