Identifikace v informačních systémech (RFID) - radiofrekvenční identifikace

Transkript

1 Bankovní institut vysoká škola Praha Katedra informačních technologií Identifikace v informačních systémech (RFID) - radiofrekvenční identifikace Bakalářská práce Autor: Josef Doleček Informační technologie, Manaţer projektů informačních systémů Vedoucí práce: Ing. Vladimír Beneš Praha Duben, 2010

2 Prohlášení: Prohlašuji, ţe jsem bakalářskou práci zpracoval samostatně a s pouţitím uvedené literatury. V Liberci dne Josef Doleček

3 Poděkování Rád bych tímto poděkoval vedoucímu své bakalářské práce panu Ing. Benešovi za konzultace, cenné postřehy a odborné vedení při tvorbě této práce, své přítelkyni a rodině za trpělivost a podporu.

4 Anotace Předmětem této práce je problematika technologie RFID, její historie, vývoj, principy jejího fungování a možnosti jejího využití, s cílem definovat případovou studii aplikace RFID technologie v podmínkách firmy zabývající se výrobou pro automobilový průmysl. Annotation The subject of this work is the RFID technology, its history, development, principles of its operation and its application with the aim of the definition of the case study of RFID technology in the environment of the company specializing in production for the automotive industry.

5 Obsah Úvod Přehled RFID technologií Co je to RFID? Přehled pouţívaných čipů RFID Rozdělení podle provedení Rozdělení podle frekvenčního pásma Rozdělení podle zdroje napájení Rozdělení podle moţnosti zápisu Snímače RFID Technologické přednosti RFID oproti čárovým kódům Bezpečnost RFID Ekonomické výhody identifikace Technologie RFID dobývá svět RFID nedílnou součástí Internetu věcí Historie a vývoj RFID Čárový kód Očekávaný vývoj v nejbliţších letech Technologické aplikace a moţnosti vyuţití RFID Logistika sledování přepravních jednotek Výroba traceabilita (sledování výroby) Výroba - hlavní přínosy Informace o vstupech do výroby a jejich řízení Vyuţití v dalších oblastech Evidence majetku Farmaceutický průmysl a zdravotnictví Prudký nárůst pouţití RFID ve zdravotnictví Moţné problémy RFID Případová studie implementace RFID v prostředí výrobního závodu Výchozí podmínky pro implementaci Nepsané standardy pro realizaci RFID projektu... 41

6 4.3 Praktické úvahy k zavádění RFID do praxe Přínosy RFID investice Odhad nákladů na pilotní projekt Vyhodnocení studie Závěry a doporučení Seznam pouţité literatury a zdrojů Seznam pouţitých zkratek a pojmů Přílohy... 55

7 Úvod RFID je zvláštní fenomén moderní doby. Je to technologie, se kterou se potkáváme na cestách kaţdodenního ţivota a stále více se hlásí o slovo. Můţe nám ulehčit ţivot v mnoha oblastech - v průmyslové, ekonomické, sociální i kulturní sféře. Technologii RFID je moţné pouţít jako náhradu dobře známých čárových kódů, různých štítků označujících výrobky a zboţí, s její pomocí lze snadno identifikovat osoby a zvířata, automatizovat výrobní a logistické procesy, lze ji aktivně vyuţít ve světě tzv. Internetu věcí. Tyto skutečnosti se staly důvodem mé práce, vedly mne k zamyšlení nad problematikou technologie RFID, její historií, vývojem, principy jejího fungování a moţnostmi jejího vyuţití, s cílem definovat případovou studii aplikace RFID technologie v podmínkách firmy zabývající se výrobou pro automobilový průmysl. 6

8 1 Přehled RFID technologií 1.1 Co je to RFID? RFID představuje technologii identifikace pomocí radiofrekvenčních vln. Jedná se v podstatě o generaci identifikátorů navrţených (nejen) k identifikaci zboţí, navazujících na systém čárových kódů. Iniciátorem vývoje byla stejně jako u čárových kódů firma WalMart. Principem je uloţení potřebných dat v paměťových radiofrekvenčních čipech a následné opakované čtení nebo zápis dat pomocí čtečky. Čtecí zařízení má podobu pevné brány nebo ručního terminálu, bezdrátová komunikace probíhá pomocí antény na příslušných radiofrekvenčních vlnách. Informace získávané v průběhu výrobního nebo logistického procesu jsou filtrovány pomocí softwarového vybavení middleware 1 k vyuţití v informačním systému. Identifikace a dohledatelnost je moţná celosvětově, a to při dodrţení standardu dat EPC Global a s vyuţitím internetového rozhraní EPC Global Network. EPC 2 o délce 96 bitů nabízí dostatečný číselný prostor 268 milionům výrobců produkujícím kaţdý 16 milionů druhů výrobků (tříd), přičemţ v kaţdé třídě je prostor pro 68 miliard sériových čísel. Protoţe zatím není ani teoretický výhled na upotřebení takového mnoţství čísel EPC, mohou čipy pouţívat EPC o délce 64 bitů, coţ sniţuje jejich cenu. Na druhou stranu je zde ale výhled pro přechod na 128 bitů pro případ, ţe by číselné řady přestaly stačit. Struktura kódu: 8 bit hlavička, EPC č. verze. 28 bitů informace o firmě (268 milionů firem). 24 bitů třída výrobku (16 milionů tříd). 36 bitů unikátní č. produktu (68 milionů čísel). 1 Middleware je software, který slouţí jako konverzní nebo překladatelská vrstva. Slouţí také jako integrátor. 2 Electronic Product Code (elektronický kód produktu), který umoţňuje jednoznačnou identifikaci. 7

9 Informace obsažené v RFID čipu K odvozování informací na základě EPC přímo slouţí sluţba zvaná Object Name Service - ONS. Ta přiřazuje ke kaţdému EPC adresu s popisem zboţí ve formátu XML, resp. jeho speciálním derivátu PML - Physical Markup Language. V tomto formátu se mohou uchovávat všechna potřebná data ke zboţí, jako je jeho datum výroby, záruka, trvanlivost, způsoby pouţití a další údaje, jeţ můţe uţivatel snadno importovat a pouţívat. European Article Number číslo, které slouţí k označování určitého produktu, pouţívá se téměř na celém světě. Základní principy Identifikační systém se skládá z několika hlavních prvků, kterými jsou transpondéry (tagy), čtečky a podpůrné systémy (řídící počítače, databáze, telekomunikační sítě). Technologie RFID pracuje na principu radaru. Transpondéry mohou být jak aktivní, tak pasivní (v tomto případě vyuţívají pro své napájení energii vyslanou ze čtečky). Věnujme se především pasivním RFID transpondérům (viz obrázek č. 1). Obrázek č. 1: Princip funkce pasivního tagu Zdroj: Čtečka nejprve vysílá na svém nosném kmitočtu elektromagnetickou vlnu, která je přijata anténou transpondéru. Indukované napětí vyvolá elektrický proud, který je usměrněn a nabíjí kondenzátor v transpondéru. Uloţená energie je pouţita pro napájení logických a rádiových obvodů transpondéru. Kdyţ napětí na kondenzátoru dosáhne minimální potřené úrovně, spustí se logický automat či mikroprocesor (tedy řídící obvody uvnitř transpondéru) a transpondér začne odesílat odpověď čtečce. Vysílání transpondéru je realizováno zpravidla pomocí dvoustavové ASK (Amplitude Shifting Key) modulace, která je realizována změnou zakončovací impedance 8

10 antény transpondéru. Odrazy, které vznikají změnou impedance antény, jsou detekovány čtečkou a interpretovány jako logické úrovně 1 a 0. Řízení komunikace a jednotlivých stavů komunikačního řetězce je definováno příslušnou ISO normou. 1.2 Přehled používaných čipů RFID Rozdělení podle provedení RFID tag - paměťový radiofrekvenční čip nesoucí datovou informaci, který komunikuje bezkontaktně a bez přímé viditelnosti se snímačem - nejčastěji v podobě etikety nebo štítku. Provedení (tvar, rozměry, materiál) se mohou velmi lišit dle poţadavků aplikace. RFID tag se skládá z vlastního čipu, antény, propojení a zapouzdření, případně baterie. Čip definuje kapacitu a typ RFID tagu, anténa stanovuje kvalitu příjmu a odesílání radiofrekvenčního signálu, zapouzdření ovlivňuje moţnost pouţití v různých prostředích a ţivotnost tagu. Rozlišujeme např.: RFID Smart label RFID čip je umístěn na potisknutelné etiketě s moţností dalších informací - textu, grafiky. Etiketa je potisknutelná tiskárnami a můţe obsahovat text, grafiku atd. RFID wristband náramek na ruku obsahující RFID čip, k identifikaci osob. vyuţití ve zdravotnictví RFID karta - čip můţe být zapouzdřen do plastové karty nebo předmětu typu klíčenky např. k vyuţití v platebních a docházkových systémech. RFID inlay zabudování čipu přímo do produktu, v případě kovového výrobku moţnost oddělující vrstvy kvůli rušení. 9

11 Obrázek č. 2: RFID etikety - Smart Labels Zdroj: Rozdělení podle frekvenčního pásma Systémy RFID pracují s různými frekvencemi, jeho stanovení vychází z prvotní fáze analýzy řešení. Je třeba určit poţadavky na rychlost čtení a zápisu, dosah signálu a prostor pokrytí atd. Oblasti využití RFID tagů podle frekvence Nízká frekvence (LF), khz: Nejstarší a nejdéle pouţívaný typ, krátký dosah, velká anténa, pouze pro čtení, nízká přenosová rychlost, vyšší cena, kovy a kapaliny nevadí, vyuţití - čipování zvířat, přístupové a docházkové systémy, parkovací systémy. Vysoká frekvence (HF), 13,56 MHz: Krátký dosah, velká anténa, pouze pro čtení i přepisovatelné, 10

12 vyšší přenosová rychlost, neţ LF, vysoká cena, kapaliny znesnadňují čtení, moţnost potiskovat (smartlabel), vyuţití - zdravotnictví, přístupové a docházkové systémy, knihovny, zboţí v regálech. Velmi vysoká frekvence (UHF), 860 MHz 930 MHz: Dlouhý dosah, malá anténa, moţnost číst, zapisovat i přepisovat, vysoká přenosová rychlost, běţně se dosahuje načtení >1000 čipů/sec. (antikolizní mechanismus), nízká a stále klesající cena, nelze číst přes kapaliny, obtíţné čtení na kovu, moţnost potiskovat (smartlabel), vyuţití - dodavatelsko-odběratelské řetězce, obchodní řetězce, sklady, výroba, kultura (vstupenky), logistika. Mikrovlnné tagy (MW), 2,54 GHz a 5,8 GHz: Dlouhý dosah, malá anténa, moţnost číst, zapisovat i přepisovat, vysoká přenosová rychlost, vysoká cena, kapaliny a kovy příliš nevadí, vyuţití - výrobní proces, dodavatelsko-odběratelské řetězce, sklady, systémy elektronického mýta, doprava. 11

13 Tabulka č. 1: Rozdělení systémů dle frekvenčního pásma Frekvence Dosah Popis khz (LF) nízká frekvence max. 0,5 m platnost celosvětově; možnost snímání v blízkosti kovu a přes vodu; nízká rychlost snímání 13,56 MHz (HF) vysoká frekvence MHz (UHF) velmi vysoká frekvence MHz (UHF) velmi vysoká frekvence MHz (UHF) velmi vysoká frekvence 2,45 GHz ; 5,8 GHz (MW) mikrovlnná frekvence max. 1 m max. 3 m max. 3 m max. 3 m max. 10 m platnost celosvětově; obtížné snímání přes vodu; rychlost snímání / zápis cca. 10x rychlejší než LF (20 kb/s) UHF platné pro Evropu; nelze snímat přes kapalinu a obtížně přes kov UHF platné pro USA, Kanadu a Mexiko UHF platné pro Asii a Japonsko možnost čtení při velmi vysokých rychlostech; vysoká cena čipů Zdroj dat: Rozdělení podle zdroje napájení Čipy (tagy) se dělí na aktivní a pasivní podle toho, zda je moţné informace z nich nejen číst (pasivní), ale i do nich zapisovat (aktivní). Aktivní jednotky pak musí disponovat vlastním zdrojem energie; ten obstarává miniaturní baterie. Jejich paměť pro zápis můţe dosahovat aţ 1 MB. Pasivní jsou nejrozšířenější, nemají vlastní baterii, napájeny jsou polem snímače. Ten periodicky vysílá pulsy prostřednictvím antény do prostoru, čip vyuţije přijímaný signál k nabití svého napájecího kondenzátoru a vyšle odpověď. Pasivní tagy jsou cenově výrazně levnější, mají různou akční vzdálenost čtení od 0,5 m do 10 m, dlouhou ţivotnost čipu a pouţívají metodu (RTF reader talk first). Tagy, které pracují na nejvyšší frekvenci UHF mají rádius - cca 3 aţ 10 m, ty s frekvencí nejniţší LF 125 khz mají dosah jen cca 0,5 m. V současné době jsou nejvíce 12

14 rozšířeny pasivní čipy a to zejména kvůli své nízké ceně, nenáročnosti na obsluhu a odolnosti, velikost paměti bitů. Aktivní mají vlastní baterii, jsou schopny vyslat svoji identifikaci. Obecně jsou draţší a těţší, pouţívají se pro lokalizaci cenných produktů. Pouţívají se méně často neţ pasivní systém RFID. Jsou sloţitější, obsahují navíc i zdroj napájení a jsou schopny samostatně vysílat své identifikace - pouţívají se proto pro aktivní lokalizaci. Aktivní čipy vysílají samy své údaje do okolí (TTF tag talks first), to umoţňuje vlastní miniaturní baterie umístěna v čipu, která vydrţí cca 1-5 let. Tyto čipy však kvůli baterii mají menší odolnosti na teplotu a je nutné provádět výměnu baterie (nejvíce se vyuţívají pro sledování osob, vozového a technologického parku, sledování zvířat a tam kde leze čip opětovně pouţít). Aktivní čipy mají vzdálenost čtení aţ 100 m, ale vyţadují poměrně vysoké náklady na pořízení, velikost paměti na čipu můţe dosahovat aţ 100 kb. Semiaktivní obsahují baterii, která slouţí pouze ke zvýšení dosahu snímání Rozdělení podle možnosti zápisu Pouze ke čtení (Class 0), programováno ve výrobě, 64 nebo 96 bitů, čtení 1000 tagů za sekundu. Zapisovatelné 1x nebo vícenásobně (Class 1), programováno při pouţití, 64 nebo 96 bitů, čtení 200 tagů za sekundu. Zapisovatelné vícenásobně (Class 0+), programováno kdykoli, 256 bitů, čtení 1000 tagů za sekundu. Zapisovatelné vícenásobně (Gen2), programováno kdykoli, 256 bitů, čtení 1600 tagů za sekundu. 13

15 Obrázek č. 3: Detail základního RFID tagu Zdroj: Snímače RFID Snímače neboli čtečky RFID jsou zařízení, která dokáţou zachytit vysílání aktivního nebo pasivního tagu. Čtečka nemusí pouze informace zachycovat, ale můţe je také do tagu zapisovat. Čtečka pouţívá pro vysílání a přijímání signálu anténu, která můţe být vestavěná nebo externí. Základním poţadavkem na čtečku je schopnost zpracovat obrovské mnoţství dat. Čtečky musí poznat jiţ jednou přečtené tagy a detekovat (ignorovat) odrazy signálů tagů od pevných překáţek (např. kovu) a musí zvládnout současně načíst velký počet tagů. S tím souvisí schopnost paralelně načítat tagy v relativně krátkém časovém intervalu. Čtečka přistavená vedle palety se zboţím by měla být schopna přečíst celý obsah palety. Čtečky jsou stacionární nebo mobilní. Na mobilní čtečky jsou kladeny větší poţadavky, např. odolnost proti pádům, extrémním teplotám, prašnosti nebo vlhku. Tyto čtečky většinou komunikují bezdrátově prostřednictvím Wi-Fi nebo Bluetooth, za jejichţ pouţití se aktuálně snímané hodnoty v reálném čase přenášejí do centrální databáze. Stacionární čtečky se uplatní tam, kde není třeba chodit za tagy, ale tagy (např. na zboţí opatřené tagy na paletě) procházejí okolo čtečky, např. v podobě čtecí brány. Při výběru vhodné stacionární čtečky je třeba zohlednit, zda bude čtečka instalována venku nebo uvnitř budovy. 14

16 Obrázek č. 4: Odolný mobilní terminál (čtečka) Datalogic Kyman Zdroj: Čtečky a tagy musí pracovat na stejné frekvenci. K počítači lze čtečku kromě bezdrátové sítě připojit zpravidla i prostřednictvím rozhraní USB 3 nebo RS-232 (sériový port). Při výběru čtečky je třeba nejprve zodpovědět tyto otázky: Kde se vyskytují tagy, které je třeba číst? Jaké mnoţství tagů současně je očekáváno? Budou se tagy při čtení pohybovat, a pokud ano, jakou rychlostí? Je třeba redundantní data odhalovat jiţ ve čtečce, nebo aţ v systému? Někdy je třeba číst jen tagy, které se vyskytují na určitém místě, např. projíţdějí na pásovém dopravníku. Jindy je nutné číst všechny tagy v daném prostoru. Podle toho se vybere vhodný počet antén se správnou směrovou charakteristikou. Čtečky lze rozlišit podle mnoţství tagů, které jsou schopny současně zpracovat. Mobilní čtečky zpravidla nejsou schopny současně zpracovat velké mnoţství tagů současně, naproti tomu stacionární čtečky v rámech to dokáţí. Tagy se někdy mohou pohybovat vysokou rychlostí (např. jedoucí auta na dálnici při výběru mýtného v tomto případě můţe jít o rychlosti převyšující 100 km/h), nebo se tagy pohybují vzhledem ke čtečce pomalu (např. výrobky na výrobním pásu). 3 USB (Universal Serial Bus) je univerzální sériová sběrnice. Moderní způsob připojení periférií k počítači. 15

17 Pro filtrování redundantních dat lze vyuţít jeden ze dvou postupů: jednoduché čtecí zařízení bude pouze snímat tagy a získaná data bude posílat dále ke zpracování na server, nebo lze pouţít propracovanější čtecí zařízení, které bude umoţňovat identifikaci jiţ jednou přečtených dat, tzn. očekává se od něj určitá analýza vstupních dat. Na server se potom posílají pouze prověřená data. Vezmou-li se v úvahu všechny jiţ zmíněné body při výběru čtečky, ukáţe se, ţe jednoduché čtečky jsou pouţitelné, jestliţe: Bude přítomna obsluha čtečky, např. operátor, který bude činit určitá rozhodnutí za čtečku (např. filtrování redundantních dat), tagy budou v drtivé většině v jednom směru čtení a na jednom místě, počet tagů snímaných současně bude relativně malý, a jestliţe se budou tagy pohybovat, tak pomalu. Budou-li tyto předpoklady splněny, lze pouţít jednoduché čtečky s jednoduchou anténou. Jednoduché čtečky s několika anténami mohou vyřešit problém s umístěním tagu, problém s počtem současně snímaných tagů či problém s vyšší rychlostí pohybu snímaného tagu. 1.4 Technologické přednosti RFID oproti čárovým kódům Základní přednosti Bezkontaktní přenos dat, tj. není nutná přímá viditelnost čipu. Vyšší rychlost přenosu dat a minimalizace chybovosti čtení dat. Vyšší odolnost nositele dat proti vodě, vlhkosti, otěru apod. (např. zapouzdřený čip). Data zapsaná v RFID tagu lze později aktualizovat nebo doplňovat. Moţnost čtecího zařízení snímat současně velké mnoţství tagů. Identifikace pomocí nezaměnitelného sériového č. produktu. 16

18 Srovnání s čárovými kódy Čárové kódy se pro identifikaci pouţívají jiţ delší dobu. Metoda RFID je rozhodně okamţitě nenahradí, ovšem můţe nabídnout hodně navíc. Základní rozdíly mezi RFID a čárovými kódy jsou dva. 1. U RFID jde o rádiovou komunikaci, tudíţ nemusí být přímá viditelnost mezi čipem a snímačem. Například zboţí, které je označeno tagy RFID a umístěno v nákupním košíku, bude moţné načíst současně, zatímco u čárových kódů je nutné vyskládat zboţí na pás a potom kus po kuse předkládat čtečce. Analogií můţe být paleta zboţí, která pouze projde čtecí bránou a všechny výrobky budou téměř okamţitě načteny. 2. Základním rozdílem mezi RFID a čárovými kódy je jejich jednoznačná identifikovatelnost. Zatímco čárový kód označuje pouze kategorii zboţí (např. přední světlo automobilu Audi A4), tag RFID označuje přímo konkrétní kus zboţí (např. přední světlo automobilu Audi A4, výrobní číslo ). Tím lze dosáhnout přesnějšího sledování výrobku, např. pro potřeby zpětného dohledání informací o výrobě daného kusu. Jiné výhody RFID jsou moţnost zaznamenat do tagu další informace, odolnost proti vlivům prostředí, moţnost vyvolat událost přemístěním objektu do dosahu čtečky nebo z něj, moţnost načíst větší mnoţství tagů současně (v budoucnu jich má být aţ tisíc současně). Hlavním faktorem, proč se zatím nepřechází k masovému nahrazení čárových kódů tagy RFID, je cena tagů, která je zatím vyšší neţ cena čárových kódů. S rostoucím zájmem o RFID lze očekávat sniţování ceny čipů i tagů aţ na takovou úroveň, kdy se pouţití RFID ekonomicky vyplatí i menším firmám Bezpečnost RFID Nová technika s sebou vţdy přináší otázky spojené s bezpečností. Jedním z nejzávaţnějších témat v souvislosti s RFID je otázka ochrany soukromí. Čipy jsou aktivní i potom, co se zboţí stane majetkem osoby, která si takové zboţí s čipem pořídila. 17

19 Přestoţe výrobci tvrdí, ţe umí čipy deaktivovat, je otázka, zda to prodejci skutečně budou dodrţovat. Do ruky se jim totiţ dostává naprosto bezkonkurenční marketingový nástroj. Dokáţou sledovat, co který člověk nakupuje, a následně mířit cílenou reklamu na danou osobu. Například pan X si půjde do obchodu koupit boty. V botách bude standardní pasivní tag RFID. Pan X tyto boty zaplatí platební kartou. Platební karta je ovšem na jméno, tudíţ jiţ při placení můţe obchodník zaznamenat, ţe tyto boty nekoupil pan X, ale konkrétní osoba, a to pan Adam Smith. Je tedy jasně asociováno jeho jméno s čipem, který má v nových botách. Obchod mu čip nedeaktivoval, protoţe informace vyuţívá dále. Pan Adam Smith začal boty nosit a jednoho dne opět zavítá do obchodu, kde boty koupil. Ovšem nyní se pohybuje např. v drogerii. Budou-li zde šikovně rozmístěny čtečky tagů, není problém zjistit, kde přesně se pan Smith nachází na takový výpočet stačí obyčejné trigonometrické funkce. Obchodník má nyní naprosto detailní informace, u kterých regálů se pan Smith zastavuje. Po zaplacení lze zaznamenat informace o obsahu jeho nákupního košíku a uloţit je do informačního systému. Ze získaných údajů lze sestavit nákupní profil zákazníka a dále informace vyuţít k marketingovým účelům. Druhým bezpečnostním problémem je bezkontaktní čtení tagu RFID. Nikdo nepostřehne, ţe byla načtena data z čipu. Budou-li v něm uloţeny biometrické údaje, které budou součástí např. určité identifikační karty, lze i z dálky aţ deseti metrů tyto údaje načíst. Technické údaje uvádějí dosah v řádů centimetrů, ale pokusy s mobilními čtečkami dokázaly, ţe někdy lze údaj přečíst z mnohem větší vzdálenosti. Jiţ dnes se na trhu objevují peněţenky, které rádiový signál odstíní, ale někdy je prostě nutné z ní identifikační kartu vyjmout. Další problém spojený s RFID je nezabezpečená komunikace mezi čipem a čtečkou. Pro sníţení pořizovacích nákladů na tagy je komunikace čtečky a čipu zaloţena na prostém systému dotaz-odpověď. Objevily se jiţ čipy s šifrováním. Čtečka vyšle signál, čip odpovědí signalizuje svou přítomnost a dohodnou si způsob šifrování. Dále je jiţ veškerá komunikace šifrovaná. Při šifrování se pouţívá buď symetrický šifrovací klíč nebo metoda asymetrické kryptografie. Ovšem všechny tyto nadstandardy zvyšují spotřebu energie a rychlost zpracování a rovněţ i sloţitost jednotlivých čipů, coţ zvyšuje jejich cenu. 18

20 Je třeba zmínit i moţnost hackerských útoků na systémy RFID. Tyto útoky vyuţívají slabiny v systémech, kde je technika RFID pouţívána. Dosud se počítalo pouze s tím, ţe čtečka přečte čip a zanese data do systému. Nikdo ovšem nepředpokládal, ţe se od infikovaného čipu můţe nakazit celý systém. Tento systém představil Bruno Crispo a jeho kolegové na univerzitě v Amsterdamu. Pracuje tak, ţe nakaţený čip vyuţije slabá místa softwaru, který ovládá čtečku, a následně virus zanese z čipu do systému. Potom je moţné, aby se virem nakazily i další čtené čipy. Stačí, aby útočník koupil v supermarketu kečup s tagem RFID, ten doma nahradil svým tagem, do kterého naprogramoval virus, a šel znovu do stejného supermarketu tag načíst. Tak můţe způsobit aţ totální destrukci celého informačního systému daného supermarketu. Ovšem je nutné podotknout, ţe na legislativních změnách se celosvětově pracuje od prvního upozornění na moţné zneuţití RFID pro marketingové účely. Proto je patrný velký důraz na ochranu osobních údajů, aby uvedená situace nemohla nastat. Marketingové firmy se pod hrozbou velkých pokut neodváţí takto nabyté informace zneuţít, protoţe by to pro ně mělo likvidační charakter. Taktéţ zmíněný scénář proniknutí do informačního systému (IS) supermarketu je moţný pouze za předpokladu, ţe supermarket bude vyuţívat hloupé čtečky a samotný vstup do IS nebude kontrolován s ohledem na moţnost hackerských útoků, coţ je v dnešní době zabezpečných IS velmi nepravděpodobné. Proto není třeba se RFID bát, pouze je nutné brát ohled na moţnosti RFID v celé její šíři Ekonomické výhody identifikace Vysoká rychlost prováděných operací vč. skladových, inventarizace majetku atd. Minimalizace lidského faktoru a chybovosti. Celkové zjednodušení výměny dat a identifikace. Vysoká návratnost počátečních investic zaručená vyuţíváním efektivní technologie. 19

21 1.5 Technologie RFID dobývá svět Podle prognostiků z Global Visible Commerce (Unisys) lze do roka očekávat významný nástup radiofrekvenčních identifikačních systémů RFID (Radio Frequency Identification) v oblasti obchodu, státní správy, bezpečnostních a obranných sloţek, logistice atd. Čárový kód bude na většině zboţí v supermarketech postupně nahrazen obvody RFID pracujícími ve frekvenčním 4 pásmu 125 khz se 64bitovou nebo 128bitovou identifikací. Pásmo 134 khz by mělo být vyčleněno pouze pro identifikaci zvířat. V současnosti jsou komerčně dostupné hardwarové verze systémů RFID s antikolizními úpravami, ochranou dat, hesly a moderními kryptovacími technikami, ochranou proti neoprávněnému čtení a zápisu, uţivatelskou pamětí s kapacitou několika kb atd. Ve vyšších frekvenčních pásmech (13,56 MHz a 5,8 GHz) jsou vyráběny čtečky RFID s dosahem kolem 10 m, které jsou při výkonu vysílače kolem 25 mw odolné proti působení vnějšího elektromagnetického pole. Vyšší frekvenční pásma jsou obvykle určena pro speciální vyuţití například v bezpečnostních sloţkách. Americké ministerstvo obrany (Department of Defense) hodlá během příštího roku vybudovat síťovou infrastrukturu RFID určenou k ochraně pohybu zboţí a armádního majetku. Vznikne úzká, výpočetními systémy snadno kontrolovatelná vazba mezi zásobovacím útvarem DLA (Defense Logistic Agency) a všemi armádními dodavateli. V rámci boje proti terorismu zřejmě americké úřady prosadí, aby se radiofrekvenční identifikace stala také nedílnou součástí cestovních dokladů a platebních karet. Doufejme jen, ţe nebude nutné stejné metody identifikace osob aplikovat i v Evropě. 4 Frekvence (téţ kmitočet) je fyzikální veličina, která udává počet opakování (počet kompletních cyklů) periodického děje za jednotku času, základní jednotka SI: hertz, značka jednotky: Hz (rozměr 1 Hz = 1 s 1). 20

22 Obrázek č. 5: Graf vývoje ceny zařízení a jeho velikosti v čase Zdroj: ITU; RFID nedílnou součástí Internetu věcí Internet věcí je koncept sítě (zpravidla bezdrátové) mezi nejrůznějšími objekty. Těmi můţe být lednička, teploměr, nejrůznější čidla, ale také dnes neznámé nebo nevyuţitelné senzory, jimţ dává smysl a opodstatnění aţ zapojení do oné Sítě věcí. Tím se koncept IOT 5 liší od dosavadní zkratky M2M 6, tedy komunikace strojů - v případě M2M totiţ spolu komunikují stroje, které spolu komunikovat mají, komunikují naprogramovaně a jednorázově (například odešlou jednorázovou sestavu dat), zatímco Věci si po svém Internetu povídají neuspořádaně, skoro nahodile a pořád. Kromě toho stroje v konceptu M2M jsou opravdu stroje, velká zařízení, zatímco Věci - jsou prostě věci, malé a často jednoúčelové krabičky, jimţ teprve propojení skrze Internet dává ten příslovečný další rozměr. 5 6 Internet of Things Internet věcí. Machine to Machine (M2M) technologie, která umoţňuje komunikovat zařízením mezi sebou pomocí bezdrátové i kabelové sítě. 21

23 Internet věcí lze rozdělit do dvou hlavních proudů: 1. Identifikace věcí spojená s jednoduchou výměnou informací. 2. Propojení věcí a jejich spolupráce. První proud je nejjednodušší, protoţe identifikaci věcí a pasivní předání informace zvládají dnes např. 2D/3D kódy či RFID. Příkladem můţe být TouchATag (viz obrázek č.6), coţ je štítek, který můţete přidělat na cokoliv jako samolepku a do štítku pomocí bezdrátového RFID definovat, jakou akci má iniciovat v momentě, kdy se dostane ke čtečce. Vaše vizitka se samolepkou tak můţe předat do počítače rovnou všechny potřebné kontakty, dálkový ovladač od videa můţe při přiblíţení ke čtečce otevřít televizní program nebo třeba návod k ovládání zařízení. Obrázek č. 6: TouchATag značky a čtečka připojitelná k počítači. Zdroj: Propojení věcí zahrnuje sofistikovanější vyuţití. Z těch serióznějších stojí za to zmínit jiţ vyvíjené systémy v hypermarketech, kdy se aktualizace ceny v dodavatelském systému bezdrátově přenese na cenovky s LCD displeji nebo elektronickým papírem a rovněţ na promo poutače v prodejně, které začnou ihned hlásat novou akci. A nazpět tyto senzory 22

24 přenášejí informace o tom, kolik lidí se před nimi zastavilo a studovalo cenovou nabídku, aniţ by si něco koupilo. 2 Historie a vývoj RFID Uţ je to více neţ půl století, kdy George Orwell napsal svůj nejslavnější román "1984". Dokonale v něm vykreslil pochmurnou vizi světa, ve které lidé úplně ztratili soukromí. Řada lidí vidí naplnění této jeho strašidelné vize v technologii RFID. Počátky vývoje této technologie sahají hluboko do druhé poloviny minulého století. Radiofrekvenční identifikace byla pouţívána jiţ za druhé světové války Brity, k rozpoznávání spojeneckých respektive nepřátelských letadel, ale masivní vývoj související s rozšiřováním do komerčních a vládních projektů nastal v posledních pěti letech. S globalizací ekonomiky se zvýšil tlak na evidenci přepravovaného materiálu a jeho skladování. Rozvoj informačních technologií dal lidstvu do ruky nástroje, jak tyto problémy efektivně řešit. Ale jak získané informace nelépe do nových informačních systémů dopravit? Prvním, dnes uţ všeobecně rozšířeným způsobem identifikace, byl čárový kód. První myšlenka, která dala vzniknout jeho konkurentu, čipu, se objevila v roce 1969 (Američan Mario Cardullo). Patent získal v roce V sedmdesátých letech se na vývoji podílela řada firem, mimo jiné IBM, ComServ a FairChild. V devadesátých letech s vytvořením prvním standardů nastaly podmínky pro mezinárodní vyuţívání RFID. Nové obzory otevřely této technologii bezdrátové sítě. Nyní čím dál více firem zvaţuje pouţívání čipů, nebo SmartTag. Nejde jiţ o pouhou identifikaci a rychlou logistiku, ale také o to, aby si výrobky mezi sebou "rozuměly", do hry vstupuje i vize inteligentní domácnosti. 2.1 Čárový kód Čárové kódy zasahují do ţivota kaţdého z nás, jsou na výrobcích běţné spotřeby. Přesto ne všichni ví, jak tyto čáry a mezery vlastně fungují. Na obrázku č. 7 je příklad čárového kódu: text bakalarska-prace, typ kódu font: C39HrP24DmTt. 23

25 Obrázek č. 7: Text exportovaný do čárového kódu Zdroj: Vlastní Jak čárový kód pracuje Kód je čten pomocí snímačů, které vyzařují červené světlo. Toto světlo je odráţeno mezerami a pohlcováno čárami ve struktuře kódu. Šířka čar a mezer udává, jaké znaky (číslice nebo písmena) jsou v něm zakódovány. Kód EAN 7 Na většině výrobků určených k prodeji se pouţívají kódy EAN13. Postupem času se začaly čárové kódy vyuţívat více, a proto vyvstala potřeba celý systém centrálně řídit. Byla zaloţena organizace EAN (Evropská asociace číslování), která vytvořila pravidla a řídí přidělování kódů jednotlivým státům a výrobcům. Výrobci pak podle těchto pravidel přidělují kódy výrobkům. Výsledkem této činnosti je, ţe kaţdý výrobek je jednoznačně označen číslem, které je převedeno do čar a mezer kódu EAN13. Využití v praxi Abychom mohli tento způsob pouţít musíme daný výrobek nejdříve označit kódem. K tomu slouţí různé způsoby, předtištěnými obaly počínaje a potiskem při výrobě konče. Takto označený výrobek jsme jiţ schopni pomocí čtecích zařízení sledovat od výrobce, přes obchodní, logistické a další firmy ke konečnému prodeji spotřebiteli, a tyto data poskytovat jednotlivým článkům řízení tohoto procesu. Výhody Metoda čárového kódu je jedním z nejefektivnějších způsobů pořízení dat - nízké náklady na označení, vysoká přesnost a rychlost čtení, flexibilita, zvýšení produktivity práce, přenositelnost informace mezi jednotlivými články pohybu zboţí. Konkrétní použití 7 European Article Number číslo, které sloučí k označování urč. produktu, pouţívá sa téměř na celém světě. 24

26 Při sledování toku výroby, příjmu, výdeji a inventuře zboţí ve skladu, při expedici zboţí jiné firmě, evidenci majetku, docházkových systémech, kontrole vstupu osob, evidenci dokumentů a prodeji zboţí. Dále pak například při reklamních akcích, automatickém třídění, sběru dat pro marketing a mnoha dalších činnostech nezbytných pro chod firem. 2.2 Očekávaný vývoj v nejbližších letech Na přiloţeném grafu je vidět pravděpodobný nárůst obchodu s RFID od roku 2007 s celkovým obchodním obratem 85 mil. dolarů (tagy a systémy) ale v roce 2017 jiţ asi 2 mld. dolarů. Obrázek č. 8: Graf růstu světového obchodu s RFID Zdroj: Sdělovací technika 3 Technologické aplikace a možnosti využití RFID Příklady uplatnění RFID Technologie RFID je nasazována v různých odvětvích průmyslu pro bezkontaktní identifikaci, lokalizaci a sledování zboţí, majetku i osob v reálném čase. Nasazení 25

27 technologie RFID jiţ zdaleka není jen záleţitostí maloobchodních firem. Mezi organizace, které plánují zavádět technologie RFID, patří rovněţ společnosti z oblasti výroby, logistiky, dopravy, obrany i zdravotnictví. Cílem je dosáhnout vysoké úrovně automatizace logistických procesů a vysoké míry přesnosti operací a tím zvýšit efektivitu, sníţit provozní náklady a minimalizovat mnoţství chyb způsobených lidským faktorem. První realizace zavádění RFID technologií ve světě ukázaly na přínosy RFID technologií v podobě lepšího přehledu o pohybu zboţí díky moţnostem jeho sledování od dodavatele aţ po konečného spotřebitele. Obrázek č. 9: Příklady vyuţití RFID Zdroj: RFID Portal; 26

28 3.1 Logistika sledování přepravních jednotek Hlavní přínosy Sledování logistických jednotek (např. palety, kontejnery) s moţností rychlého načtení několika jednotek současně (např. obsah kamionu). Sledování umístění jednotky v globálním měřítku - její lokace, změny trasy atd. Velkoobchod, supermarkety načtení obsahu nákupu zákazníka ve vozíku, sledování pohybu cenného zboţí. Zrychlení procesu příjmu, výdeje, přesunu a invetarizace produktu Kaţdý obchodní produkt od svého vzniku-výroby aţ k konečnému spotřebiteli, prochází sloţitou cestou distribuce. Na této cestě se podílí řada firem a kaţdá z těchto firem s tímto produktem provádí řadu činností. Základní operace jsou, příjem na skladové místo, přesun v rámci skladu a poté výdej ze skladu další firmě v distribučním řetězci. V současné globální ekonomice je výrazným faktorem, který ovlivňuje zda firma je úspěšná či nikoliv, především rychlost. Současné značení produktů čárovým kódem umoţňuje pouze postupné načítání jednotlivých čárových kódů z kaţdého produktu, čárový kód na produktu musí mít přímou viditelnost na čtecí zařízení. Značení produktů RFID čipy umoţňuje současně načíst aţ 1000 čipů za sekundu najednou, jednotlivé čipy nemusí být přímo viditelné čtecím zařízením. Paletový přepravník tak můţe projet celým RFID čtecím portálem a v jeden čas dojde k současnému načtení všech čipů na paletě. Odstranění chyb obsluhy a zpřesnění celé evidence produktů Ţivotnost produktu na trhu se za poslední dobu výrazně zmenšila, silná konkurence si ţádá tvorbu dalších nových produktů. Toto je velice náročné na přesnost zásobování. Firmy se snaţí pomocí značení produktů a informačních systému mít neustálý přehled o skladových zásobách. Hlavně se snaţí tyto zásoby minimalizovat, mimo jiné z důvodů rychlé obměny produktu na trhu. Tento proces zrychlení toku produktů klade velké nároky na přesnost evidence a odstranění chyb obsluhy. 27

29 Časté chyby obsluhy vedou k finančním ztrátám a mohou ohrozit konkurenceschopnost firmy na trhu. RFID čipy společně se čtecím zařízením vylučují moţnost vzniku chyby obsluhy, které vzniknou například tím, ţe obsluha načte pouze část čárových kódů na paletě. Minimalizace nákladů spojených se značením produktů Značení produktů etiketou s čárovým kódem, je v současné době nejčastěji pouţívaný proces. Protoţe však čárový kód musí být na viditelném místě, dochází poměrně často k poškození etikety. RFID čip nemusí být umístěn na viditelném místě a proto jej lze do produktu nebo jeho balení umístit jiţ v samotné výrobě. Informace o produktu jsou potom shodné po celou cestu produktu ke koncovému spotřebiteli. Tímto dojde k výrazným úsporám nákladů a tím i ke sníţení koncové ceny produktu. Opakovaný zápis údajů zboží do čipu během celého logistického pohybu RFID čip má oproti etiketě s čárovým kódem hlavní výhodu v tom, ţe do čipu lze informace i zapisovat a nejenom číst, jak je to v případě čárového kódu. Tato vlastnost bude v budoucnosti klíčová a rozhodne v mnoha odvětvích pro úplnou náhradu čárového kódu RFID čipem. Do čipu lze navíc informace zapisovat a měnit opakovaně, lze takto do kaţdého produktu zapsat datum výroby a poté také připsat jednotlivé logistické zápisy, které vznikají po celou dobu cesty produktu. Přesná evidence spotřebitelských jednotek, kartónů, palet Představme si jednoduchý model distribuce zboţí: jednotlivý produkt má svůj obal a na něm čárový kód, X produktů je zabaleno do kartonu, ten má další čárový kód a Y kartónů je zabaleno na paletě, paleta má opět vlastní čárový kód. Paleta je celá v ochranném obalu z důvodu poškození. V současnosti při samotném logistickém procesu obsluha načte čárový kód palety, ale jiţ není schopna ověřit, zda je na paletě správný počet kartónů a správný počet produktů. Jediným řešením by bylo paletu rozebrat a postupně načíst všechny čárové kódy. RFID 28

30 čtecí portál však načte najednou všechny RFID čipy na paletě nalezené. Navíc dle typu čipu dokáţe vyhodnotit počet RFID čipů kartónů i počet RFID čipů samotných produktů. Velká odolnost RFID čipů (vlhkost, teplota, atd.) Etiketa s čárovým kódem podléhá teplotním a povětrnostním vlivům a následně dochází k poškození etikety. Je tomu hlavně proto, ţe je nutné etikety s čárovým kódem umisťovat tak, aby je bylo moţné načíst čtecím zařízením a tudíţ z venku. RFID čip je umístěn uvnitř produktu nebo balení a tím je odolný jak proti teplotě, vodě i povětrnosti. V současné době na trhu jiţ existují RFID čipy, které navíc mohou obsahovat čidla - například pro měření vlhkosti nebo teploty. Rychlé načtení údajů - není nutná přímá viditelnost označených jednotek RFID čip má oproti etiketě s čárovým kódem dvě hlavní výhody - rychlost čtení a nepřímou viditelnost čtecího zařízení na čip. Současné standardy UHF RFID čipů umoţňují načíst najednou aţ 1000 čipů za sekundu, tato hodnota se však s příchodem novějších a výkonnějších zařízení bude zvyšovat. RFID čtecí zařízení nepotřebuje mít přímou viditelnost na jednotlivé čipy, čtení i zápis probíhá bezdrátově a to do vzdálenosti cca 15 m u pasivních čipů a aţ 100 m u aktivních čipů. 3.2 Výroba traceabilita (sledování výroby) Příklady přínosů Přesná identifikace produktů v průběhu jejich výrobního procesu. Automatické řízení a změny ve výrobním postupu. Zpětná dohledatelnost historie produktu Výroba - hlavní přínosy Přesné řízení toku materiálu ve výrobě (sníţení zásob). 29

31 Dohled na správnou kompletaci celku. Zpětná dohledatelnost aţ na úroveň jednotlivých materiálů. Okamţitá informace o stavu výroby. Moţnost zápisu informací do čipu během výroby. Sledování vyuţití a činností na pracovišti. Moţnost umístit čip natrvalo do výrobku a informace poté vyuţít v distribuci. Je velice pravděpodobné, ţe v příštích obdobích to bude RFID, které výrazným způsobem změní a řízení a uspořádání výroby. Čipová technologie totiţ při správném pouţití dokáţe nabídnout v kaţdém okamţiku ucelený přehled o aktuálním stavu ve Vaší výrobě. Stává se tak významnou součástí téměř všech dnes zavedených a oblíbených systémů řízení výroby Informace o vstupech do výroby a jejich řízení a) Materiál - do výroby z mnoha stran vstupuje materiál (základní, pomocný atd.). Všechen tento materiál (označený min. na úrovni log. jednotek čipem) se automaticky nebo ručně - stiskem tlačítka načítá do systému. V systému se tedy vytváří přehled o spotřebě, času spotřeby, výrobní lince, pracovníkovi. Na základě získaných informací lze lépe neţ kdykoliv dosud plánovat veškeré výrobní a logistické operace (objednávky, dodávky, plány výroby, reálné termíny dodání atd.) b) Strojový čas - RFID můţe říci, kolik jednotek a za jaký čas stroj zpracoval. Lze tak jednoduše získat informaci o produktivitě strojů a jejich vytíţení v různých časových intervalech. Dalším rozpracováním těchto informací lze hledat úzká místa výroby a prostor pro zlepšení výrobního procesu. (pokud znáte úzká místa výroby, lze začít opačným způsobem - za účelem absolutní kontroly a vytíţení úzkého místa nainstalovat technologie čipového sledování pouze na sledovaný bod a dle potřeby systém rozšiřovat). 30

32 c) Lidé - čipy mohou napomoci utvářet rozšířený snímek pracovní doby s informacemi kdy, kolik produktů a za jak dlouho pracovník vytvořil (zpracoval). Opět se jedná o informace slouţící k optimalizaci, hodnocení a motivování pracovníka. Pokud se rozhodneme pro implementaci RFID ve výrobní společnosti obdobným způsobem, získáme 100% zpětný přehled o toku produktu - zpětnou dohledatelnost. Kompletace celků - pokud ve společnosti kompletujeme celky z různých produktů a materiálů, můţeme kompletaci pomocí RFID čipů řídit, případně ji kontrolovat. A to pouhým načítáním čipů a počítačovou kontrolou dle předlohy. Zápis informací do čipu na produktu - pokud výrobce nebo odběratel potřebuje znát vlastnosti nebo další informace o produktu, je moţné je v kterékoliv výrobní fázi zapsat do čipu a kdykoliv později přečíst. (druh informací je jen na uváţení uţivatele a je limitován velikostí paměti čipu). Evidence pracovních nástrojů - při velkém mnoţství pracovních nástrojů lze označit všechny nástroje čípy a jejich zápůjčky pak jednoduše při předávání pracovníkům automaticky snímat. Tímto postupem vznikne přesná evidence všech zápůjček a zamezí se ztrátám. Také získáme informaci o stupni vyuţití jednotlivých nástrojů. 3.3 Využití v dalších oblastech Pošta automatické zpracování a kontrola zásilekjeden z největších projektů RFID v Evropě (2300 antén, 330 čteček, 13 tisíc pasivních RFID etiket). Zdroj: fa. Correos (Španělsko). Automatické sledování zásilek, kontrola zjištěné lokalizace, okamţitá korekce chybného přepravy zásilky. 31

33 Knihovna automatická identifikace a registrace knih. Automatická identifikace knih, moţnost zcela automatické výměny knih a nonstop provozu 24 hod. denně. Pěstitelská produkce rostlin systém optimalizace řízení výţivy. Rostliny jsou identifikovány pomocí RFID, je průběţně sledován jejich stav (velikost, teplota atd.) Program vyhodnocuje data a automaticky přesunuje rostliny pomocí systému přepravních pásů do sekcí s nejvhodnějším prostředím, výţivou atd. Systém pracuje v hale 30 tisíc m2, zvyšuje kvalitu produkce, minimalizuje náklady. Zdroj: fa. WPS - Walking Plant Systems (Holandsko). Lokalizační systémy RFID v kombinaci s prvky bezdrátových sítí umoţňují mnoţství lokalizaci a sledování předmětů a osob na základě odezev od senzorů - AP (AccessPointů) bezdrátových sítí. Kombinace technologií Passive / active RFID, RTLS (Location Information System), polohové a veličinové snímače, čárové kódy. Fingerprinting 8. Asociace mezi daty získanými senzory k zjištění nejen lokace ale také vyvolání událostí. Reprezentace RTLS - výstupem jsou grafické mapy, reporty. 8 Technologie, která umoţňuje snímat otisky prstů a kombinovat je s dalšímy - převáţně bezpečnostními systémy. 32

34 Obrázek č. 10: Znázornění principu sledování polohy Zdroj: Evidence majetku Sníţení chybovosti při evidenci a inventarizaci majetku. Výrazné zrychlení procesu inventarizace majetku. Moţnost zápisu více dat do čipu na majetku, např.uloţení poslední inventarizace. Finanční úspory v nákladech na obsluhu při inventarizaci. Kaţdý pracovník, který má na starosti evidenci majetku ví, jak náročné je provádět ze zákona povinné značení a roční inventarizaci majetku. Majetek je ve většině institucí v neustálém pohybu a často na místech, kde je sloţité zajišťovat dohled. Běţně se dnes vyuţívá k identifikaci majetku etiketa s čárovým kódem. Na kaţdé etiketě je uveden název majetku, inventární číslo a čárový kód a v centrálních databázích je majetek umístěn v jednotlivých lokacích (místnosti, patra, budovy apod.). Etikety s čárovým kódem musí být na majetek umístěny tak, aby nedošlo k nechtěnému poškození majetku, následně pak inventární komise musí pracně manipulovat s čtecím zařízením např. pod stolem, operace samotné inventarizace je časově, fyzicky a finančně náročná. 33

35 Inventarizace pomocí etiket s RFID čipem je mnohem jednodušší. Čtecí zařízení dokáţe číst RFID čip aţ na vzdálenost 10 m, obsluha nemusí při vstupu do místnosti pracně na kaţdém inventárním majetku hledat, kde je etiketa umístěna ani manipulovat se čtečkou na krátkou vzdálenost. Čtecí zařízení stačí umístit do vzdálenosti cca 3m od majetku a ihned lze vyhodnotit údaje o nalezeném či nenalezeném majetku. V případě velmi drahého inventárního majetku lze pouţít také aktivní RFID čipy, které lze číst aţ na vzdálenost 100 m. Při vstupních a výstupních branách lze také instalovat čtecí portály RFID a tím online sledovat pohyb těchto zařízení v rámci instituce. 3.4 Farmaceutický průmysl a zdravotnictví Prudký nárůst použití RFID ve zdravotnictví Jak se ukazuje, RFID neumoţňuje jen sledování expirace drahých léčiv, kontrolu původu, a dodrţování teplot v průběhu přeprav, ale ve zdravotnictví se vyuţívá jako nová technologie, která šetří ţivoty, zabraňuje chybám, sniţuje náklady a současně zvyšuje bezpečnost. Odbourává některé zdlouhavé procedury a poskytuje pacientům větší svobodu a důstojnost. Například, redukuje mnoţství, někdy zbytečných, intervencí personálu zvláště při ošetřování starších pacientů, třeba jen tím, kdy a jak má pacient brát které léky. Pouţitím RFID se významně zlepšuje také reálná lokalizace pacientů, personálu a majetku (RTLS Real Time Locating System) za současného sniţování celkových nákladů. Touto technologii se dá významně zabránit aplikacím falešných a neschválených léků, které by mohli poškodit pacienta a mít stálý přehled o stavu majetku včetně léků na skladech. V příštích deseti letech se pouţití RFID projeví nejvýznamněji právě v označování léků na jednotkové hladině za současného zdokonalování technologie pro celý obchodní řetězec od výrobce po pacienta. To by mělo zajistit, ţe se zvýší ochrana před falešnými léky, budeme znát celou historii léku, krve, tkání a i celé řady nástrojů a pod. Výrobky jsou jednoznačně označovány EPC kódem a komunikace s tagy probíhá podle standardu ISO Existuje stále určitá nejednotnost, zda pouţívat UHF nebo HF tagy. Je evidentní, ţe tagy by měly být přímo integrovány do balení léků, musí být např. vodo-odolné, musí pracovat 34

36 v blízkosti kovů (léky jsou často v kovových tubách) a měly by být čitelné i za několik let. Tagy musí být i dost malé na to, aby mohly být pouţity i pro ty nejmenší obaly. Je také důleţité, aby cena tagu příliš nezdraţila cenu léku. Dá se však předpokládat, ţe při budoucím masovém nasazení RFID technologie, ceny tagů půjdou rapidně dolů. Jak jiţ bylo řečeno, dalším nasazení RFID tagů je sledování a lokalizace pacientů, zdravotnického personálu, návštěv a majetku. Lokalizační systém je samozřejmě draţší a také tagy, jsou sofistikovanější přičemţ jejich cena můţe začínat na jednom dolaru a končit třeba na sto dolarech. Je pravda, ţe tyto tagy jsou většinou přenosné tedy opětovně pouţitelné. Nejpouţívanější lokalizační systémy jsou buď tzv. zonální (cell ID), kde se předpokládá, ţe se vše odehrává uvnitř budovy, takţe tag nikdy není mimo komunikační dosah a pak jsou systémy, které parazitují např. na WiFi síti tím způsobem, ţe RFID tag odpovídá na několik přístupových bodů a počítač pak vypočítá polohu sledované osoby nebo věci (tzv. radio fingerprinting). Zonální systémy často pracují na 433 MHz nebo v pásmu 2,45 GHz tak jako WiFi systémy. Uvedená lokalizace pomocí WiFi můţe být nákladově celkově niţší, nejsou známy jakékoliv způsoby ohroţení zdraví pacientů např. se srdečními stimulátory nebo interference s elektronickými přístroji v nemocnici. Prevence chyb je hlavním důvodem aplikace RFID ve zdravotnictví. Např. pacient, který nosí náramkový tag na jedno pouţití, v jehoţ databázi je uloţena krevní skupina a krevní konzervy které jsou také opatřené tagy spolu komunikují mohou zabránit pouţití nesprávné krve. Tento příklad platí samozřejmě i pro aplikaci léků resp. jejich záměny. Vyuţití RFID se neomezuje jen na nemocnice, ale svoje uplatnění nachází v pečovatelských domech a podobných institucích, kde je pečováno o mentálně postiţené osoby. Lokalizační systém vyvolá alarm, kdyţ se taková osoba pohybuje v nějaké nebezpečné lokalitě apod. 3.5 Možné problémy RFID Problémy materiálů a technologií přenosu Kapaliny a kovy (interference) blízkost kapalin a kovů můţe bránit některým radiovým frekvencím. Toto rušení (interferenci) lze vyřešit např. umístěním RFID tagů nebo přímo jejich provedením tak, aby mezi čipem a produktem byl fixován vzduch. 35

37 Kolize čteček situace, kdy jsou signály více čteček navzájem rušeny. Problém lze vyřešit tím, ţe čtečky přistupují k rádiovému signálu v jiný okamţik. Tímto vyvstává nový problém moţného načtení čipu několika čtečkami, coţ je řešeno konfigurací čteček tak, aby byl kaţdý čip načten pouze jedenkrát v určité lokaci čteček. Právní předpisy Pro vyuţívání radiových frekvencí jsou v Evropě s několika národními výjimkami akceptovány předpisy instituce ETSI. Ve státech Evropy dále platí předpisy nezávislých úřadů. V současnosti se organizace GS1 (dříve EAN) a UCC snaţí pod hlavičkou EPC Global vytvořit standard RFID pro globální vyuţití. Tento standard EPC je harmonizován s normami ISO a identifikátorem UCC/EAN 128 vyuţívaným u čárových kódů. RFID versus čárové kódy RFID technologie v ţádném případě zcela nenahradí čárové kódy, čárové kódy se ani s nástupem RFID nestanou technologií zastaralou nebo nepouţitelnou, naopak zůstanou v mnoha aplikacích vhodnějším řešením. Většinou lze také vyuţít kombinace čárových kódů a RFID. RFID nalezne své uplatnění v aplikacích se specifickými poţadavky nebo při řešení která vyţadují přednosti této technologie 4 Případová studie implementace RFID v prostředí výrobního závodu Situace: V závodě A probíhá výroba plastových dílů, které vstupují do sloţitějších funkčních sestav, které jsou dodávány konečným zákazníkům OEM výrobcům automobilů. Na některých dílech je nutné provést nestandardní technologickou úpravu povrchu, která se odehrává v závodě B, který se na tuto technologii specializuje. Vzdálenost závodů je ca 50 km, oba závody jsou součástí jedné společnosti (orientační layouty se nacházejí v příloze č. 5 a č. 6). Ekonomické výsledky obou podniků jsou ovšem hodnoceny 36

38 samostatně, proto je pohyb výrobků definován jako mezi konkurenčními subjekty - tzn. prodej a nákup výrobků. Obrázek č. 11: Logistické schéma Zdroj: Vlastní V dosavadním oběhu těchto dílů dochází k velkým ztrátám. Ztrácejí se drahé plastové obaly, neexistuje přesná kontrola pohybu zboţí, dochází k inventůrním rozdílům a častým reklamacím v obou směrech. Z těchto důvodů vznikl zájem na optimalizaci procesu a jedním z řešení se ukazuje právě pouţití technologie RFID. Typ aplikace RFID UHF tag instalovaný v horní části plastových boxů. Sledování výroba (přiřazení skupiny dílů načtených do systému pomocí sejmutí čárového kódu k jednomu konkrétnímu obalu označenému RFID tagem). Nakládka a vykládka průjezd automatickou bránou (příslušné rampy vybaveny RFID čtečkami s anténami viz obrázek č. 12, brány jsou schopny rozpoznat směr toku výrobků. Kontroly načtením ručním terminálem. SW rozhraní do informačního systému Warehousemanagement, ERP viz obrázek č

39 Obrázek č. 12: Schéma načítání RFID tagů Zdroj: Prezentace firmy Combitrading s.r.o. 4.1 Výchozí podmínky pro implementaci 1. Funkční stávající systém řízení skladů. On-line řízení toku materiálových zásob v celém hodnotovém řetězci podniku - od vstupu materiálu, přes skladování, výrobu aţ po expedici hotových výrobků k zákazníkům, to je procesní oblast, kterou v celé šíři pokrývá WMS 9 - Warehouse Management System. Díky sledování pohybu zásob označených unikátní (jednoznačnou) identifikací a vyuţitím technologie čárového kódu v kombinaci s RFID budou uţivatelé WMS systému získávat informace v podobě téměř stoprocentní přesnosti evidence zásob, sniţování kapitálu vázaného v zásobách a jednoduché inventarizaci. 9 Warehouse Management System systém řízení toku materiálových zásob v celém logistickém řetězci podniku 38

40 Obrázek č. 13: Proces komunikace rozhraní systémů RFID Zdroj: Vlastní WMS je samostatný, procesně orientovaný systém, který zajišťuje podporu podnikových logistických operací v přímém propojení do podnikového ERP 10 systému nebo samostatně, bez nutnosti vazby na hostitelský systém. Systém je zaloţen na jednoznačné identifikaci materiálu (obalů) a identifikaci skladových lokací. Pracovníci ve skladech pouţívají mobilní bezdrátové terminály s integrovaným snímačem čárového kódu, jejichţ prostřednictvím zaznamenávají skladové pohyby a případně dostávají ze systému pracovní pokyny pro výkon své činnosti. Klíčové charakteristiky WMS: Příjem materiálu na nákupní objednávky nebo odvolávky, označení přijímaného materiálu etiketou s čárovým kódem, kontrola kvality a inspekce materiálu, balení a přebalování, evidence skladových přesunů, chaotický sklad, poloţkový sklad, zóny, 10 Enterprise Resource Planning informační systém, jehoţ pomocí řešíme plánování a řízení podnikových procesů. ERP systémy jsou určeny ke zvýšení efektivity daných procesů. 39

41 výdeje do výroby, doplňování, KANBAN 11, dodrţování pravidel např. FIFO 12, spotřeba materiálu a komponent ve výrobě, montáţní linka, zákaznické objednávky a odvolávky, expedice, neplánované výdeje, inventura, tisk zákaznických etiket. 2. Identifikace obalů: Další nutnou podmínkou automatizace je identifikace obalů, kterých je pro tento oběh plánováno 2000 ks. Jsou plastové, vhodné pro istalaci RFID tagů a obíhají konkrétním uzavřeným logistickým oběhem, včetně venkovních přesunů. I při pouţití nejodolnějších etiket, se čárový kód jeví jako nevyhovující z hlediska spolehlivosti čtení, nehledě k tomu, ţe nelze spolehlivě a dostatečně rychle zajistit čtení všech čárových kódů najednou. Ve spolupráci s dodavatelem boxů je moţné stávající obaly doplnit o RFID tagy, nově dodávané obaly budou takto jiţ označeny standardně. Obrázek č. 14: Box FLC Magnum (1200x1000x975 mm) Zdroj: Prezentace výrobce - Schoeller Arca Systems, spol s r.o. 11 KANBAN (japonsky kartička, štítek), systém pro doplňování zásob. Kupující pošle prodávajícímu objednávku (kartička = objednávka). Vhodný pro opakovanou výrobu stejných výrobků s opakovatelností. 12 First In, First Out první dovnitř, první ven, jeden ze základních principů skladového hospodářství 40

42 3. Fungující firemní datová síť: Další podmínkou je připojení nové technologie ke stávající firemní datové síti (LAN, Wi- Fi), vyuţití stávajícího HW vybavení a komponent, které zajišťují pokrytí signálem na příslušných pracovištích, skladech a expedičních rampách. 4.2 Nepsané standardy pro realizaci RFID projektu Základní pravidla a zásady Čipujte věci, nečipujte lidi - lidské soukromí je cennější, neţ nejefektivnější automatizovaný systém. Nelitujte čas na analýzu a přípravu - vítěz nebude ten, kdo první bude mít systém RFID, ale ten, kdo jej bude nejlépe pouţívat. Najděte výhody nového systému pro své zákazníky - technologie RFID je mnohem komunikativnější, neţ předchozí systémy. Najděte přínosy nového systému pro sebe - pokud ţádné nenajdete, odloţte instalaci RFID systému a vraťte se k bodu analýzy a příprav. Nepřeskakujte evoluční fáze vašeho nového systému - i v hudební škole začíná výuka houslí stupnicemi, nácvik Paganiniho koncertu aţ později. 4.3 Praktické úvahy k zavádění RFID do praxe Jde o náklady - neuváţenou implementací projektu RFID lze velmi mnoho ztratit, dobře provedenou implementací technologie RFID lze ještě více získat. Odlišnosti projektu RFID od projektu AutoID / IT Pro zavádění obvyklého IT systému máme dostatečné mnoţství informací z okolí (klasický systém AutoID při ceně nálepky 10 haléřů a snímače čárového kódu 1000 Kč není nebezpečný na existenční ztrátu firmy), projekt RFID vyţaduje důkladnou analýzu před zahájením instalace, 41

43 oblast IT, procesní analýza je vhodná, volba software, volba hardware, instalace, zaškolení obsluhy. Procesní analýza - analýza celého systému, cíle jsou: Zjistit předem náklady na implementaci. Nalézt v systému místa moţných úspor. PROČ je procesní analýza nutná? Náklady na implementaci nejsou malé. Přínos RFID se neprojeví, pokud se technologie aplikuje částečně ("na zkoušku") a přitom zůstane podnikový systém nezměněný. Procesní analýza náklady Dopady do změn systému versus bez dopadu na změnu systému. Jednorázové náklady, kaţdoroční náklady (etikety, tagy). Procesní analýza hledání přínosů: Zamezení zbytečným ztrátám, transformace Auto ID systému z otevřeného v uzavřený, např. recyklací palet a kartonů, vyuţití transparentnosti pohybu materiálu během výroby a zmenšit plochu i objem skladů, 42

44 vyuţít vlastností metod RFID, zkrácení doby pro inventury, objednávky Just In Time, sniţování skladových nedostatků, zvýšení produktivity výroby, redukce materiálových ztrát, zvýšení viditelnosti skladovaného materiálu, zmenšení skladových prostor, menší časová náročnost inventur, efektivnější vyuţití výrobních prostředků, zlepšení údrţby strojů, včasná oprava díky čipům sledujícím prostředí, úspory na ţivotnosti strojů a jejich efektivitě. Procesní analýza personální a PR přínosy: Sníţení nákladů na lidské zdroje, zlepšení sluţeb zákazníkům, zkrácení časových intervalů mezi procesy. Analýza prostředí: Nutnost zvolit správný typ RFID podle potřeb aplikace. Pilotní projekt RFID: Důleţitá součást implementace technologie RFID, ţádné laboratorní prostředí nemůţe nahradit realitu, smyslem pilotního projektu je ověřit správnost procesní analýzy a analýzy prostředí, 43

45 pilotní projekt musí být dostatečně komplexní, aby bylo moţné vytěţit správné závěry. Celkový projekt implementace RFID Moţné modifikace podle výsledků pilotního projektu. Ponechat otevřenou i moţnost nakonec RFID vůbec neimplementovat. Aţ do vyhodnocení pilotního projektu nedefinovat termíny. Obrázek č. 15 Schéma toku dat RFID Tag RFID čtečky Middleware Kmenový systém Přiložen ke zboží Identifikující zboží Načítají data Posílají na zpracování Zpracovává, filtruje, čistí a sumarizuje data Využívá dat z RFID sítě Řídí se informacemi Předává data do podnikových aplikací Spravuje RFID sítě Analyzuje data Archivuje data Integrátoři Zákazník Zdroj: 44

46 4.4 Přínosy RFID investice Abychom byli schopni určit přínos investice pro společnost potřebujeme znát zisk (příp. úspory) související s investicí. U výrobní linky si dokáţeme hodnoty snadno spočítat, ale u RFID to není tak jednoduché. Tato nová technologie má v tomto ohledu podobný problém jako celé odvětví IT. Přínosy RF identifikace se projevují v mnoha částech výrobního a logistického procesu a není snadné je všechny nalézt. Vzorec pro výpočet návratnosti investice ROI 13 v našem případě však nutně tyto přínosy potřebuje. ROI RFID % zisk z investice náklady spojené (úspory) s investicí 100 RFID mnohdy můţe zcela změnit či úplně vymazat některé činnosti ve společnosti. Tyto změny procesů vedoucí k úsporám, bychom rozhodně neměli při výpočtu čitatele uvedeného vzorce zapomenout započítat. Příklad na první pohled skrytých přínosů: Představme si tak obvyklou záleţitost jako je příjem materiálu (zboţí) a jeho naskladnění. Tato operace dnes probíhá v mnoha společnostech po jednotlivých kusech (logistických jednotkách), a tak se také informace dostávají do informačního systému (se zpoţděním). Co se stane při pouţití RFID? Celá došlá zásilka je načtena RFID čtečkami během několika sekund a tato informace (násobně větší objem) se přenáší do informačního systému, který dosud nebyl na tento způsob zpracování informací připraven. Výsledkem tohoto naskladnění je okamţitá informace o stavu našeho skladu, a dramatické zrychlení jejího získání. Vybavíme-li stejnou technologií také výrobu ve společnosti, získáme tak stejné informace z jednotlivých částí výroby (stav výroby, průběţné zásoby na pracovišti). Dramatické zrychlení sběru informací v rámci logistiky (výroby) umoţňuje daleko lepší plánování zásob společnosti. Pokud máme plán výroby a stavy zásob, tak zásoby, které máme na skladě můţeme odpovědně řídit ne z hlediska Q (mnoţství), ale z hlediska 13 ROI je zkratka z anglického Return On Investments, tedy návratnost investic (poměr vydělaných peněz k penězům investovaným). ROI udává výnos v procentech. 45

47 T (času). Tím se zcela zásadním způsobem zjednodušuje systém predikce objednávek a otevírá se velký prostor pro optimalizaci skladových zásob - úspory na vázaném kapitálu. Příklad ukazuje jen jedno z moţných vyuţití RFID na toku hodnot ve společnosti. Takových příkladů lze nalézt v kaţdé společnosti více. Otázkou pak zůstává, do jaké míry lze kvantifikovat přínos, jakého dosáhneme tak radikální změnou vybraného procesu. V následující části vyjmenujeme několik oblastí, kde lze dosahovat pomocí RFID zlepšení. Výčet samozřejmě není úplný: Logistika: Zrychlení procesu příjmu, výdeje, přesunu a invetarizace produktu, odstranění chyb obsluhy a zpřesnění celé evidence produktů, minimalizace nákladů spojených se značením produktů, opakovaný zápis údajů zboţí do čipu během celého logistického pohybu, přesná evidence spotřebitelských jednotek, kartónů, palet, velká odolnost RFID čipů (vlhkost, teplota, atd.), rychlé načtení údajů - není nutná přímá viditelnost označených jednotek. Výroba: Přesné řízení toku materiálu ve výrobě (sníţení zásob), dohled na správnou kompletaci celku, zpětná dohledatelnost aţ na úroveň jednotlivých materiálů, okamţitá informace o stavu výroby, moţnost zápisu informací do čipu během výroby, sledování vyuţití a činnostech na pracovišti, moţnost umístit čip natrvalo do výrobku a informace poté vyuţít v distribuci. 46

48 Evidence majetku: Sníţení chybovosti při evidenci a inventarizaci majetku, výrazné zrychlení procesu inventarizace majetku, moţnost zápisu více dat do čipu na majetku, např.uloţení poslední inventarizace, finanční úspory v nákladech na obsluhu při inventarizaci. Náklady na investici do RFID Změny mnoha činností, které si nasazení RFID vyţádá budou tvořit nezanedbatelnou část celkového rozpočtu investice. Proto při dosazování nákladů do vzorce ROI je dobré dbát na co nejvěrnější vyčíslení také vnitřních nákladů (změna procesů, úpravy navazujících software, školení atd.) 4.5 Odhad nákladů na pilotní projekt Odhad nákladů na vybudování pilotního projektu RFID identifikace toku plastových přepravek typu Magnum z výrobní haly závodu A na další výrobní operace do závodu B a zpět. Tabulka č. 2: Přehled investic Investice Položka Označení Počet Cena Celkem Brána č. 1: Reader ALR Kč Kč Anténa ALR-9610-AC Kč Kč Brána č. 2: Reader ALR Kč Kč Anténa ALR-9610-AC Kč Kč Brána č. 3: Reader ALR Kč Kč Anténa ALR-9610-AC Kč Kč Mobilní terminál Unitech PA Kč Kč RFID tag 100 x 10 mm Alien ALN Squiggle Kč Kč HW+SW služby - externí IT specialista jednorázově Kč Kč SW služby - interní SAP specialista jednorázově 0, Kč Kč HW služby - interní IT technik jednorázově 0, Kč Kč Investice celkem: Kč Zdroj: Vlastní 47

49 Tabulka č.3: Přehled výnosů a úspor Výnosy, úspory Položka Označení Počet Cena Celkem Odhadované ztráty boxů / rok FLC (1200x1000x975) Kč Kč Personální náklady za rok ,- na pracovníka / měsíc 0, Kč Kč Výnosy, úspory za rok celkem: Výnosy, úspory za 2 roky celkem: Kč Kč Zdroj: Vlastní RFID tagy pro zabudování do nově pořizovaných plastových přepravek Alien ALN Squiggle, rozměry 100 x 10 mm, samolepící etiketa cena 6 Kč / ks ( při mnoţství 2000 ks) - viz obrázek č. 16. Obrázek č. 16: TAG umístěný v boxu (ALN-9540 Squiggle Inlay) Zdroj: Obrázek č. 17: Provedení příslušné čtečky (ALR-8800 Enterprise RFID Reader) Zdroj: 48