RFID, la solution industrielle qui tend à s imposer

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1 S N XX - Novembre 2007 p.2 Les systèmes d identification boostés par la traçabilité p.3 L identification par radiofréquence (RFID) plus performante p.5 L identification par radiofréquence ou RFID p.6 Les trois piliers du système inductif p.7 Identification inductive : comment ça marche? p.8 Avantage à la technologie RFID p.9 Système RFID : faire le bon choix p.10 Schneider Electric propose la solution Ositrack RFID, la solution industrielle qui tend à s imposer

2 Les systèmes d identification boostés par la traçabilité L automatisation du processus d identifi cation des produits se développe, avec pour moteurs essentiels la réduction des coûts d exploitation et les exigences croissantes en matière de traçabilité des produits. Mais là ne sont pas les seules raisons : cette solution industrielle permet aussi de fi abiliser et d optimiser les processus de fabrication qui requièrent de la fl exibilité ; elle améliore également la gestion des fl ux d informations liés aux produits comme celle des éléments mobiles du processus mis en œuvre. Mais là ne sont pas les seules raisons : cette solution industrielle permet aussi de fi abiliser et d optimiser les processus de fabrication qui requièrent de la fl exibilité ; elle améliore également la gestion des fl ux d informations liés aux produits comme celle des éléments mobiles du processus mis en œuvre. 2 Guide

3 L identification par radiofréquence (RFID) plus performante Parmi les systèmes existants, l identifi cation par radiofréquence, par nature répartie et évolutive, est la plus performante. Elle ouvre de nouvelles possibilités : en plus de la lecture, elle permet l écriture d informations sur l étiquette électronique qui accompagne le produit ; elle autorise l organisation de l automatisme sous la forme d îlots autonomes ; de plus, elle assure la traçabilité des produits dans le processus de fabrication. Trois facteurs concourent au développement de la RFID - La standardisation des fréquences de communication - Les systèmes RFID sont caractérisés par leurs fréquences de travail. Comme c est le cas pour les canaux utilisés par les chaînes de radio et de télévision, par les services d urgence, l armée, les fréquences radio de la RFID sont attribuées par des organismes de régulation qui fi xent des règles très précises concernant leur utilisation. Ces fréquences radio sont désormais standardisées. En haute et ultra haute fréquence (850 à 950 Mhz et 2.4 à 5 Ghz), le standard européen est 2.45 Ghz (900 Mhz aux USA) ; en moyenne fréquence (10 MHz à 15 MHz), le standard mondial est Mhz ; en basse fréquence (100 Khz à 2 Mhz), le standard mondial est 125 Khz. - La normalisation du dialogue avec l étiquette et de son encodage - Parce qu elle permet la réalisation de produits à bas coût, la technique inductive est actuellement utilisée dans le cadre de la norme générale ISO (A & B) et ISO La norme ISO défi nit : les fréquences radio (puisque la fréquence conditionne la portée, la norme ISO faisant la différence entre proximité : 0 à 10 cm et voisinage : 10 à 70 cm) ; la phase d initialisation de la puce (écriture) ; les méthodes de dialogue utilisées entre le lecteur et le tag RFID ; l anti-collision pour éviter les erreurs quand plusieurs cartes sont lues simultanément. - Le grand choix et la baisse du coût des étiquettes électroniques - D une part, l offre en étiquettes électroniques s élargit ; mais, de plus, le prix des étiquettes de grande diffusion est déjà descendu à 0,10 / pièce sur le marché. Avec la normalisation des étiquettes, les coûts continuent de baisser et deviennent concurrentiels par rapport aux autres technologies de l identifi cation automatique. Guide 3

4 L identification par radiofréquence (RFID) plus performante Technologies sans contact : l étiquette électronique RFID prend l avantage sur le code à barres Code à barres : sa technologie repose sur deux éléments : l étiquette imprimée qui contient des informations codées et la station de lecture optique (capteurs CCD ou balayage laser) Très largement diffusée, la technologie code à barres présente plusieurs avantages : économie (faible coût de l étiquette), standardisation, distance de lecture variable de quelques millimètres à plusieurs mètres, mais aussi des inconvénients : sensibilité à l environnement ambiant, faible volume d informations véhiculées, usage limité à la lecture. Etiquette électronique ou radiofréquence : (transpondeur, étiquette RFID), est composée d une puce (en anglais chip ) reliée à une antenne, encapsulées dans un support (RFID Tag ou RFID Label). Elle est lue par un lecteur qui capte et transmet l information par ondes radio. Cette technologie de l identifi cation inductive est parfaitement adaptée aux ambiances industrielles (*) ; surtout, elle permet l échange (lecture et écriture) sans visibilité d un très grand nombre d informations (jusqu à plusieurs kilooctets) qui peuvent évoluer, mais à une distance assez courte : de quelques millimètres à quelques centimètres. Compte tenu de ses performances, la technologie RFID est en train de prendre l avantage sur le code à barres. D où la forte croissance de ce marché : les investissements en systèmes d identifi cation augmentent de 30 % par an, et le nombre de tags RFID vont passer de 2-3 milliards d unités aujourd hui à 6-7 milliards en (*) La technologie utilisant l hyperfréquence est toutefois sensible à l environnement métallique. Les trois principaux systèmes d identification - L identification centralisée - Le système central suit l avancement des produits à partir d informations binaires de détection de passage (architecture de type First In - First Out le plus souvent) - L identification répartie - L identifi cation s opère directement sur le produit, soit via l automatisme s il est équipé de capteurs capables de lire l information, soit via des opérateurs depuis leurs postes de saisie manuelle (lecteur code-barres, clavier ) - L identification répartie évolutive - L identification se fait via l étiquette électronique qui accompagne le produit. Non seulement ce système permet la lecture d informations, mais il donne accès à l écriture de nouvelles données. 4 Guide

5 L identification par radiofréquence ou RFID Quand l étiquette électronique passe dans le champ généré par le lecteur, elle détecte le signal et échange les données (lecture ou écriture) entre sa mémoire et le lecteur. RFID est un acronyme - traduction de Radio Frequency Identifi cation - qui désigne couramment les systèmes d identifi cation par radiofréquence. La technologie RFID permet d identifi er un objet, d en suivre le cheminement (traçabilité), d en connaître toutes les caractéristiques, et ceci, à distance et en un temps très court. Un système RFID est basé sur trois composants principaux : un lecteur (station de lecture / écriture) qui capte et transmet l information ; une antenne radio ; une étiquette électronique. Guide 5

6 Les trois piliers du système inductif La structure fonctionnelle d un système inductif qui fonctionne en basse ou moyenne fréquence se compose de trois éléments : la station de terrain, l antenne et l étiquette électronique. La station de terrain (station lecture / écriture) assure le dialogue avec l automatisme (serveur de données sur le réseau) ; elle alimente et pilote le système inductif ; elle permet la signalisation d état (Led), la confi guration en fonction du type d étiquette et de l automatisme (réseaux). L antenne génère un champ électromagnétique qui alimente l étiquette ; elle permet le dialogue avec l étiquette. Il en existe plusieurs versions, adaptées aux différents modèles d étiquettes ; elle est parfois intégrée à la station (version productique), comme par exemple pour la gamme Ositrack de Telemecanique. L étiquette exécute les ordres en provenance de la station (lecture ou écriture des données) ; elle transmet les données demandées vers la station. Une étiquette est composée de trois éléments : un circuit électronique, une antenne connectée au circuit électronique et un support mécanique adapté au type d application visé. La partie principale est le circuit électronique. Il contrôle la communication avec le lecteur et dispose d une mémoire de stockage des informations. Dans la majorité des systèmes existants, la distance entre les étiquettes doit être suffi sante pour garantir que le lecteur ne lise qu une seule étiquette à la fois. La zone dans laquelle l étiquette peut être lue dépend de la forme et de la taille de son antenne ainsi que de celle du lecteur. Plus cette zone est grande, plus les antennes ont une surface importante, et plus les distances entre étiquettes, mais aussi entre lecteurs, sont augmentées. 6 Guide

7 Identification inductive : comment ça marche? Pour fonctionner, l identifi cation inductive s appuie sur trois fonctions : l alimentation en énergie de l étiquette ; l échange de données entre station et étiquette ; enfi n, la mémorisation des données. L alimentation de l étiquette L énergie produite et transmise par la station est captée par l antenne de l étiquette. Transformée en énergie électrique, elle alimente alors les circuits internes (mémoire, circuit de commande, etc.) L échange de données entre station et étiquette Attachée ou incorporée à l objet, l étiquette permet la transmission instantanée et à distance d une multitude d informations. Ces étiquettes sont de deux types : à codes fi xes ou à codes évolutifs haute capacité. Dès qu elles sont alimentées, les premières déroulent leur contenu de façon automatique et en continu. Les secondes, plus sophistiquées, contiennent un microcontrôleur. La mémorisation des données Le circuit électronique de l étiquette comporte une mémoire qui stocke les informations. Cette mémoire, le plus souvent évolutive (EEPROM, FERAM), peut avoir une capacité comprise entre 256 bits à 32 Koctets. Il existe plusieurs types de mémoire qui, chacun, présente des avantages et des inconvénients (Cf. tableau ci-dessous). RAM EEPROM Ferro-électrique FERAM - Nécessite une alimentation permanente pour conserver les données (pile ou accus). - Nombre d écritures infi ni. - Vitesse d écriture élevée due à sa structure d adressage parrallèle. - Capacités élevées (plusieurs Koctets). - Les informations stockées sont permanentes (pas de pile). - Le nombre d écritures est limité ( ) pour chaque mot mémoire. - La vitesse d écriture est ralentie par la nécessité d effacer avant d écrire (pulse électrique). - L accès aux données se fait en mode série. - La capacité est de quelques dizaines ou centaines d octets. Combine les avantages de la RAM et de l EEPROM : - Stockage permanent des informations (pas de pile). - Nombre de lectures/écritures très élevé (1010) - Capacité importante (plusieurs Koctets). - Vitesse d accès élevée. Guide 7

8 Avantage à la technologie RFID La RFID (Radio Frequency Identifi cation), c est l utilisation de la transmission radio pour identifi er et localiser les objets, mais aussi les êtres vivants, hommes ou animaux. Si la RFID est le secteur qui a la plus forte croissance dans le domaine de l identifi cation automatique, si elle connaît déjà de multiples applications, c est que cette technologie présente de réels avantages concurrentiels par rapport aux codes à barres électronique et autres pistes magnétiques. Stockage d un grand volume de données - Le principal avantage de la technologie RFID, c est la grande quantité d informations (numéro de série, temps de stockage, date de péremption, prix ) qui peut être stockée dans l étiquette électronique (jusqu à 64 fois plus qu un code à barres). Ce volume est d ailleurs évolutif : les puces électroniques peuvent être enrichies d informations nouvelles tout au long de la vie du produit. Par ailleurs, l utilisation de la RFID permet d éliminer les erreurs de saisie et d enregistrement, mais aussi d accélérer ces deux opérations. Elle apporte également une réduction des tâches manuelles de traitement des données. Ainsi, cette technologie réduit les coûts d exploitation par l automatisation du processus d identifi cation des produits. Lecture sans contact physique Autre avantage déterminant : attachée ou incorporée à l objet, l étiquette électronique n est pas en contact avec le lecteur. Ce qui présente un double intérêt pour l utilisateur : il peut la placer à l intérieur de divers objets, l orienter à sa guise ; il peut aussi abriter son lecteur derrière un écran de protection (si les matériaux ne sont pas ferreux ; ex. : plastique, verre, bois, peinture, liquide ). Les fréquences de la RFID Chacune des gammes d ondes utilisées par la RFID présente des avantages et des inconvénients et correspond à des applications type. Toutefois, la moyenne fréquence semble mieux tirer son épingle du jeu. - Haute fréquence : système utilisé en cas de grande distance (jusqu à 30 m) et de haute vitesse, il est coûteux et délicat à mettre en œuvre. - Moyenne fréquence : ce système présente plusieurs avantages : étiquettes très économiques, temps d accès aux données très rapide et distances de lecture jusqu à un mètre! Toutefois, il est sensible aux environnements métalliques. - Basse fréquence : très répandu, peu sensible aux ambiances diffi ciles comme aux environnements métalliques, ce système s emploie plus particulièrement dans le cas d applications à performances réduites. Support moins fragile - Troisième avantage, et non des moindres : la fi abilité de lecture en ambiance diffi cile (humidité, poussières, chocs, vibrations, produits chimiques). Contrairement aux supports du type code à barres, l étiquette électronique n est pas sensible à l environnement ; elle peut même être utilisée en salle blanche! 8 Guide

9 Système RFID : faire le bon choix Au moment de défi nir le cahier des charges d un système RFID, il est important de prendre en compte la confi guration de la zone de dialogue (taille, forme ), sachant que celle-ci détermine notamment la distance maximale entre l antenne et l étiquette électronique comme la distance minimale entre les étiquettes. Ces critères décident en effet des capacités du système ou du type de fréquence. Ainsi, par exemple, le nombre maximum d informations qui peuvent être lues est-il tributaire de la taille de cette zone de dialogue (mais aussi de la vitesse de passage de l étiquette). De même, le dialogue entre l antenne et l étiquette est-il lié à la présence de matériaux métalliques ; dans ce cas, l infl uence du métal sur la zone de dialogue varie avec la fréquence du système RFID et la structure des antennes. Donc, avant d opter pour tel ou tel système RFID, il convient de s intéresser à un certain nombre de paramètres, notamment : Vitesse de passage de l étiquette. Environnement (température, métal,..) Taille mémoire de l étiquette Stockage des informations (code fi xe en lecture seule ou en lecture / écriture) Nombre d écritures (choix du type de mémoire : EEPROM / FERAM) Forme et taille de l étiquette Distance de dialogue (choix de l antenne) Interface logicielle avec le lecteur (protocole et réseau) Les trois avantages clés d un système RFID La réduction des coûts d exploitation par l automatisation du processus d identifi cation des produits ; d où : L élimination de l erreur humaine, Une vitesse de traitement élevée Une meilleure maîtrise de la qualité (traçabilité) La réduction des défauts de fabrication d applications à performances réduites. Guide 9

10 Schneider Electric propose la solution Ositrack Les systèmes RFID présentent de réels avantages par rapport aux autres modes d identifi cation automatique. Fort de ce constat, Schneider Electric conforte son offre RFID : après l Inductel 85 (900 Khz) et l Inductel 2000 (1,5 Mhz), le groupe lance la solution moyenne fréquence Ositrack. Totalement compatible avec le standard mondial RFID 13,56 Mhz, les stations de lecture compactes Ositrack sont ouvertes à toute la variété des étiquettes ISO disponibles sur le marché (étiquettes autocollantes à bas coût, étiquettes personnalisées ). Qui plus est, le champ d application de la solution Ositrack est très large : infrastructures et bâtiments industriels (contrôle d accès à une zone automatisée, logistique ), machines (presses, laminoirs, etc.), systèmes et processus (chaînes d assemblage, systèmes de gestion de fl ux, processus multi-sites, etc.) Technologie RFID : de multiples applications, de nombreux secteurs concernés La technologie RFID intéresse tous les secteurs d activité qui ont besoin d identifi er et de suivre à distance la production ou la distribution de chacun de leurs produits ; en ce sens, l application n 1 sera la traçabilité. - Applications - Répondre aux exigences de traçabilité des produits, fi abiliser et optimiser les processus qui requièrent de la fl exibilité, améliorer la gestion des fl ux d informations liés aux produits, améliorer la gestion des éléments mobiles d un processus Les applications de la RFID sont d autant plus nombreuses et variées que l étiquette radiofréquence permet, sans contact, l identifi cation et le suivi individualisé de l objet. - Secteurs - L industrie (automobile, informatique, pharmacie, textile, agroalimentaire ), la distribution (alimentation, habillement, librairie ), le transport (logistique ), la santé (pharmacie, hôpitaux ), le sport (lecture des dossards ) : de multiples secteurs requièrent la technologie RFID, pour cause d exigences croissantes en matière de traçabilité. Progressivement, la technologie RFID s est d ailleurs discrètement répandue dans une multitude d applications. Badge d accès dans les stations de ski (remplace le code à barres) Porte-clé pour l accès au parking ou à l entrée des immeubles Anti-vol de voiture (remplace la clé de contact sur certaines voitures) Identifi cation des animaux domestiques (remplace le tatouage) Carte pass métro (remplace le ticket à piste magnétique) Télépéage sur les autoroutes Nouveau passeport électronique Anti-vol sur les boîtiers de CD et DVD 10 Guide