RFID etiketa, visačka, příp. vstupenka je vždy potisknutelný produkt, který je vícevrstvý, přičemž jednou vrstvou je tenká, obvykle polyesterová podložka, na níž je umístěna plochá anténa a k ní je vodivě připojen miniaturní čip. Tato sestava je natolik tenká, že může tvořit samostatnou vrstvu, která je s původní papírovou nebo plastovou etiketou spojena a jako celek pak aplikována na označovaný předmět.
Čip umožňuje ukládat, měnit, doplňovat a mazat informace, včetně umlčení takového čipu tzv. příkazem kill po splnění funkce, pro kterou byl použit. Důvodem je ochrana proti zneužití údajů. Zákazník, který si koupil zboží označené etiketou RFID, nemusí mít obavy, že je dále jeho pohyb monitorován. To by bylo teoreticky možné např. při použití obleku z čistírny, neboť tam je možné v budoucnu použití RFID visaček očekávat. Při průchodu kolem snímače v obchodě s oděvy by prodávající hned věděl, kdy, kam a kolikrát dával zákazník oděv čistit, což by bylo nejen v rozporu se zákonem, ale obchodník by informace mohl zneužívat ke svým cílům.
Etiketa do okamžiku elektronického znehodnocení slouží rovněž jako ochrana proti odcizení zboží. S jednoduchou formou takových ochranných tagů se setkáváme již dnes v prodejnách s obuví. Po zaplacení prodavačka boty několikrát jakoby „vymáchá“ v přihrádce pultu, čímž zničí tag zalisovaný v podrážce boty a zákazník může bez obav projít bránou z obchodu, aniž by aktivoval alarm.
Čím je RFID technologie jedinečná?
Výměna informací mezi etiketou a čtecím zařízením probíhá bezkontaktně, a to i bez přímého optického kontaktu. To umožňuje oproti dnes známým etiketám s čárovým kódem číst více etiket najednou při jedné operaci, předmět nemusí být nutně nasměrován do čtecí zóny snímače, čtení probíhá vyšší rychlostí a přečtená data jsou při vyšších rychlostech zpracovávána. Etikety mohou nést větší počet informací než etiketa s běžným čárovým kódem. Do takové etikety lze zapsat údaje o originalitě výrobku proti jeho padělání, historii jeho vzniku, tj. datum plnění, kontroly, kterými prošel, samozřejmostí je i doba trvanlivosti apod.
Tyto etikety jsou také zajištěny proti padělání. Je nutno mít na zřeteli, že nejde jen o údaje zanesené do etikety a tím do jejího čipu, ale každý čip má i své „osobní“ identifikační nezaměnitelné číslo.
Tag v několika podobách
Názvosloví se zatím v oblasti RFID vyvíjí a není nijak normalizované. Tagem se obecně rozumí čip připojený k anténě. Pokud je na nějakém nosiči, kterým v polygrafické oblasti bývá nejčastěji nosič polyesterový, pak někteří výrobci takový tag nazývají jako vložku – inlay. Pokud je tato navíc opatřena i lepidlem a je na silikonovém nosiči, jako bývají etikety, bývá označována jako mokrá vložka neboli wet-inlay. Někdy bývá vložka vyráběna i s vrchní papírovou vrstvou tak, že již sama částečně nahrazuje etiketu, ale její rozměr se shoduje s rozměrem vlastního PET tagu a pak takové spojení někteří výrobci nazývají jako papír-tag.
Tag obecně jako nosič informací bývá někdy nazýván také jako transpondér.
Vložit obrázek Dscn0046.jpg s popiskem: Zleva: suchý inley, mokrý inley, papír tag
Anténa se leptá, tiskne, napařuje
Kovová anténa bývá na nosné podložce nanesená různými technologiemi. Nejstarší a zároveň nejméně ekonomickou technologií je odleptání nežádoucí kovové vrstvy do požadovaného tvaru podobně, jako jsou vyráběny plošné spoje elektronických zařízení. Antény mohou být rovněž tisknuty vodivou barvou nebo kovová vrstva může být na nosič napařena. Anténa spojená s čipem je natolik tenká, že jde o jakousi samostatnou etiketu. Ta je potom vložena pod etiketu klasickou s potiskem nebo bez něho.
RFID etiketa je dvouvrstvá
RFID etiketa je v podstatě dvouvrstvá etiketa, z níž vrchní část je potiskovatelná a spodní část je tag. Obojí je na společném silikonovém nosiči tak, jako u běžných etiket. Na první pohled laik nic zvláštního neobjeví. Operace vkládání se provádí na speciálním stroji, který připravenou grafickou etiketu sejme ze silikonového nosiče, vloží na něj z jiného silikonového nosiče s požadovanou roztečí vhodný tag a ten následně překryje sejmutou etiketou, čímž vznikne dvouvrstvé, opět samolepicí spojení dvou vrstev jedné etikety. Podle typu zvolené technologie a k tomu vhodného vkládacího stroje mohou být samolepicí etikety vyráběny z tagů suchých nebo mokrých. Takto vyrobené etiketě se říká často smart label – „chytrá etiketa“. Její tag bývá vždy menší než vlastní etiketa.
Od etiket přes vstupenky k tiskopisům
Etikety tvoří jeden z relativně velkých segmentů. Někdy mezi ně počítáme i etikety nelepící, což jsou různé visačky – např. na oděvech. RFID tagy byly již také použity ve vstupenkách, např. při Mistrovství světa ve fotbale v roce 2006. Tiskopisy RFID lze v podstatě považovat za samolepicí etiketu, neboť vyjímatelná část tiskopisu je etiketa a s tiskopisem má společné grafické zpracování a společné identifikační údaje, jako např. číslo tiskopisu, název a logo firmy apod. Tiskopis pak nese doprovodné tištěné údaje, které mohou být částečně vytištěné na etiketě, ale především zakódované v RFID tagu, neboť ten právě umožňuje zanesení většího počtu údajů než plocha etikety určená k potisku.
V souvislosti s RFID etiketami se mnozí domnívají, že takové etikety se již objevují na některých dražších výrobcích, např. u spotřební elektroniky. Vypadají sice podobně jako HF etikety, ale jde o tzv. EAS (electronic article surveillance). To jsou pouze bezpečnostní, tzv. „jednobitové“ tagy – etikety sloužící k zamezení odcizení zboží. Tato etiketa obsahuje jednoduchý rezonanční obvod, který se při průchodu kontrolním rámem aktivuje. Etiketa nemá vlastní čip, pomocí něhož s uživatelem aktivně komunikuje a předává mu v sobě zanesené informace. (Pozor, výraz „aktivně komunikuje“ nezaměňujme s pojmem aktivní tagy – s vlastním zdrojem napájení!). Princip je stejný jako u zmíněné ochrany obuvi.
Masivní nasazení vyžaduje jednoduchost
V oblasti etiket se vývojem do dnešního dne vyprofilovaly dva základní pasivní systémy lišící se přenosovou frekvencí. Systém HF pracující na přenosové frekvenci 13,56 MHz, využívající indukční vazby, a UHF systémy pracující na frekvenci 868 MHz. Proč jde o systémy pasivní?
Aktivní systémy mají do tagu zabudovanou vlastní baterii, čímž umožňují komunikaci na mnohem větší vzdálenosti než systémy pasivní – tedy bez vlastního zdroje. Aktivní tagy jsou proto i dražší a v oblasti etiket je jejich využití nereálné. Není tím však nic upřeno jejich jedinečnosti a možnosti využití ve speciálních aplikacích. Příkladem může být označování lodních a přepravních kontejnerů. Jejich konstrukce však nebývá ve tvaru etikety.
Dále existují tzv. semipasivní tagy. Jsou malé, lehké a obyčejně používají baterii k napájení elektronické logiky. Potřebují však signál čtečky, aby vyslaly data. Mají tak podstatně delší životnost baterií, ale na druhou stranu disponují kratším dosahem čtení. V oblasti etiket a jim podobných produktů opět nemají podstatný význam.
Masovému nasazení je však podmíněno jednoduchostí a s tím spojenou nízkou cenou. A to umožňují pouze a právě pasivní systémy. Využívají totiž ke komunikaci energii, která je obsažena v kondenzátoru rezonančního obvodu vybuzeného elektromagnetickou vlnou komunikačního zařízení.
Globalizovaný svět potřebuje multifunkční tagy
Jak je již na zeměkouli zvykem, obvykle se v podstatě tytéž produkty liší podle kontinentu svého vzniku nebo používání. Můžeme tedy rozlišovat etikety pro americký a evropský trh. Zatímco v Americe se pro aplikace UHF používá frekvence 902 – 928 MHz, v Evropě je standardizován rozsah frekvencí 865 – 869 MHz. Rovněž výkon komunikačního zařízení je na obou kontinentech rozdílný. V Americe je povoleno používat výkonu 4 W, což umožňuje číst UHF tagy GEN 2 na vzdálenost zhruba 9 m rychlostí kolem 1200 tagů za sekundu, zatímco v Evropě je toto omezení výkonu nastaveno na 0,5 W, čímž je současně omezena čtecí vzdálenost na přibližně 3 m při snížené čtecí rychlosti maximálně 600 tagů za sekundu.
V Japonsku je standardizováno pásmo 950 – 956 MHz. Avšak jedinou zemí, která ještě nestanovila frekvenci, je Čína. Tam podle posledních informací stále probíhá schvalovací proces, a proto používá dočasné, zatím neschválené pásmo 917 – 922 MHz. Hongkong jako samostatná oblast Číny používá frekvence 865 – 868 MHz a 920 – 925 MHz. A Tchaj-wan využívá pásmo 922 – 928 MHz.
Někteří výrobci již vyrábějí etiketové tagy, které zvládají komunikovat na frekvenčním rozsahu 865 – 928 MHz, tzn. že mohou být použity stejně dobře v Americe jako v Evropě a nedochází tím k omezovacím faktorům při výměně zboží mezi kontinenty. Snaha je vytvořit tagy zcela multifunkční, které by byly čitelné kdekoliv na světě. To je důležité v globálním světě a prostředí tržní ekonomiky s globálním obchodováním. Obecně se pro RFID používají i jiné frekvence, a to např. 127 kHz a 2,4 GHz.
Obrázek –vyměnit za Tabulka
Pro oběh zboží jen UHF GEN 2
Dále se budeme zabývat pouze frekvencemi HF a UHF masově využitelnými ve spojení s polygrafickými výrobky. V oběhu zboží se prognostici shodují na využití systémů UHF GEN 2 jako zatím jediného optimálního řešení, které díky své jednoduchosti a využitelnosti umožní i rychlé rozšíření a tím rychlý pokles ceny. Již dnes jsou tyto tagy levnější. Tam, kde končí cenová nabídka tagů UHF, začíná obvykle cenová nabídka tagů HF. Jejich využití v oběhu zboží se neočekává, ale určitě budou mít nezastupitelný význam v jiných oblastech. Již dnes se používají jako výrobní štítky, do nichž se průběžně zapisují jednotlivé výrobní operace. Z tohoto důvodu mívají i větší kapacitu paměti, a tudíž jsou i logicky dražší. Kapacita paměti bývá standardně 1024 bitů, zatímco UHF GEN 2 má jen 96 bitů. HF etikety zcela určitě poslouží k inventarizaci majetku, tagy HF budou implementovány do vstupenek (viz zmíněné Mistrovství světa ve fotbale 2006), jízdenek, letenek apod., kde použití etiket UHF i přes očekávanou nižší cenu nebude optimálně použitelné. V oblasti inventarizace zaujímá zajímavý segment knihovnictví.
Zatímco UHF systémy se podle kontinentu odlišují, HF na frekvenci 13,56 MHz lze považovat již za mezinárodní a je popsán normou ISO 15693.
U frekvence HF se využívají indukční metody. Čip napájí energie indukovaná do antény z elektromagnetického pole vytvořeného pevnou anténou vysílače komunikačního zařízení. Čip pak tuto energii využívá k odeslání odpovědi, a to opět elektromagnetickou cestou. Jde v podstatě o malý vysílač napájený energií z kondenzátoru rezonančního obvodu, který ji dostal od příchozí elektromagnetické vlny.
Vložit schéma.jpg – induktivní vazba
Přenos energie a dat se opírá o blízkou indukční vazbu. Vzhledem k nízkým rádiovým komunikačním výkonům a krátkému dosahu nevznikají problémy s rušením v rádiových pásmech a nejsou nutná speciální povolení.
Komunikace UHF GEN 2 probíhá na zcela odlišném principu, který využívá odrazové metody. Při ní se tag nabije podobně jako u metody indukční, tuto energii však nevyužívá k odeslání odpovědi, ale mění určitý parametr antény, čímž je ovlivněna podoba odráženého signálu. V rozdílu signálu vyslaného a odraženého je zakódována informace tagu.
Jednoduše si to můžeme představit jako u pasivního odrážeče dopravních letadel, kdy se nám v odrazu radarové vlny vracejí zpět údaje o letu sledovaného letadla.
UHF tagy se v uplynulých letech rozdělovaly do různých skupin označovaných jako třída 0, 0+ a 1 a byly označovány jako generace 1 (Gen 1), generace 2 (Gen 2) a meziproduktem byl tag s čipem Philips U-Code 1.19. Přenosový protokol uvedených systémů se liší a není předmětem tohoto textu. Od roku 2007 je za standard považován GEN 2 Class (třída) 1
lišící se pouze přenosovou frekvencí podle pravidel příslušného kontinentu. Cesty k dosažení jednotného celosvětového standardu byly rozdílné, jak ukazuje přehled vývoje od roku 2005.
EVROPA AMERIKA
rok 2005 Gen1 / Class 1; U-Code 1.19; začíná Gen 2 x Gen 1 / Class 0+ nebo Class 1
rok 2006 U-Code 1.19; Gen 2 x Gen 1/Class 1; Gen 2
rok 2007 Gen 2 x Gen 2
Obaly i jejich obsah ztěžují komunikaci
Bezkontaktní komunikace není bezproblémová. Neúprosné fyzikální zákony kladou překážky. Kovové předměty odrážejí nebo blokují rádiové vlny a kapaliny je pohlcují. Například saponát v kanystru, na jehož povrchu je etiketa nalepená, dokáže komunikační vzdálenost snížit z přibližně tří metrů u prázdného kanystru na asi 0,5 m u kanystru naplněného. Pokud etiketu podložíme např. 2 mm podložkou, zvýší se komunikační vzdálenost u téže náplně na zhruba 1 – 1,5 m. Výrobci tagů proto neustále vyvíjejí nové tvary antén, kterými by dokázali maximálně potlačit negativní účinky předmětů, na nichž bude etiketa aplikována.
GEN 2 jako standard
Gen 2 je tedy standardem, který vznikl na základě poznatků předchozího vývoje. Pracuje na principu odrazové metody, má k dispozici 96 bitů na zápis a čtení a je možné jej dalším příkazem, tzv. kill příkazem, deaktivovat, aby se zabránilo možnému zneužití, k němuž by mohlo teoreticky dojít po prodeji zboží.
Jako vývojový meziprodukt byl a dosud dosluhuje tag s čipem Philips U-Code 1.19, který měl k dispozici kromě zmíněných 96 bitů navíc 256 bitů pro dodatečný zápis a čtení (R/W). To se jeví již jako zbytečné a nároky na vyšší kapacitu paměti zvyšují cenu, což jde opět proti zájmu masového rozšíření. Tag U 1.19 rovněž pracuje na principu odrazové metody. V Evropě jej používá obchodní společnost Metro a dosud jsou zpracovávány jeho zásoby do doby, než bude nahrazen tagem GEN 2 a uživatelé k tomu upraví komunikační prostředí.
V průběhu rádiové komunikace dochází i k rušení, která jsou známá z radiotechniky – vlivy, jako jsou např. stojaté vlny, nežádoucí odrazy vlivem tvaru prostředí apod. Navíc při současném „ozáření“ více tagů jednou elektromagnetickou vlnou odpovědí tagy najednou – a jak se v tom má přijímač vyznat? Tagy musí být vybaveny tzv. antikolizní ochranou, což je jeho kvalitativní parametr, který určuje, do jaké míry je možné číst jich v jeden okamžik více najednou.
U etiket HF je komunikace založena na magnetické složce elektromagnetické vlny a jde o indukční vazbu blízkého pole. U etiket UHF dochází ke komunikaci v poli vzdáleném, ale při zápisu v termotransferové tiskárně se etiketa okolo snímačů pohybuje v bezprostřední vzdálenosti, a proto i zde musí tag splňovat určité požadavky na komunikaci v poli blízkém.
EPC kód by měl sloužit v dodavatelském řetězci
Dosud jsme znali pojem UPC neboli Universal Product Code (univerzální kód výrobků), který je používán k identifikaci výrobku pomocí optického čtení čárového kódu. Tato technologie existuje již přibližně třicet let. EPC neboli Electronic Product Code (elektronický kód výrobků) je další generací automatické identifikace výrobků. Jaké jsou tedy rozdíly mezi UPC a EPC?
Zatímco UPC slouží pouze k identifikaci obecné kategorie produktu, například přečtením ručním skenerem, používá EPC unikátní sériové číslo k identifikaci jednotlivých kusů výrobku.
Kód EPC má tvar složeného alfanumerického kódu, z něhož každá část má logicky svůj význam stejně tak, jako tomu je u UPC.
Vložit nový obrázek kod 2- výměna!
Čárový kód umístěný na povrchu krabice však obsahuje pouze informace o množství a typu položek uvnitř obalu, zatímco RFID etiketa obsahuje mnohem více informací:
• počet položek uvnitř obalu
• destinace – místo určení
• podmínky skladování a přepravy
• číslo výrobní série
• spotřební lhůtu
Budoucnost RFID začíná u palet a vstupních bran
Obory uplatnění obou druhů etiket, tj. HF a UHF, byly již výše zmíněny. UHF GEN 2 je určen pro oběh zboží tak, aby v budoucnu nahradil a svou vyšší užitnou hodnotou překonal dnes užívaný čárový kód.
Vzhledem k dosavadním cenám lze postupné zavádění etiket očekávat nejpravděpodobněji asi následovně. Nejprve budou vybaveny velkosklady a obchodní řetězce na svých vstupech čtecími bránami, které budou snímat informace na procházejících paletách. Následně pak určitě budou RFID aplikovány na krabice a až někdy později na jednotlivé kusy zboží.
I zde lze logicky očekávat postup od značení drahých druhů směrem k levnějším. Asi se štítku RFID dočká dříve irská whiskey než jablečný sirup, případně speciální drahý lék na lékařský předpis než acylpyrin.
Domnívat se nebo žít v iluzi, že jakýsi nový systém je naprosto univerzální, bezchybný, a tudíž zcela ihned vytlačí čárové kódy a my uživatelé se již v blízké budoucnosti nebudeme muset obtěžovat vykládáním zboží na pásové dopravníky u pokladen supermarketů, by bylo naivní i přesto, že stále mluvíme o technologii budoucnosti. Čárový kód bude mít stále svou funkci, proto jsou etikety uzpůsobeny k potisku, a to nejčastěji termotransferovou tiskárnou. Etikety s grafickou úpravou lze očekávat až v souvislosti s označováním individuálního zboží. Dřívější nástup grafických etiket je možný s barevným tiskem loga uživatele.
Ano či ne pro RFID
Výhody RFID obecně (nejde vždy o spojení s etiketou – tag může mít i jiné konstrukční formy):
- není nutná přímá viditelnost
- zlepšení řízení toku produktů
- vyšší stupeň automatizace
- vyšší rychlost pořízení a zpracování informací
- možnost současného snímání
- odolnost tagu proti vnějším vlivům
- možnost doplňování údajů, příp. přeznačení produktu
Technologie RFID si neklade za cíl plně nahradit a zcela vytlačit čárové kódy, ale spíše je doplnit o další možnosti. Proto je mnoho aplikací spojeno právě s etiketou, visačkou apod., která bude mít vždy svou tištěnou podobu, ať jen informační pomocí termotransferového dotisku nebo následně i grafickou s kombinací s dotiskovými technologiemi. (Termotransfer, Ink-jet apod.)
Shrnutí výhod užití RFID v jednotlivých oborech:
Logistika
- zrychlení procesu příjmu, výdeje, přesunu a inventarizace produktu
- odstranění chyb obsluhy a zpřesnění celé evidence produktů
- minimalizace nákladů spojených se značením produktů
- opakovaný zápis údajů zboží do čipu během celého logistického pohybu
- přesná evidence spotřebitelských jednotek, kartonů a palet
- velká odolnost RFID čipů (vlhkost, teplota atd.)
- rychlé načtení údajů – není nutná přímá viditelnost označených jednotek
Výroba
- přesné řízení toku materiálu ve výrobě (snížení zásob)
- dohled na správnou kompletaci celku
- zpětná dohledatelnost až na úroveň jednotlivých materiálů
- okamžitá informace o stavu výroby
- možnost zápisu informací do čipu během výroby
- sledování využití a činností na pracovišti
- možnost umístit čip natrvalo do výrobku a informace poté využít v distribuci
Evidence majetku
- snížení chybovosti při evidenci a inventarizaci majetku
- výrazné zrychlení procesu inventarizace majetku
- možnost zápisu více dat do čipu na majetku, např. uložení poslední inventarizace
- finanční úspory v nákladech na obsluhu při inventarizaci
Farmacie
- evidence léků
- originalita léků
- evidence vzorků v laboratořích
- evidence preparátů – banky organických látek (krev, orgány atd.)
- evidence pacientů a zápis procedur
Pavel Jirák
technický ředitel, Martin Peroutka, polygrafická a papírenská výroba
