實際且有效的UHF RFID系統(tǒng)評估與測試
設(shè)定正確的期待和目標(biāo)
許多初次接觸無線射頻辨識系統(tǒng)(RFID)的使用者,常期待利用此種黏貼于外包裝箱上的低成本被動性標(biāo)簽系統(tǒng),便能讓會計盤點作業(yè)有如神助,并以為只要交易伙伴安裝感應(yīng)讀取機,包裝上的標(biāo)簽在任何地方都能輕易地自動讀取。但是,當(dāng)發(fā)現(xiàn)堆滿整個棧板的一箱箱貨物中,竟然只有少數(shù)幾箱的標(biāo)簽?zāi)軌虼_實被系統(tǒng)所讀取,這時,現(xiàn)實的殘酷如當(dāng)頭棒喝般,狠狠地將他們從虛幻的美夢中敲醒。
在每個包裝箱上貼上一個具無線辨識功能的小標(biāo)簽,然后將調(diào)諧器(亦即讀取器)調(diào)至正確頻率,這個看似簡單容易的程序,實際上在智能型標(biāo)簽讀取時,會發(fā)生許多問題。
問題形成的因素非常多,但是追根究底,最核心的原因皆是如何以極少的電力來完成大量的工作。與其他所有種類的被動性標(biāo)簽一樣,零售業(yè)供應(yīng)鏈中所使用的智能型被動性標(biāo)簽,本身不供應(yīng)電源,而是靠讀取器能量來運作。許多信號源可能遭受微弱信號的干擾,例如:週遭環(huán)境中的射頻干擾、被貼上標(biāo)簽的產(chǎn)品本身的物理特性,以及在搬運過程中不小心對標(biāo)簽產(chǎn)生的損害等等,都很容易造成標(biāo)簽無法讀取。
有幾種產(chǎn)品類別的可讀性幾乎可達100%。一般來說,這些產(chǎn)品大多是不帶水分、無金屬物質(zhì),且密度較低。若需辨識的產(chǎn)品是像衣服或早餐榖片這類東西,標(biāo)簽的讀取就很容易,但絕大多數(shù)產(chǎn)品都不太容易讀取。
堆滿于棧板上的貨物,讀取更不容易,因為位置較里面的貨物比較難以讀取。雖然嚴(yán)格來說,射頻并非直視性(line of sight)技術(shù),但其所使用的微弱信號很容易被遮蔽,造成位于貨物堆外側(cè)的標(biāo)簽很容易被讀取,但較里面的標(biāo)簽卻無法讀取。
100%標(biāo)簽讀取率不切實際
許多曾建置過 RFID 系統(tǒng)的使用者都體認到,以目前的技術(shù)成熟度,期望所有的讀取點皆達到100%標(biāo)簽讀取率并不切實際。然而,若要求標(biāo)簽至少被整個系統(tǒng)里的某個讀取點成功讀取,則是較合理的期盼,因為供應(yīng)鏈里一般會有數(shù)個讀取點。下列為一些可能的讀取點位置:
制造廠生產(chǎn)線
制造廠出貨碼頭
經(jīng)銷商進貨碼頭及出貨碼頭
零售業(yè)者物流中心(DC;Distribution Center)
零售店進貨碼頭
零售店庫房出口點
零售業(yè)者紙箱壓縮機
一個“射頻特性較弱”的產(chǎn)品在單一讀取點或許只有50%左右的讀取率,但是根據(jù)機率原則,在一個前后具備5個讀取點的系統(tǒng)中,產(chǎn)品至少被讀取一次,讀取率就高達97%(大約每33個產(chǎn)品中,有一個產(chǎn)品未被讀取)。
下表為增加標(biāo)簽可讀性或是增加讀取點數(shù)目后所得的結(jié)果,只要將單一讀取點的讀取成功率由50%增至60%,五個讀取點的讀取成功率可高達99%(100個產(chǎn)品中1個讀不到)。若將讀取成功率增加到90%,那么五個讀取點就可以達成理想目標(biāo),也就是所謂的五個9的效能等級— 99.999%(100,000個產(chǎn)品中,只有1個讀不到)。

表:RFID讀取點數(shù)目與系統(tǒng)讀取機率對照
首先,必須探討的是如何提高系統(tǒng)整體效能。此問題有許多解決方法,包括:使用感應(yīng)度更高的標(biāo)籤,採用更強的天線以升級偵測區(qū)域,以及增加新的偵測區(qū)域以便在不同讀取點進行讀取。事實上選擇方案不勝枚舉,而決定的關(guān)鍵在于必須適合各組織及既定目標(biāo)。
值得注意的是,出口至其它國家的貨物,在當(dāng)?shù)乜赡軙刹煌l率的偵測器進行讀取。舉例來說,歐洲地區(qū)使用的頻率約在860 MHZ,北美洲是915 MHZ,而日本是960 MHZ,如果可行,應(yīng)在不同頻率范圍下量測標(biāo)簽效能。採用國際型標(biāo)籤,例如德州儀器Gen2裸晶黏接型或卷帶型標(biāo)簽等,就可以解決貨物須跨越國界的問題。
如果希望節(jié)省時間和金錢,最快的方法可能是採購品質(zhì)較佳的電子標(biāo)簽。如果不在乎開發(fā)時間長短,而是考量投資成本,可以考慮目前所安裝系統(tǒng)以外的選擇,以提升系統(tǒng)效能,透過天線升級,或增加企業(yè)軟件智能型功能,來達到更好的讀取效能。當(dāng)然,最后決定仍取決于何者符合終端使用者的目標(biāo)。
建立效能基準(zhǔn)線
如果某家公司決定升級至Gen2或轉(zhuǎn)換不同的標(biāo)簽,不妨假設(shè)該公司已有一套運作中的系統(tǒng)。清楚了解既有系統(tǒng)效能非常重要,因此,第一步是建立一個比較用的基準(zhǔn)線。
首先,找出一些現(xiàn)行流程中幾個重要的參數(shù),例如完成某項任務(wù)所需的時間、讀取率、偵測區(qū)域效率,或者所需要的人力介入等等。接著,在一段時間內(nèi)量測這些因素,以充分瞭解流程。建立正確量測值后,就可以用此新的基準(zhǔn)線對已升級流程進行比較,或是展示改良后的流程,或針對可能出現(xiàn)種種問題提出變通的解決方法。
新標(biāo)簽的效能分析
建立比較基準(zhǔn)線后,便可以開始量測新系統(tǒng)的效能,分析它究竟有沒有超越由原系統(tǒng)所設(shè)下的效能比較基準(zhǔn),以及是否符合使用者的期望和目標(biāo)。
一個較好的方法是以新系統(tǒng)效能來建立可量測的現(xiàn)行測量標(biāo)準(zhǔn),如此可將這些新的測量標(biāo)準(zhǔn)與舊系統(tǒng)進行比較,以確定改變是否對效能產(chǎn)生明顯影響。如果是安裝全新的系統(tǒng),應(yīng)該盡快依上述步驟建立一個比較基準(zhǔn)線。
要成功量測改變的最好方式,就是瞭解新引入的各種變動因子(即新的標(biāo)簽、新的天線及新的系統(tǒng)) 如何影響系統(tǒng)整體效能。
根據(jù)需要選擇最合適工具(標(biāo)簽)
零售供應(yīng)商必須確保其標(biāo)簽的可讀取性。單靠在自由空氣中及無反射實驗室(anechoic chamber) 內(nèi)比較標(biāo)簽效能的一般性測試,不足以應(yīng)付射頻特性較弱之產(chǎn)品的一致性讀取需求。事實上,真正應(yīng)該進行的是現(xiàn)行特定應(yīng)用的測試實驗。每個供應(yīng)商的標(biāo)簽需求都不同,須視其產(chǎn)品種類和流程而定。以下只是少數(shù)的幾種變項:
產(chǎn)品材質(zhì)及密度
主要包裝材料
次要包裝材料
標(biāo)簽粘貼位置可能受自動化設(shè)備所限制
棧板大小以及箱子數(shù)量
顯然,大部分的使用者一定不愿意針對其產(chǎn)品所提供的各種智能型標(biāo)簽進行測試,這太花時間,也不合乎經(jīng)濟效益。有一些自然因素可幫助測試者直接縮小測試范圍:
優(yōu)選的供應(yīng)商
可用的標(biāo)簽大小或外觀限制
效能量測標(biāo)準(zhǔn)的確認—標(biāo)簽
什么樣的效能才稱得上是“夠好的”呢? 此問題在能夠收集更多實驗資料,及主要零售商完成更縝密的商業(yè)分析之前,并無法回答。現(xiàn)階段來說,應(yīng)該思考的問題是,“如何去量測效能,而哪些效能參數(shù)才是最重要的?”一旦定義量測標(biāo)準(zhǔn),就可以使用統(tǒng)計及可行之理論確定最低的效能標(biāo)準(zhǔn)。
大多數(shù)的效能量測資料及比較性測試都著重標(biāo)簽讀取。但是,除非這些標(biāo)簽在還未購買之前就已經(jīng)預(yù)先被設(shè)定好了,否則,標(biāo)簽也需要被寫入。對于自動化且高速的生產(chǎn)線來說,寫入速度也是非常重要。如果Gen2的標(biāo)準(zhǔn)寫入模式(每次寫入1個區(qū)塊,也就是16個位元) 無法滿足速度上的要求,可能需要采用支援一次寫入,或刪除多個區(qū)塊的進階模式標(biāo)簽。這種方式比標(biāo)準(zhǔn)模式來得更有效率。
所測試的標(biāo)簽數(shù)量必須要夠多,實驗數(shù)據(jù)才具有統(tǒng)計意義,這個觀念非常重要。如果只測試少數(shù)幾個樣本,所得的數(shù)據(jù)資料可能不足以用來判斷生產(chǎn)效能。雖然究竟多少樣本數(shù)量才具「統(tǒng)計顯著性」仍有爭論,但是原則上可以從20到30個標(biāo)簽來著手。如果時間和資源皆允許,測試數(shù)百個樣本所得的實驗度量數(shù)據(jù),將能提供更精準(zhǔn)的一致性及效能范圍,此外,對于不同的生產(chǎn)批別進行標(biāo)簽測試,有助于取得一致性的測量值。復(fù)雜的測試還包含實驗方法論設(shè)計,不在本文的討論范疇內(nèi)。
測試實驗的另一項實務(wù)考量,是在一般真實的環(huán)境中進行測試實驗。雖然協(xié)力廠商的比較實驗具有一定的參考價值,也可當(dāng)做第一道效能估計的依據(jù),但是畢竟,真正的智能型標(biāo)簽是用在真實世界的復(fù)雜環(huán)境里,而非各種隔離和控制的單純實驗室。真實的倉庫和零售店面存在多個射頻干擾源,多種金屬材質(zhì)結(jié)構(gòu),以及其他更多無法預(yù)測的獨特建筑配置。如果實在無法在實際的使用環(huán)境里進行測試,建議可嘗試尋找一個現(xiàn)實倉庫中設(shè)置實驗室。
靜態(tài)測試
靜態(tài)測試是所有測試方法中,最簡單,最容易復(fù)制,且最好比較的測試方法。簡單地說,標(biāo)簽是靜止于自由空氣中時,以一讀取器和一個單一天線來測試,其可能在中性射頻材料之上,或于實際的產(chǎn)品上。一般說來,實驗?zāi)繕?biāo)是企圖判定產(chǎn)品上的最佳位置,或者求出特定標(biāo)簽/產(chǎn)品組合中之可讀取范圍及靈敏性。
某些制造商及獨立實驗室聲稱其所做的實驗顯示X型標(biāo)簽在30英尺遠的地方就可以讀取得到。這聽來雖然極具吸引力,但是其可靠性仍需要進一步的驗證。一般的出入口區(qū)域在4 MPH的狀況下可讀取區(qū)域?qū)挾葹?0英尺(與讀取點相距5英尺),至600 FPM的情況下可讀取區(qū)域?qū)挾葹?英尺(距讀取點1.5英尺),而這兩個極端之間的任何值都有可能出現(xiàn)。如果這些可讀取區(qū)域緊緊相鄰,一個強度高的標(biāo)簽可能會形成不正確的讀取,而造成系統(tǒng)混亂。因此,標(biāo)簽的選擇顯得格外重要,必須選擇符合可讀取區(qū)域特性的標(biāo)簽。
靜態(tài)測試方法如下表:

動態(tài)測試
動態(tài)測試必須讓貼有標(biāo)簽的產(chǎn)品移動,增加了實驗的困難度。但這是一項很有效的實驗方式,因為使用者可找出一套較符合于真實世界產(chǎn)品標(biāo)簽使用效能的量測標(biāo)準(zhǔn),亦是評估何種標(biāo)簽最適合本身使用的準(zhǔn)確方式。
動態(tài)測試方法如下表:

註:讀取成功率-通過出入口時,至少具備一次成功讀取的次數(shù)。
動態(tài)的測試需要較昂貴之測試儀器,且儀器一般放置在很大的區(qū)域之中,通常是利用獨立的測試實驗機構(gòu),提供所需的儀器及專業(yè)技能服務(wù)。
標(biāo)簽危險注意事項
標(biāo)簽的不當(dāng)使用和操作,可能會造成系統(tǒng)中的許多問題。標(biāo)簽如同其他的電子元件,應(yīng)小心翼翼地使用。在裝卸過程中,員工如果亂丟擲標(biāo)簽盒,可能會讓公司損失10%的可用標(biāo)簽庫存,標(biāo)簽在尚未粘貼至產(chǎn)品前最為脆弱,公司員工也是在此時進行使用操作。維持標(biāo)簽完整性最好的方法,就是確保經(jīng)手標(biāo)簽的員工皆受過訓(xùn)練且非常小心。
另外,必須經(jīng)常對會接觸到產(chǎn)品及標(biāo)簽的儀器進行適當(dāng)維修。許多的紙箱夾鉗及電器夾鉗都有塑膠墊,長期使用后,墊子會老化,表面出現(xiàn)裂縫而形成產(chǎn)品上的“夾損點”,對標(biāo)簽產(chǎn)生損害。要確保這些儀器具有足夠壓力以固定產(chǎn)品,但也須配合良好的靈敏性,因為對產(chǎn)品所施加的壓力越大,對產(chǎn)品或產(chǎn)品上的標(biāo)簽造成傷害的機會就越大。
確保貨物運送者確實遵守貨物操作運送過程的指示和規(guī)定也很重要。一個不遵守指示和規(guī)定的貨物運送者很有可能會傷害到標(biāo)簽,無論是碰撞擠壓、刮傷或受潮等等,都會對標(biāo)簽造成損害。
對于可能會遭到較粗暴處理的產(chǎn)品,使用者在設(shè)計過程應(yīng)考慮是否使用耐用度較高之標(biāo)簽。目前有專門實驗室在做這類型的測試,企業(yè)本身若具備適當(dāng)?shù)臅r間和設(shè)備,部分的測試也可自行進行。
結(jié)論
雖然有些使用者一開始會抱著錯誤的期待,但是經(jīng)過適當(dāng)?shù)臏y試和驗證,所有的企業(yè)都能找到最適合本身使用條件和目標(biāo)的RFID標(biāo)簽。
用以區(qū)分過高的期待和實際情況的關(guān)鍵方法有:
真實環(huán)境中之實務(wù)測試 接近真實使用狀況的測試方法 與實際應(yīng)用相關(guān)的測量
系統(tǒng)整體效能,比個別標(biāo)簽的強度和靈敏性來得更重要,系統(tǒng)能在越多讀取點成功讀取標(biāo)簽中資料越好。資訊系統(tǒng)設(shè)計完善,搭配優(yōu)秀的產(chǎn)品標(biāo)簽粘貼技術(shù),可確保極佳的可讀性,并發(fā)揮RFID系統(tǒng)對企業(yè)的真正價值。成功的關(guān)鍵,在于能否找到一個優(yōu)良的解決方案供應(yīng)商,根據(jù)其經(jīng)驗和專業(yè)技術(shù)知識,幫助企業(yè)進行測試及評估。在此過程中,如果與整合供應(yīng)商密切合作,可以讓過程更快速、更順利。
每家企業(yè)都是獨一無二的,應(yīng)根據(jù)本身目標(biāo)及需求,選擇一套最合適的系統(tǒng),以達成自身目標(biāo),發(fā)揮系統(tǒng)最大價值。