RFID : notions de base pour l'industrie manufacturière (1° partie)

02/04/2014 17:16

Même si la RFID se répand progressivement dans les industries manufacturières, nombre d'entre elles n'ont encore qu'une idée très vague de ce que ce concept recouvre, c'est donc à elles que nous dédions cette brève initiation.
Commençons par les éléments constitutifs d'un système RFID. Ils sont au nombre de quatre :

1) Les marqueurs (tags) RFID.
Ces tags sont fixés au produit, dans certains cas, ils sont directement moulés dans le produit. Chacun possède un identifiant numérique unique afin de permettre leur différenciation.
Pour les opérations de supply chain, il est habituel de mettre dans l'identifiant le SGTIN (Serialized Global Trading Identification Number) de l'article auquel le tag est fixé.
Ce qui permet là encore de différencier des produits identiques.

2) Les interrogateurs (ou lecteurs)
Un interrogateur, communément appelé lecteur, est un émetteur-récepteur radio-fréquence qui communique avec le tag RFID.
Cet appareil est appelé aussi interrogateur parce qu'il interroge le tag sur son contenu.
Le terme lecteur est plus généralement utilisé, mais il peut conduire à certaines confusions, ceci parce que le lecteur peut aussi encoder ou écrire certaines informations dans un tag RFID.
Un lecteur fonctionne en général comme un capteur, puisqu'il capte les tags qui sont dans son voisinage. Les lecteurs sont conçus de façon à pouvoir facilement s'interfacer avec le système informatique (cf. infra)

3) les antennes
Une ou plusieurs antennes sont connectées au lecteur et sont requises pour les communications radio-fréquence entre le tag et le lecteur.
Les antennes ont des formes et des formats très divers, cette forme et cette taille ayant un impact significatif sur la portée de lecture et la performance du lecteur.

4) Les systèmes de traitement des informations RFID
Afin de tirer un porfit tangible de la technologie RFID, les lecteurs doivent être connectés à un système informatique. Celui-ci fournit des instructions aux lecteurs, coordonne leur fonctionnement, collecte les données reçues, et surtout, prend des décisions fondées sur les règles propres à l'entreprise à propos des données qu'il reçoit.
Ces programmes informatiques sont souvent appelés middlewares ou edgewares.
Quant à nous, nous préférons les appeler des plates-formes réseau de capteurs intelligents, ceci parce que les lecteurs RFID interopèrent avec d'autres appareils industriels, comme par exemple :
- des capteurs industriels : optocapteurs, détecteurs de mouvement, moniteurs environnementaux, etc.
- des appareils de feedback : écrans, rampes lumineuses, avertisseurs sonores, etc.
- des systèmes de contrôle des automates : déclencheurs, servos, moteurs, robots, etc.

Comment faire collaborer lecteurs RFID, antennes et tags

Un point de lecture RFID fait référence à une antenne spécifique connectée à un lecteur.
Une zone de lecture est un groupement logique composé d'un ou de plusieurs points de lecture.
Il est important de souligner que ces points de lecture correspondant à une zone donnée de lecture ne sont pas forcément tous raccordés au même lecteur.
Par exemple, une zone peut comprendre les antennes 1 et 2 associées au lecteur A et les antennes 3 et 4 associées au lecteur B, et enfin l'antenne 5 associée au lecteur C.

La fonction première d'un lecteur RFID est de rapporter les changement d'état de l'environnement qu'il surveille.
On appelle ces changements des événements.

Il existe trois types d'événements liés à la RFID :

- un événement nouveau tag survient lorsqu'un lecteur détecte pour la première fois une nouvelle étiquette RFID.
- un événement changement de visibilité survient lorsque la visibilité d'un tag passe d'un point de lecture à un autre.
- un événement tag non visible survient lorsque le tag n'est plus visible par aucun lecteur. Un lecteur capture les événements par date, heure, le tout associé aux données contenues dans le tag qui a déclenché l'événement.

L'intérêt de tout ceci est de pouvoir prendre des décisions basées sur lors événements rapportés par plusieurs lecteurs. Et c'est là qu'entre en lice le système informatique.
L'edgeware ou le middleware aggrège et filtre les données provenant des lecteurs et peut mêmeprendre des décisions basées sur un ensemble prédéfini de règles.
Ce logiciel peut fonctionner sur un ordinateur stand-alone ou au sein d'un automate industriel conçu spécialement dans ce but.

Outre ces quatre composants de base (lecteur, tags, antennes, middleware), les système RFID un peu plus sophistiqués intègrent un appareillage de suivi et des capteurs (relais électroniques, détecteurs thermosensibles, yeux opto-électroniques, capteurs de mouvement, de pression, etc.).
Les événements provenant de ces appareils sont combinés aux données RFID de base pour améliorer le processus de décision.
Par exemple : lorsque le commutateur de la porte du dock est sur ON, ceci signifie que la porte est ouverte, donc il convient de déclencher le lecteur RFID et de stocker tous les données capturées dans la base de données.

Les système RFID sont souvent connectés aux systèmes d'automatisation des entrepôts, généralement constitués d'automates programmables.

Les événements engendrés par le système RFID déclenchent ces dispositifs afin qu'ils accomplissent diverses opérations.
Par exemple : lorsque le lecteur RFID indique le passage du tag 12345, allumer un rampe lumineuse.

Où appliquer la technologie RFID ?

Lorsqu'il s'agit de savoir où intégrer la technologie RFID au sein de la supply chain, il faut se poser la question suivante : "Où peut-on tirer parti d'une visibilité des actifs ?"

En règle générale, on a besoin de savoir où sont ces actifs lorsque ceux-ci bougent (e.g. lorsque le produit -- palette ou article, arrive à la porte du dock, lorsqu'il est rangé sur une étagère au sein d'un silo du centre de distribution).
Il y a toutefois de fortes chances pour que ces endroits disposent déjà d'un système d'identification automatique, généralement un scanner code-barres. Il faut dire que les méthodes manuelles d'identification sont aujourd'hui très répandues. C'est encore le bordereau papier rempli manuellement qui remplit cette fonction avec tous les risques d'erreur que cela comporte.

Contrairement à ce que vous avez sûrement lu, les système RFID n'ont pas pour vocation de remplacer le code-barres.

La RFID ne fait sens que si elle apporte des avantages sur le code-barres, avantages qui se répartissent en 5 catégories :

1. La rapidité
Un lecteur RFID lit les tags bien plus vite qu'un scanner. Les lecteurs RFID opèrent en général à 1500 opérations par seconde.

2. La distance de lecture
Selon la configuration de l'équipement, on peut lire des tags jusqu'à 10 mètres de distance (dans le meilleur des cas, on se situe plutôt entre 3 et 5 mètres autrement, sauf si l'on utilise de la RFID active, ce qui n'est pas notre propos aujourd'hui).
La distance se mesure entre le marqueur RFID et l'antenne. On parle ici de champ ou zone de lecture. La forme de ce champ est contrôlable en ajustant les paramètres de puissance du lecteur, le choix des antennes, le positionnement et l'orientation de celles-ci, etc.
Un champ de lecture est un espace tridimensionnel mesuré selon des repères orthonormés x, y, z.

3. Scanning séquentiel ou scanning simultané ?
Les lecteurs RFID peuvent identifier bon nombre de tags passant dans un champ de lecture. Habituellement, c'est ce qu'on demande à chaque lecteur pour la zone qu'il couvre dans le champ.

4. Zones d'ombre
Selon la fréquence radio utilisée, les ondes radio pénètrent plus ou moins les matériaux rencontrés.
Lorsqu'on utilise les standards adoptés en matière de RFID on peut se trouver (quoique ce soit de moins en moins le cas, du fait des progrès techniques) à de véritables challenges sur des métriaux contenant des fluides ou du métal.
Mais l existe de nombreuses méthodes permettant de circonvenir ces handicaps.

5. Durabilité
Les tags RFID continuent à fonctionner même lorsqu'ils sont très sales. On peut même les "durcir" en les incluant dans une résine plastique.
Certains manufacturiers les incluent directement dans les produits, voire les pièces détachées qu'ils fabriquent.

Plus on réunit d'avantages, plus on a intérêt à déployer une architecture RFID par rapport aux autres méthodes d'identification.

(à suivre demain...)