CC BY
7УДК 004.6
К.Э. Орещук
ПРЕИМУЩЕСТВА РАДИОЧАСТОТНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ ОБЪЕКТОВ НА ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ В ПРОЦЕССАХ ТРАНСПОРТИРОВКИ ГРУЗОВ
В статье рассматриваются проблемы применения бесконтактной регистрации объектов в логистике. Производится сравнение трех основных технологий в процессах транспортировки грузов по основным тех-нико-эконмическим показателям, откуда видно, что в данной области самым рациональным решением является применение технологии радиочастотной идентификации на поверхностных акустических волнах.
Ключевые слова: технология штрихкодирования, RFID, RFID на ПАВ, RFID-транспордер, считыватель.
Модернизацию процессов транспортировки грузов связывают с автоматизацией систем управления, основанных на различных технологиях автоматической идентификации.
Самая популярная и широко используемая система бесконтактной идентификации физических объектов - система штрихкодирования (штрихового кодирования), основанная на использовании световых волн. Обычный штриховой код - бинарный код, который отображается в виде упорядоченных параллельных полосок (англ. - bar), разделенных между собой пробелами. Полоски и пробелы имеют различную ширину, следовательно, данная структура может быть представлена в виде совокупности цифр или знаков. В процессе сканирования считыватель измеряет силу света, который отражается от черных и белых зон штрихкода. Далее свет такой структуры преобразуется фотодиодом в электрический ток, и затем электрическая схема декодирует вырабатываемый ток в цифровые данные. Эти данные и являются тем, что было первоначально зашифровано штрихкодом. Самая распространенная система кодирования с использованием штрихкодов - линейная система кодирования EAN (European Article Number). Главное преимущество штрихкодов - низкая стоимость при производстве и точное отображение информации.
Данная технология позволила добиться заметных преимуществ при переходе на безбумажный документооборот, включая увеличение пропускной способности склада на 10-20%; сокращения втрое среднего времени стандартных операций (приемка, отгрузка, перемещение); снижения на 40% резерва складского запаса и минимизации количества складского персонала.
Но все перечисленные достоинства не могут компенсировать весомые недостатки штрихкодирования - малый объем хранимой информации и отсутствие возможности записи новых данных. Кроме того невозможно отслеживать объект в движении по всей логистической цепочке.
Проблема поиска новых технологий, которые устраняют эти недостатки, привела к созданию систем RFID (Radio Frequency Identification) - технологий РЧИ (радиочастотной идентификации). RFID -самостоятельное направление, которое входит в группу автоматической бесконтактной идентификации и регистрации объектов при помощи радиоканала. Тем самым, обеспечивая информационную прозрачность на всех участках цепочки создания стоимости товара от поставщиков до конечного потребителя.
Далее представлен процесс функционирования RFID-системы: идентификация объектов (субъектов) осуществляется по уникальному цифровому коду, который считывается из памяти специализированной микросхемы-транспондера (transmitter-responder - передатчик-приемник) - электронной метки, прикрепляемой к объекту идентификации. Передача цифрового кода производится при помощи антенны, вмонтированной в корпус транспондера (так же как и специализированная микросхема) и представляющей с ним одно целое. Считывание уникального кода из памяти транспондера производится по запросу другого устройства - считывателя (ридера) или приемопередающего устройства, формирующего через определенные промежутки времени (как правило, доли секунды) запросного радиочастотного сигнала-посылки, при попадании в поле действия которого, транспондер, передает ответный цифровой код. Данный код принимается считывателем, передается на сервер автоматизированной информационной системе (АИС), где и обрабатывается специальным прикладным программным обеспечением, которое использует полученные сведения для идентификации объекта. Итак, RFID-система поддерживает двусторонний обмен информацией: от считывателя к АИС и от АИС к считывателю.
© Орещук К.Э., 2015.
ISSN 2223-4047
Вестник магистратуры. 2015. № 11 (50). Т. 1.
Однако существуют условия, когда на транспордер оказывается сильное воздействие окружающей среды (очень высокие и очень низкие температуры; высокий радиационный фон, высокая влажность) и применение ЯРШ-систем затрудненно. В этом случае целесообразно использовать технологию на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Она является одной из передовых технологий, использующих эффекты акустической электроники, а именно, обратный и прямой пьезоэффект, который возбуждает в диэлектрике поверхностно акустические волны (ПАВ). По сравнению с электромагнитными волнами скорость распространения ПАВ довольно невысокая. Это позволяет управлять свойствами данной волны. Наиболее эффективны ПАВ в пьезоэлектриках, как естественных, так и искусственно получаемых, таких как кристаллы ниабата лития LiNbO3 и танталата лития LiTaO3.
Принцип работы такой системы заключается в том, что высокочастотный импульс (ВЧ) опроса, который периодически генерируется считывателем, излучается с помощью антенны. Часть излучаемой энергии принимается антенной метки и приходит к выводам встречно -штыревого преобразователя (ВШП) в виде ВЧ импульса напряжения. Часть принятой энергии ВШП преобразует в ПАВ (обратный пьезоэффект), которая распространяется в кристалле под прямым углом к электродам ВШП. Далее рефлекторы (отражающие пластины) в определенной последовательности начинают воздействие на пьезоэлектрический кристалл вдоль пути распространения поверхностной волны. Небольшая часть поверхностной волны отражается от каждого рефлектора и возвращается по кристаллу в направлении ВШП, тогда как оставшаяся часть поверхностной волны продолжает двигаться к концу подложки и поглощается там. Следовательно, из одного импульса опроса генерируется несколько ответных импульсов. Отраженные поверхностные волны возвращаются обратно на ВШП, где они трансформируются в ВЧ последовательность импульсов (прямой пьезоэффект), причем каждый рефлектор создает свой импульс в ответном сигнале транспордера на ПАВ. С помощью дипольной антенны последовательность этих импульсов излучается и может быть принята считывателем. Число принимаемых импульсов соответствует числу рефлекторов на пьезоэлектрической подложке. Поскольку пространственное расстояние между рефлекторами на подложке пропорционально времени задержки между отдельными импульсами, то это расположение рефлекторов может представлять двоичную последовательность цифр, равную, в простейшем случае, идентификационному коду метки.
В таблице 1 сведены результаты анализа параметров эффективности RFID-систем по сравнению со штрихкодированием. Использовались доступные данные спецификаций RFID-систем различного назначения. Главное преимущество ЯРГО-систем - возможность работы с любыми группами товаров, данные идентификационного транспордера могут дополняться и могут быть засекречены, на транспордер можно записать гораздо больше данных, они долговечны и более защищены от воздействия окружающей среды. Данные на транспордер заносятся значительно быстрее и считываются бесконтактным способом. В тоже время ЯРГО-системы имеют несколько существенных недостатков: они относительно дороги, их невозможно помещать под металлическими и электропроводными поверхностями, они подвержены влиянию металла. Однако в сфере логистики и транспортировки грузов стоимость радиочастотного транспордера может оказаться совершенно незначительной по сравнению со стоимостью содержимого контейнера.
Таблица 1
Сравнительный анализ основных технико-экономических показателей технологий штрихового кодирования, ЯРГО и ЯРГО на ПАВ
Параметр Штриховое кодирование КРГО КРГО на ПАВ
Расстояние максимального считывания До 1 м От 9 до 91 м От 7 до 50 м
Объем данных для хранения информации До 3750 символов данных От нескольких байтов до практически неограниченного количества данных, например, у активной метки с помощью 96 разрядов в целом может быть сгенерировано 80 000 трлн уникальных идентификаторов (256 заголовков, обозначающих используемую версию EPC, 256 млн названий компаний, 16 млн типов классов маркируемого объекта, 64 млрд номеров экземпляров маркируемого объекта) В транспордерах на ПАВ с большим объемом данных 65000 уникальных идентификационных номеров по 16 бит
Окончание таблицы 1
Параметр Штриховое кодирование КГГО ЮТО на ПАВ
Воздействие окружающей среды Легко повреждается Рабочая температура: -10...+50° Срок службы: короткий Повышенная прочность и сопротивляемость жестким условиям рабочей среды Рабочая температура: -40...+65° При воздействии радиации выходит из строя Срок службы до 10 лет Максимальная сопротивляемость жестким условиям рабочей среды Рабочая температура: -300...+100° Воздействие радиации: до 5 Мрад Срок службы более 10 лет
Ограничение по типу материала объекта Можно помещать на объект практически из любого материала С трудом считываются на металле и некоторых жидкостях в ультравысокочастотном и микроволновом диапазонах С трудом считываются на металле
Ограничение по частотам - 125кГц - 2,45 ГГц 434 МГц - 2,45ГГц
Стоимость Низкая Средняя и высокая Средняя и высокая
Уникальные технические характеристикам в дополнение к специальному защитному корпусу позволяют RFID-транспордерам на ПАВ обеспечивать считывание информации при эксплуатации в самых неблагоприятных индустриальных условиях. RFID-технологии с метками на ПАВ в настоящее время успешно работают в логистических компаниях, топливно-энергетическом комплексе, металлургических и горно-обогатительных комбинатах, в прачечных комбинатах и химических предприятиях. Также существует ряд технологических процессов, в которых нет альтернативы RFID-системам, и ее применение имеет хороший потенциал.
Список литературы
1.Багдасарян А.С., Луканова А.В. Многофункциональный электронный модуль для мониторинга объектов техногенной среды. - М.: Теория и техника радиосвязи, №3/2014. - 91 с.
2. Дшхунян В.Л., Шаньгин В.Ф., Электронная идентификация. Бесконтактные электронные идентификаторы и смарт-карты. - Москва, 2004.
3.Колодин В.С. Направления взаимодействия маркетинговых и логистических технологий в производствен физическом распределении продукции / В.С. Колодин // Известия Иркутской государственной экономической академии (Байкальский государственный университет экономики и права) (электронный журнал). - 2011. - № 5. - URL: http: // eizvestia.isea.ra/reader/article.aspx?id=9702.
4. Гуреева О. Система радиочастотной идентификации на поверхностных акустических волнах // Компоненты и технологии. - 2006.
ОРЕЩУК КИРИЛЛ ЭДУАРДОВИЧ - магистрант, Дальневосточный федеральный университет, Россия.
