کاربرد سیستم‌های ردیابی مبتنی بر RFID در صنایع مختلف

چکیده

شناسایی از طریق فرکانس رادیویی (RFID) ، یک واژه‌ی متداول برای فن‌آوری‌هایی است که از امواج رادیویی برای شناسایی خودکار اشیا فیزیکی استفاده می‌کنند. داده شناسایی‌شده در یک تراشه که به یک آنتن متصل است، ذخیره می‌شود و این دو با یکدیگر تگ RFID را تشکیل می‌دهند. تگ، زمانی داده‌ی خود را منتشر می‌کند که به وسیله‌ی یک تگ‌خوان ثابت یا متحرک، برای دریافت اطلاعات بازخوانی شود. RFID به‌ویژه در زمانی‌که با شبکه جهانی EPC (سیستم کد الکترونیکی کالا) مرتبط می‌شود، یکی از موثرترین ابزارها در ردیابی اقلام در زنجیره‌ی تامین به‌شمار می‌آید. اگر RFID در مدیریت دارایی فیزیکی نیز به‌کار گرفته شود، می‌تواند برای کنترل دسترسی و ردیابی تجهیزات متحرک استفاده شود. اطلاعات در تگ ذخیره می‌شود و با سنسورهای مناسب در تجهیزات و ماشین‌آلات با ارزش قرار داده می‌شود. از این فن‌آوری می‌توان در پایش وضعیت (Condition Monitoring) و پیش‌بینی نقص و خطای سیستم نیز استفاد کرد. در مقاله‌ی پیش رو به معرفی اجمالی فن‌آوری RFID و کاربردهای متنوع آن در صنایع مختلف خواهیم پرداخت.

۱. مقدمه

RFID ، فن‌آوری استفاده از امواج رادیویی برای ارتباط بین یک دستگاه دریافت‌کننده و فرستنده سیگنال (تگ‌خوان) و یک گیرنده الکترونیکی کوچک (تگ) بدون دخالت انسان است. این ارتباط زمانی برقرار می‌شود که تگ‌ها در محدوده‌ی شناسایی تگ خوان قرار بگیرند.
RFID بیش از نیم قرن است که کاربرد دارد. برای نمونه می‌توان به کاربرد آن در نیروی هوایی برای تمایز بین هواپیماهای خودی از دشمن اشاره کرد. در سال‌های اخیر RFID به عنوان یک فن‌آوری توانمندساز ، برای شناسایی دارایی‌های فیزیکی کاربرد فراوانی داشته است. برای نمونه وال‌مارت (Wal-Mart)، بزرگ‌ترین خرده‌فروش جهان در ژوئن ۲۰۰۳ ، برنامه‌های خود را برای به‌کارگیری فن‌آوری RFID با هدف اثر بخش کردن فرایندهای زنجیره‌ی تامین و لجستیک خود اعلام کرد. بسیاری از سازمان‌های دولتی مانند موسسه‌ی مدیریت دارو و غذای ایالات متحده (FDA) نیز از RFID برای ردیابی دارایی‌هایشان استفاده می‌کنند.
ادغام فن‌آوری‌های RFID و استانداردهای EPC ، “شبکه‌ای از اشیا” را خلق کرده است که دریافت خودکار اطلاعات و به‌اشتراک‌گذاری آن را در زنجیره‌ی تامین میسر ساخته است. EPC مجموعه‌ای از استانداردهای مرتبط برای سخت‌افزار، نرم‌افزار و صفحات ورود اطلاعات است که در فن‌آوری RFID، یک شماره سریال استاندارد منحصربه‌فرد برای هر تگ فراهم می‌کند. بنابراین در تئوری با شبکه‌ای از اشیا روبرو هستیم که از طریق آن می‌توانیم ، هر شیئ‌ای روی زمین که به آن تگ متصل است را ردیابی کنیم. هنگامی که RFID در مدیریت دارایی‌های فیزیکی به‌کار گرفته می‌شود، می‌تواند برای ردیابی تجهیزات متحرک یا دارایی‌هایی مانند پالت‌ها ، وسایل نقلیه، بسته‌های متحرک، انسان و حیوانات که انتقال پیدا می‌کنند، به‌کار گرفته شود.
در ادامه فن‌آوری RFID را به اختصار معرفی خواهیم کرد.

۲. معرفی فن‌آوری RFID

فن‌آوری RFID از پتانسیل لازم برای جایگزینی بارکد (فناوری سنتی جمع‌آوری داده‌های اسکن‌شده ) برخوردار است و می‌تواند در ردیابی و شناسایی کالا را تا حد زیادی بهبود دهد. در مقایسه با بارکد، RFID با سرعت بالایی داده‌ها را انتقال می‌دهد ، ظرفیت ذخیره بالاتری دارد و بازیافت خودکار داده‌ها بدون تماس فیزیکی را پشتیبانی می‌کند. لازم به ذکر است برای موفقیت در به‌کارگیری فن‌آوری RFID ، چالش‌هایی مانند قیمت تگ‌ها، هزینه‌های راه‌اندازی و رویه‌های توسعه آن وجود دارد که باید مورد توجه قرارگیرد. در جدول زیر ، تفاوت‌‌های RFID و فناوری سنتی جمع‌آوری داده‌ها را مشاهده می‌کنید:

جدول ۱- مقایسه بین RFID و فناوری سنتی جمع آوری داده

۱.۲ اجزاء سیستم RFID

یک سیستم RFID ، سه بخش اصلی دارد:

• تگ‌ها (گیرنده‌ای که اطلاعات شناسایی منحصربه‌فرد شی‌ای که به آن متصل شده است را ذخیره می‌کند و به محض دریافت امواج رادیویی به شکل خودکار به آن پاسخ می‌دهد.)
• تگ‌خوان‌ها که تگ‌ها را شناسایی و با آن‌ها ارتباط برقرار می‌کنند تا اطلاعات را از آن‌ها استخراج کنند.
•  آنتن‌ها که داده را به عنوان سیگنال‌های رادیویی انتقال می‌دهند. پس از دریافت اطلاعات، ممکن است پردازش داده ها رخ دهد. یک میان‌افزار RFID ، که درواقع یک نرم‌افزار برای ایجاد ارتباط بین کانال‌های مختلف است، به‌کار برده می‌شود تا فرایند انتقال اطلاعات بین تگ‌خوان و برنامه‌های دیگر مانند سیستم مدیریت انبار یا نگهداری و تعمیرات را انجام دهد. (تصویر ۱) به‌علاوه، وجود یک شبکه‌ی کامپیوتری برای برقراری ارتباط بین اجزای مختلف ضروری است.

تصویر۱-شکل شماتیک از یک سیستم RFID

۲.۲ انواع تگ‌هایRFID

تگ‌ها تنوع زیادی در کارکرد، اندازه و قیمت دارند و به سه دسته تقسیم می‌شوند:

• فعال (همراه باتری)
• نیمه فعال
• غیر فعال (بدون باتری)

تگ فعال می‌تواند داده‌هایش را با انرژی که از باتری تعبیه‌شده در آن دریافت می‌کند، منتشر کند. باتری‌ها عمر طولانی دارند و به طور معمول ده سال کار می‌کنند. تگ‌های نیمه‌فعال و غیرفعال ، فرستنده‌ای دارند که داده را فقط هنگامی که پاسخی درخواست شود‌، انتقال می‌دهد. ضمن اینکه تگ‌های نیمه‌فعال دارای باتری‌ای هستند که در مواقع خاصی از آن استفاده می‌کنند. طیف برد تگ‌ها از چند میلی‌متر تا چند صدمتر متغیر است. تگ‌های غیر فعال که به‌تازگی استفاده می‌شوند، کوتاه‌ترین برد را دارند. تگ‌های فعال بیش‌ترین برد ارتباطی را دارند و باتری‌هایی که در درون خود جای داده‌اند ، انرژی لازم را برای پایش پیوسته فراهم می‌کنند.

۳.۲ استاندارد RFID، شبکه EPCglobal

EPCglobal ، سازمانی برای ترویج استانداردسازی و به‌کار‌گیری سیستم کد الکترونیکی کالا در سراسر دنیا است که رویه و استاندارد کدینگ تگ‌های RFID را مشخص می‌کند. این سازمان بر خلق یک استاندارد جهانی برای RFID تمرکز دارد. EPCglobal ، کد EPC که در تگ‌های RFID ذخیره می ‌شود را استاندارد کرده است. این کد از یک سرگروه و سه مجموعه از داده‌ها تشکیل شده است. سرگروه‌، شماره ورژن EPC را مشخص می‌کند. دومین بخش از عدد مشخص کننده‌ی مدیر EPC مانند شرکت یا موجودیت شرکت است. سومین بخش کلاس شی است که برای طبقه‌بندی نوع کالا استفاده می‌شود. برای نمونه؛ کالاهایی که SKU یکسانی دارند از یک خانواده هستند. بخش پایانی شماره سریال نامیده می شود که برای هر قلم منحصر به فرد است. در نتیجه، کد EPC می‌تواند برای هر قلم یک کد شناسایی منحصر به‌فرد با طول ۶۴ ، ۹۶ و ۲۵۶ بیت ایجاد کند. لازم به ذکر است که ISO نیز تلاش فراوانی برای استانداردسازی در این حوزه انجام می‌دهد. ISO به استانداردهای عام و EPC به استانداردهای خاص‌تر معروفند.

۳. کاربردهای RFID در صنایع مختلف

قابلیت ویژه‌ی RFID در ردیابی می‌تواند در صنایع مختلف به‌کار گرفته شود. برای نمونه، شناسایی دقیق و ردیابی لحظه‌ای وسایل نقلیه حمل بار و پرسنلی که به آنها تگ وصل شده است‌، کمک زیادی به بهینه‌سازی فرایندها در صنعت هواپیمایی خواهد کرد و کیفیت خدمات را نیز بهبود خواهد داد.
RFID همچنین می‌تواند به عنوان وسیله کنترل دسترسی به‌کار گرفته شود. بلیط‌دهی برای سیستم‌های حمل‌و‌نقل عمومی نوع دیگری از کاربرد RFIDاست که موفقیت آن پیش از این اثبات شده است.
در ادامه به برخی از کاربردهای این فن‌آوری می‌پردازیم:

۱.۳ مدیریت دارایی‌های فیزیکی
شناسایی و ردیابی خودکار دارایی‌هایی که به آن‌ها تگ متصل شده است، ابزار توانمندی را برای مدیریت دارایی‌های متحرک فراهم می‌کند.

• ردیابی پالت
  به‌کارگیری سیستم RFID که با نرم‌افزار انبار در ارتباط است برای ردیابی و پیگیری اقلام در سطح پالت (یا در سطح کارتن به وسیله‌ی فن‌آوری بارکد)، ضمن حذف دخالت‌های انسانی و کاهش زمان عملیات ، پردازش موجودی در عملیات انبار را نیز آسان می‌کند.
• ردیابی تجهیزات
  با نصب تگ‌خوان ها در محل گیت‌های ورود و خروج در ورودی‌های سالن تولید، سالن‌های انبار و مرکز نگهداری و تعمیرات ، امکان ردیابی هرگونه تجهیز و ابزاری که به آن تگ متصل است، به سادگی فراهم می‌شود.
• ردیابی ابزارهای فلزی
  اتصال تگ‌های RFID به سطوح فلزی یکی از چالش‌هایی است که مانع استفاده‌ی موثر از RFID می‌شود زیرا شناسایی تگ‌ها به دلیل پدیده‌ی انعکاس دچار اختلال خواهند شد. از این‌رو، مطالعات زیادی برای استفاده از فن‌آوری RFID برای ردیابی خودکار تجهیزات و ابزارهای فلزی و تحلیل تاریخچه تعمیرات و کارایی آن‌ها انجام شده است. نصب تگ‌خوان‌ها در مدخل ورودی مرکز نگهداری و تعمیرات، انبار فنی و محیط تولید، امکان شناسایی مکان تجهیزات و ابزار آلات را به‌شکل لحظه‌ای فراهم می‌کند.
• مدیریت انبار و موجودی
  انبار هوشمند، واژه‌ای است که به استفاده از فن‌آوری‌های نوین مانند RFID در عملیات انبارداری اشاره می‌کند. به کمک این فن‌آوری می‌توان از سیستمFIFO به‌شکل موثری استفاده کرد. با قرار گرفتن تگ‌خوان‌ها در محل ورودی مرکز انبارش شرکت‌، سیستم به‌شکل خودکار زمان ورود و خروج کالاهای دارای تگ را ثبت می‌کند. در نتیجه می‌توان کالاهایی که زودتر وارد انبار شده‌اند را در فهرست کالاهایی قرار داد که زودتر از آن خارج می‌شوند. به‌علاوه، اطلاع از سطح موجودی دقیق کالا در کمترین زمان قابل دستیابی است و در زمان کمی اپراتور با استفاده از یک تگ‌خوان دستی می‌تواند با حرکت در راهروهای انبار ، موجودی کل انبار را شمارش و ثبت کند. این کار، عملیات انبارگردانی را در پایان دوره‌ی مالی تسهیل می‌کند.

برخی از مهم‌ترین مزیت‌های انبارداری به کمک فن‌آوری RFID عبارتند از:

• امکان نظارت دقیق بر ورود و خروج کالاها
• امکان انبارگردانی بر اساس تگ‌های RFID
• افزایش امنیت انبار؛ با پیاده‌سازی سیستم مدیریت انبار مبتنی بر فن‌آوری RFID شرایط لازم برای افزایش امنیت و کنترل دسترسی ورود و خروج کالا به‌سادگی فراهم می‌شود. به این ترتیب:
  هر کالا دارای برچسب است و در صورت خروج ( یا ورود ) غیرمجاز به محوطه‌های تعیین‌شده‌ی انبار، اخطارها و پیام‌های لازم برای افراد مسئول ارسال خواهد شد.
  از دسترسی افراد غیرمجاز به بخش‌های تعیین شده جلوگیری می‌شود.
• همه‌ی ورود و خروج‌ها در سیستم ثبت شده و امکان پیگیری و بررسی سوابق در هر زمان وجود خواهد داشت.
• از خطا و اشتباه در بسته‌بندی و ارسال نادرست کالا جلوگیری خواهد شد. (در حال‌ حاضر بیش‌تر از سیستم‌های ردگیری از بارکدهای دو بعدی که باید برای خوانده شدن در فاصله‌ی کم و با دید مستقیم قرار گیرند استفاده می‌شود. برای این کار به اسکن دستی و پیدا کردن مکان بارکد در شیء نیاز است. همچنین این بارکدها ممکن است در اثر تغییرات محیطی یا هنگام انتقال مرطوب یا خراشیده شوند‌ که این موضوع سبب کاهش دقت خوانایی توسط بارکدخوان خواهد شد. در نتیجه رسیدگی دستی زمان‌بر، هزینه‌بر و با احتمال خطای بالا همراه است. همچنین اسکن‌های زمان‌بندی شده یا روش‌های دستی، به علت اشتباهات سهوی و خطاها نمی‌توانند تضمینی برای به‌روز بودن انبار باشد.)

۲.۳ مراقبت‌های پزشکی

از فن‌آوری RFID می‌توان برای ردیابی حرکت بیماران در بیمارستان‌ها استفاده کرد. پرسنل کلینیک‌ها مشکلات زیادی در کنترل و مدیریت حرکت بیمارانی که از نظر ذهنی دچار عقب‌ماندگی هستند، تجربه می‌کنند. نبود یک سیستم مراقبت اثربخش برای این بیماران آن‌ها را با موقعیت‌های پر خطری روبرو کرده و احتمال آسیب‌های جبران‌ناپذیری را برای آن‌ها فراهم می‌کند. به وسیله یک سیستم کنترل مبتنی بر RFID‌، اطلاعات لحظه‌ای مکان بیماران، قابل دستیابی است. پرسنل کلینیک می‌توانند از این اطلاعات برای جلوگیری از آسیب‌های احتمالی بیماران سود ببرند. همچنین، مدیر بیمارستان می‌تواند از اطلاعات دریافت‌شده برای کنترل رفت‌وآمد افراد ، به مکان‌های محدود شده استفاده کند.
همچنین تگ‌هایی که در بدن حیوانات قرار داده می‌شوند، افزون‌بر فراهم کردن کارت‌های شناسایی منحصربه‌فرد، کمک موثری به مطالعه‌ی زندگی و رشد حیوانات خواهد کرد. بنابراین، دامپزشکان می‌توانند از تگ‌خوان دستی برای بازیابی و به‌روزرسانی اطلاعات پزشکی حیوانات استفاده کنند.

۳.۳ جلوگیری از عرضه‌ی کالای تقلبی

افزایش کالاهای جعلی در بازارهای باز، نیاز به توسعه‌ی سازوکاری برای تعیین اعتبار کالا و تائید آن در هرلحظه و مکان را ملزم می‌کند. سیستم‌های ضدجعل مبتنی بر RFID ، برای پاسخ‌گویی به این نیاز توسعه پیدا کرده‌اند. یکی از این سیستم‌ها شناسایی و تائید آفلاین کالا و دیگری شبکه‌ی ردیابی ضدجعل است. که تولیدکنندگان و خرده‌فروشان برای جلوگیری از جعل کالاهای غذایی و دارویی از آن‌ها استفاده می‌کنند.
سیستم تائید کالا مبتنی بر RFID ، با بررسی اطلاعات منحصربه‌فردی که در تگ RFID کالا ذخیره شده است، کالا را به‌شکل آفلاین تائید می‌کند.
شبکه‌ی ردیابی ضدجعل مبتنی بر RFID، برای ردیابی چرخه‌ی عمر کالا در زنجیره‌ی تامین امکان اتصال به اینترنت را فراهم می‌کند. از این راهکار برای شناسایی کالاهایی استفاده می‌شود که تاریخ انقضای آن‌ها به پایان رسیده است.

۴.۳ سیستم بلیط‌دهی وسایل نقلیه عمومی

یکی از متداول‌ترین کاربردهای RFID سیستم بلیط‌دهی وسایل‌نقلیه‌ی عمومی است. در این بخش، افراد با در دست داشتن کارت هوشمند ( که از نوع RFID غیر فعال است) ، کرایه‌ی خود را پرداخت کرده و از وسایل نقلیه عمومی استفاده کنند.

۵.۳ مدیریت بار مسافرین در فرودگاه‌ها

برای ردیابی چمدان‌ها در فرودگاه‌ها، آن‌ها را از اسکنرها عبور می‌دهند. در این فرایند از سیستم بارکد استفاده می‌شود. اما معمولا ۱۰ تا ۱۵ درصد چمدان‌ها توسط اسکنرها به اشتباه خوانده می‌شوند. امروزه با استفاده از یک سیستم شناسایی اتوماتیک مبتنی بر RFID ، ضمن افزایش کارایی و امنیت مدیریت بار مسافران در فرودگاه‌ها ، شناسایی اشتباه چمدان‌ها به‌طور چشم‌گیری کاهش می‌یابد

۶.۳ ثبت وقایع ورزشی

فن‌آوری RFID می‌تواند برای تعیین دقیق زمان نقاطی از مسیر مسابقه‌دهنده که مدنظر است و نمایش خودکار آن مورد استفاده قرار گیرد. این نوع از کاربرد، در گذشته برای حدود ده سال در مسابقات ماراتن به‌کار گرفته می شد. با قرار دادن تگ در کفش مسابقه‌دهندگان و تنظیم تگ‌خوان‌ها در خط شروع، خطوط زمانی میانه و خط پایانی، مقادیر دقیقی برای ارزیابی عملکرد هریک از دونده‌ها در نقاط مشخصی در مسابقه می‌تواند به آسانی انجام شود.

۷.۳ کتابخانه هوشمند

یک سیستم هوشمند کتابخانه‌ی مبتنی بر RFID می‌تواند به کاربران در امانت و برگشت کتاب سرویس دهد. افزون‌براین کتابخانه‌ها می‌توانند از تگ‌خوان‌های دستی RFID برای شناسایی کتاب‌هایی که در قفسه خود قرار نگرفته‌اند، استفاده کنند. همچنین، استفاده از RFID در کتابخانه، زمان مورد نیاز برای انبارگردانی را کاهش می‌دهد.