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RFID即時供應鏈管理系統
 

【作者: 誠君】   2004年08月26日 星期四

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從工廠出貨到船運、倉儲、商店上架,產品在供應鏈上移動,並每天24小時、一週7天不斷地送到消費者的手中。過去是以手動的方法來計算這些在供應鏈上的產品庫存量和訂單量,這些方法包括:實體的計算和條碼(bar code)掃瞄,但是都會延誤資訊傳遞的速度。藉由先進的「射頻識別(Radio Frequency Identification;RFID)」技術,讓即時的全球供應鏈變成可能。不過,必須等到我們將這種行動化的資產追蹤技術和供應鏈、後勤管理系統縝密地結合在一起之後,才能建立起真正的即時供應鏈。


從軍用到商業用途

RFID是在第二次世界大戰期間被開發出來的技術。藉由安裝在飛機上的射頻雷達收發機(transponder),就可以辨別出對方來機是友軍或敵軍。之後,軍方仍繼續使用這個技術,例如:美軍在沙漠風暴(Operation Desert Storm)任務中,就是使用RFID來辨識攜帶著裝備的容器,不管是箱、罐、櫃、包...等。


首次將RFID技術商業化是發生在歐洲,當時是以RFID標籤來管理牲畜。到了1990年代,此技術已經成熟,並配合衛星科技(GPS)來追蹤汽車的位置。今天,RFID被應用來驅動即時的供應鏈管理系統。


RFID的運作方式

RFID標籤包含有記憶體晶片和射頻天線,記憶體裡有編碼資料,記錄著可供追蹤或辨識的內容。標籤分成主動式(發射固定的訊號)或被動式(回應RFID掃瞄器的掃瞄),工作頻率在3 KHz到300 KHz之間,或者3MHz到30 MHz之間。RFID不需要直接接觸或在視線(line of sight)內掃瞄標籤,這是條碼掃瞄器無法辦到的。


RFID掃瞄器藉由射頻載波來傳送訊號,以啟動RFID標籤。在標籤內的收發機在收到此訊號之後,會將儲存在記憶體裡的資料傳給RFID掃瞄器。此資料可以包含產品名稱、數量、製造日期、或其它可程式化的資料。RFID掃瞄器可能是簡易的手持式裝置;或者是裝在網路上的感測器(sensors),直接將蒐集到的資料送給倉管系統。


與標準的「統一產品編碼(Uniform Product Code;UPC)」相比較,RFID標籤可以儲存更多的資料,譬如:製造日期、批號、有效日期、上架日期、運送方式、序號。此標籤並記載著產品的全部運送歷程,包含:寫入和讀出的日期及時間、掃瞄地點,從工廠的生產線到商店的展示架,直到送至消費者的手中為止。


供應鏈魔法 - RFID

為何RFID能在供應鏈的世界,產生如此大的鼓舞?因為RFID能為全球供應鏈帶來真正的「能見度」,就好像我們能透視產品一樣。供應鏈專家將RFID視為基礎建設的骨幹,能辨識和追蹤全球數十億的產品,而且是即時完成。


目前有許多公司正積極地想要開發出一些創新的RFID技術應用,這些應用能夠解決現實世界的問題,從後勤到保全、醫療,也包括其它工業領域。藉由RFID所蒐集到的資料,可以很容易地傳給資訊管理平台,經由高交易量的「自動辨識和資料收集(Automated Identification and Data Collection;AIDC)」軟體的處理,就可以達到真正即時的供應鏈管理。除了RFID以外,其它屬於AIDC的技術還包含:語音辨識系統、光學字元辨識(OCR)、揀料作業系統(pick-to-light)、雷射掃瞄器、CCD掃瞄器、穿戴型電腦。


從RFID掃瞄得到的資料,能夠提供更加正確的資訊。其追蹤的範圍可以擴大,也可以依照不同的環境,設定環境感測參數,來監看溫度、震動、和其它可能影響運送品質的因素。這些措施可以驗證產品是否有被妥善地運送,以確保產品到達目的地時,能完好如初。


RFID的安全管理

RFID具有「存取權限管理(unauthorized access management)」機制,可以保護資料不被讀出盜拷和惡意寫入修改。這是因為RFID具有加密的功能。RFID標籤會將最後一筆合法寫入的內容,通告給友善代理人(friendly agents)知道,以警告和防止竄改;緊急時,還能將最後一筆資料還原。若是不同類型產品上的RFID標籤,彼此也可以交換訊息,知道附近產品的狀態、樣式,據以推論出辨識的規則。


當貨物進入海關時,海關人員可以使用RFID掃瞄器,來確認包裝內的貨物,而不需要開箱倒櫃。標籤內的加密機制可以防止竄改。萬一記憶體內的資料遭到竄改,RFID標籤也會立即通知海關人員。因此,RFID可以加快通關的速度,並能防堵不法走私的行為發生。


RFID標籤允許代理人將儲存在主動式RFID中的期望號碼和被動式RFID中的號碼做比較。例如:在醫院病房裡,護士可以比較病人手上的RFID標籤和藥盒上的RFID標籤,以辨識兩者的關係是否吻合,確保病人所服用的藥物是正確的。


RFID通訊協定

RFID掃瞄器和標籤之間的通訊協定標準,目前有ISO 15693和ISO 18000-3在高頻(HF)的頻段工作,或者ISO 18000-6和EPC在超高頻(UHF)工作。一般而言,當RFID掃瞄器開機後,它開始在860~915MHz(UHF)或13.56 MHz(HF)頻段發射一個掃瞄訊號。若附近的RFID標籤接收到此訊號,此訊號的電波能量會喚醒此標籤,並提供足夠的電力給標籤內部的電路使用。若此標籤在將此訊號解碼以後,發現此訊號是正確的,該標籤會回應RFID掃瞄器,並藉由調變來改變掃瞄器的電磁場,以證明它是存在的。


表一 RFID不同頻段之範圍與標準
頻段 範圍 標準 備註
125KHz 短距離(<1M)   極低讀取速率
13.56MHz  短距離(<1M)  ISM
ISO 14443, ISO 15693
低讀取速率
(非接觸式IC卡)
433MHz 中短距離 ISM
900MHz 中短距離(3~8M) GSM行動通信 中讀取速率
2.4GHz  中長距離(5~15M)  ISM
802.11b/g
高讀取速率(微波) 
5.8GHz  長距離(數十公尺) 

ISM
802.11a

高讀取速率(微波) 
註:ISM為工業、科學及醫藥設備頻段,無需執照(僅900MHz不是ISM頻段)

若有數個標籤同時對一個RFID掃瞄器做回應,就會產生碰撞(collision)的問題。RFID掃瞄器是利用「反碰撞演算法(anti- collision algorithm)」來解決這個問題。它將標籤分類和做個別選取。目前有許多種不同的反碰撞演算法存在,譬如:二元樹(binary tree)、Aloha...等,它們已經被定義成RFID通訊協定的一部份。發生碰撞時,RFID一次能夠辨識的標籤總數目,是根據頻率大小和通訊協定的不同而異的。一般而言,在高頻時是每秒50個標籤,在超高頻時可以達到每秒200個標籤。


發生碰撞的其中一個標籤,一旦被RFID掃瞄器選上,就可以進行讀出或寫入的作業。當RFID掃瞄器完成讀寫作業後,它會將此標籤從待處理名單中移除,或者將它放在待命狀態中。這些程序是持續由「反碰撞演算法」控制著,直到所有的碰撞標籤都被選上為止。


《圖一 典型的RFID系統》
《圖一 典型的RFID系統》

RFID的超級應用

RFID技術為供應鏈世界開啟了一個遠景。RFID標籤代表著另外一種資料來源,它使資訊更加正確、豐富和保持最新,而且還能監看全部的運送過程。為了能真正了解RFID技術的優點,我們必須將RFID和分散式資訊系統、事件管理系統整合在一起,並過濾掉許多來自於RFID的射頻雜訊。


RFID結合跨企業間的商務管理系統之後,這些企業能夠為他們的客戶提供即時的產品供需資訊,可以大幅降低庫存量、增加吞吐量、加速貨物的流通;當情況發生變化時,還能夠啟動預警管理機制。這些作業可以分為:全球的即時追蹤、物料管理、訂貨監督、回報和分析...等。


RFID似乎實現了供應鏈業者的理想,它超越了傳統的主從(client/server)架構,支援「多對多(many-to-many)」的網站解決方案,滿足分散的訂貨需求,並能使物料資訊同步。更重要的是,RFID能結合至與企業相關的全部供應鏈網站,這包含協力商、客戶、供應商、和經銷商的網站。


隨時掌握物流

現在若採用RFID技術,將使企業可以在未來增加效能,有能力應付突發狀況,並掌握市場的變化。這都是藉由RFID,讓經理人能夠清楚且正確地看出完整的供應鏈現況。例如:全球性的物流企業若採用RFID技術,可以大幅改善營運,降低風險,並為母公司帶來巨大的利潤。


當貨物到達經銷據點的倉庫時,RFID標籤包含有轉運的指示,可以快速地卸貨和分類,節省時間和人力。經RFID掃瞄之後,若確認到達其旅程的第一站,此資訊將會傳送至總公司的供應鏈軟體做更新。當貨物在運送的過程中,如果有任何的突發狀況發生,新的運送指示將會被產生,能快速地回應這些變化。


當產品離開倉庫時,它們的RFID標籤將會被掃瞄。當運到最後的目的地時,這些產品又會被掃瞄一次,此掃瞄得到的資訊將成為庫存資料庫的一部份。這些產品被放在展示架上的這段時間裡,它們可能會被掃瞄許多次,以協助盤點,或防止資料遭竄改,或避免被竊。


最後,當產品被賣出,從展示架卸下時,RFID標籤可以讓客戶快速結帳。這時,庫存資料庫的資料會被更新,店員將會被告知,必須補充該產品的數量。這是依照預先制定好的庫存量標準,來決定補充量。


RFID技術的任一個成功的例子,是來自於生命週期很短的消費性產品市場。由於這些產品的生命週期短,因此它們必須要能準時上架,而且品質要保持良好。當消費性產品被包裝好之後,有效日期可以被編碼寫入RFID標籤中,因此,店員可以隨時掌握住產品的「新鮮度」。如果運送的時間比預期的久,經理人員可以在任何一個時間點,採取權宜措施,這是根據產品剩餘的有效時限和賣點來決定的。


產品一旦上架之後,銷售管理系統可以即時了解該產品的狀態。當產品的有效期即將來臨時,可以根據該產品的庫存量和有效期限,來決定售價和促銷的策略。


類似的成功試驗實例,發生在許多零售商、製造商和物流業者身上,他們正利用RFID技術來加強競爭實力。供應鏈的未來發展趨勢是,RFID將結合跨企業的商務管理系統,而未來的遠景就是現在投資的結果。


RFID結合EPC

圖二是一個典型的「電子產品編碼(electronic product codes;EPC)」系統。若中間沒有經過中介軟體(middleware)的處理,則大量的資料將直接從RFID掃瞄器到達後端的資料庫,最後會造成企業資訊系統的癱瘓。這種中介軟體也稱為「RFID學者(savant)」,它位於RFID掃瞄器和資料伺服器之間,幾乎是隱形的。它將沒有結構化的標籤資料,分別送給適切的資訊管理系統。此中介軟體也能執行許多不同的作業,譬如:監視RFID掃瞄器、管理錯誤的讀取、暫存資料、最後查詢「物件命名服務(object naming service;ONS)」模組。


《圖二 EPC架構》
《圖二 EPC架構》

「物件命名服務」模組是用來查詢產品的統一編號(EPC),以確認目前掃瞄到的是何種產品。這種機制類似網際網路所使用的「領域名稱系統(domain name system;DNS)」。ONS伺服器提供「實體標示語言(physical markup language;PML)」伺服器的IP位址;在PML伺服器裡面,儲存有與EPC相關的資訊。


PML語言是源自於「延伸式標示語言(XML)」,是一種文件格式的標準,應用在網際網路上交換資料。因此,EPC RFID系統架構充份利用了現有的網際網路技術。


PML是被設計用來儲存產品的任何相關資訊,例如:


  • ●位置的資訊:「標籤X」被「掃瞄器Y」偵測到,而X位於「載貨地Z」處。


  • ●遙感偵測的資訊:物體的物理特性,例如:重量;環境的物理特性,例如:貨物所在地的環境溫度。


  • ●組成的資訊:例如:每個補給據點所添加的置物平台(pallet)、外箱、物品項目或零配件...等。這些資訊還包含上述組成成份的異動記錄,以及在每個地點經掃瞄後的結果。


  • ●製造和有效日期。



RFID的隱藏成本和機會

前文談論了許多關於RFID的優點和應用之內容,底下來觀察RFID的隱藏成本和機會。


目前許多公司正努力地想要符合威瑪百貨(Wal-Mart)的要求,威瑪百貨要求前100大的零售品供應商必須在2004年底之前,全部採用RFID標籤。這將使每家零售商大約平均得花費2百萬美金來採購RFID,以符合這個要求。


當RFID標籤、掃瞄器(reader)、軟體、電子產品編碼(EPC)持續地在演進,這時想要把它們都整合在一起,將變得越來越困難。短期內,全面性的整合將不可能發生,因為目前的企業還能依賴現存的ERP或倉儲管理系統,只要結合短期應變的解決方案即可,而這樣實施的成本並不高。


但是,長期而言,這種情況將會改變。業者將會逐漸思考RFID所能帶來的長期效益。大型企業不願意只為了威瑪百貨的要求,就對RFID大肆投資。他們希望能更深入了解,整個公司要如何才能有效地利用經由RFID技術所收集到的資料。這可是一項數百萬美元的專案,而且是一項長期的專案。


《圖三 市場對RFID接受度因不同產業而異》
《圖三 市場對RFID接受度因不同產業而異》

若想對現存的企業資訊管理系統做任何的改變,都需要經過架構重新規劃、系統程式設計、測試與除錯的開發過程,最後在全公司裡,進行流程的導入和訓練。當大型的供應商,例如:日常消費性產品的巨人-美國寶鹼公司(Procter & Gamble),當他們準備要將RFID資料庫、資訊管理系統和多家代理商的管理系統結合在一起時,他們極需要技術協助。到2006年時,這樣的需求量約有10億美金的規模。到2007年,從RFID系統整合所獲得的收益,將超越單純由RFID產品所產生的利潤。


美國許多商業顧問公司和系統整合公司現在正準備要分食這塊大餅。他們正加緊擴充人手和密集訓練。不過,眼前他們還有很長的路要走。由於前無來者,沒有前例可循,所以他們勢必要邊做邊調整,才能發現哪些地方準備不足,哪些構想是不切實際的。


結語

國內OEM業者在RFID產品的設計與製造上,應該可以在兩年後,在國外市場獲利;但因為國內的IT市場規模本來就不大,國內的系統整合業者若想要在本地的RFID系統整合市場中獲利,可能就必須先在技術和成本上,超越外商IT公司未來推出的解決方案才行。


(作者聯絡方式:su2b08@saturn.seed.net.tw)


延 伸 閱 讀

奈米晶片可以吃下肚嗎?
一顆只有0.4mm×0.4mm×0.06mm的體積、接近粉末狀的IC可以吞進肚子裡嗎?照理說,要把那樣一個微小的物體嚥下喉嚨,對任何人來說都是毫無困難的動作,甚至一點感覺也沒有。Hitachi與Renesas合作研發RFID晶片"μ-chip"即是一款兼顧產品性能與輕薄體積的新產品。但是「奈米晶片可以吃下肚嗎?」就算是日立事業部長井村亮,目前也無法依據任何相關的實驗或測試對這個問題提供明確答案。

RFID風起雲湧,談RFID發展關鍵因素
RFID具備改變產業模式之潛力,然其市場發展,仍有賴於應用平台之轉換與普及,才足以產生真正之結構性變化。
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