Briciole di pane



Visibilità e trasparenza assicurate da RFID e RTLS nel Manufacturing

Visibilità e trasparenza assicurate da RFID e RTLS nel Manufacturing

14 Agosto 2018

Con una sempre maggiore automazione richiesta, aumenta la necessità di metodi più automatizzati per identificare i pezzi e i materiali in produzione e le tecnologie RFID e Bluetooth si stanno espandendo per soddisfare la domanda in nuovi ambienti. In questo articolo tratto da Automation World, viene fatta un'attenta disamina sugli scenari offerti dall'identificazione automatica (RFID) e dalla localizzazione automatica (RTLS).

"Quando si tratta di automazione, se doveste indovinare dove questa o quella tecnologia ha avuto il suo inizio, sareste sicuri di andare con l'industria automobilistica come risposta. Non è quindi una sorpresa scoprire che le tecnologie RFID sono davvero decollate nella produzione automobilistica e nell'assemblaggio, sia a più livelli di fornitori che con le case automobilistiche stesse.

La tecnologia RFID è sempre stata strettamente legata all'automazione stessa, osserva Mark Sippel, responsabile del progetto di Balluff. "Più tende ad essere qualcosa di automatizzato, più è probabile che si voglia provare ad implementare una sorta di tracciabilità", dice.

E quanto più il valore dell'automazione si diffonde in altri settori, tanto maggiore è la necessità di tracciare la filiera in modo automatizzato. "Con una maggiore automazione, si riduce la capacità di gestire manualmente la tracciabilità per qualcosa che sta attraversando quel processo. Soprattutto se si ha a che fare con la robotica, un essere umano non sarà autorizzato a entrare per motivi di sicurezza", dice Sippel. Anche i pezzi più piccoli su una tavola rotante possono essere problematici per il tracciamento umano. "Una parte entra ed esce da una tavola rotante che potrebbe avere un diametro di diversi metri, in un contenitore e ad una velocità che un essere umano non è in grado di tracciare in quell'ambiente. A quel punto potrebbe essere implementato un tag RFID, per consentire a ciascuna stazione di scrivere le informazioni man mano che procedono".

Track & Trace
Le capacità di tracciamento sono certamente diventate vitali per le operazioni alimentari e farmaceutiche, dove è necessaria la tracciabilità al 100% per documentare i processi e risalire alle origini in caso di errori. La tecnologia RFID offre la possibilità di tenere automaticamente traccia di contenitori, ingredienti, processi di sterilizzazione/pulizia, ecc., osserva Nicole Lauther, responsabile dello sviluppo aziendale per i sistemi di localizzazione in tempo reale di Siemens.

Ma il track and trace è diventato sempre più importante anche per altre industrie. "La richiesta di tracciare i prodotti è importante in ogni settore industriale per rimanere competitivi", afferma Lauther. "Taggare gli oggetti li rende intelligenti e siamo in grado di raccogliere dati a livello di campo, il che significa che le tecnologie di identificazione e localizzazione industriale sono abilitanti per la digitalizzazione".

Ciò riporta direttamente alla tecnologia RFID per un numero crescente di applicazioni in corso di lavorazione (WIP), in particolare con la riduzione dei costi e l'aumento dei benefici. "Questo è particolarmente vero in diversi punti della produzione, ad esempio nel settore automobilistico e farmaceutico, dove la tracciabilità dei prodotti e dei pezzi è fondamentale", afferma Don Eichman, Product Manager RFID di Turck.

"È certamente un caso d'uso in crescita, poiché sempre più aziende si rendono conto di aver bisogno di trasparenza nei loro processi produttivi, il che significa che comprendono i vantaggi del tracciamento dei pezzi e della conoscenza dello stato degli oggetti", afferma Lauther. I vantaggi includono la flessibilità del processo, fasi di produzione più veloci, eliminazione della carta, eliminazione di errori e mancate operazioni, eliminazione di danni, consegna del materiale just in time, documentazione automatica e tracciabilità, aggiunge. "Tutto questo aiuta le aziende a risparmiare tempo e denaro".

I produttori di motori per l'industria automobilistica possono trovare applicazioni multiple con la tecnologia RFID, dice Eichman. "Ad esempio, quando si abbinano pezzi come un blocco motore e una camma, si può risparmiare tempo durante il processo di impilatura sapendo già quali pezzi si adattano tra loro", afferma.

La tecnologia RFID si è affermata nel settore degli elettrodomestici, in cui soprattutto i produttori in appalto spesso combinano più prodotti su un'unica linea, sia contemporaneamente che uno dopo l'altro. Le informazioni di identificazione si muovono con il prodotto attraverso il processo di assemblaggio automatizzato in modo che possa sempre essere validato quale lavoro viene eseguito per quel particolare prodotto, nota Sippel.

L'industria aerospaziale ha sempre dovuto rispettare un più elevato grado di tracciabilità nella produzione. "In passato, la maggior parte di questo lavoro era stato fatto manualmente attraverso il tracciamento della carta", dice Sippel. "Ora si sta orientando verso l'uso della tecnologia RFID, ad esempio, per essere in grado di fornire quella tracciabilità, anche se a volte è ancora manuale".

Anche i beni di consumo sono stati più attenti alla tecnologia RFID, anche se principalmente beni di fascia alta come l'elettronica, principalmente all'interno del processo di assemblaggio e produzione.

Il giusto tag per ogni applicazione
Ci sono diversi step di identificazione, e ciò che è meglio dipende davvero da ciò che un produttore sta cercando di raggiungere. In generale, vi è l'identificazione industriale come l'RFID e la localizzazione industriale, con un uso crescente di sistemi di localizzazione in tempo reale (RTLS). "Una delle principali differenze è che con l'identificazione industriale (RFID) si può dire che cos'è e dove si trova quando passa un certo punto di lettura", dice Lauther. "Con la localizzazione industriale (RTLS) invece si può dire esattamente in quale luogo in tempo reale, sempre. Si possono utilizzare entrambe le tecnologie per il processo di WIP, dipende solo da quanto si vuole monitorare e da quali informazioni si vogliono ottenere per ottimizzare i processi".

Come gran parte dell'industria dell'automazione, i primi tempi della tecnologia RFID videro tecnologie più proprietarie: il sistema di un'azienda non funzionava con un'altra per molteplici motivi. Questo è ancora vero, in una certa misura, ma la tecnologia si è spostata verso standard aperti.

I tag Low-frequency (LF) tendevano ad essere molto proprietari e non erano realmente regolati dalla Federal Communications Commission (FCC) perché la banda era così bassa, dice Sippel. E 'ancora oggi in vigore, in genere utilizzato per l'etichettatura del bestiame, che è ciò che ha guidato l'industria. All'interno dello spazio di produzione, la tecnologia LF è più comunemente utilizzata per le macchine utensili, stampi e stampi di monitoraggio, e macchine utensili per la tracciabilità.

La tecnologia RFID ad alta frequenza (HF), che funziona nella banda dei 13,56 MHz, è molto più diffusa nelle applicazioni di produzione industriale. Sebbene un protocollo precedente (ISO/IEC 14443) fosse generalmente più proprietario - e sia ancora utilizzato principalmente per i sistemi di sicurezza - il protocollo più recente ISO/IEC 15693 è uno standard aperto. Con il 15693, qualsiasi produttore operante su quel protocollo può accedere alla memoria di un'altra organizzazione e ad altre informazioni. Questo significa anche che un fornitore che produce solo tag o solo lettori può competere più facilmente sul mercato, osserva Sippel. "Questo, a mio avviso, è ciò che ha davvero iniziato a guidare il mercato e la concorrenza".

Più recentemente, si è cominciato ad usare i tag UHF (ultra-high-frequency). Operando nella banda 860-928 MHz, questa tecnologia era originariamente guidata dal mercato consumer, ad esempio da punti vendita come Walmart che voleva un'etichettatura a basso costo (meno di un centesimo) per etichettare le spedizioni fino al singolo articolo.  "Ma non ha funzionato. Ci sono stati troppi problemi con la fisica, e ha avuto un successo molto limitato".

Ma la tecnologia UHF sta trovando un posto nella produzione. "I produttori che utilizzano applicazioni RFID basate su HF hanno ora una gamma molto più ampia di possibilità grazie alle nuove funzionalità che la tecnologia RFID UHF può fornire, dato che l 'UHF si è sviluppata molto nel corso degli anni", afferma Lauther. "Tuttavia, la tecnologia UHF non è migliore della tecnologia HF, è semplicemente diversa, con capacità diverse e diverse sfide di implementazione".

Rispetto alla tecnologia RFID HF, l'UHF fornisce distanze di lettura più lunghe (fino a 26 piedi rispetto a circa 3 piedi), è in grado di leggere più articoli alla volta (circa 1.000), ed è in grado di leggerli a velocità più elevate. Le distanze di lettura più lunghe possono risultare utili in fabbrica offrendo una maggiore flessibilità nell'utilizzo della tecnologia RFID in questo tipo di ambienti, afferma Sippel.

E 'stato utile anche nelle industrie pesanti, come la produzione di camion, trattori e autobus. "Si tratta di linee di produzione su scala molto più ampia. L'UHF è davvero la tecnologia che si adatta bene", dice Sippel.

Si tratta di un'area in cui i beacon Bluetooth hanno operato perché possono funzionare per distanze più lunghe. Ma poiché la tecnologia UHF è passiva, a differenza dei beacon Bluetooth, non richiede una batteria e tende ad essere più conveniente, dice Sippel. "In genere non si lascia una tecnologia attiva su un veicolo; è costosa", dice. "Ma si potrebbe prendere un tag passivo UHF, che potrebbe costare un paio di dollari al massimo, e si potrebbe lasciare sul veicolo. Che tende ad essere un po' più attraente".

L'UHF, tuttavia, offre una capacità di memoria inferiore, nota Eichman, e i produttori hanno più probabilità di avere bisogno di aiuto da un integratore di sistema. In genere, l'HF ha più senso se i clienti hanno bisogno di una maggiore capacità di memoria per memorizzare i dati sull'etichetta, di una lettura a distanza ravvicinata e di un'etichetta più robusta e riutilizzabile, aggiunge. "Per applicazioni a lungo raggio con requisiti di memoria inferiori, l'UHF potrebbe essere più appropriato", afferma. "Con questa tecnologia, i dati vengono memorizzati nel PLC o in un sistema classe Enterprise di livello superiore anziché nel tag stesso".

Real Time Locationing
La tecnologia RTLS entra in gioco quando gli oggetti devono essere tracciati in tempo reale. "Sicuramente fornisce una trasparenza ancora maggiore durante tutto il processo di produzione rispetto alla tecnologia RFID, ma anche in questo caso dipende dalle informazioni necessarie per ottenere la massima efficienza nel processo di produzione", afferma Lauther.

Siemens ha recentemente acquisito Agilion, fornendo al fornitore di automazione la tecnologia chiave a banda ultralarga (UWB) per RTLS. Simatic RTLS di Siemens utilizza la tecnologia UWB, che utilizza una gamma di frequenze estremamente ampia (3-7 GHz) con una larghezza di banda di almeno 500 MHz per la trasmissione di segnali wireless deboli. In questo modo si evita il rischio di interferenze con altri sistemi e si ottiene una posizione precisa dell'oggetto con una precisione fino a 10 cm.

La tecnologia RTLS è al centro di MotionWorks di Zebra Technologies, che fornisce informazioni sulla posizione, le condizioni e le prestazioni di beni, merci e persone critici in un'operazione di produzione. Utilizza una combinazione di 6,5 GHz UWB RFID attiva, 2,4 GHz RFID attiva, beacon Bluetooth a bassa energia (BLE) e RFID passiva per tenere traccia di risorse e materiali.

Noto per il monitoraggio dei giocatori NFL sul campo di giuoco, Zebra ritiene che sia in realtà un po' meno impegnativo seguire le auto attraverso un processo di produzione. In uno scenario, un giocatore di calcio professionista indossa due tag RFID, uno su ogni lato delle sue spalline, e un altro tag è nel pallone.

"Sette volte al secondo questi tag emettono un segnale. È il tag di massima sensibilità che utilizziamo e misura quella persona entro 6 pollici", afferma Jim Hilton, senior director della produzione e della mobilità sul campo di Zebra. "Immaginare i dati che improvvisamente sono diventati visibili a allenatori e allenatori e quanto velocemente stai correndo, i percorsi nel primo trimestre vs. il secondo, terzo o quarto trimestre. E sì, c'è una differenza. Improvvisamente, tutto questo è diventato visibile".

È esattamente la stessa tecnologia utilizzata da Ford per tracciare i veicoli quando escono da una linea di produzione. "Ma non dobbiamo gestire dati così frequenti e precisi," dice Hilton.

Un produttore aerospaziale utilizza MotionWorks per tracciare gli strumenti specializzati utilizzati per completare le migliaia di processi manuali necessari per costruire un velivolo. Utensili fuori posto, sottratti, non restituiti o compromessi possono causare ritardi lungo la linea e nella consegna dell'aereo. La visibilità in tempo reale degli utensili e delle attrezzature ha migliorato l'utilizzo delle attrezzature del 20%, ridotto dell'80% i ritardi di lavoro causati da utensili mancanti e ridotto del 30% la percentuale di utensili non più certificati. Il produttore ha inoltre ridotto del 50% la spesa in conto capitale per sostituire gli articoli "attualmente non trovati".

Attivo vs passivo

Che tecnologia avete bisogno e quanto denaro è necessario spendere, varia a seconda del problema di business che si sta cercando di risolvere, che cosa si sta cercando di vedere, che cosa si sta cercando di realizzare, spiega Hilton. "Generalmente, è da qualche parte entro 20-30 piedi di distanza", dice. "Quell'etichetta non deve emettere un segnale più di una volta ogni ora o una volta ogni poche ore. Questo trasforma la durata della batteria di quell'etichetta attiva in anni, invece di dover essere monitorata più spesso".

I cartellini attivi devono essere dotati di batterie perché inviano segnali che possono essere prelevati da un'altezza compresa tra 100 e un paio di chilometri di distanza, a seconda della forza del cartellino e della soluzione del problema. Con un'etichetta attiva, un pallet può indicare in ogni momento dove si trova. O un bidone posto in una zona di produzione potrebbe inviare un segnale quando raggiunge un certo peso, indicando che ha bisogno di rifornimento, spiega Hilton.

Anche se i tag passivi non inviano segnali, sono utili per altre applicazioni e hanno il vantaggio di non richiedere una propria fonte di alimentazione. Invece, un lettore connette il tag quando si trova nelle immediate vicinanze. Un'etichetta passiva applicata a un'auto su una linea di produzione, ad esempio, potrebbe indicare non solo di cosa si tratta, ma anche di cinque cose che il lavoratore di quella stazione deve fare su quel particolare veicolo. I tag passivi, a seconda della loro applicazione, potrebbero essere a soli 7-10 centesimi ciascuno, in modo da poter essere spediti con un prodotto e non tornare più indietro.

Il Bluetooth, una tecnologia attiva, è ideale per le comunicazioni più avanzate, ad esempio con le applicazioni di monitoraggio del sistema, dice Eichman. Generalmente ha sensori aggiuntivi incorporati, aggiunge, quindi può essere molto più costoso.

I radiofari BLE potrebbero costare fino a $15 / $20 e durare cinque anni, dice Hilton. Essi sono generalmente fissati su qualcosa di simile a un bene e utilizzati per scopi di prossimità. "Se stai camminando attraverso un impianto con un computer mobile, e ci sono radiofari su ogni ferrovia, posso sapere dove ti trovi perché quel radiofaro rileva che il tuo computer mobile è nelle vicinanze", spiega Hilton. "Questo ha tutti i tipi di soluzioni a basso costo e a bassa interruzione, perché non è necessario necessariamente costruire l'infrastruttura, basta piantare beacon intorno a tutto ciò che si sta cercando di monitorare".

Con il Bluetooth, tuttavia, non è possibile scrivere e riscrivere le informazioni come con la tecnologia RFID attiva e passiva. Un tag RFID può memorizzare informazioni su cos'è una risorsa, per quanto tempo è rimasta lì, che tipo di garanzia offre, quante volte è stata lavorata e molto altro ancora. "Ogni bit di questo può essere scritto su quel tag, dicendo al lavoratore circa il bene che si sta per lavorare," dice Hilton. "I Beacon sono solo una specie di alzare la mano e dire sono qui. I tag attivi o passivi non solo dicono che sono qui, ma qui c'è tutto quello che avreste voluto sapere su di loro".

Conoscere il proprio ambiente
Gli sviluppatori di sistemi e applicazioni RFID dispongono ora di un maggior numero di strumenti per soddisfare una più ampia gamma di esigenze di produzione. "Ma, grazie a questi strumenti aggiuntivi, devono comprendere particolarmente bene gli scenari dei loro utenti target, compreso il particolare ambiente operativo di uno scenario e la forma fisica e la composizione materiale degli oggetti, delle custodie o dei pallet etichettati che vengono letti e possibilmente scritti", annota Lautero.

Non tutti gli ambienti sono adatti alle tecnologie RFID. "L'esposizione a un ambiente altamente caustico o a temperature elevate impedisce l'utilizzo della tecnologia RFID", osserva Sippel. "I tag non possono sopravvivere all'ambiente".

Tuttavia, vi sono ancora modi per lavorare con le informazioni che le tecnologie RFID possono fornire. Sippel fa riferimento a un esempio di un produttore di utensili che utilizza la tecnologia RFID solo fino a un determinato punto. "Quando l'attrezzaggio va in tempra o in trattamento, distruggerebbe l'etichetta. Quindi le informazioni vengono inserite in un database e memorizzate fino alla restituzione dei pezzi", afferma. "Quando tornano da quell'ambiente, l'informazione viene ripristinata nell'etichetta per continuare con quel lotto".

Le temperature estreme possono essere una sfida, dice Eichman, ma non impossibile da superare. In effetti, i progressi tecnici compiuti per abilitare la tecnologia RFID in ambienti più difficili "sono una cosa che non finisce mai", afferma Sippel.

"Un tempo non erano in grado di superare gli 85 °C. Ma oggi, possono gestire 200 °C o 400 °F. La temperatura è aumentata abbastanza facilmente", dice Sippel. Anche gli ambienti caustici non sono così dannosi per la tecnologia RFID come in passato. "Un tempo un prodotto sembrava una piccola scatola per sopravvivere. E aveva un limite di tempo piuttosto rigoroso. Ora il tempo di esposizione può essere considerevole - può operare una mezz'ora o più e ancora avere la sopravvivenza. Questa è la progressione dell'elettronica e della tolleranza delle cose di questa natura".

Molte delle capacità in ambienti difficili sono raggiunte in base alle esigenze specifiche del cliente. L'involucro, ad esempio, sarà adattato in base a ciò a cui sarà esposta la tecnologia RFID. "Ci sono migliaia e migliaia di caustici diversi, quindi devono essere molto più specializzati", dice Sippel. "La difficoltà maggiore è data da cose come i penetranti. Con l'acqua deionizzata, ci sono cartellini che possono sopravvivere, ma è molto stretto in termini di quali materiali possono sopravvivere".

Quasi ogni ambiente di produzione può utilizzare la tecnologia RFID, dice Eichman. "Tuttavia, diventa un equilibrio tra tecnologia e processo", aggiunge. Il tasso di adozione di tutte queste tecnologie di identificazione sta crescendo man mano che gli utenti capiscono come utilizzarle in modo più efficace. "Man mano che le nostre conoscenze crescono, aumentano anche le capacità dei prodotti"."

Articolo tratto da Automation World

 

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