Spécification et utilisation de RFID pour le suivi des actifs IIoT

Le suivi des actifs et la gestion de la chaîne d'approvisionnement sont des activités importantes dans de nombreuses applications IIoT (Internet industriel des objets), notamment les usines de fabrication, les centres de logistique et de distribution, les data centers, les hôpitaux et les applications agricoles, de soins de santé, de construction et de transports. La spécification d'un système de suivi des actifs RFID (radio-identification) passif est complexe. Les actifs de valeur peuvent être exposés à diverses conditions non contrôlées, notamment des chocs et des vibrations, des environnements chauds, froids et humides pendant le transport et le stockage, et il faut tenir compte de diverses normes RFID spécifiques aux applications.

Les concepteurs ont besoin d'étiquettes robustes et fiables résistant aux conditions difficiles des environnements industriels, de construction et de fabrication, et disponibles dans différentes tailles et portées de lecture standard pour répondre aux besoins de types et de classes d'actifs spécifiques. Cet article passe brièvement en revue la technologie RFID passive et plusieurs normes industrielles relatives aux données et aux étiquettes RFID. Il présente ensuite des étiquettes, lecteurs et solutions de système RFID de Molex, Murata Electronics et ThingMagic.

Une étiquette RFID passive se compose d'une antenne et d'un circuit intégré qui inclut un circuit d'entrée (F/E) analogique avec un modulateur, un démodulateur, une unité de récupération d'énergie RF, un contrôleur avec un codeur/décodeur, l'électronique de commande, une horloge et une mémoire (Figure 1). Les étiquettes RFID passives n'utilisent pas de piles. Dans la plupart des étiquettes RFID passives, la mémoire peut être réécrite, et les étiquettes RFID peuvent échanger des quantités de données bien plus importantes que les alternatives telles que les codes-barres.

Figure 1 : Une étiquette RFID passive se compose d'une antenne et d'un circuit intégré qui comprend un circuit d'entrée (F/E) analogique, un contrôleur et une mémoire. (Source de l'image : Murata)

Les étiquettes RFID passives ultra-haute fréquence (UHF) peuvent être lues à des distances atteignant plusieurs mètres, et plusieurs étiquettes peuvent être lues en même temps. Contrairement aux codes-barres, la RFID utilise la communication sans fil et les étiquettes peuvent être lues de l'extérieur des cartons d'emballage, sans qu'il ne soit nécessaire de les ouvrir (Figure 2). De plus, les étiquettes RFID ne sont pas sensibles à la saleté, à l'humidité, aux vibrations ni à d'autres facteurs environnementaux pouvant interférer avec l'utilisation des codes-barres. Les étiquettes RFID existent dans une variété de formats conçus pour des applications spécifiques. Certaines étiquettes sont conçues pour la localisation et le suivi d'articles métalliques et utilisent la surface métallique comme antenne d'amplification pour augmenter la portée de fonctionnement. Diverses normes de communication et de format de données ont été développées pour les étiquettes RFID passives.

Figure 2 : Les étiquettes RFID peuvent être lues à des distances atteignant plusieurs mètres. Dans certaines conceptions, plusieurs étiquettes peuvent être lues simultanément, et les étiquettes peuvent être lues à travers des cartons et autres emballages. (Source de l'image : Murata)

RAIN RFID

L'alliance RAIN RFID encourage l'utilisation du protocole ISO/CEI 18000-63 GS1 UHF Gen2. La technologie RAIN (RAdio frequency IdentificatioN) est conçue pour relier les étiquettes RFID UHF et le cloud. Elle permet de stocker, de gérer et de partager les données RFID via Internet. Un système utilisant une solution RAIN est doté d'une étiquette RFID, d'un lecteur et d'un logiciel capable de fournir une liaison avec le réseau local et, de là, avec le cloud (Figure 3). L'alliance RAIN s'appuie sur le système de numérotation ISO pour simplifier le codage avec les numéros d'identification des entreprises (CIN). Le système de numérotation basé ISO est conçu pour permettre l'identification sans collision des étiquettes RFID RAIN. Il vise à fournir une alternative sans interférences aux formats de données existants, propriétaires ou définis par les fournisseurs.

Figure 3 : La technologie RAIN RFID est régie par une seule norme mondiale appelée EPC UHF Gen 2v2 ou ISO/CEI 18000-63. (Source de l'image : RAIN Alliance)

Codes de produits électroniques et RFID

Le code de produit électronique (EPC) Gen 2v2 utilisé par RAIN est une norme de protocole d'interface radio pour les étiquettes RFID UHF passives. L'EPC Gen 2v2 inclut des fonctionnalités visant à améliorer la sécurité, à décourager la contrefaçon et à renforcer la confidentialité en permettant l'authentification des étiquettes et des lecteurs. La mémoire d'une étiquette Gen 2v2 peut être partitionnée en plusieurs fichiers, et les étiquettes conformes peuvent être utilisées pour la surveillance électronique des articles (EAS).

La norme EPC a été développée par EPCglobal, et approuvée et adoptée en tant que norme ISO 18000-6C. En plus de définir une norme pour la communication entre les étiquettes et les lecteurs, une suite de normes associées à EPC établit la manière dont les données EPC sont partagées entre les différents utilisateurs. Un EPC est un identifiant universel pour les objets physiques. Étant donné qu'elle est largement utilisée dans les étiquettes RFID, la norme de données des étiquettes EPC inclut des exigences pour les données en plus de l'EPC qui peuvent être stockées sur une étiquette RFID Gen2. Bien qu'il existe des recoupements importants entre les EPC et les étiquettes RFID, ils sont fondamentalement différents. La RFID est la technologie de support des données, et l'EPC est un identifiant et un format de données.

Réglementations EAS et UDI pour les dispositifs médicaux

À l'instar des EPC, les réglementations sur l'identification unique des dispositifs (UDI) en vigueur dans de nombreux pays exigent que les équipements médicaux soient dotés d'identifiants individuels afin de prendre en charge la surveillance EAS pour une utilisation et un stockage sécurisés des équipements médicaux. Les systèmes UDI s'appliquent à de nombreux types d'équipements médicaux, mais sont particulièrement importants pour les instruments chirurgicaux, où il existe un risque important de préparation d'instruments incorrects pour une procédure.

Il existe des centaines d'instruments chirurgicaux différents et le personnel inexpérimenté peut facilement se tromper et choisir les mauvais instruments. L'utilisation d'étiquettes UDI et RFID permet d'éliminer ce problème. L'utilisation d'étiquettes RFID facilite également la collecte de l'historique d'utilisation des instruments individuels et du nombre d'utilisations au sein d'un établissement de santé.

Étiquette RFID passive pour instruments chirurgicaux et outils industriels

Les concepteurs de systèmes RFID peuvent utiliser le LXTBKZMCMG-010, une petite étiquette RAIN RFID UHF sur métal de Murata, pour le suivi des instruments chirurgicaux, des outils industriels et d'autres objets métalliques similaires (Figure 4). Le LXTBKZMCMG-010 utilise la surface métallique comme antenne d'amplification pour augmenter la portée de lecture. Cette étiquette mesure 6,0 millimètres (mm) x 2,0 mm x 2,3 mm, fonctionne sur l'ensemble de la bande UHF et offre une plage de températures de fonctionnement de -40 degrés Celsius (°C) à +85°C, ce qui la rend adaptée au suivi et à la localisation d'objets métalliques dans les environnements industriels ainsi que dans les établissements de santé.

Figure 4 : L'étiquette RAIN RFID UHF LXTBKZMCMG-010 est optimisée pour les surfaces métalliques comme les instruments chirurgicaux et les outils industriels. (Source de l'image : Murata)

Étiquettes RFID extra-plates pour le suivi des actifs

Les applications de suivi des actifs et des stocks peuvent tirer parti d'étiquettes conçues pour résister aux fortes vibrations et aux impacts élevés ainsi qu'aux grandes variations de température fréquentes dans les systèmes industriels, agricoles, de construction et de transport. Une empreinte extra-plate implique un espace, des dommages et des coûts réduits. Par exemple, l'étiquette RFID 0133580821 de Molex mesure 1,8 mm d'épaisseur, est répertoriée IP68, peut être utilisée en environnements humides et fonctionne de -50°C à +85°C (Figure 5). L'étiquette 0133580821 a une portée de lecture de 4,5 mètres (m) et elle est conçue pour une utilisation sur une variété de matériaux, y compris les métaux et les plastiques.

Figure 5 : Cette étiquette RFID de 1,8 mm d'épaisseur est optimisée pour le suivi des actifs et des stocks. Elle a une portée de lecture de 4,5 m et peut être utilisée sur de multiples surfaces, notamment les plastiques et les métaux. (Source de l'image : Molex)

Lecteur RAIN RFID plug-and-play

Le lecteur RAIN RFID Elara de ThingMagic offre une interface et des caractéristiques opérationnelles qui minimisent les efforts de conception et accélèrent les implémentations RFID dans toutes les applications exigeant des distances de lecture jusqu'à 2 m (Figure 6). L'Elara est proposé en deux modèles, le PLT-RFID-EL6-ULB-4-USB qui fonctionne dans la bande de 865 Mégahertz (MHz) à 868 MHz, et le PLT-RFID-EL6-UHB-4-USB qui fonctionne dans la bande de 915 MHz à 928 MHz. Les deux lecteurs sont fournis dans des boîtiers en plastique répondant aux qualifications de soins de santé.

Figure 6 : Le lecteur RAIN RFID Elara peut minimiser les efforts de conception et accélérer les implémentations RFID dans toutes les applications exigeant des distances de lecture jusqu'à 2 m. (Source de l'image : ThingMagic)

Grâce à Elara, les concepteurs peuvent facilement ajouter des capacités RFID aux applications qui bénéficient d'un lecteur fixe ou d'un lecteur de bureau plug-and-play. Les flux de travail autonomes sont pris en charge, ce qui permet de créer rapidement des solutions sans expertise RFID du concepteur ou sans recourir à des kits de développement logiciel ou à des outils d'intégration. Les exemples d'applications d'Elara incluent la mise en œuvre des réglementations UDI dans les établissements de santé, le traitement et le suivi des retours dans les entrepôts et les centres de distribution, et la mise en service d'étiquettes RFID. Les capacités d'Elara comprennent :

• Intégration simplifiée du système et fonctionnement sans logiciel grâce aux flux de travail autonomes pré-chargés.
• Prise en charge des normes technologiques RAIN et de l'interface de communication RAIN.
• Prise en charge du protocole EPCglobal Gen 2v2.
• Lecture de lots d'articles tels que des instruments chirurgicaux ou un kit de composants pour une chaîne de montage.
• Comptage et vérification des articles pour le traitement des retours ou l'inventaire.
• Mise en service d'étiquettes RFID.
• Mise à jour des données d'étiquettes avec les informations d'utilisation et autres.

Lecteur RFID Industrie 4.0 et dispositif de service périphérique

Pour les applications Industrie 4.0 qui requièrent plusieurs lecteurs RFID et une connexion au cloud via un serveur périphérique, les concepteurs peuvent se tourner vers l'ALR-F800-X de Molex qui comprend un lecteur d'étiquettes RFID UHF passives à 4 ports de classe entreprise et un contrôleur de service périphérique (Figure 7). L'utilisation de l'ALR-F800-X permet de traiter les données RFID à la source et de les évaluer en temps réel. L'ALR-F800 peut être alimenté avec un adaptateur CC ou une source d'alimentation PoE (Power-over-Ethernet), ce qui simplifie le déploiement de systèmes RFID Industrie 4.0 à grande échelle.

Figure 7 : L'ALR-F800-X inclut un lecteur d'étiquettes RFID UHF passives de classe entreprise à 4 ports et un contrôleur de service périphérique pour prendre en charge les applications Industrie 4.0. (Source de l'image : Molex)

La technologie DSA (Dynamic Self-Adapting) de l'ALR-F800 surveille l'environnement RF en temps réel et contrôle plusieurs paramètres, filtres et mesures de réglage pour optimiser la lecture des étiquettes RFID. La mémoire peut être étendue à l'aide de cartes micro-SD, et un port USB est disponible pour ajouter des connexions Wi-Fi et mobiles.

Le logiciel Emissary intégré permet de prendre en charge et de configurer des lecteurs et des points de lecture supplémentaires sans avoir besoin d'un serveur périphérique dédié (Figure 8). Le logiciel Emissary permet de développer des flux de travail complets avec des activités prédéfinies (telles que lire l'étiquette, allumer la lumière, envoyer des données, etc.), simplifiant et accélérant la mise en service de nouvelles applications. Emissary offre les avantages suivants :

• Visualisation structurée et intuitive des fonctions, dispositifs et points de lecture.
• Utilisation de conventions de dénomination rationnelles, telles que « poste d'emballage », « porte n°1 », etc.
• Jeu d'outils basés sur Windows pour la création des flux de travail.
• Configuration, contrôle et maintenance de tous les lecteurs locaux connectés au dispositif.
• Utilisation de la norme de données d'étiquette correcte pour une interprétation précise des données entrantes.
• Gestion des rapports sur les données lues et consolidation des rapports de plusieurs lecteurs en vue de leur transfert vers le cloud.

Figure 8 : Le logiciel Emissary intégré à l'ALR-F800-X permet de configurer et de prendre en charge des lecteurs et des points de lecture supplémentaires sans recourir à un serveur périphérique dédié. (Source de l'image : Molex)

Résumé

Les étiquettes et les lecteurs RFID passifs peuvent prendre en charge diverses activités de suivi des actifs dans l'IIoT, notamment dans la fabrication, la logistique, les data centers, les soins de santé, l'agriculture, la construction et le transport. Lors de la sélection et de la spécification de systèmes RFID, les concepteurs doivent respecter un certain nombre de normes industrielles, notamment RAIN, EPC Gen 2v2, ISO/CEI 18000-63 et UDI. Différents types d'étiquettes sont optimisés pour des applications spécifiques telles que les installations sur métal et les conceptions extra-plates pour les applications de suivi des actifs. Outre les étiquettes, des lecteurs RFID sont disponibles, notamment des modèles de bureau et des lecteurs/contrôleurs de services périphériques au niveau de l'entreprise, qui peuvent accélérer le déploiement d'applications RFID Industrie 4.0.