FORFATTER(E) OPPDRAGSGIVER(E) Nordisk Ministerråd GRADER. DENNE SIDE ISBN PROSJEKTNR. ANTALL SIDER OG BILAG

Transkript

1 SINTEF RAPPORT TITTEL SINTEF Fiskeri og havbruk AS Havbruksteknologi Postadresse: 7465 Trondheim Besøksadresse: SINTEF, Forskningssenteret på Rotvoll Arkitekt Ebbellsvei 10 Telefon: Telefaks: E-post: Internet: Foretaksregisteret: NO MVA Sporbarhet i forsyningskjeden for fisk Status for bruk av RFID som informasjonsbærer i forsyningskjeder FORFATTER(E) Eskil Forås, Gunnar Senneset, Jostein Storøy OPPDRAGSGIVER(E) Nordisk Ministerråd RAPPORTNR. GRADERING OPPDRAGSGIVERS REF. STF80 A Åpen Nordisk Ministerråd GRADER. DENNE SIDE ISBN PROSJEKTNR. ANTALL SIDER OG BILAG Åpen ELEKTRONISK ARKIVKODE PROSJEKTLEDER (NAVN, SIGN.) VERIFISERT AV (NAVN, SIGN.) RAPPORT RFID_teknologi og standarder endelig versjon Jostein Storøy Leif Magne Sunde ARKIVKODE DATO GODKJENT AV (NAVN, STILLING, SIGN.) Karl A. Almaas, Adm. dir. SAMMENDRAG SINTEF Fiskeri og havbruk har i det følgende dokument vurdert RFID som teknologi for å ivareta krav til sporbarhet i forsyningskjeder for fisk. Dette notatet inneholder en oversikt over forskjellige typer RF brikker, status for standardiseringsarbeidet og anbefaling om valg av type brikker for utprøving i forsyningskjeder for fiskeri og havbruk. STIKKORD NORSK ENGELSK GRUPPE 1 RFID RFID GRUPPE 2 Sporbarhet Traceability EGENVALGTE Standard Standard

2 2 Sporbarhet i forsyningskjeden for fisk Status for bruk av RFID som informasjonsbærer i forsyningskjeder INNHOLD: 1 RFID utredning Bakgrunn og mål for arbeidet Aktuelle standarder Eksempler på anvendelser Aktuelle priser på RFID tags Utviklingstrekk og valg av teknologi...11

3 3 1 RFID utredning 1.1 Bakgrunn og mål for arbeidet Hovedtyper brikker og deres egenskaper Prinsippet for bruk av RFID-brikker er vist i figuren nedenfor: ANTENNE RADIOKOMMUNIKASJON RF KONTROLLENHET LESING/SKRIVING RF BRIKKE MED ANTENNE DATANETTVERK IT-SYSTEM Figur 1 Skjematisk figur over hovedkomponenter i et RFID-system. Kontrollenheten er kjernen i et RFID-system, og administrerer identifikasjon, lesing og eventuelt skriving til RF-brikker. En kontrollenhet kan være både stasjonær og bærbar. Passive RF-brikker får tilført energi fra de radiobølger som sendes ut fra RF kontrollenheten, og kan da kommunisere med RF kontrollenheten. Aktive brikker har egen strømforsyning (batteri). RF-brikker har vært brukt til forskjellige formål i mange år. Eksempel på anvendelser er identitetskort, merking for sporing av gjenstander (f.eks. kontainere, verdifulle gjenstander) og automatiske bomsystemer. Brikker produseres i dag i et stort utvalg av størrelser (brøkdel av millimeter) og fasonger, og kan kapsles inn for å tilfredsstille ulike miljøkrav (temperatur, støt, fuktighet). Brikkene kan deles inn i noen hovedtyper som vist i tabellen nedenfor:

4 4 TYPE BRIKKE PRISNIVÅ VIRKEMÅTE FORDELER ULEMPER Batteridrevne brikker som konstant sender ut Godt egnet for sporing av store objekter (f.eks. kjøretøy, jernbanevogner, kontainere), radiosignaler (eventuelt stor leseavstand ( Aktiv brikke Høyt sender med bestemte intervall) meter), mindre påvirket av metall og væsker Passiv brikke Lavt Read Only brikke Read Write brikke Lavt Høyt Tabell 2.1 Hovedtyper brikker (ref. Manhattan Associates) Aktiviseres av elektromagnetisk felt frakostnadseffektiv, krever ikke RFID leser (antenne) vedlikehold Informasjon skrevet på brikken ved produksjon/initialisering er permanent Kostnadseffektiv Brukere kan legge til eller skrive over eksisterende Gir brukere fleksibilitet ved at informasjon når en informasjon kan legges til eller brikke er nær en leser endres Vesentlig dyrere enn passive brikker, krever vedlikehold (bytte av batteri) Leseavstand 1-6 meter, kan ha problemer med lesing nær metall og væske Informasjon kan ikke endres Kostbar, ikke praktisk for daglig sporing av billige artikler Hvilken type brikker som er best egnet for ulike formål krever en detaljert planlegging og kost/nytte-vurdering. Det er også viktig å vurdere krav til grensesnitt og informasjonsutvikling mellom leseutstyr for brikker og bedriftens IT-systemer. Krav til IT-systemene vil blant annet variere med informasjonsinnholdet i brikken (en enkel brikke med bare en unik ID krever at all informasjon knyttet til objektet som er merket må ajourføres i databaser). Valg av RFID teknologi er i mange tilfeller avhenging av ønsket lese/skriveavstand. Dette varierer men både frekvens og antennestørrelse (Figur 2). En stor utforring med hensyn til frekvensområde er imidlertid at dette ofte styres på nasjonalt nivå. Når det gjelder kjedesporbarhet er denne avhengig av internasjonale standarder og dette synes å være et av de største hindrene for bruk av RFID i dag.

5 Figur 2 Sammenligning av antennestørrelse og rekkevidde ved ulike bølgelengder. (hentet fra EAN, Knut Valla) 5

6 6 1.2 Aktuelle standarder Markedet har så langt vært preget av mangel på standarder, som igjen medfører manglende kompatibilitet mellom utstyr fra ulike produsenter (brikke og leseutstyr må kjøpes fra samme produsent). De siste årene har arbeidet med standardisering vært prioritert i flere viktige miljø: ISO EAN-UCC Auto-ID Center ved MIT (Massachusetts Institute of Technology) Den ISO-standarden som er mest brukt for RFID-merking i forsyningskjeder i dag er ISO-IEC Denne brukes som grunnlag for flere typer anvendelser (ID-kort, innlegg i papir-etiketter osv.). ISO er nå igang med et omfattende standardiseringsarbeid, med to hoveddeler: Felles plattform for overføring og lagring av data på brikkene (ISO-IEC ) Grensesnitt mellom RF-brikke og leser for de frekvenser som er tilgjengelige for bruk (ISO-IEC 18000) Parallelt med standardiseringsarbeidet i ISO foregår det en omfattende teknologiutvikling og standardisering med tanke på bruk av enkle RF-brikker i forsyningskjedene for konsumvarer. Dette arbeidet drives fram av vareproduserende industri, supermarkedkjeder og ledende elektronikkprodusenter. Arbeidet med standardisering og utprøving av teknologi har så langt vært ledet av Auto-ID Center ved MIT. Det er utarbeidet spesifikasjoner for: Struktur på en unik ID som ikke kan endres (EPC Electronic Product Code) Grensesnitt for kommunikasjon mellom brikke og leser Kobling mellom EPC og informasjon om produktet, inkludert standard for produktbeskrivelse (PML Physical Markup Language) EAN-UCC er nå i ferd med å ta over ansvaret for standardiseringsarbeidet knyttet til alle aspekter ved implementering av EPC, og har etablert organisasjonen EPCGlobal for dette formålet. Det er sannsynlig at EAN-UCC gjennom EPCGlobal i framtiden vil forvalte tildeling av EPC. EAN-UCC har også utarbeidet retningslinjer for hvordan informasjon skal lagres på RF-brikker. Målet med disse retningslinjene er at data skal ha samme struktur som dagens EAN-UCC standarder for strekkoder.

7 7 Tabellen nedenfor gir oversikt over en del relevante ISO-standarder for RF-brikker: ISO STANDARDER ISO-IEC Frekvensområde Leseavstand Aktiv/passiv Skrive til minne Hastighet dataoverføring Unik brikke ID (UID) BESKRIVELSE Standarden omfatter bruk av kontaktløse ID-kort (eng. Vicinity cards). Standarden definerer fysiske egenskaper, krav til radiokommunikasjon, metode for håndtering av kollisjoner og protokoll for overføring av data MHz Ikke spesifisert Passiv Ja 6.62 kbps til kbps 64 bit (UID skal skrives inn permanent på produksjonstidspunktet, oppbyggingen er standardisert og inneholder produsentnummer og serienummer). 8 kbyte (kan utvides, organisering av minnet er standardisert) Ja Maksimalt fysisk minne Kollisjonshåndtering Feildetektering CRC 16 Status på standarden Godkjent standard publisert i ISO-IEC ISO-IEC ISO-IEC Under arbeid Standardene beskriver protokoll for overføring og lagring av data for RF brikker som brukes som hjelpemiddel for identifikasjon/behandling av fysiske enheter. Standardene beskriver henholdsvis: Instruksjonssett og data syntaks for utveksling av informasjon mellom en applikasjon og RF-brikken Formatering av data for lagring på RF-brikken Nummersystem for permanent nummerering av RF-brikker med unik ID Standardene 15961, og er uavhengig av kravene til radiokommunikasjonsgrensesnitt som beskrives i de ulike delene av ISO-IEC ISO-IEC ISO-IEC n Under arbeid Standardene beskriver grensesnitt for kommunikasjon mellom RF-brikke og RF-leser (eng. Interrogator). Protokollene er basert på at leseren initierer datautveksling beskriver krav og hvilke parametre som skal defineres for hver av de aktuelle frekvenser som etterhvert vil bli benyttet for RF-brikker. Standardene n beskriver hvordan kravene oppfylles og hvilke verdier som benyttes for ulike frekvensområder (hver del beskriver en frekvens/et frekvensområde). Frekvensområder som er under standardisering (se egen tabell for detaljer): : Under 135 khz : MHz : 2.45 GHz : 5.8 GHz (trukket tilbake) : MHz : 433 MHz Standardene tar utgangspunkt i frekvensområder som internasjonalt er spesielt reservert for industrielle, medisinske og vitenskapelige formål. Arbeid som utføres av andre enn ISO (koordineres med ISO-arbeidet): ØVRIG BESKRIVELSE

8 8 STANDARDISERING EPC Global (EAN-UCC i samarbeid med Auto-ID Center ved MIT) Frekvensområde Leseavstand Aktiv/passiv Skrive til minne Hastighet dataoverføring Standardiseringsarbeidet baseres på at RF-brikkene skal inneholde en unik ID i form av en standard produktkode (EPC Electronic Product Code). EPC tildeles og bygges opp etter bestemte regler og kan ikke endres. Det er foreløpig definert to typer brikker, Class 0 og Class 1. Hovedforskjellen ligger i at Class 0 brikker programmeres med EPC av produsenten, mens for Class 1 brikker kan EPC skrives inn av bruker. Spesifikasjon av kommunikasjon mellom RF brikke og RF leser er offentliggjort for frekvensområdene: 900 MHz (Class 0 brikke) MHz (Class 1 brikke) MHz (Class 1 brikke) Inntil 10 meter Passiv Nei (Class 0 brikker programmeres ved produksjon. Class 1 brikker kan programmeres av en leser og så låses slik at videre modifikasjon av innhold i minnet ikke er mulig) MHz: kbps (Europa) eller kbps (USA) 900 MHz: kbps MHz: kbps kbps bit for EPC (avhengig av variant av EPC som benyttes.) Tilsvarende lagring av CRC-kode og passord i tillegg til EPC Ja Unik brikke ID (UID) Maksimalt fysisk minne Kollisjonshåndtering Feildetektering CRC 16 Samtidighet for lesing 900 MHz Class 0 brikke: > 1000 brikker pr sekund MHz Class 1 brikke: 200 brikker pr sekund Status på standarden Ansvar for videre standardisering er overført til EAN-UCC (EPCGlobal). EAN-UCC GTAG Målet med standarden er å definere hvordan datastrukturer som er definert av EAN- UCC som grunnlag for bruk i strekkoder skal lagres i RF brikker. En brikke som følger GTAG-standarden skal være identifisert ved en AFI-kode (AFI Application Family Identifier), ref. ISO-IEC Brikken skal oppfylle kravene i ISO Frekvensområde MHz (skal oppfylle kravene i ISO-IEC ) Leseavstand Ønske om 2 meter for fast plassert antenne (basert på praktisk bruk i forsyningskjeder). Aktiv/passiv Passiv (støtte for batteri-assisterte brikker) Skrive til minne Ja Hastighet dataoverføring kbps Unik brikke ID (UID) 64 bit (UID skal skrives inn permanent på produksjonstidspunktet) Maksimalt fysisk minne Minimum 124 bit i tillegg til UID, organiseringen av minnet er standardisert og skal følge EAN-UCC datastruktur. Kollisjonshåndtering Ja Feildetektering CRC 16 Samtidighet for lesing Kapasitet til å identifisere mer enn 250 brikker innenfor lesefeltet. Status på standarden Utkast

9 9 Mer detaljert informasjon om ISO-IEC : EGENSKAPER Frekvensområde Under MHz 2.45 GHz MHz 433 MHz khz Leseavstand Ikke spes. Ikke spes. Ikke spes. Ikke spes. Ikke spes. Aktiv/passiv Passiv Passiv Passiv eller aktiv Passiv (støtte for Aktiv (MODE 1 eller 2) batteri-assisterte brikker) Skrive til minne Ja Ja Ja Ja Ja Hastighet dataoverføring, fra leser til brikke kbps 1.65kbps eller kbps MODE2: Mode 1: kbps Mode 2 : 384 kbps Type A : 33 kbps Type B : kbps 27.7 kbps Hastighet dataoverføring, fra brikke til leser Unik brikke ID (UID) Maksimalt fysisk minne Kollisjonshåndtering kbps kbps 6.62 kbps til kbps MODE2: kbps Mode 1: kbps Mode 2 : 384 kbps 40 kbps 27.7 kbps 64 bit 64 bit 64 bit 64 bit 32 bit 1 kbyte 8 kbyte (kan utvides) MODE2: Produktspesifikk, ingen teknisk begrensning Baseres på del av UID Baseres på UID MODE2: FTDMA, 100 brikker identifisert pr 150 ms. Gamle eller utdaterte brikker kan ignoreres. Feildetektering CRC 16 CRC 16 leser til brikke CRC 32 brikke til leser Status på standarden Kommentar DIS (Draft International Standard) Har reservert AFI kommando for EAN- UCC Data Identifiers Mode 1: Anbefalt minimum 18 byte Mode 2: 256kbyte Kapasitet til å identifisere mer enn 250 brikker innenfor lesefeltet. 8 kbyte 128 kbyte Kapasitet til å identifisere mer enn 250 brikker innenfor lesefeltet. Kapasitet til å identifisere 3000 brikker innenfor lesefeltet CRC 16 CRC 16 CRC 16 DIS DIS DIS DIS Modus 1 er kompatibel med ISO-IEC Det er definert et antall standard anvendelser (AFI Application family identifier) for brikker som kan brukes av leseren til å skille mellom brikker. Har reservert AFI kommando for EAN-UCC Data Identifiers (ISO- IEC 15418). Det er definert applikasjonskoder om kan angi at minne er allokert i forhold til ISO- IEC eller EAN-UCC GTAG. Det er definert applikasjonskoder som kan angi at minne er allokert i forhold til ISO- IEC eller EAN-UCC GTAG.

10 Eksempler på anvendelser I dag anvendes RFID tags i to virksomheder på Island og Færøerne. Der er to virksomheder som fremstiller isolerede containere med indstøbte RFIDtags hhv. Borgaplast og Sæplast fra Island. Borgarplast According to information from Borgarplast they have delivered containers and pallets with RFID tags to customers that use them in one production line, i.e. the containers never leave the building or the production line. They did not have much information about the RFID tags or any supporting equipment like readers. They just put in the tags according to requirements from customers. Sæplast Sæplast has already delivered containers with RFID tags to two customers. One of them Kassecentralen on Faroe Islands uses the tags only as an ID number for containers and have built an automatic reader into the washing machine. In this way it is possible to register e.g. how often the container is washed, or if some containers disappear from the collection and don t come back to the company. The other company who has containers with RFID tags is a fish producing company that is an owner of fishing boats, so the containers never leave the company. The RFID tags just keep unique ID numbers for the containers. An automatic grader and scales from Marel are on board the boat. The scale weights kg batches that are connected half-automatically to the ID number of the container. The information registered on board the boat (e.g. species, grade, date of catch, fishing ground etc.) are sent via satellite to the production company on shore. When landing the containers the information carried by the RFID tags are read and compared with information already received from the boat. The reading is done by a sensor on the fork lift that is also equipped with a computer. All the registered information is thus accessible to the fork lift driver when reading the ID number of the container and enables him to decide what to do with that container. Information can also be added when putting the container in stock and again when the container is emptied on the production line. The company has a QC system with lot of registered information, like yield, parasites, gaping etc. All the information from the boat can be linked to the QC information, and in the future this information could potentially be used to decide on the fishing ground and time to obtain optimum quality of the catch. 1.4 Aktuelle priser på RFID tags RFID tags bliver hele tiden billigere. Man forventer at meget simple RFID tags til mærkning af dagligvarer i løbet af få år kommer ned på nogle få øre per styk. Fremstillingsprisen afhænger i høj grad af hvor mange tags der bliver produceret. Der er allerede forsøg i gang med RFID mærkning af dagligvarer i Tyskland så det er bare et spørgsmål om tid inden prisen kommer ned i et attraktivt prisniveau. Da prisen ændres hele tiden er de angivne priser kun et øjebliks billede på situationen. Sæplast på Island blev forespurgt om prisen på RFID tags i deres isolerede kar. Prisen er DKK pr styk afhængig af antal. Prisen er i det samme prisleje hvis det handler om at eftermontere tags på eksisterende isolerede containere. Den tekniske information om RFID tag ene som bruges af både Sæplast er:

11 11 Type: Passive tags, 13,56MHz Read/write tag, Memory: 384 Bit for read and write, 64 bit for serial number, Temp. area: -25 C to 70 C, Size: 47 x 46 and 101 x 71 mm, Reading distance: 60 cm (depends on equipment) Der er endvidere indhentet tilbud fra ACG Scandinavia AB som bl.a. har agenturet for Texas Instruments (en af de største RFID producenter i verden i dag). Til isolerede kar anbefaler de en passiv tag, 13,56 I.Code inlay, i ISO15693 standard, read/write type, til indstøbning i karrene. Prisen for disse er ca. 4,50 til 6DKK per styk (uden montage) afhængig af hvor mange der købes. Til plastkasser (fra ca. 50 til 100l) som genbruges anbefaler de en tag som er indlejret i glas. Alternativet er tags som er indlejret i plast, men det påstås at vand før eller siden trænger ind og ødelægger chippen hvis den ikke er indstøbt i glas. Dette indebærer at der må vælges en lavfrekvent løsning. En mulighed er en passiv Texas transponder RI-TRP-WE2B, 134,2/123,2Khz, read/write. Memory: 80 bit, reading distance <100cm write distance about 30% of reading distance. Prisen er 11-16DDK per styk afhængig af hvor mange der købes. Til engangs-tags indlejret i labels, typisk til polystyrenkasser (bl.a. opdrætslaks), anbefales en lamineret I.code transponder i ISO15693 standard, passiv tag, (read/write). Prisen for disse er ca. 5DKK per styk afhængig af hvor mange der købes. Stationære RFID læsere inklusiv antenne koster typisk 9000 til 22000DKK afhængig af antal og funktionalitet. Bærbare RFID læsere, som kan holde til det fugtige miljø, koster ca DKK. 1.5 Utviklingstrekk og valg av teknologi Krav til sporbarhet for oppdrettsfisk og villfisk er definert i internasjonale standarder (TraceFish CWA 14659/14660) og direktiver fra EU. Det er også utarbeidet retningslinjer for utforming og informasjonsinnhold for etiketter for merking av enheter som kasser og paller (NS 9405, EAN International Traceability of Fish Guidelines). Retningslinjene inneholder krav om at deler av informasjonen skal være lesbar for mennesker, dvs. i klartekst. Bruk av RFID som informasjonsbærer må derfor kombineres med bruk av etikett med tekst. I en startfase kan det ikke forutsettes at alle ledd i en forsyningskjede er i stand til å lese RF-brikker, og det vil derfor også være behov for merking med strekkode. Fordelene med bruk av RFID i forhold til strekkode: Trenger ikke fri sikt Reduserer tidsforbruk for personell Mer robust i forhold til miljøpåvirkning (avhengig av utforming) Ulemper med bruk av RFID i forhold til strekkode: Merking kun med RFID gir dårligere mulighet for feilhåndtering Kan medføre større krav til kontroll av at alle enheter blir lest EAN-UCC arbeider med standardisering av informasjonsinnholdet på RF-brikker, samtidig som tekniske krav til brikker og lesere baseres på standardiseringsarbeidet i ISO. Det foreligger et utkast til spesifikasjon kalt GTAG, som i første omgang baserer seg på ISO-IEC som teknisk løsning. Intensjonen fra EAN-UCC er at informasjonsinnholdet skal være uavhengig av

12 12 informasjonsbærer, for eksempel skal en RF brikke på en kasse med oppdrettslaks fra et slakteri inneholde samme informasjon som i dag kodes med symbol UCC/EAN-128: Minimum datainnhold: AI 01 GTIN n2+n14 AI 10 Batch nummer n2+an20 AI3100 Netto vekt n4+n6 Opsjoner: AI 11 Slaktedato n2+n6 AI 412 GLN Leverandør-ID n3+n13 AI 414 GLN Fysisk lokalisering n3+n13 I tillegg til å følge forskjellige standarder produseres RF-brikker i en rekke varianter når det gjelder fysisk størrelse og utforming. Dette påvirker forhold som leseavstand, holdbarhet, miljøtoleranse, pris osv., og gir samtidig mulighet for å velge variant i forhold til anvendelse.

13 13 Noen anvendelser som er spesielt aktuelle for fisk er vist i tabellen nedenfor: ANVENDELSE AV RF- BRIKKE Merking av transport- og salgsenheter i engangs emballasje som skal overføres mellom aktører i en forsyningskjede (for eksempel pall og kasse) Merking av flergangs emballasje som skal overføres mellom aktører i en forsyningskjede (for eksempel plastbakker, plastpaller, rullekontainere) Merking av flergangs emballasje som brukes internt i produksjon i en bedrift STANDARD GTAG/ISO-IEC GTAG/ISO-IEC Avhengig av anvendelse VARIANT AV BRIKKE Brikke integrert i etikett (Smart label). Innkapslet brikke festet (limt, skrudd) på emballasjen, eventuelt støpt inn i emballasjen. Innkapslet brikke festet (limt, skrudd) på emballasjen, eventuelt støpt inn i emballasjen.