Zdalna identyfikacja RFID

Wynika to po części z tego, że systemy RFID obecnie rozwijają się najlepiej w specjalistycznych obszarach rynku przemysłowego, w automatyce procesów, logistyce i transporcie, a więc w zastosowaniach do niedawna postrzeganych jako niszowe i zbyt wymagające dla RFID od strony technicznej.

Niemniej takie aplikacje o charakterze profesjonalnym znacznie lepiej pasują do charakteru naszego rynku, w porównaniu do tych masowych związanych z biletami, dokumentami i płatnościami. Dla rynku dystrybucji i firm krajowych RFID w przemyśle ma znacznie lepszy potencjał od tego, co zapewniają aplikacje masowe, dlatego dzisiaj jest to znacznie atrakcyjniejszy obszar biznesu niż kilka lat temu.

Czynniki sprzyjające rozwojowi rynku RFID w Polsce

Rys. 1. Ocena, jakie czynniki w największym stopniu ograniczają tempo rozwoju rynku zdalnej identyfikacji radiowej

Ogromne możliwości techniczne, jakie kryją się w systemach zdalnej identyfikacji, przez wiele lat tworzyły nadzieje na szybki rozwój tej technologii w obszarach masowych. Głównie chodziło o handel, a na kolejnych miejscach wymieniano systemy elektronicznych dokumentów i aplikacje biletowe w transporcie.

Zastosowania profesjonalne w przemyśle, transporcie, motoryzacji i w logistyce były tymi obszarami, które wymieniane były na kolejnych bardziej odległych miejscach. Zapewne wynikało to z oczekiwanych wolumenów sprzedaży transponderów i czytników, jakie można było prognozować na poszczególnych sektorach rynku, niemniej życie zweryfikowało te początkowe plany, ustawiając je prawie dokładnie w odwrotnej kolejności.

Jedynym wyjątkiem okazały się systemy biletowe w komunikacji, niemniej rozwój tego sektora rynku już wyhamował, gdyż większość znaczących inwestycji mamy za sobą. Cały czas wysokie ceny transponderów, plus kilka innych czynników związanych z niedostateczną standaryzacją, są sporą przeszkodą w rozwoju rynków masowych w zakresie radiowej identyfikacji.

Niemniej coraz doskonalsze parametry techniczne i możliwości systemów RFID tworzą wiele szans na udane implementacje w obszarach profesjonalnych, tam gdzie cena taga nie jest krytycznym parametrem systemu.

To właśnie takie aplikacje są dzisiaj w największym stopniu odpowiedzialne za rozwój rynku RFID, który coraz mniej kojarzy się z koszykiem pełnym zakupów w supermarkecie, a częściej z halą przemysłową lub magazynem i ciężarówkami. Wśród czynników odpowiedzialnych za te zmiany jakościowe oraz rozwój rynku RFID w większości przypadków odpowiada coraz większa świadomość rynku i lepsza wiedza specjalistów na temat właściwości i możliwości technologicznych systemów RFID.

Innymi słowy, dzisiaj nikt nie oczekuje cudów związanych z identyfikacją, w dużej mierze wszyscy mają rozeznanie w kosztach implementacji tej technologii i tym samym nie tracą czasu na z góry chybione działania. Większą wiedzą dysponują także dostawcy produktów związanych z identyfikacją.

Dobre wsparcie techniczne jest znaczącym czynnikiem wspierającym sprzedaż, bo z RFID jest tak, że sama zasada działania i ogólny zarys systemu jest znany w zasadzie każdemu, ale po odejściu od ogólnego opisu liczba szczegółów i niuansów rozwiązań, a także dostępnych na rynku wykonań i standardów, dla wszystkich osób niebędących specjalistami może wydawać się bardzo często przytłaczająca.

Za drugi czynnik prorozwojowy uznaje się niezawodność, uniwersalność, zmniejszające się ceny tych rozwiązań. Spadek cen produktów RFID dotyczy w największym stopniu czytników, zarówno tych w postaci modułów OEM, jak i gotowych urządzeń. Gorzej jest z cenami transponderów, które także maleją, ale w o wiele mniejszym tempie, niedającym wyraźnych impulsów rozwojowych.

Tabela 1. Przegląd ofert krajowych dostawców systemów RFID

Wolniejszy spadek cen neutralizują coraz lepsze parametry tych produktów, głównie związanych z poprawą skuteczności odczytu, bezpieczeństwa danych i komunikacji, możliwością montażu na podłożu metalowym. Szersza oferta tagów to także wiele kształtów i wykonań dopasowanych pod względem obudów do wymogów środowiskowych i montażowych w aplikacjach.

To również więcej pasm częstotliwości działania, wersje pasywno-aktywne i podobne rozwiązania. Od strony rynku, w rozwoju zdalnej identyfikacji pomagają różnego rodzaju dotacje na innowacje i dofinansowania z funduszy UE.

Takie dodatkowe pieniądze przeznaczane są na nowe technologie, inwestowane w rozwiązania umożliwiające automatyzację procesów, śledzenie przepływu towarów, rozwiązania zastępujące kody kreskowe i podobne systemy.

Wsparcie z funduszy od pięciu lat jest ważnym czynnikiem prorozwojowym dla wielu dziedzin techniki w Polsce. Jest to element biznesowy chętnie wykorzystywany, szkoda tylko, że to źródło już się wyczerpuje.

Zjawiska niekorzystne dla biznesu

Rys. 2. Zestawienie wzrostu obrotów dostawców transponderów i czytników RFID w latach 2009-2011

Rozwój biznesu związanego z RFID ogranicza znacznie potencjał ekonomiczny rynku, a nawet całej gospodarki. Skoro nie dzieje się w niej ostatnio najlepiej, to musi się to przekładać na obroty branży. Widać to chociażby w tym, że wiele inwestycji jest przekładanych z przyczyn ekonomicznych na później.

Drugim negatywnym czynnikiem jest przyzwyczajenie i inercja klientów, którzy wolą zostać przy kodach kreskowych i są głusi na wiele rzeczowych argumentów przekonujących do innych rozwiązań. To samo dotyczy wielu stereotypowych opinii na temat opłacalności takich rozwiązań, które trwają w branży latami i nie zmieniają się razem z ewoluującą technologią.

Osoby, które je głoszą, nie zawsze orientują się w najnowszych rozwiązaniach, ich cenach i możliwościach, za to mają zawsze sporo do powiedzenia. Ten niedostateczny stopień edukacji i wiedzy na temat RFID potrafi być sporym bagażem negatywnym. Przeszkadza też brak kompatybilności i liczne standardy definiujące RFID.

Mamy kilka pasm częstotliwości, w nich różne rozwiązania firmowe i produkty definiowane przez ISO, EPC Global, ETSI (European Telecommunications Standards Institute) oraz FCC (Federal Communications Commission). Normy przez nie opracowane standaryzują takie kwestie, jak komunikacja między znacznikami i czytnikami (interfejs radiowy), format danych i metody ich kodowania, sposoby testowania zgodności z danym standardem.

Skutkiem jest ograniczona interoperacyjność tych systemów zmuszająca producentów do tworzenia złożonych rozwiązań wielosystemowych, zdolnych do pracy w różnych pasmach i standardach po to, aby systemy takie mogłyby być instalowane i używane na całym świecie.

To większe skomplikowanie przekłada się nie tylko na wyższe ceny rozwiązań uniwersalnych, co wynika nie tylko z ich większego skomplikowania układowego, ale także szerszego wymaganego zakresu certyfikacji. Chociaż transpondery wydają się podzespołami niezniszczalnymi i długowiecznymi, nie zawsze ich jakość jest wystarczająca.

Ceny tagów w dużej mierze determinują opłacalność rozwiązań RFID, stąd presja rynku na ich niskie ceny jest bardzo silna. Niestety prowadzi to do rozdźwięku i polaryzacji rynku na produkty doskonałe i drogie oraz tanie i słabe. Problemy z jakością wynikają głównie z wpływu środowiska.

Zmiany temperatury w szerokim zakresie, drgania mechaniczne i wilgotność i związane z nią elektrolity na powierzchni są w stanie szybko uszkodzić niezwykle delikatne elementy anteny. Stąd również w zastosowaniach profesjonalnych dominują raczej systemy pracujące na wyższych częstotliwościach.

Oprócz większego zasięgu tagi takie mają mniej skomplikowane anteny, bardziej odporne na wymienione narażenia. Na rysunku 1 pokazujemy wyniki badania ankietowego przeprowadzonego wśród specjalistów zajmujących się radiową identyfikacją, które miało na celu wyłonienie czterech najważniejszych czynników przeszkadzających w rozwoju omawianej branży i ocenę siły ich negatywnego oddziaływania. Jak widać za najbardziej istotne uznano wysokie ceny znaczników oraz w drugiej kolejności brak wiedzy na temat tej technologii.

Nowości i trendy rynku RFID

Rys. 3. Ocena, jakie dla rynku RFID były pierwsze trzy kwartały 2012 roku

Rynek systemów zdalnej identyfikacji rozwija się w ewolucyjnym tempie i dlatego trudno podać jakieś przełomowe produkty, które zmieniłyby znacznie ukształtowany przez lata obraz. Niemniej cały czas widoczna jest poprawa jakości i skuteczności działania czytników, stacjonarnych i mobilnych. Rośnie zasięg odczytu znaczników pasywnych i pewność działania systemów RFID.

Pojawiają się nowe wykonania transponderów pozwalające na montaż na powierzchniach metalowych, co do niedawna uniemożliwiało ich pracę. Nowością są transpondery z drukowaną, a nie z wklejoną anteną na etykiecie produktowej, co ogranicza koszty ich produkcji. To samo dotyczy wersji z lepszymi zabezpieczeniami, które wykorzystuje się coraz liczniej do zabezpieczeń antyfałszerskich.

Przykładem może być wzmocnienie bezpieczeństwa w Mifare poprzez Mifare Plus oraz powiązanie z systemami NFC. Podrabianie jest prawdziwą plagą wielu branż i producenci bronią się przed tym procederem, m.in. wbudowując znaczniki RFID do wyrobów oraz stosując właśnie rozwiązania drukowane po to, aby koszt zabezpieczenia był możliwie niski.

Przy rozwiązaniach aktywnych walka trwa o zminimalizowanie rozmiaru taga. W miarę upływu lat systemy RFID migrują w stronę wyższych częstotliwości pracy. Praca w paśmie HF lub UHF zapewnia nie tylko większy zasięg odczytu, ale także pozwala na implementację skutecznych mechanizmów odczytu wielu znaczników umieszczonych blisko siebie, w różnych pozycjach i z daleka.

Tabela 2. Dane kontaktowe do firm wymienionych w tabeli 1

To zagadnienie jest ważne z uwagi na to, że w wielu aplikacjach konieczne jest uzyskanie pewności, że czytnik nie pominie któregoś z transponderów, stąd w nowych protokołach, np. ISO15693, zagadnienie to zostało dopracowane. Motorami technologii RFID są też płatności bezstykowe NFC, mimo że w warunkach krajowych jest to oderwana od "normalnego" rynku część biznesu.

Od wielu lat systemy RFID są też z powodzeniem wykorzystywane w Polsce w aplikacjach przemysłowych, szczególnie w przemyśle motoryzacyjnym. Wciąż spadające ceny jednorazowych znaczników RFID powodują, że coraz częściej rozwiązania te są wykorzystywane w aplikacjach logistycznych.

Trendem jest też to, że penetracja RFID następuje także poprzez czytniki wykorzystywane w systemach tradycyjnych, np. te związane z kodami kreskowymi coraz liczniej potrafią także czytać tagi radiowe. To samo dotyczy mobilnych terminali i innych podobnych urządzeń wykorzystywanych w magazynach, handlu i logistyce.

Najnowsze tendencje rozwojowe wskazują, że dużym bodźcem do upowszechnienia systemów RFID będzie wprowadzenie elektroniki drukowanej, która spowoduje obniżenie ceny jednostkowej etykiety. Umożliwi ona wydrukowanie kompletnego transpondera przy użyciu nanokompozytów lub polimerowych materiałów przewodzących.

RFID w przemyśle

Rys. 4. Struktura obrotów firm ze sprzedaży produktów RFID. Dla 30% z nich roczna sprzedaż nie przekracza 100 tys. zł

Kolejnym perspektywicznym obszarem jest optymalizacja procesów produkcyjnych w dużych zakładach przemysłowych. Systemy tego rodzaju stanowią często łącznik między środowiskiem produkcyjnym i systemami biznesowymi. Te ostatnie, śledząc przepływ oznakowanych materiałów, półproduktów i gotowych produktów między kolejnymi etapami ich przetwarzania, mogą na bieżąco monitorować przebieg poszczególnych procesów.

Ułatwia to synchronizację różnych etapów produkcji, realizowanych często w kilku halach oraz w obrębie wielu linii produkcyjnych. Pozwala to m.in. zachować ciągłość dopływu surowców do produkcji, a tym samym ograniczyć przestoje, które w skrajnych wypadkach mogą nawet wstrzymać pracę całego zakładu.

Wpływa to również na efektywność zarządzania powierzchnią magazynową oraz terminowość realizacji zleceń. Systemy RFID są też używane do monitorowania przepływu różnych zasobów zakładu, na przykład maszyn lub narzędzi wypożyczanych przez różne działy oraz poszczególnych pracowników.

Dzięki temu szybko można je zlokalizować, gdy są pilnie potrzebne w innej części fabryki lub uzupełnić braki w wypadku zgubienia lub uszkodzenia konkretnego narzędzia. Znaczniki RFID, zwykle wielokrotnego użytku, mogą również pełnić funkcję przenośnych baz danych. W takim wypadku zapisuje się w nich różne informacje, na przykład instrukcję montażu oznakowanej w ten sposób części.

Informacje te są później odczytywane na stanowisku produkcyjnym, gdzie na przykład pozwalają odpowiednio zaprogramować robota lub stanowią podpowiedź dla pracowników wykonujących dane zadanie. Obudowanie fabryki czytnikami i wbudowanie tagów do narzędzi i sprzętu wykorzystywanego podczas produkcji z pewnością jest kosztowne.

Jednak taki system jest w stanie dostarczyć cennych informacji, które następnie pozwalają, na poziomie analiz komputerowych, na wybranie miejsc przechowywania sprzętu, kolejności wykonywania czynności, ułożenia materiałów i surowców tak, aby całość była realizowana szybciej i mniejszymi środkami. Skoro takie systemy są wdrażane, to znaczy, że przynoszą one korzyści finansowe.

Własne rozwiązanie czy moduł OEM

Rys. 5. Branże wykorzystujące identyfikację radiową w Polsce uporządkowane według znaczenia

W miarę upływu lat oferta rynku związana z czytnikami, w tym oczywiście tymi w postaci modułów OEM do zabudowy wewnątrz własnej aplikacji, jest coraz szersza od strony asortymentu. Dystrybutorzy proponują dziesiątki różnych wersji, specjalizowanych i ogólnego przeznaczenia, jedno- lub wielosystemowych i pasmowych.

Poza produktami znanych marek dostępne są ponadto tanie urządzenia chińskie. Z drugiej strony dostępne są specjalizowane układy scalone realizujące praktycznie wszystkie funkcje czytnika i to wielosystemowego. Wystarczy pojedynczy układ uzupełniony o antenę i kilkanaście elementów RLC zapewniających jej dopasowanie.

Komunikacja scalonego czytnika z mikroprocesorem realizowana jest za pomocą interfejsu szeregowego SPI lub linii GPIO, stąd trudno się oprzeć wrażeniu, że od strony układowej własny czytnik nie jest skomplikowany. Szeroka oferta produktów gotowych do zastosowań OEM wskazuje jednak, że prostota rozwiązania układowego nie jest czynnikiem przesądzającym o tym, że firmy wybierają własne konstrukcje.

RFID to urządzenia emitujące fale radiowe, przez co ich praca podlega regulacjom dość restrykcyjnych dyrektyw UE, m.in. z powodu konieczności zachowania kompatybilności elektromagnetycznej. Nic zatem dziwnego, że oferta produktów OEM jest tak bogata, bo badania i certyfikacja to drogie usługi, a w przypadku modułów są one zawarte już w cenie produktu. Wydaje się, że przy rosnącej konkurencji na rynku i powiększającym się asortymencie, tylko w przypadku wielkoseryjnych aplikacji będzie się opłacać tworzyć własne rozwiązania czytników.