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随着科技的脉动 逐步转化条码进入RFID领域
2005-01-27 来源:VCANS收集整理
 

一 . 前言
  RFID(注1)(无线射频自动识别系统-Radio Frequency Identification)虽然不是近日才发明的技术,却在近日被Wal-Mart 、Tesco 、DoD(美国国防部-Department of Defance )炒热。CNET预言RFID是2005年值得观察的十大技术之一(参2),并认为『 2005年可能会充满「放射尘」:这种尘埃就是「无线射频自动识别」( RFID,radio-frequency identity chip )晶片, ...... 让制造商及物流商可以利用扫描器将资料汇整到中央资料库,以畅通供应链。 ...... 很快的,你走在街上时可能在你的衣服上、还有你所携带的所有东西都可从大老远就被追踪了。』1973年条码技术标准通过,但直至1984年仅有1万5仟家供应商在产品上采用条码。直至1984年Wal-Mart大力支持使用条码,与K-Mart等零售商协力推广这种技术,到了1987年使用条码的供应商数激增至7万5仟家。可见零售业主力推波助澜之效果不容忽视。
 2003年6月Wal-Mart 在芝加哥举行的零售系统业展览会议上,要求其前一百大的供应商必需在 2005 年前为 RFID 的推行做好准备,并对其较大药品供应商要求在2004年3月准备好RFID交货能力。在此同时全球还有其他将近50个RFID现场试验( Field Test)在进行,这些计画都可能进一步成为全球性的计画。这波犹如1984年Wal-Mart大力支持使用条码的推手,将逐步带领着企业『随着科技的脉动逐步转化条码进入RFID领域』。

二 . 标准及名词( Standards And Terms)
  如同条码一般,RFID也有许多相关标准,其中与此波Wal-Mart风潮较有关系的包括频率( Frequency )、标签种类、以及编码方式。
(一)频率(Frequency)
频谱图主要分为以下七段(参 1 ):
30 Hz to 3 GHz -无线电(Radio Waves)
3 GHz to 300 GHz -微波(Microwaves)
300 GHz to 428 THz -红外线(Infrared Radiation)
428 THz to 750 THz -可见光(Visible Light)
750 THz to 30 PHz -紫外线(Ultraviolet Radiation)
30 PHz to 30 EHz - X 射线(X-Rays)
30 EHz to 3000 EHz -伽玛射线(Gamma Rays)

(上图) 图 1 :欧、亚、美主要国家 UHF 运用状况(参3)
  RFID 主要运用无线电波段和微波波段的底部,其中主要以125/134KHz(LF-低频,Low Frequency)、13.56MHz(HF-高频,High Frequency)、433MHz(UHF-超高频, Ultra High Frequency)、860M~960MHz(UHF)、2.45GHz(UHF)以及5.8GHz(SHF-极高频,Super High Frequency) 为主。125/134KHz 多数的国家属于开放频道(ISM,注3) ,然而资料传输速度慢,主要使用在宠物、门禁管制和防盗追踪。13.56MHz的最佳传输距离为1公尺以下,主要应用于生产管理、会员卡、识别证、飞机机票和建筑物出入管理。860M~960MHz最远可达近10公尺的传输距离,通讯品质佳,适合供应链管理,然而各国频率法规不一,跨区应用必然会成为现阶段运用的障碍(参见图1:欧、亚、美主要国家UHF运用状况) 。 2.45GHz 的最佳传输距离为 100 公尺,穿透性较差,适合电子收费系统( ETC,Electronic Toll Collection ) 、及时定位系统(RTLS,Real-Time Locating System ) 。
   由于各频段有其特性可交替运用,以 Wal-Mart 为例,美、加使用 UHF 915MHz 频段 ( 902~928MHz),第一波配合厂商虽然以美、加为主,这些厂商的制造厂却遍布世界。由于各国UHF可使用频段不同,以现有生产之RFID读取器及标签势必造成问题。解决方式之一,如 EMS ( Escort Memory Systems ) 所预计生产之RFID多频段读取器 ( Multi-Frequency Reader ),涵盖 860~960MHz 频段;解决方式之二,制造可接收多频段标签,允许以868MHz在新加坡写入后,在美、加以 915MHz 读出,然而这势必增加标签成本。
( 上图 ) 图 2:各式标签
( 二 )标签
  主、被动:被动 标签 是藉由外部电磁感应产生电力来传送资料,优点是内部无需任何电力,缺点是传输距离相较于主动 标签 为短;主动 标签 具备内部电力,缺点是体积大且须定期更换电池。
   读写方式可:分为唯读(R/O,Read Only) 、可写入一次读取多次(WORM,Write Once Read Many) 、重复读写(R/W, Read/Write) 。
   记忆容量:视使用者的需求而定,R/O标签大多仅具备标签ID,无多余记忆容量,其他以64bits-256 bits为主流,但也有高达数K容量产品。
   标签型式:因应不同需求标签可以制作成多种型式(图2),如与条码标签整合之一般标签、PCB型式可崁入物流箱及塑胶栈板、陶瓷型式可耐酸碱及高温。甚至于可制作成特殊型式,如不锈钢螺丝提供引擎、钢瓶等运用;铁弗龙螺丝提供晶片 (Wafer) 、磁片(Disc)之载具(Cassette)等运用。
( 三 ) 编码( Marking Codes)
       UID(卡号,Unique Identification):由于各家晶片厂商各有其编码方式,且资料加密方式不同,并未统一。
       EPC(Electronic Product Code) :由麻省理工学院的 Auto ID中心所研发, EPC RFID标签的编码(图3),其结构分为:标头、EPC管理者(公司)、物件(产品)、序号四大区段,其中公司码及产品码均可与现行的EAN编码系统结合,减少重新编码的工作。
( 下图 ) 图 3 : EPC (参 4 )
EPC-96 Type I 96-bit 版本 I

EPC-64 Type I 64-bit 版本 I

EPC-64 Type II 64-bit 版本 II


EPC-64 Type III 64-bit 版本 III
EPC Protocols ( EPC 通讯协议 )( 参 5 ):( 表 1 )

( 下图 ) 表 1 : EPC Protocols
三 . 转化 条码 进入 RFID 方式( The Approach To Transform from barcode to the Field of RFID )
   目前条码大量使用在整个供应链,然而因为产业别不同转化进入RFID方式有所不同,所搭配设备及标签也有不同,兹分别说明如下:
( 一 ) 制造业( Manufacturing Industry)
   制造业条码主要运用在提高产品追踪效能及降低人员资料输入所造成资料错误。要达到此需求,大多数制造业采取三段步骤:
a. 成品条码
b. 在制品条码
c. 原料条码
   看似简单的三个步骤却具备许多经验及意义,值得转换成 RFID 时之借镜。
a. 大部份厂商导入时都是因应重要客户要求,因此成品条码化便成为第一选择。
b. 成品掌握在制造厂手中,较容易依据需要提供条码需求。
c. 重要客户要求完成品后大多要求在制品条码化,以便与成品条码关联并达到追踪效果。
d. 原料来源广泛,若非买方市场不易要求所有货品条码化,因此原料条码化大多在最后导入。
   第一波因应Wal-Mart以及DoD要求之制造厂商,势必要组成专案小组,在2004年第三季结束前完成部署测试,由于时间紧迫,而此所牵涉到之技术(频率、标签、编码),一般企业无法立即拥有,势必需要以外来顾问师陪同进行先导性导入( Pilot Run ) ,作为学习开端,在依据各企业特性调整并规划出导入计画,逐步导入整厂。导入计画可参阅(表 2 )
( 下图 ) 表 2 :导入计划(限于篇幅仅列出部份范例)

  一如条码因应重要客户要求而导入, RFID 势必对第一波导入者仅能为导入而导入,在导入过程中了解 RFID 之所以异于 条码 之处,而能思考改变运用于制造流程中,逐步导入达到即时资讯及效能提升等之优点。
   除了因应此波需求外,许多产业可藉由 RFID 之特性(防尘、防水、耐酸碱、耐高温、耐油污)先行导入,如:
a. 重工业(贵重配件、工具、模具)
b. 汽车、机械业(载具、贵重工具、模具)
c. 半导体(无尘室、夹具)
   值得一提的是,生产管控系统(SFC, Shop Floor Control) 是厂内的运用,所使用频率及设备可以不同于成品,一如目前条码运用于SFC一般。由于13.56MHz传输距离适中,又属于ISM频道,非常适合使用于SFC,如图4之EMS输送带型式读取器。
而且RFID具备资料携带性的特性,可提供离线式 SFC 之选择。

(上图)图4 EMS输送带型式读取器
( 二 ) 零售、物流业( Retailers And Logistic Industry )
   零售业需要物流业搭配,运送大量货物。在零售业龙头 Wal-Mart 鼓动下,势必造成零售业的混乱,有的跟进、有的观望。然而当主要制造商已具备 RFID 供货能力时,搭顺风车之零售业势必跟进。RFID 在零售业之运用主要与条码相似:
a. 结帐 ( POS )
b. 卖场管理
c. 仓库管理(配销中心、卖场仓库)
   然而由于标签价格问题,目前仅能运用在仓库管理之进货及库存管理。卖场管理目前有RFID无线电子标价系统可供运用,如NCR之ESL(Electronic Shelf Label ,图5) 。
( 下图 ) 图 5 : NCR RFID 无线电子标价系统 ESL ( Electronic Shelf Label )
  初期可参考 Wal-Mart 运作方式,由示范性配销中心及该区域卖场仓库先行运作,先由栈板及外箱包装开始,藉由先期导入顾问辅导,培植内部人员进行其他可行性评估及未来导入计画之实行。
( 三 ) 其他产业运用( Applications in Other Industries)
  RFID 运用早已遍及各产业,从最早之门禁控管、停车场管理、动物晶片、图书馆管理、悠游卡等,无时不在改变人类生活。如今及将大量运用在日常商品、工厂管理及货物运输上,将与每日生活更密不可分。除了以上种种,以及新闻报导之 RFID 信用卡、 RFID 支票、存折以外,仅提出以下两项运用:
(上图)图6:感温标签
1. 医疗业 & 低温运送-感温标签(The Medical Industry And Low Temperature Transports- Sensitivity tag)
   医疗业除了药品管理外,目前已有针对温度控管需要之 『血液运送感温标签』(图6),它以 13.56MHz 频道运作,具备薄如纸般的纸型电池,记载着 -25~70°C 的温度,可确保血液运送过程温度的变化。同样需要控管温度的保鲜及低温物流,也可以运用此技术,提供客户安心的温度控制运送。
2. 医疗业-急诊病患及贵重仪器追踪(The Medical Industry-The Tracing of Patients And Valuable Equipments)
   急诊室是医院中最为忙碌且危险的地方,近年来流行性疾病如 SARS 及禽流感,经由急诊室传染已被重视,藉由 2.45GHz RFID (图 7 ) ,可有效监测每位进出急诊室人员之位置及接触史。贵重移动式医疗设备,如定量注射器、轮椅等,可藉由 RFID 了解所在位置,充分监控及利用设备。
   相同的运用可使用在高保防需求之军事、政府及科技业,可监控纪录进出人员并防堵不法之侵入。
四 . 结语(Conclusion)
   此波RFID导入供应链犹如先前1984年Wal-Mart大力推导条码一般,先由消费性产品导入,引导出制造厂供应链效应,而逐步引导全面使用,市场分析家大多预估发生于 2010 年。然而标签的单价是决定性因素,美金5分将近RMB0.4元,实在无法说服厂商全面替换不到0.01元的条码 。有鉴于此,多家厂商早已着手研发积体电路(Chip ) 替代品,期待美金1分产品出现,达到2010年全面使用的预期。
  初期时间紧迫的厂商,势必需要顾问的协助,而不是以为购买了RFID就已经具备RFID能力。时间充裕的厂商,可以借助顾问的协助,经由分析评估后,挑选一项先导系统导入,如此方能充分了解RFID所能带给企业在不同时机点的效益,而不是盲目的为RFID而RFID 。
 
     
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