Czy możliwe jest wykorzystywanie RFID w zakładach przemysłowych?

 Najnowsze rozwiązanie identyfikacji w technice bezprzewodowej, oferuje możliwość wykorzystywania przez służbę utrzymania ruchu w zakładach przemysłowych fal radiowych o określonych częstotliwościach (Radio Frequency Identification – RFID).

Większość ludzi codziennie korzysta z techniki RFID, nie zdając sobie nawet z tego sprawy. Czy jadąc samochodem nie używaliście Państwo kiedyś elektronicznego urządzenia do uiszczania opłat za przejazd autostradą? Czy nie posługujecie się jakimś identyfikatorem, aby wejść na teren zakładu pracy? To są właśnie przykłady powszechnego wykorzystania techniki RFID.

Zasady działania RFID

Identyfikatory RFID działają, emitując sygnały elektroniczne – albo aktywnie ze swojego nadajnika, albo pasywnie, to jest wyczekując na sygnały wysłane z czytnika RFID i odpowiadając na nie (na rys. 1 pokazany jest widok wnętrza identyfikatora). W tym artykule zajmiemy się identyfikatorami pasywnymi, które są zdecydowanie bardziej przystępne i ich zastosowanie w zakładzie produkcyjnym jest bardziej prawdopodobne.

Pasywne identyfikatory RFID mogą być albo tylko do odczytu (read/only) lub do odczytu i zapisu (read/write) z możliwością aktualizacji zapisanych informacji za pomocą czytników RFID. Czytniki mogą być umocowane na standardowych urządzeniach przenośnych. Obecnie na pasywnych identyfikatorach odczyt/zapis obszar pamięci wynosi około 2 kB, co umożliwia przechowywanie tylko niewielkich ilości informacji. Jednak można się spodziewać, że wraz z rozwojem techniki obszar dostępnej na identyfikatorze pamięci będzie się zwiększać.

Identyfikatory RFID dostępne są w szerokim zakresie częstotliwości sygnału. Identyfikatory niskiej częstotliwości działają w zakresie częstotliwości od 30 do 300 kHz, a identyfikatory bardzo wysokich częstotliwości (Ultra-High Frequency – UHF) w zakresie od 300 MHz do 3 GHz. Te ostatnie wysyłają informacje szybciej i dalej niż identyfikatory działające na niskich częstotliwościach. Są jednak droższe, ponieważ zużywają więcej energii, a przekazywane przez nie sygnały podlegają pewnym ograniczeniom, gdy są umieszczone na obiektach zawierających wodę lub metal. Informacje zapisane na identyfikatorach pasywnych można odczytywać z odległości do około 30 cm w przypadku identyfikatorów działających na niskich częstotliwościach, do prawie 1 metra na wysokich częstotliwościach oraz aż do 3 – 6 metrów w identyfikatorach działających na bardzo dużych częstotliwościach (UHF).

Sygnały o wyższej częstotliwości mogą działać na większych odległościach, jednak nie przechodzą one tak łatwo przez różne substancje i wymagają drożnej linii widzenia (lub też przynajmniej bezpośredniego widzenia). Z tego względu czytniki pracujące na wyższych częstotliwościach mają więcej problemów z odczytywaniem identyfikatorów, jeśli na drodze sygnału znajdują się przeszkody.

RFID — fakty i mity

Technologia RFID w dalszym ciągu rozwija się bardzo szybko. Zarządzenia organizacji sieci handlu detalicznego Wal-Mart („amerykańskie Tesco” – przyp. red.) oraz Departamentu Obrony USA, wymagające od producentów standaryzacji, spowodowały wyłonienie się nowego rynku integratorów RFID, który stymuluje rozwój tej techniki oraz jej powszechną akceptację. Wraz z rozwojem technologii i zmniejszającymi się kosztami wdrażania RFID poszerza się zakres możliwości zastosowania tej metody identyfikacji.

Informacje o nowych rozwiązaniach technicznych można czasami porównać do tzw. miejskich plotek, które zawierają wiele mocno przesadzonych opowieści, a niewiele prawdy. Mówi się często o RFID jako o urządzeniu, które może śledzić drogę produktu, poczynając od procesu produkcyjnego do dystrybucji – dającym możliwość identyfikacji produktu, określenia jego pochodzenia i przeznaczenia dostawy, jak również zakodowaniu wielu różnych informacji o cechach produktu. Na razie tak nie jest.

W rzeczywistości identyfikatory RFID dla większości produktów – zgodnie ze standaryzacją popieraną przez Wal-Mart – zawierałyby 96-bitowy elektroniczny kod wyrobu, będący istotnie unikalnym kodem cyfrowym identyfikującym tylko dany wyrób, jego producenta, klasę wyrobu oraz jego numer seryjny. Jednak RFID ma potencjalne możliwości, aby stać się czymś więcej niż tylko systemem identyfikacji elektronicznej dla wyrobów przemieszczających się w łańcuchu dostaw – szczególnie dotyczy to jego wykorzystania w zakładzie produkcyjnym.

Różnice w zastosowaniu RFID i kodów kreskowych

Jedną z kluczowych zalet techniki RFID jest różnorodność identyfikatorów oraz częstotliwości fal wykorzystywanych do komunikacji, co oferuje zakładom możliwość wybrania rodzaju identyfikatora do konkretnej aplikacji. Dodatkową zaletą RFID jest to, że inne automatyczne techniki identyfikacyjne jak np. kody kreskowe nie mają możliwości odczytywania etykiety identyfikującej, jeśli nie znajduje się ona bezpośrednio w linii widzenia (co w przypadku RFID zależy od zakresu częstotliwości). Cecha ta jest szczególnie przydatna w środowiskach przemysłowych, gdzie kurz, smar czy też trudne warunki uniemożliwiłyby odczytanie kodów kreskowych.

Rys. 1. Widok wnętrza identyfikatora RFID. Budowa i zaprogramowanie układu scalonego określają działanie identyfikatora. Antena umożliwia komunikację układu elektronicznego z czytnikiem. Płytka podstawy służy do umocowania i połączenia układu scalonego i anteny

Technika identyfikacji RFID wcale nie musi zastąpić kodów kreskowych, ale będzie najprawdopodobniej stosowana równolegle z nimi, w zależności od warunków danego środowiska. Identyfikatory RFID mogą być zabezpieczane przed różnymi czynnikami, na przykład przez umieszczanie ich w plastikowych osłonach, które nie przeszkadzają w przekazywaniu sygnałów radiowych. Identyfikatory RFID mogą być przyspawane lub w inny sposób zamocowane (zawieszone) na obiekcie, często nawet dosyć wysoko. Ponadto połączenie identyfikatorów RFID z czujnikami pomiarowymi wprowadza możliwość wychwytywania i transmitowania parametrów, takich jak temperatura, wibracje czy inne istotne dla danego urządzenia wartości. Takie połączenie jest początkiem nowego zastosowania w praktyce, które w przyszłości niesamowicie ułatwi zbieranie danych w zakładzie produkcyjnym.

RFID na halach fabrycznych

Rozwój techniki identyfikacji RFID może przynieść pewne korzyści w zakładach przemysłowych, szczególnie w zakresie utrzymania ruchu oraz innych pracach technicznych. RFID wychodzi poza samą automatyczną technikę identyfikacji i zaczyna odgrywać kluczową rolę w przechowywaniu informacji, które są ważne dla pracowników na stanowisku pracy. Do informacji, jakie można zapisać na identyfikatorach RFID, zaliczamy:

• wymagania techniczno-produkcyjne,
• harmonogramy przeglądów okresowych,
• wstępnie ustaloną kolejność prac (ilość zależy od pojemności pamięci),
• kilka ostatnich odczytów (ilość zależy od pojemności pamięci),
• ograniczenia pomiarów,
• wykazy niezbędnych części zamiennych.

Inżynierowie pracujący w zakładach przemysłowych doceniają możliwości zastosowania techniki RFID, biorąc pod uwagę te obszary, w których wymagane jest dokładne zbieranie danych w określonych terminach oraz dobry dostęp do nich w celu odczytania. Zastosowanie techniki RFID i wykorzystanie możliwości dostępu do ważnych informacji i ich aktualizacji na identyfikatorach może być użyteczne dla służby utrzymania ruchu w zakładzie.

Wdrożenie techniki identyfikacji RFID w zakładzie może nastąpić w tych obszarach, na których trudno jest utrzymać dobrą czytelność kodów kreskowych lub tam, gdzie nie można zastosować techniki bezprzewodowej. Na przykład, z niektórych odległych urządzeń produkcyjnych gromadzących istotne dane, gdzie nie zainstalowano lokalnych sieci bezprzewodowych, nie można pozyskiwać aktualnych informacji.

Identyfikatory RFID mogą być wykorzystywane do zapisania ostatniego oficjalnego przeglądu technicznego urządzenia, ostatniego kodu awarii i wykonanej naprawy, umożliwiając technikom lub inżynierom podejmowanie decyzji opartych na wiedzy o aktualnym stanie technicznym tego urządzenia.

Technika radiowej identyfikacji umożliwia pracownikom służb utrzymania ruchu uzyskiwanie ważnych, decydujących informacji, które inną drogą nie byłyby dla nich dostępne lub byłyby dla nich trudno dostępne. Na przykład tylko radiowy identyfikator może wychwycić dane wysyłane z przyrządu (miernika) pracownika obsługi i zapamiętać je, co pozwala obsłudze na dokonanie korekty określonego parametru, zapisanego w identyfikatorze. Dodatkowo, niektóre identyfikatory mogą przechowywać większą ilość danych czy informacji, na przykład o dziesięciu wcześniejszych odczytach. Te dane pozwolą obsłudze na automatyczne, na miejscu, wychwytywanie intensywności zmian ocenianego parametru, a to umożliwi im bardziej precyzyjne wykrywanie i usuwanie usterek. Technicy zajmujący się usuwaniem usterki mogą odnieść korzyść z tego, że radiowy identyfikator przechowuje informacje dotyczące zaplanowanych działań z zakresu zapobiegawczego utrzymania ruchu (ZUR), co z kolei pozwoli na wykonanie zaplanowanych prac wtedy, kiedy urządzenie lub maszyna o strategicznym znaczeniu nie pracuje.

Wraz z rozwojem techniki RFID oraz spadkiem kosztów jej wdrażania, zainteresowały się nią największe firmy. Szereg z nich poczyniło znaczne inwestycje w systemy zarządzania zasobami (Enterprise Asset Management – EAM), w tym przypadku w systemy wspomagające zarządzanie technicznym wyposażeniem przedsiębiorstwa. Chcąc z tych inwestycji uzyskać jak najwięcej korzyści, łączą technikę identyfikacji radiowej z oprogramowaniem zmieniającym zapisy na identyfikatorach. To im pozwala na aktualizację i uzupełnianie informacji o przebiegu czynności utrzymania ruchu danymi o kluczowym znaczeniu. Takie informacje dają się łatwo przenosić na identyfikatory RFID, a odczytane następnie z tych identyfikatorów oraz przesłane do systemu EAM sprawiają, że raporty dotyczące urządzeń produkcyjnych są bardziej precyzyjne, konserwacja i naprawy skuteczniejsze, a planowanie bardziej niezawodne.

Uwaga dla kupujących

Podobnie jak to ma miejsce w przypadku wszystkich nowych technik, zastosowanie radiowej identyfikacji niesie ze sobą pewne ryzyko. Identyfikatory pasywne, które byłyby najwłaściwsze do oznakowania pracujących w sferze produkcji maszyn i urządzeń, w zależności od częstotliwości kosztują od 10 do 50 centów za sztukę. Jeśli porównamy to z ceną etykiety z kodami kreskowymi, otrzymamy 10 – 50-krotny wzrost wydatków tylko na identyfikatory.

Innym rodzajem ryzyka jest fakt, że niektóre płyny czy metale mogą zakłócać transmisję realizowaną za pomocą fal radiowych. Jednakże odpowiednio opracowany projekt systemu oraz technologia wykonania identyfikatorów radiowych mogą temu zaradzić. Na przykład: przy niskiej częstotliwości identyfikatory umieszczone na metalowych przedmiotach pracują lepiej i mogą być z powodzeniem stosowane. Jednak trzeba to mieć na uwadze, rozważając zastosowanie techniki RFID.

Na horyzoncie

Przy odpowiednim wykorzystaniu możliwości, jakie stwarza technika RFID, można uzyskać wzbogacone środowiska danych, bowiem ograniczanie dostępu do bezprzewodowej komunikacji często uniemożliwia pracownikom utrzymania ruchu dostęp do istotnych informacji w miejscu pracy – przy urządzeniu lub maszynie. W sferze utrzymania ruchu przedsiębiorstwa mogą oczekiwać znaczących oszczędności czasu i nakładów, umożliwiając technikom i inżynierom podgląd kodów awarii lub najświeższych odczytów danych. Szczególnie gdy poprzednio stosowane metody (takie jak wprowadzanie danych z nośników papierowych) uniemożliwiały stwierdzenie, czy określona czynność obsługi została wykonana na poprzedniej zmianie, czy też podczas ostatniego obchodu.

Chociaż pod wieloma względami technika radiowych identyfikatorów jest wciąż uważana za niedojrzałą, to jest ona stosowana już od lat 70. ubiegłego stulecia. I tylko w ostatnim okresie była częściej stosowana w wyniku rozgłosu, jakie wywołały Wal-Mart i Departament Obrony USA, żądając zastosowania lepszej techniki do znakowania, śledzenia i identyfikacji wyrobów. Jeżeli więcej integratorów systemów wspomagania pracy personelu utrzymania ruchu będzie sięgać po rozwiązania RFID, to zarówno koszty, jak i ryzyko związane z tą techniką staną się znacząco niższe.

Richard Padula jest prezesem, dyrektorem zarządzającym i założycielem firmy, zajmującej się programami obliczeniowymi dla przedsiębiorstw. Od ponad 15 lat zajmuje się opracowywaniem rozwiązań o poważnym w skali przedsiębiorstwa znaczeniu. Można się z nim skontaktować pod adresem: rich@syclo.com.