从工厂出货到船运、仓储、商店上架,产品在供应链上移动,并每天24小时、一周7天不断地送到消费者的手中。过去是以手动的方法来计算这些在供应链上的产品库存量和订单量,这些方法包括:实体的计算和条形码(bar code)扫瞄,但是都会延误信息传递的速度。藉由先进的「射频识别(Radio Frequency Identification;RFID)」技术,让实时的全球供应链变成可能。不过,必须等到我们将这种行动化的资产追踪技术和供应链、后勤管理系统缜密地结合在一起之后,才能建立起真正的实时供应链。
从军用到商业用途
RFID是在第二次世界大战期间被开发出来的技术。藉由安装在飞机上的射频雷达收发机(transponder),就可以辨别出对方来机是友军或敌军。之后,军方仍继续使用这个技术,例如:美军在沙漠风暴(Operation Desert Storm)任务中,就是使用RFID来辨识携带着装备的容器,不管是箱、罐、柜、包...等。
首次将RFID技术商业化是发生在欧洲,当时是以RFID卷标来管理牲畜。到了1990年代,此技术已经成熟,并配合卫星科技(GPS)来追踪汽车的位置。今天,RFID被应用来驱动实时的供应链管理系统。
RFID的运作方式
RFID卷标包含有内存芯片和射频天线,内存里有编码数据,记录着可供追踪或辨识的内容。卷标分成主动式(发射固定的讯号)或被动式(响应RFID扫瞄器的扫瞄),工作频率在3 KHz到300 KHz之间,或者3MHz到30 MHz之间。RFID不需要直接接触或在视线(line of sight)内扫瞄卷标,这是条形码扫瞄器无法办到的。
RFID扫瞄器藉由射频载波来传送讯号,以启动RFID卷标。在卷标内的收发机在收到此讯号之后,会将储存在内存里的数据传给RFID扫瞄器。此数据可以包含产品名称、数量、制造日期、或其它可程序化的数据。RFID扫瞄器可能是简易的手持式装置;或者是装在网络上的传感器(sensors),直接将搜集到的数据送给仓管系统。
与标准的「统一产品编码(Uniform Product Code;UPC)」相比较,RFID卷标可以储存更多的数据,譬如:制造日期、批号、有效日期、上架日期、运送方式、序号。此卷标并记载着产品的全部运送历程,包含:写入和读出的日期及时间、扫瞄地点,从工厂的生产线到商店的展示架,直到送至消费者的手中为止。
供应链魔法 - RFID
为何RFID能在供应链的世界,产生如此大的鼓舞?因为RFID能为全球供应链带来真正的「能见度」,就好像我们能透视产品一样。供应链专家将RFID视为基础建设的骨干,能辨识和追踪全球数十亿的产品,而且是实时完成。
目前有许多公司正积极地想要开发出一些创新的RFID技术应用,这些应用能够解决现实世界的问题,从后勤到保全、医疗,也包括其它工业领域。藉由RFID所搜集到的数据,可以很容易地传给信息管理平台,经由高交易量的「自动辨识和数据收集(Automated Identification and Data Collection;AIDC)」软件的处理,就可以达到真正实时的供应链管理。除了RFID以外,其它属于AIDC的技术还包含:语音识别系统、光学字符识别(OCR)、拣料操作系统(pick-to-light)、雷射扫瞄器、CCD扫瞄器、穿戴型计算机。
从RFID扫瞄得到的数据,能够提供更加正确的信息。其追踪的范围可以扩大,也可以依照不同的环境,设定环境感测参数,来监看温度、震动、和其它可能影响运送质量的因素。这些措施可以验证产品是否有被妥善地运送,以确保产品到达目的地时,能完好如初。
RFID的安全管理
RFID具有「访问权限管理(unauthorized access management)」机制,可以保护数据不被读出盗拷和恶意写入修改。这是因为RFID具有加密的功能。RFID卷标会将最后一笔合法写入的内容,通告给友善代理人(friendly agents)知道,以警告和防止窜改;紧急时,还能将最后一笔数据还原。若是不同类型产品上的RFID卷标,彼此也可以交换讯息,知道附近产品的状态、样式,据以推论出辨识的规则。
当货物进入海关时,海关人员可以使用RFID扫瞄器,来确认包装内的货物,而不需要开箱倒柜。卷标内的加密机制可以防止窜改。万一内存内的数据遭到窜改,RFID卷标也会立即通知海关人员。因此,RFID可以加快通关的速度,并能防堵不法走私的行为发生。
RFID卷标允许代理人将储存在主动式RFID中的期望号码和被动式RFID中的号码做比较。例如:在医院病房里,护士可以比较病人手上的RFID卷标和药盒上的RFID卷标,以辨识两者的关系是否吻合,确保病人所服用的药物是正确的。
RFID通讯协议
RFID扫瞄器和卷标之间的通讯协议标准,目前有ISO 15693和ISO 18000-3在高频(HF)的频段工作,或者ISO 18000-6和EPC在超高频(UHF)工作。一般而言,当RFID扫瞄器开机后,它开始在860~915MHz(UHF)或13.56 MHz(HF)频段发射一个扫瞄讯号。若附近的RFID卷标接收到此讯号,此讯号的电波能量会唤醒此卷标,并提供足够的电力给卷标内部的电路使用。若此卷标在将此讯号译码以后,发现此讯号是正确的,该卷标会响应RFID扫瞄器,并藉由调变来改变扫瞄器的电磁场,以证明它是存在的。
频段 |
范围 |
标准 |
备注 |
125KHz |
短距离(<1M) |
|
极低读取速率 |
13.56MHz |
短距离(<1M) |
ISM
ISO 14443, ISO 15693 |
低读取速率
(非接触式IC卡) |
433MHz |
中短距离 |
ISM |
新 |
900MHz |
中短距离(3~8M) |
GSM行动通信 |
中读取速率 |
2.4GHz |
中长距离(5~15M) |
ISM
802.11b/g |
高读取速率(微波) |
5.8GHz |
长距离(数十公尺) |
ISM
802.11a |
高读取速率(微波) |
注:ISM为工业、科学及医药设备频段,无需执照(仅900MHz不是ISM频段) |
若有数个卷标同时对一个RFID扫瞄器做响应,就会产生碰撞(collision)的问题。RFID扫瞄器是利用「反碰撞算法(anti- collision algorithm)」来解决这个问题。它将卷标分类和做个别选取。目前有许多种不同的反碰撞算法存在,譬如:二元树(binary tree)、Aloha...等,它们已经被定义成RFID通讯协议的一部份。发生碰撞时,RFID一次能够辨识的卷标总数目,是根据频率大小和通讯协议的不同而异的。一般而言,在高频时是每秒50个卷标,在超高频时可以达到每秒200个卷标。
发生碰撞的其中一个卷标,一旦被RFID扫瞄器选上,就可以进行读出或写入的作业。当RFID扫瞄器完成读写作业后,它会将此卷标从待处理名单中移除,或者将它放在待命状态中。这些程序是持续由「反碰撞算法」控制着,直到所有的碰撞卷标都被选上为止。
RFID的超级应用
RFID技术为供应链世界开启了一个远景。RFID卷标代表着另外一种数据源,它使信息更加正确、丰富和保持最新,而且还能监看全部的运送过程。为了能真正了解RFID技术的优点,我们必须将RFID和分布式信息系统、事件管理系统整合在一起,并过滤掉许多来自于RFID的射频噪声。
RFID结合跨企业间的商务管理系统之后,这些企业能够为他们的客户提供实时的产品供需信息,可以大幅降低库存量、增加吞吐量、加速货物的流通;当情况发生变化时,还能够启动预警管理机制。这些作业可以分为:全球的实时追踪、物料管理、订货监督、回报和分析...等。
RFID似乎实现了供应链业者的理想,它超越了传统的主从(client/server)架构,支持「多对多(many-to-many)」的网站解决方案,满足分散的订货需求,并能使物料信息同步。更重要的是,RFID能结合至与企业相关的全部供应链网站,这包含协力商、客户、供货商、和经销商的网站。
随时掌握物流
现在若采用RFID技术,将使企业可以在未来增加效能,有能力应付突发状况,并掌握市场的变化。这都是藉由RFID,让经理人能够清楚且正确地看出完整的供应链现况。例如:全球性的物流企业若采用RFID技术,可以大幅改善营运,降低风险,并为母公司带来巨大的利润。
当货物到达经销据点的仓库时,RFID卷标包含有转运的指示,可以快速地卸货和分类,节省时间和人力。经RFID扫瞄之后,若确认到达其旅程的第一站,此信息将会传送至总公司的供应链软件做更新。当货物在运送的过程中,如果有任何的突发状况发生,新的运送指示将会被产生,能快速地响应这些变化。
当产品离开仓库时,它们的RFID卷标将会被扫瞄。当运到最后的目的地时,这些产品又会被扫瞄一次,此扫瞄得到的信息将成为库存数据库的一部份。这些产品被放在展示架上的这段时间里,它们可能会被扫瞄许多次,以协助盘点,或防止数据遭窜改,或避免被窃。
最后,当产品被卖出,从展示架卸下时,RFID卷标可以让客户快速结账。这时,库存数据库的数据会被更新,店员将会被告知,必须补充该产品的数量。这是依照预先制定好的库存量标准,来决定补充量。
RFID技术的任一个成功的例子,是来自于生命周期很短的消费性产品市场。由于这些产品的生命周期短,因此它们必须要能准时上架,而且质量要保持良好。当消费性产品被包装好之后,有效日期可以被编码写入RFID卷标中,因此,店员可以随时掌握住产品的「新鲜度」。如果运送的时间比预期的久,经理人员可以在任何一个时间点,采取权宜措施,这是根据产品剩余的有效时限和卖点来决定的。
产品一旦上架之后,销售管理系统可以实时了解该产品的状态。当产品的有效期即将来临时,可以根据该产品的库存量和有效期限,来决定售价和促销的策略。
类似的成功试验实例,发生在许多零售商、制造商和物流业者身上,他们正利用RFID技术来加强竞争实力。供应链的未来发展趋势是,RFID将结合跨企业的商务管理系统,而未来的远景就是现在投资的结果。
RFID结合EPC
图二是一个典型的「电子产品编码(electronic product codes;EPC)」系统。若中间没有经过中间件(middleware)的处理,则大量的数据将直接从RFID扫瞄器到达后端的数据库,最后会造成企业信息系统的瘫痪。这种中间件也称为「RFID学者(savant)」,它位于RFID扫瞄器和数据服务器之间,几乎是隐形的。它将没有结构化的卷标数据,分别送给适切的信息管理系统。此中间件也能执行许多不同的作业,譬如:监视RFID扫瞄器、管理错误的读取、暂存数据、最后查询「对象命名服务(object naming service;ONS)」模块。
「对象命名服务」模块是用来查询产品的统一编号(EPC),以确认目前扫瞄到的是何种产品。这种机制类似因特网所使用的「领域名系统(domain name system;DNS)」。ONS服务器提供「实体标示语言(physical markup language;PML)」服务器的IP地址;在PML服务器里面,储存有与EPC相关的信息。
PML语言是源自于「延伸式标示语言(XML)」,是一种文件格式的标准,应用在因特网上交换数据。因此,EPC RFID系统架构充份利用了现有的因特网技术。
PML是被设计用来储存产品的任何相关信息,例如:
- ●位置的信息:「卷标X」被「扫瞄器Y」侦测到,而X位于「载货地Z」处。
- ●遥感侦测的信息:物体的物理特性,例如:重量;环境的物理特性,例如:货物所在地的环境温度。
- ●组成的信息:例如:每个补给据点所添加的置物平台(pallet)、外箱、物品项目或零配件...等。这些信息还包含上述组成成份的异动记录,以及在每个地点经扫瞄后的结果。
- ●制造和有效日期。
RFID的隐藏成本和机会
前文谈论了许多关于RFID的优点和应用之内容,底下来观察RFID的隐藏成本和机会。
目前许多公司正努力地想要符合威玛百货(Wal-Mart)的要求,威玛百货要求前100大的零售品供货商必须在2004年底之前,全部采用RFID卷标。这将使每家零售商大约平均得花费2百万美金来采购RFID,以符合这个要求。
当RFID卷标、扫瞄器(reader)、软件、电子产品编码(EPC)持续地在演进,这时想要把它们都整合在一起,将变得越来越困难。短期内,全面性的整合将不可能发生,因为目前的企业还能依赖现存的ERP或仓储管理系统,只要结合短期应变的解决方案即可,而这样实施的成本并不高。
但是,长期而言,这种情况将会改变。业者将会逐渐思考RFID所能带来的长期效益。大型企业不愿意只为了威玛百货的要求,就对RFID大肆投资。他们希望能更深入了解,整个公司要如何才能有效地利用经由RFID技术所收集到的数据。这可是一项数百万美元的项目,而且是一项长期的项目。
若想对现存的企业信息管理系统做任何的改变,都需要经过架构重新规划、系统程序设计、测试与除错的开发过程,最后在全公司里,进行流程的导入和训练。当大型的供货商,例如:日常消费性产品的巨人-美国宝碱公司(Procter & Gamble),当他们准备要将RFID数据库、信息管理系统和多家代理商的管理系统结合在一起时,他们极需要技术协助。到2006年时,这样的需求量约有10亿美金的规模。到2007年,从RFID系统整合所获得的收益,将超越单纯由RFID产品所产生的利润。
美国许多商业顾问公司和系统整合公司现在正准备要分食这块大饼。他们正加紧扩充人手和密集训练。不过,眼前他们还有很长的路要走。由于前无来者,没有前例可循,所以他们势必要边做边调整,才能发现哪些地方准备不足,哪些构想是不切实际的。
结语
国内OEM业者在RFID产品的设计与制造上,应该可以在两年后,在国外市场获利;但因为国内的IT市场规模本来就不大,国内的系统整合业者若想要在本地的RFID系统整合市场中获利,可能就必须先在技术和成本上,超越外商IT公司未来推出的解决方案才行。
(作者联络方式:su2b08@saturn.seed.net.tw)