Hướng dẫn cơ bản khi triển khai ứng dụng RFID và RTLS trong sản xuất

Hiện nay RFID và RTLS đang được triển khai rộng rãi trong nhiều ngành để theo dõi tài sản và cải tiến quy trình trong các cơ sở sản xuất, trung tâm phân phối, dịch vụ Logistics và nhiều nơi khác trong chuỗi giá trị. Các công nghệ RFID và RTLS rất ít được sử dụng do chi phí đắt đỏ và nhân lực hiểu về quy trình ứng dụng, tuy nhiên những năm gần đây thì các công nghệ này có thể nói đã rẻ hơn rất nhiều và độ tin cậy cũng cao hơn.

Bài viết này được thiết kế để giúp bạn xác định nơi công nghệ RFID và RTLS có thể có tác động nhiều nhất đến cải tiến quy trình trong hoạt động sản xuất  cũng như cách thức làm sao để có thể triển khai ứng dụng RFID và RTLS hiệu quả.

Đo lường thời gian của công đoạn sản xuất bằng RFID- phương pháp Value Stream Mapping

Xác định phạm nội dung và vi triển khai ứng dụng RFID và RTLS

Theo mô hình sơ đồ mẫu dưới đây việc xác định nội dung và phạm vi triển khai sẽ giúp cho bạn biết có 1 góc nhìn toàn cảnh trước khi triển khai ứng dụng RFID, RTLS :

• Vấn đề xảy ra hiện tại là gì va những ảnh hưởng của nó
• Vì sao cần phải triển khai RFID và RTLS ?
• Mục tiêu của dự án là gì ?
• Nội dung triển khai của dự án ( Triển khai ở lớp nào của doanh nghiệp , chi tiết các mong muốn : hạ tầng thiết bị, software tracking , giải pháp ứng dụng quản lý,…. )
• Phạm vi triển khai của dự án ở đâu  (Khu vực, phòng ban, địa điểm , số lượng máy móc, thiết bị con người thao tác, số lượng input đầu vào,…)
• Dự án này phục vụ cho phòng ban nào, nhằm mục đích gì ?
• Các mẫu idead concept đề xuất cho dự án
• Các yêu cầu chính và KPI chính của dự án cần phải đạt được .
• Thời gian triển khai của dự án.
• Ngân sách có thể đầu tư.
• Các constraint các Compliance chính của dự án.
• Các bên liên quan đến dự án gồm có những ai và ai là Project Leader ?

Nếu như bạn bối rối không biết những keypoint chính của ứng dụng RFID và RTLS mang lại thì có thể tham khảo 2 bảng dưới đây để có thể tự đưa ra concept cho mình ( cho ứng dụng quản lý sản xuất và quản lý nguyên vật liệu)

Xác định cách đo lường ROI cho các ứng dụng RFID và RTLS trong sản xuất

ROI của ứng dụng RFID trong Sản xuất thường xoay quanh các business case có tác động lớn, nghĩa là quy trình hoạt động được xác định rõ ràng có liên quan trực tiếp đến điểm mấu chốt hoặc quản lý các loại tài sản lớn trên bảng cân đối tài chính. Khi tự động hóa quy trình kinh doanh có tác động lớn (đặc biệt là quy trình thủ công, tốn kém và không hiệu quả),  RFID hoặc RTLS không chỉ tăng khả năng hiển thị tài sản theo thời gian thực , mà còn có thể giúp các nhà quản trị thấy được những điểm tắt nghẽn không hiệu quả của quy trình và có kế hoạch tối ưu chúng tốt hơn.

Lựa chọn Platform thu thập dữ liệu Cảm biến – Sensors

Các cảm biến đang trong các nhà máy sản xuất sẽ thay đổi nhiều theo thời gian và tăng dần khi các hoạt động số hóa được triển khai. Và trong quá trình thu thập dữ liệu từ RFID và RTLS, chúng ta cần 1 nơi trung gian (Middleware) để hứng các tín hiệu thu thập về từ các thẻ tag Tag. Tuy nhiên để  thống nhất và chuẩn hóa các cảm biến và phối hợp hoạt động cùng Work-Flow của nhà máy, chúng ta cần có 1 nơi tập trung các dữ liệu này về.Do đó xây dựng cơ sở hạ tầng cảm biến để có thể thu thập, bối cảnh hóa, chuẩn hóa và hành động theo các sự kiện cảm biến báo về là điều kiện tiên quyết để có thể giúp hệ thống vận hành ổn định sau này.

1 ví dụ platform thu thập thông tin cảm biến (Tracking As A Service)

4 THÀNH PHẦN CẦN CÓ ĐỂ CÁC HỆ THỐNG SENSORS (IOT, RTLS, RFID) CÓ THỂ HOẠT ĐỘNG HIỆU QUẢ

1) Nền tảng cảm biến chung:  Tích hợp thông tin từ con người, quy trình và thiết bị vào 1 platform.

2) Quản lý dữ liệu cảm biến:  Để suy ra sự liên quan dữ liệu và bối cảnh kinh doanh.

3) Quản lý quy trình (Work-flow & Process Management) : Để đảm bảo chất lượng dữ liệu và xử lý ngoại lệ từ hàng ngàn cảm biến trong sản xuất

4) Quản lý các hành động – sự kiện : Cung cấp cảnh báo và tích hợp thời gian thực với các hệ thống hồ sơ.

Lựa chọn công nghệ định vị

Nhiều hệ thống và công nghệ đã được phát triển trong nhiều năm bởi các nhà nghiên cứu và các công ty thương mại để cung cấp vị trí của con người, thiết bị và các tài sản khác. Ngày nay, RFID RTLS có thể đạt được bằng cách sử dụng ánh sáng, camera, hồng ngoại, âm thanh, siêu âm, Bluetooth, Wi-Fi, nhận dạng tần số radio (RFID), ZigBee, Ultra Wideband, GPS, Cellular và nhiều công nghệ khác.

Các công nghệ khác nhau sử dụng các cách tiếp cận khác nhau và mỗi cách tiếp cận giải quyết một vấn đề hơi khác nhau hoặc hỗ trợ các ứng dụng khác nhau. Các hệ thống này khác nhau ở nhiều tham số, chẳng hạn như hiện tượng vật lý được sử dụng để xác định vị trí, yếu tố hình thức thẻ và cảm biến vị trí, yêu cầu năng lượng, phạm vi, khả năng ứng dụng trong nhà so với ngoài trời và độ phân giải không gian và thời gian.

Một số công nghệ xác định vị trí ở cấp phòng, một số chỉ có thể xác định sự hiện diện và một số có thể xác định chính xác vị trí theo thời gian thực (Điều này cần xác định rõ trước khi khi triển khai dự án) . Một số công nghệ hoạt động tốt ngoài trời trong khi những công nghệ khác được thiết kế riêng cho trong nhà. Một số làm việc tốt trong môi trường văn phòng, và một số khác làm việc tốt trong môi trường công nghiệp. Một số cần thêm cảm biến vị trí và một số tận dụng cơ sở hạ tầng hiện có, chẳng hạn như 5G hoặc Wi-Fi trong tòa nhà.

Lựa chọn thẻ tag Tag RFID và RTLS

Chọn một thẻ tag tags  thích hợp không phải là nhiệm vụ đơn giản. Nó đòi hỏi một sự hiểu biết thấu đáo về cách các thẻ tag và bộ dò tín hiệu hoạt động và sự hiểu biết về các quy trình kinh doanh được thực hiện trên các đối tượng được gắn thẻ tag. Bạn phải hiểu các thông số kỹ thuật của thẻ tag và bộ dò tín hiệu và tác động của chúng đối với hiệu suất của thẻ tag. Một số trong những yếu tố xem xét trong quá lựa chọn từ khóa là loại thẻ tag, hoạt động tần số , vật liệu được gắn thẻ tag, phương pháp thẻ tag gắn kết, đọc nhiều , đọc tốc độ , kích thước thẻ tag, điều kiện môi trường, chi phí và yêu cầu bắt buộc.

Dưới đây là một số thông tin cần xem xét khi lựa chọn các loại thẻ tag Tag:

• thẻ tag sẽ được sử dụng ngoài trời hay trong nhà? (nhiều công ty sử dụng kết hợp các thẻ tag để cân bằng giá / hiệu suất)
• Trong phạm vi nhiệt độ nào thẻ tag sẽ được sử dụng ?
• Tài sản được đặt trong một môi trường áp lực / giảm áp?
• Vật liệu của tài sản được làm bằng gì? Số lượng tài sản cần gắn thẻ tag Tags ?
• Làm thế nào các thẻ tag sẽ được gắn vào tài sản (Quy Trình gắn thẻ tag ) ? Tài sản sẽ được phục vụ trong bao lâu? Có cân nhắc đặc biệt cho chất kết dính, gắn phần cứng?
• Tài sản có hình dạng bất thường hay không ?
• Tài sản sẽ được tiếp xúc với hóa chất khắc nghiệt hoặc độc hại? Các thẻ tag cần phải được gắn phẳng để tạo điều kiện làm sạch / khử trùng?
• Các thẻ tag sẽ được sử dụng xuyên biên giới quốc tế? Có quy định bổ sung / yêu cầu hoạt động để xem xét?
• Các thẻ tag sẽ được tiếp xúc với bức xạ, hoặc được lưu trữ trong cùng một vùng dễ cháy nổ ?
• Các tài sản sẽ được gắn thẻ tag tại thời điểm sản xuất? Việc gắn thẻ tag và mã hóa tốc độ cao sẽ được tích hợp vào các quy trình sản xuất hay DC?

Tần số của thẻ tag

Lựa chọn tần số thẻ tag phụ thuộc vào các yếu tố, chẳng hạn như yêu cầu phạm vi đọc, tài liệu được gắn thẻ tag và tốc độ dữ liệu . Các ứng dụng như hệ thống kiểm soát truy cập và thanh toán yêu cầu phạm vi đọc rất nhỏ. Trong các loại ứng dụng này, các thẻ tag đọc vượt quá một vài inch sẽ tạo ra rủi ro bảo mật và do đó phạm vi đọc không được vượt quá một vài inch. Các thẻ tag LF và HF với phạm vi đọc ngắn hơn phù hợp lý tưởng cho các ứng dụng như vậy. Trong việc gắn thẻ tag pallet được sử dụng trong chuỗi cung ứng, phạm vi đọc từ 5 đến 10 feet là bắt buộc . thẻ tag UHF rất phù hợp cho ứng dụng này.

Các đối tượng kim loại là điều đặc biệt cần lưu ý. Các thẻ tag được gắn trực tiếp vào các vật bằng kim loại sẽ bị sai lệch và không thể hoạt động tốt bất kể tần số thẻ tag. thẻ tag LF và HF nhạy hơn với kim loại và yêu cầu khe hở không gian lớn hơn. Do đó đối với các vật thể kim loại bạn cần có những loại thẻ tag đặc biệt riêng.

Loại thẻ tag

Các yếu tố ảnh hưởng đến lựa chọn loại thẻ tag là yêu cầu phạm vi đọc, yêu cầu cảm biến , chi phí, kích thước, trọng lượng và loại ứng dụng. Tag passive rẻ hơn Tag Active và Tag – semi active  . Chi phí thẻ tag nên được xem xét liên quan đến chi phí của các mặt hàng được gắn thẻ tag.

Một số ứng dụng sẽ bắt buộc chỉ định loại thẻ tag được sử dụng. Ví dụ, để theo dõi nhiệt độ trong xe tải đông lạnh, bạn sẽ cần các thẻ tag tag semi-acitve hoặc active với các cảm biến nhiệt độ.

Vị trí gắn thẻ và nhân tố môi trường

Vị trí của thẻ trên một đối tượng ảnh hưởng đến hiệu suất của thẻ. Vị trí là một cân nhắc quan trọng đối với các thẻ UHF và lò vi sóng thụ động được sử dụng cho các sản phẩm có chứa chất lỏng, như chai rượu, chai dầu gội, nhiều loại thuốc ở dạng lỏng và hầu hết các mặt hàng thực phẩm. Sóng vô tuyến ở tần số UHF và vi sóng được nước hấp thụ. Để đọc các thẻ UHF được gắn vào bao bì chứa chất lỏng chứa nước, thẻ phải được đặt sao cho có khe hở không khí tồn tại giữa thẻ và dung dịch nước. Bạn có thể thiết kế thẻ sao cho ăng ten của nó luôn hướng ra khỏi chất lỏng hoặc bạn có thể tận dụng cách thức các chất lỏng được đóng gói sao cho thẻ được gắn vào thùng chứa khỏi chất lỏng trong thùng chứa. Khi gắn thẻ ở cấp độ trường hợp, trái với gắn thẻ ở cấp độ mục, thẻ được gắn vào vỏ. Nơi tốt nhất để gắn thẻ UHF thụ động trong các trường hợp là nơi đóng gói vật phẩm cung cấp sự tách biệt nhiều nhất với các chất lỏng bên trong. Điều này có thể yêu cầu vị trí thẻ rất chính xác, với một dung sai chỉ vài milimét. Cách tốt nhất để xác định vị trí thẻ tốt nhất là thử nghiệm với các thẻ khác nhau.

Các điều kiện môi trường mà thẻ tag có thể gặp phải trong suốt vòng đời của nó là những cân nhắc chính trong việc lựa chọn thẻ tag tag. thẻ tag được nhúng trong sản phẩm có thể gặp nhiệt độ và áp suất cao trong quá trình sản xuất sản phẩm và nó phải có khả năng tồn tại trong những điều kiện đó. Đánh giá các điều kiện môi trường không chỉ trong cơ sở của bạn mà còn trong bất kỳ môi trường nào, thẻ tag sẽ đi qua trong suốt vòng đời của nó . Những điều kiện môi trường này có thể ảnh hưởng đến phạm vi đọc hoặc tốc độ đọc của thẻ tag:

• Chất nền có thể hấp thụ độ ẩm hoặc có thể trở nên giòn và nứt.
• Chất kết dính có thể không giữ thẻ tag do độ ẩm hoặc hóa chất và thẻ tag có thể rơi ra khỏi vật phẩm.
• Sự kết nối giữa ăng-ten và IC có thể bị đứt do rung hoặc do sự uốn cong lặp đi lặp lại của thẻ tag.
• Ăng-ten có thể bị suy yếu do tác động ăn mòn của các hóa chất trong môi trường.

Định hướng thẻ tag

Hiệu suất thẻ tag bị ảnh hưởng bởi hướng của thẻ tag so với ăng ten của bộ dò tín hiệu. Hướng thẻ tag tốt nhất xảy ra khi mặt phẳng thẻ tag và mặt phẳng ăng ten song song với nhau. Ở hướng này, các thẻ tag nhận được sức mạnh tối đa. Khi thẻ tag được xoay, nó thể hiện một vùng hiệu quả nhỏ hơn cho các sóng vô tuyến đến và do đó thu được ít năng lượng hơn. Phạm vi đọc thẻ tag giảm khi công suất thu thập giảm.

Hầu hết các thẻ tag UHF passive có một ăng ten lưỡng cực duy nhất có định hướng dọc theo các cực bắc và nam của nó. Loại thẻ tag này không thể được đọc khi trục của các cực trên ăng ten thẻ tag vuông góc với mặt phẳng của ăng ten của bộ dò tín hiệu. Có hai tùy chọn để khắc phục tình trạng này: cài đặt hai ăng ten của bộ dò tín hiệu, một bộ vuông góc với bộ kia để trục ăng ten của thẻ tag không vuông góc với mặt phẳng của ít nhất một trong số các ăng ten của bộ dò tín hiệu. Hoặc, sử dụng các thẻ tag có hai ăng ten lưỡng cực (một thẻ tag lưỡng cực kép ), với một ăng ten vuông góc với nhau. Trục của ít nhất một trong hai ăng ten trên thẻ tag này sẽ không bao giờ vuông góc với mặt phẳng ăng ten của bộ dò tín hiệu.

Phương án tích hợp với Hệ thống quản trị của doanh nghiệp

Hệ thống ERP, WMS, MMS, MRO, Field Service và Quản lý tài sản là nguồn sống của nhiều hoạt động sản xuất và hậu cần. Các hệ thống doanh nghiệp cho phép RFID và RTLS kết hợp trạng thái sản xuất và phân phối thời gian thực vào các số liệu kinh doanh hàng ngày. Điều này cho phép các nhà sản xuất, hậu cần và nhà cung cấp dịch vụ phát hiện và giải quyết các lỗi quy trình trước khi chúng ảnh hưởng đến lịch trình sản xuất, chất lượng sản phẩm hoặc việc giao hàng của khách hàng. Các hệ thống doanh nghiệp hiện nay cũng có thể cung cấp khung quy trình tích hợp cho dự án RFID của bạn, giảm thời gian triển khai.

Trong quá trình lên phương án triển khai bạn cần tìm hiểu rõ các hệ thống quản trị doanh nghiệp bạn đang sử dụng có liên quan đến ứng dụng RFID, RTLS như thế nào bao gồm :

• Quy trình hoạt động kinh doanh (Business Operation Model )
• Sơ đồ dữ liệu có liên quan (Data Model)
• Các cữ liệu cần thu thập từ RFID : vị trí, mã nguyên vật liệu ,….
• Khả năng tích hợp của các hệ thống.
• Chi phí khi mua module tích hợp và tự phát triển module tích hợp.
• …

Bảng sau chia sẻ các kịch bản tích hợp phổ biến:

Xem xét sự ảnh hưởng đến quy trình hoạt động của doanh nghiệp

Việc triển khai RFID / RTLS trong sản xuất đòi hỏi phải có sự đánh giá kỹ lưỡng về các thẻ tag và phần cứng sẵn sàng cho môi trường và các vật liệu có sẵn. Chọn các quy trình có tác động cao mang lại kết quả cuối cùng cho tổ chức cũng quan trọng không kém. Tiêu chí xem xét sự tác động này được mô tả bởi danh sách dưới đây :

• RFID và RTLS này được ứng dụng tại quy trình nào của bạn? Bạn đã có sơ đồ mô tả quy trình rõ ràng chưa ?
• Quy trình hiện tại đã tối ưu chưa ? Khi áp dụng RFID và RTLS có làm phức tạp hóa quy trình không ?
• Khi ứng dụng RFID và RTLS có gây ảnh hưởng đến các dự án lớn hơn của tổ chức ?
• Khi áp dụng RFID và RTLS có tác động nào đến khách hàng cuối?
• Công ty có văn bản tuân thủ nào của quy trình bắt buộc phải tuân theo ?
• Kết quả của quá trình này có ảnh hưởng đến doanh thu hoặc chi phí và báo cáo tài chính của công ty?
• Các tài sản liên quan đến quá trình này có ảnh hưởng đến bảng cân đối kế toán của công ty không?
• Là các tài sản thuộc quy trình có phải thay đổi vật liệu chế tạo hay không ?
• Công ty có phải chịu rủi ro đáng kể nếu quy trình không tuân thủ?

Sơ đồ đề xuất cách thức triển khai

Trong khuôn khổ bài viết này, chúng tôi xin đề xuất sơ đồ quy trình triển khai ứng dụng RFID và RTLS  gồm 6 giai đoạn như sau,, tùy theo đặc điểm của mỗi ngành sản xuất và mỗi ứng dụng doanh nghiệp thì sẽ có những thay đổi cho phù hợp hơn