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白酒行业RFID应用技术

发布时间:2016-2-25 9:53:50

一. 电子商品代码


EPC RFID(电子商品代码)技术广泛应用始于2006年,国内酒类、特别是白酒行业,EPC RFID的应用处于早期的摸索阶段,以白酒类产品为例,大多数企业对EPC RFID的认知起源于防伪的诉求。EPC RFID在物联网的应用,首先要建立电子商品代码在供应链方面的完整构思,而酒类防伪这个“中国特色”的应用,是由国内白酒产业和市场的基本现状造成的,这是一个无法回避的现实。“技术服务于市场” 是正确的理念,但不能掩盖“技术服务于企业发展”这个同等重要的问题,仅从EPC RFID技术沿革中解析,采用什么样的技术路线、怎么规划中远期目标、如何预期市场发展前景等问题,绝不可能在“满足眼前需求”的过程中找到正确答案。


当今中国EPC RFID应用与物联网技术发展迅速,其产品、技术、应用方案层出不穷,本文试图针对白酒行业应用中的典型案例进行讨论,目的是在市场应用、企业发展、品牌保护以及跨行业服务的延伸等方面,寻求一个有效的模式,使物联网技术在产业化应用中,正真充分发挥出其原本的优势。


二 EPC RFID的技术优势


EPC( Electronic Product Code产品电子代码)的载体是RFID电子标签,EPC RFID与其它类型的无线电子标签不同,从设计之初EPC RFID就定向规划为物流应用。此前市场上出现的各类RFID产品,没有一种包含电子产品以外的应用规划,仅仅是一个电子产品;EPC RFID最大的特征在于:为产品主要应用方向做出了长期的规划。在产品市场化开始的时候,UCC和EAN就立即转入对物流应用中商品代码段的服务与支持。一个符合EPC Class1 Gen2技术规范的电子标签,不但可以直接平移Bar Code,同时可以将其代码段延伸到512bits或者更长。UCC、EAN为代码资源的分配管理提供了必要的支持,EPC Class1 Gen2技术规范在硬件上,为这样一个用于商品单品电子身份的数据组,提供了基础的存储、多群组读写、防冲撞、数据加密、操作权限管理和防伪认证等技术手段。


对于电子商品代码的应用模式,EPC RFID具有以往电子标签无法比拟的技术优势;同时,由于EPC RFID的设计理念和工艺特点,导致成本的可控制能力远远超过其它同类产品。针对客户的海量应用,EPC RFID技术提供了专项的技术服务,其中包括独享的TID代码段和私有的数据加解密算法,使得用户能够更多地参与EPC RFID的应用规划,并将自己的需求,直接置入EPC RFID的产品中。


EPC RFID针对物流应用的规划和设计,其应用特点更多地表现在企业管理和客户服务这两个方面。在这两个方面的发展延伸,以及管理、服务的表现形式上,都具有良好的可成长性。无论应用者从那个环节着手,只要规划合理,EPC RFID可以随着应用需求的增长不断延伸,逐步形成一个国际化或者企业化的闭环数据链,在这个信息环路中,服务将延伸到包括产地认证、品牌保护、供应链管理、市场营销管理、防伪识别、二次交易估值、保险服务、金融服务、基础原料保障等环节中。而其中有效地、引导服务延伸的技术手段,即是以单品为载体的商品唯一地电子身份。


事实上是EPC RFID将物联网推向未来的高峰,其中互联网、移动互联网是不可或缺的基石,网络人不失时机的寻求各种技术手段,尝试着将物联网收拢入其运营的范畴,NFC技术成为了关注的焦点,是当前白酒行业内热议的话题!


二. EPC Class1 Gen2与NFC技术的差异


EPC Class1 Gen2技术规范主要应用形式为:超高频无源电子标签


在物联网实际应用中,电子标签仅仅是一个传感器,它将在物品(或者商品)的正常生命周期内引发各种服务。


NFC主要用途为近距离结算业务。


NFC技术无疑在普及方面具有优势,早在10年前,NOKIA出品的手机上就具有NFC功能,而今,手机不断扩张的NFC功能未能替代公交卡,这其中反应出的问题非常明显,即结算业务的巨大利润没有合理的方式进行分配。在防伪识别应用领域中,NFC标签的应用,的确可以依靠手机的普遍率,在更广泛的人群中得到响应;但是,也不难看到,NFC防伪应用在民间,仅仅是一种防伪认证的参与形式,其法律效能仍然需要第三方的确认支持。到目前为止,NFC标签用于商品,在供应链中尚未看到其发展应用服务的前景,只能满足防伪的部分功能。


值得注意的是,当NFC作为结算服务的手段开始普及,则NFC将绑定手机钱包,其应用App也作为系统的基础功能被启动。这时手机上NFC功能的主从模式即被确定,在这种前提下,再利用另一个App软件去实现防伪识别操作,恐怕不是想象中的那么简单,除非NFC在手机上的结算功能永远不被应用。


EPC RFID本身所具有的物流应用特点,对企业本身和产品全流程服务支持,均具有无法忽视的效能。而防伪功能是EPC RFID的显著特征,如果EPC RFID技术被采用,相信没有理由为单一商品,再植入一个仅具有防伪功能的第二只标签,尽管这个标签可以被手机识别。下列图表提供了几类产品的应用比对:


ISO18000-6C/EPC Class1 Gen2标准的UHF(超高频)RFID的技术指标,相对地更适合物联网的应用需求,当ALIEN诠释了其全部的制造工艺及装备时,UHF RFID像一把钥匙,开启了物联网时代最重要的一道大门。


三. UHF RFID在白酒行业中的应用案例剖析


白酒行业在其产品上,如何使用物联网技术主要有两种思考模式:第一种是采用UHF RFID技术解决当前存在的防伪问题,其目标是提升市场竞争优势,最终在市场上占有份额,从销售数量上获得回报;第二种是在防伪优先的前提下,选择适合UHF RFID技术路线的应用做起点,逐步延伸品牌增值、管理流程优化、信息跟踪服务等深层次的应用。第二种应用思想显然更具有合理性。


物联网应用技术首要环节是电子标签植入,有效的植入将在很大程度上确保应用项目获得成功。如国内白酒类一线品牌企业的应用,可以考虑的电子标签植入方式有两种:一是在塑料瓶盖成型时植入电子标签,在整体外观上,电子标签的应用不会产生任何影响,同时,通过植入方式和工艺的设计调整,能够满足开封自毁的要求;第二个思路是在瓶体或者酒标上加装电子标签,国外和国内部分高值红酒采用的方式,该方式更注重物流和服务的应用,在防伪方面,依托于面向世界范围内实际客户的综合防伪支持,包括产地信息、商品属性、及各级供应链信息、零售信息和客户私存注册信息等等。在如此透明地供应链跟踪信息支撑下,电子标签不必再具有自毁功能,反而可以支持最终客户的主动销毁服务。


从行业实际情况分析,显然具有撕毁功能的瓶盖内嵌标签,是目前比较容易被接受的思路。因此,需要组织持续的电子标签嵌入工艺研发,并针对不同规格、不同特征、不同材质的瓶盖,不断改进标签封装工艺,以适应不断变化的应用需求。


事实上在瓶盖内植入电子标签,这本身就是一件革命性的工作。在瓶盖的传统设计及制造工艺中,没有包含这部分内容,而设计出合理结构和工艺需要多学科合作。目前常见的瓶盖标签,都是以冷封装方式,半自动或自动贴上一个纸基标签的方法,这样的方法本质上没有进行任何实际意义上的应用开发,“易碎贴”不过是大家习惯中,标签产品的表现形式,“易碎贴”标签仅仅提供了易碎和标签两个元素。


四. 白酒行业应用中的“易碎贴”剖析


在白酒应用中,结合白酒产品自身的特点,易碎功能不是忽略其它特性的理由。例如,白酒具有久储增值的特性,“易碎贴”所采用了化学粘合剂混合金属微粒的方法,既不能为电子标签提供高效率的识别天线,也无法保证化学混合物随时间推移,而自身的稳定性变化不超出临界范围。然而,等同于这种化学混合物实际面积1/3的廉价金属箔,能够提供比其更优异的无线电性能,这部分性能的提升不会增加成本,却可将电子标签的识别距离和适用环境大大扩展,使之有可能在包装箱、托盘、货物堆场中发挥作用。这里所说的性能提升,是指电子标签自身性能的提升,而不是依靠读写设备非理性地加大发射功率实现的;


“易碎贴”的第二个问题是过于追求面积减小,但是面积越小标签的超高频性能则越差。在瓶盖上植入标签的目标,应该是尽量增大标签天线的面积,尽最大可能提升标签的适用范围;


“易碎贴”的第三个问题是标签植入方式、瓶盖外型及装饰工艺之间的配合。“易碎贴”根本谈不上任何配合,带有金属镀膜的瓶盖几乎没有办法直接使用“易碎贴”,而从原理上理解,金属镀膜本身就可以作为电子标签的直接或间接天线使用;


“易碎贴”的最后一个问题是对大批量生产的适应性。“易碎贴”从自身的生产制造,到贴装到酒瓶盖上,其工艺过程存在着诸多不稳定因素,这些因素往往因其设计原理,最终无法在大批量使用中获得满意的良品率。良率低的后果非常严重,一旦在应用流程的某一段出现问题将无法回补标签,而系统对于这样的低指标标签只能默许接受,这等同于在建设体系的同时,必须允许这个体系在错误的条件下运行,并且在必要时给出正确的结果,即使系统具有一定的容错能力,也不能将其作为系统运行的必要条件,这是风险性极大的行为。


五. 标签与读写设备的选择


“工欲善其事,必先利其器”!我们用了很多时间去剖析应用案例的目的,是希望一起分享从教训中获得精要, UHF RFID在物联网应用中,互联网是相对成熟的技术条件,如果物联网需要一个真正有效的神经末端,那么标签及其读写设备的正确选择,是技术应用成功的关键所在。


电子标签的选择包括两个主要方面


◆ 电子标签的良率、标准化程度和升级能力;


◆ 电子标签天线和辅助天线的材质与实现方法;


考虑标签产品的良率、标准化程度与升级能力是很正常的思维方式。根据以往应用中的教训,很多被选用的标签自身的良率不理想,经过多次后道封装后发现问题,所造成的成本损失和工艺浪费无法计算。


标准化方面,在RFID世界官方论坛中出现过一个典型案例,某企业按照小批量价格最低原则选择了某型号的标签,应用后发现其与EPC Class1 Gen2技术规范的符合度有限,许多高级功能在项目设计之初没有考虑,而后续又无法增加。用户在下定决心后,全面更换另一标准化程度较高的产品,完成简单系统平移后,发现其防伪性能被攻破,于是广泛求解。最终发现在其早期建立起来的防伪代码段只有32位,升级后在96位防伪代码段中出现大量重复,由于无法收回售出产品,只能默许这种现象,并强制使其合法化。其中最重要的概念是:代码升级和数据操作升级是信息化产品无法回避的需求。


目前已经升级的电子标签操作包括Load Image,BlastWrite,QuickWrite等。


Load Image 是一种快速的镜像写入方式,适用于高速发行代码;


BlastWrite 俗称爆炸写,可在一秒或数秒内完成写入上千或者数千只标签;


QuickWrite 是一种针对某一个或几个bits进行批量写操作的功能。


电子标签的天线是标签效能的基础保障。以银浆天线方案为例,其天线效率明显较低,与同幅面铝箔天线相比读写操作距离下降超过30%。而采用银浆天线方案进行类似封装的“易碎贴”产品还有很多,普遍性能甚至还要再降低20%。从技术指标上分析,一只合格的G2电子标签被有效激活的无线电功率应优于-18dB;在银浆天线方案的产品测试中,较优的产品样品测试(非正式)为-15dB左右,而其它样品多位-12dB~-13dB。


电子标签的质量往往在应用中被忽视,一些用户通过加大读写设备输出功率来弥补或者掩盖这些问题,最终没有解决电子标签的基础性能指标和稳定性,与其愿望相反,额外引入了大功率的读写器产品,高热将导致识别系统的不稳定。


在寿命方面,银浆天线是一种适合短周期使用的方案,对于可以存储超过20年的白酒显然不是理想的方案。


读写器设备的选型首先考虑应用的针对性。对于低功率读写器,重点关注其标准化程度和操作稳定性。例如在小型化的手持设备,蓝牙RFID采集器,媒体机识别器等应用,就可以选择200mW以下的读写器设备。小型化应用的另一个关键就是读写器与小型天线的配合。天线振子边长短与1/4波长的小型天线是要在整机环境下联合设计调试的,这样的天线不是通用产品;另外,大功率读写器要不可避免面对成本高、电力消耗大、温度高、连续运行稳定性差等问题;最关键的是G2 电子标签的许多优秀性能,要求读写器天线必须很好地呈现读写器的无线电指标,粗劣的天线几乎无法稳定实现大部分电子标签的高级操作,对于小幅面天线,其技术复杂性不亚于读写器模块。


小型化、小功率的识别设备,往往对识别速度和每秒识别标签数量要求不高,原因是在其无线电可视范围内,不可能出现很多数量的标签。因此,对此类设备的要求不是高速,而是低耗高稳定性。


对于中大功率的识别设备,在考虑其满足应用与升级需要的同时,应考虑设备的合法性。中大功率设备在各个国家都是被严格管理的,即使是简单应用或小范围应用,在产品选型时也要为此做好基础铺垫,因为一旦系统升级,按照简单产品设计的硬件和软件架构有可能不适应。在超过27dBm输出功率的读写设备中,固定式分立元件的读写器为首选,模块化产品则是R2000 方案相对比较好,而IDS的方案则在25dBm以下具有明显优势。


中大功率读写设备的散热问题比较突出。一方面具有良好射频性能的读写器使用的放大器线性度要求高、效率较低、自然发热量大;另一方面是设备的启停应考虑条件触发模式,尽量不要使用简单的连续运行模式。大功率读写器连续高速运行,产生的高温也会严重影响设备的稳定性,并将导致其输出性能的下降。


六. 目前行业应用普遍存在的问题


技术应用或者说项目的成功,和相关联各方的共识密不可分,如果我们能在更高的角度观察思考,那么当下即是“收获”。


下列各项是在实际案例中所遇见的困惑:


◆ 用户作为甲方对应用设计的关注和参与度较低;


◆ 技术方向的确立缺乏中远期规划;


◆ 产品选择上缺乏更专业的技术支持和分析评估;


◆ 产品方向不明确,小股多次投资,使技术支持方无法采用电子信息产业最优秀的产品设计和制造手段。


结束语:


物联网时代的来临,一时间跨行业跨领域的各类技术汇聚,只有对这些技术和实际情况进行认真的比对分析,才能就具体应用寻求到有效的解决方案,使UHF RFID在物联网应用中还原其真实的价值。


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