SCHEDA RFID-2

Introduzione al mondo RFID
RFID è l’acronimo di “Radio-Frequency Identification”, una tecnologia che permette il
riconoscimento a distanza di un oggetto tramite la trasmissione di onde elettromagnetiche.
Obiettivo di questo documento è fornire un’introduzione alla tecnologia RFID che permetta di
comprenderne i principi di funzionamento, i pregi, i vincoli, le applicazioni e le prospettive.
Attualmente, le tecnologie di identificazione automatica più diffuse sono quelle dei codici a
barre e delle carte a banda magnetica, ma nei prossimi anni l’RFID potrebbe prendere il
sopravvento poiché dispone di funzionalità nettamente superiori.
Come ben noto, in un sistema che utilizza il codice a barre per ottenere l’informazione richiesta
occorre mantenere una distanza minima ed orientare l’oggetto verso il lettore; il codice barre
non riesce inoltre a tollerare alcun rivestimento ed è molto sensibile agli agenti esterni come
alte temperature, acqua o sporcizia, che degraderebbero il contenuto informativo. Tutte queste
limitazioni sono superate da un sistema RFID grazie alla comunicazione mediante onde a
radiofrequenza ed alla particolare architettura circuitale dell’oggetto che deve essere
riconosciuto, chiamato “transponder”.
Ogni transponder può essere identificato in modo univoco grazie ad un codice memorizzato nel
proprio microchip e può assumere qualunque forma desiderata, essere esposto a condizioni
esterne particolari o essere rivestito con il materiale più idoneo al tipo di utilizzo che si vuole fare
dell’oggetto su cui il transponder è applicato. Un transponder può immagazzinare anche una
notevole quantità di informazioni, lette e scritte in tempo reale anche a distanze di alcuni metri.
Quest’ultima caratteristica è fondamentale per determinare la superiorità di un transponder
RFID rispetto alle carte a banda magnetica, per le quali è richiesto un contatto fisico con il lettore.
L’RFID non è una tecnologia “nuova” poiché nasce durante la Seconda Guerra Mondiale per
distinguere gli aerei amici da quelli nemici. I transponder di allora erano molto costosi e di
notevoli dimensioni, per questo l’utilizzo dell’RFID era destinato solamente a scopi militari. I
progressi tecnologici degli ultimi vent’anni e le produzioni di massa hanno reso possibile la
creazione a basso costo di transponder di dimensioni ridottissime (anche pochi millimetri). La
tecnologia RFID è stata quindi adottata in numerosi campi applicativi riscontrando sempre un
grande successo. Si possono ricordare per esempio il Telepass, lo skipass, l’identificazione degli
animali e i sistemi di antitaccheggio dei supermercati: applicazioni già molto diffuse in Italia e
nel mondo. Altre applicazioni in via di sviluppo sono relative all’identificazione della persona,
come la creazione di documenti personali RFID (passaporti, patenti e carte d’identità) oppure di
nuovi sistemi di pagamento elettronico.
La continua nascita di nuovi standard internazionali che regolamentano l’utilizzo dei
transponder e il continuo abbassamento dei prezzi potrebbero risultare determinanti per
l’effettiva realizzazione del progetto “The Internet of the Things”, secondo il quale ogni oggetto
al mondo sarà dotato di un transponder.
Elementi del sistema RFID
L’elemento principale di un sistema RFID è un dispositivo chiamato transponder comunemente
chiamato TAG;esso può essere in qualsiasi modo collegato ad un oggetto. Un lettore statico o
portatile, detto reader, manda un segnale tramite un campo elettromagnetico generato
attraverso un’antenna. II segnale permette di caricare i componenti interni del transponder che
costituiscono il circuito di alimentazione, e ciò in un tempo brevissimo, dell’ordine di qualche
millesimo di secondo. Il transponder, una volta riconosciuta la correttezza dell’operazione di
interrogazione, invia al reader un segnale contenente il proprio codice di identificazione ed
eventualmente altri dati contenuti all’interno della memoria
Componenti di un transponder
Solitamente un transponder è composto da tre elementi:
• II tag: il componente elettronico che ha la funzione intelligente di gestire tutta la parte di
comunicazione e identificazione.
• L’antenna: l’apparato che permette al tag di essere alimentato (se non ha già una batteria a
bordo) e di ricevere ed eventualmente trasmettere le comunicazioni con il mondo esterno.
• II supporto: la parte di materiale che sostiene e protegge i primi due elementi.
Componenti di un reader
Solitamente un reader è composto da due elementi:
• L’unità di controllo: un microcalcolatore con un sistema operativo in tempo reale che
permette di gestire:
✓ Le interfacce con le antenne (l’unità di controllo normalmente può gestire da 4 a 8 antenne diverse).
✓ L’interrogazione dei transponder che entrano nel campo d’azione di una antenna.
✓ Le eventuali collisioni tra i messaggi di risposta dei transponder.
✓ L’interfaccia con i sistemi informativi aziendali.
• Le antenne: le reali interfacce fisiche tra l’unità di controllo e i transponder.
I pregi del sistema RFID
Ad una analisi superficiale potrebbe essere lecito chiedersi se davvero valga la pena
abbandonare il sistema bar code per assumere quello RFID: ciò significherebbe la sostituzione di
un sistema perfettamente funzionante e già affermato da molti anni con un sistema nuovo e
molto più costoso, senza ottenere a prima vista alcuna sostanziale differenza nel processo di
vendita dei prodotti.
Una analisi più approfondita dimostra invece che il sistema RFID ha numerosissimi vantaggi
rispetto a quello dei codici a barre; i principali sono:
• La possibilità di acceder al transponder in modalità di scrittura oltre che di semplice lettura.
In questo modo è quindi possibile personalizzare alcune informazioni del tag.
• La possibilità di effettuare letture e scritture di transponder che non sono direttamente
visibili al lettore. Un reader riesce infatti a comunicare con un transponder anche se
quest’ultimo è collocato su un prodotto che si trova all’interno di un contenitore.
• L’esistenza di algoritmi di anticollisione che permettono al reader di identificare in pochi
secondi anche centinaia di transponder.
• La possibilità di effettuare letture e scritture di transponder in movimento.
• La possibilità di comunicare anche a diversi Km di distanza grazie ad una eventuale batteria
(transponder attivi).
• La capacità di effettuare letture e scritture di transponder cha assumono qualsiasi
orientamento. Non è quindi un problema se il transponder è posizionato in modo non
ottimale, come può accadere ad esempio alle etichette di un capo d’abbigliamento.
• La presenza di una memoria interna al transponder, che consente di gestire da 128 byte a 8
Kbyte di informazioni nei tag passivi e fino a 32 Kbyte nei tag semipassivi e attivi
• La presenza in ogni transponder dell’UId: un codice univoco che non è scrivibile né
modificabile in alcun modo, ma solo leggibile. L’unicità è garantita dai produttori dei
microchip (i più importanti sono Texas Instruments e Philips) in accordo tra loro e con gli
organismi internazionali di standardizzazione.
• L’alta immunità alle condizioni ambientali quali illuminazione e polveri.
• La sicurezza dell’accesso alle informazioni mediante sistemi di crittografia.
• L’impossibilità di creare duplicati di un transponder in maniera illegale: uno stabilimento per
produrre microchip richiede investimenti dell’ordine dei miliardi di euro e quindi la
probabilità che un soggetto realizzi senza essere rilevato uno stabilimento per produrre
microchip per finalità di contraffazione è assolutamente trascurabile.
I difetti del sistema RFID
Naturalmente, come qualsiasi tecnologia, l’RFID ha anche dei limiti. I principali sono:
• La presenza di temperature critiche. I tag dei transponder infatti non funzionano e possono
essere danneggiati in frigoriferi per materiali biologici a -80 °C o in forni a 250 °C.
• Per questi casi limite la soluzione è comunque già stata trovata, ed è piuttosto semplice:
basta proteggere il microchip inserendolo in materiali termicamente isolanti, ma che siano
buoni conduttori di campi elettromagnetici, come ad esempio il silicone.
• Il malfunzionamento del transponder quando esso si trova all’interno di un contenitore
metallico. Infatti, come già trattato nella prima sezione, le onde elettromagnetiche non sono
in grado di permeare i metalli magnetici o quelli altamente conduttivi.
• Anche per questo caso una soluzione è già stata trovata: essa prevede di collegare l’antenna
del transponder con un’altra antenna esterna al contenitore metallico. Inoltre, per evitare
distorsioni del segnale data la vicinanza delle antenne al metallo, è opportuno inserire tra
loro uno strato di materiale isolante.
• La sensibilità verso l’inquinamento elettromagnetico, cioè verso campi magnetici esterni al
sistema RFID che potrebbero influire negativamente sulla qualità della comunicazione tra
reader e transponder. Infatti, durante un processo di lettura o scrittura di un transponder, la
presenza di forti campi elettromagnetici nelle vicinanze (come quelli prodotti da motori di
ascensori, carrelli elevatori, elettrodomestici o dispositivi elettronici come i cellulari)
potrebbe limitare:
✓ la distanza massima tra reader e transponder;
✓ la velocità dell’operazione;
✓ l’orientabilità del transponder;
✓ la possibilità di effettuare l’operazione con tag in movimento.
• E’ per questo che l’ambiente nel quale dovrà essere inserito un sistema RFID è molto
importante. Esso richiede collaudi specifici e numerosi test durante l’installazione per
effettuare adeguate tarature in modo da assicurare il corretto funzionamento del sistema
RFID anche in presenza di situazioni ambientali difficili .
• Il costo dei transponder; questa è la principale barriera alla diffusione dell’RFID.
• Il prezzo di un transponder oggi può arrivare anche a soli venti centesimi di Euro, ma tale
costo è ancora troppo alto per potere sperare in un totale inserimento della tecnologia RFID
in qualsiasi campo applicativo. Per esempio, basti pensare a tutti i prodotti di un
supermercato che hanno un costo massimo di uno o due Euro: l’inserimento di un
transponder in questi casi inciderebbe troppo sul prezzo del prodotto. L’uso dei sistemi RFID
è quindi limitato a quei settori nei quali il costo del transponder risulti ininfluente, come ad
esempio un negozio di abbigliamento. L’abbattimento della barriera del costo dei
transponder sarà comunque possibile in futuro grazie all’aumento del numero di
applicazioni dei sistemi RFID. Ciò è determinato dalle leggi di economia di scala, secondo le
quali il costo medio di produzione diminuisce all’aumentare della dimensione dell’impianto.
RFID e Bar Code a confronto
Dopo avere elencato tutti i pregi e i difetti della tecnologia RFID risulta più semplice fare un
confronto tra la tecnologia dei codici a barre e quella dei transponder. Tale confronto è
schematizzato nella seguente tabella:
CODICI A BARRE
TRANSPONDER RFID
La modalità di accesso è di sola lettura.
La modalità di accesso è di lettura o scrittura
Il codice a barre deve essere direttamente visibile al lettore.
Reader e transponder non necessitano di un contatto visivo.
La lettura dei codici a barre è sequenziale, è possibile cioè
identificare un prodotto alla volta.
Un reader è in grado di comunicare anche con centinaia di
tag in pochi secondi, grazie agli algoritmi di anticollisione.
La distanza massima di lettura è di poche decine di
centimetri.
La distanza massima di lettura è dell’ordine dei metri nei
tag passivi e dei chilometri nei tag attivi.
La quantità massima di informazione memorizzabile è di
100 byte.
I tag passivi memorizzano da 128 bytea 8 Kbyte di
informazioni; i tag attivi possono arrivare a 32 Kbyte.
I lettori sono estremamente sensibili ad alterazioni ottiche,
abrasioni e macchie.
I lettori sono totalmente insensibili allo sporco e a qualsiasi
tipo di illuminazione presente.
In fase di lettura sono richiesti angoli di lettura predefiniti;
l’operazione deve essere svolta inoltre a velocità
praticamente nulle.
I transponder possono assumere qualsiasi orientamento
durante la lettura o la scrittura; esse possono inoltre
avvenire con transponder in movimento.
Esistono 26 tipi di codifica differenti impiegati a seconda
del paese o del campo di applicazione dei codici a barre.
L’UId dei transponder è un codice unico a livello mondiale.
L’unicità è garantita direttamente dai produttori dei chip.
Non esistono particolari sistemi di sicurezza.
La sicurezza dell’accesso alle informazioni è garantita da
sistemi di crittografia.
Duplicare un codice a barre è estremamente semplice.
Duplicare un transponder è praticamente impossibile
Il costo di un codice a barre è praticamente nullo.
Il costo di un transponder è ancora proibitivo per alcuni
campi di applicazione.
Questo confronto dimostra che è molto probabile che il sistema RFID sia destinato a sostituire il
tradizionale sistema a codici a barre nell’ambito degli strumenti di identificazione dei prodotti.
Le funzionalità dei transponder sono infatti molto superiori a quelle del bar code e
determineranno una vera e propria rivoluzione nel campo dell’identificazione che diventerà:
• Automatica (nel vero senso della parola): poiché la lettura del transponder non richiede
alcuna attività manuale.
• Univoca: poiché il codice interno di ogni tag permette di identificare individualmente il
transponder.
• Incrementale: poiché le informazioni contenute nel tag possono essere modificate e
aggiornate a seconda delle necessità.
Transponder sul prodotto
Le applicazioni RFID destinate all’identificazione dei prodotti interessano tutte le componenti
della supply chain (catena di fornitura), la quale ha lo scopo di assicurare l’incontro tra la
domanda del consumatore e l’offerta, mantenendo livelli di alta qualità, basso costo del
prodotto e minimi lead time (tempo che intercorre tra il momento della necessità del prodotto e
il momento in cui tale prodotto è disponibile per l’utilizzazione).Il concetto di supply chain
coinvolge l’intero ciclo di sviluppo del prodotto e il ciclo di utilizzo del singolo prodotto da parte
del consumatore. La supply chain comprende infatti le seguenti componenti che sono tra loro
interconnesse:
• Le funzioni di progettazione, focalizzate sull’adeguamento dell’offerta alla variabilità delle
richieste del mercato. Sono interessati gli uffici marketing, ricerca e sviluppo, previsioni e
programmazione.
• Le funzioni operation, cioè quelle relative agli acquisti delle materie prime dai fornitori, la
produzione del prodotto, la relativa logistica distributiva e la vendita.
• Le componenti del mercato, lungo il canale distributivo (negozi, distributori automatici, ecc.)
fino al consumatore finale.
L’impatto che la tecnologia RFID può avere sulla supply chain è notevole. Un esempio di
integrazione totale dei transponder in essa può essere così schematizzato :
1. L’azienda produttrice applica una etichetta RFID ad ogni confezione e ad ogni pallet.
2. L’azienda, per mezzo dei reader, riesce ad identificare e tracciare il flusso delle merci verso
il magazzino centrale
3. Al magazzino centrale i pallet vengono identificati e immagazzinati in attesa dell’ordine di
un supermercato. Quando ciò avviene il magazzino centrale invia automaticamente i pallet
richiesti.
4. La merce viene riconosciuta all’ingresso del supermercato. Inoltre gli scaffali, dotati di
reader, attivano il replenishment quando il prodotto viene prelevato. In questo modo il
magazzino entrale invece di attendere l’ordine del cliente prende l’iniziativa e rifornisce il
supermercato sulla base dei consumi effettivamente avvenuti.
5. Il cliente non deve fermarsi alla cassa perché un sistema di lettura riconosce tutti i prodotti
acquistati.
6. Il cliente potrà godere in futuro di un buon servizio post-vendita, per esempio in caso di
assistenza o riparazioni.
7.1.1 Vantaggi dell'RFID sul prodotto
Come già detto nei paragrafi precedenti, la tecnologia RFID applicata ai prodotti acquista un
ruolo primario nell’intera supply chain. I vantaggi che ne scaturiscono possono quindi essere
riassunti per area funzionale:
✓ Produzione:
• Miglioramento del controllo nei processi di configurazione del prodotto.
• Miglioramento del controllo di integrità e qualità di processo.
• Miglioramento dei criteri di attribuzione dei costi per attività.
• Riduzione del work in progress.
• Aumento della precisione inventariale delle materie prime e dei semilavorati.
• Aumento dell'affidabilità dei sistemi di programmazione produzione.
• Riduzione del lead time di produzione.
• Miglioramento della gestione dei prodotti personalizzati su ordine.
• Miglioramento dei sistemi di misura delle prestazioni.
✓ Distribuzione:
• Automatizzazione dei processi di ricevimento e spedizione merci.
• Miglior accuratezza nella messa a scaffale.
• Migliore gestione dello stock.
• Miglior accuratezza nel picking.
• Riduzione delle differenze inventariali.
• Automatizzazione dell'inventario.
• Misura più precisa delle prestazioni degli operatori.
• Miglioramento dei sistemi di misura delle prestazioni.
✓ Retail (distribuzione commerciale):
• Aumento della disponibilità di prodotto.
• Miglioramento e automazione della gestione dello stock.
• Miglioramento del processo di replenishment.
• Riduzione della distribuzione parallela.
• Diminuzione dei furti.
• Automatizzazione dell'inventario.
• Verifica reclami in garanzia.
• Analisi del comportamento di acquisto del cliente.
• Statistiche di sell-through e sell-out.
• Possibile self-check out del cliente.
• Aumento della sicurezza di prodotto (per esempio in caso di reclami).
• Riduzione della contraffazione.
• Miglioramento dei sistemi di misura delle prestazioni.
✓ Trasporti:
• Miglior accuratezza del carico.
• Automazione del processo di consegna.
• Aumento della rapidità presso i punti di controllo.
• Aumento della sicurezza della merce in transito.
• Miglioramento dei sistemi di misura delle prestazioni.
✓ Post-vendita:
• Accuratezza nella gestione dei prodotti in garanzia.
• Miglioramento nella gestione della manutenzione.
• Gestione del personale di servizio e manutenzione.
• Miglioramento della programmazione del servizio.
7.1.2 Tipologie di prodotto
Nel precedente paragrafo sono riportati i numerosi vantaggi che possono essere introdotti
grazie all’utilizzo dei transponder sui prodotti. A seconda della tipologia del prodotto, i vantaggi
saranno maggiori in un’area piuttosto che in un’altra. Per questo è importante raggruppare le
applicazioni RFID in quattro categorie principali:
• Prodotti di largo consumo. Rientrano in questa categoria i prodotti destinati all’acquisto e al
consumo come gli alimentari (prodotti in scatola, da forno, surgelati, ecc.), le bevande, i
detergenti per la casa, i prodotti per la cura della persona, articoli da cucina, cancelleria, ecc.
• Prodotti della moda. Rientrano in questa categoria i prodotti caratterizzati da un continuo
rinnovamento come i capi di abbigliamento, orologi, gioielli, profumi, cosmetici, cellulari,
ecc.
• Beni durevoli. Nei beni durevoli rientrano i prodotti che non sono consumati velocemente,
ma il cui utilizzo si protrae negli anni: elettrodomestici bianchi (frigoriferi, lavatrici,
lavastoviglie, ecc.), elettrodomestici bruni (televisori, lettori DVD, impianti stereo, ecc.),
automobili, mobili, arredi per la casa e piccoli elettrodomestici.
• Prodotti freschi. Questa categoria è un caso particolare dei beni di largo consumo e
comprende i prodotti ad alta deperibilità, cioè caratterizzati da una vita molto breve dal
punto di vista del consumatore come il latte, yogurt, fiori recisi, ma anche CD, DVD, film a
noleggio e il circuito dei film nelle sale, trattandosi in questi ultimi casi di vita breve del
prodotto sul mercato piuttosto che di deperibilità.
7.1.2.1 Prodotti diversi, esigenze diverse
Prima di progettare un sistema RFID è importante sapere la tipologia dei prodotti che dovranno
essere identificati. Ogni categoria ha infatti un proprio ciclo di vita differente (fig. A) e ha le
proprie esigenze e aspettative.
Fig. A Ciclo di vita dei prodotti
I prodotti freschi richiedono per esempio rapidità e velocità di esecuzione sia in termini di tempi
di produzione, sia di risposta del mercato, al fine di evitare stock out e deperimento. La supply
chain dei prodotti freschi è quindi caratterizzata da una notevole semplicità, per cui il passaggio
delle merci può avvenire in alcuni casi anche direttamente dal produttore al distributore.
I prodotti di largo consumo non hanno il problema del deperimento e hanno solitamente delle
supply chain più complesse. Uno degli obiettivi primari è quindi quello di avere una perfetta
visibilità del prodotto lungo l’intera catena di fornitura. In questo modo è possibile per esempio
effettuare con molta sicurezza delle operazioni complesse come il ritiro della merce difettosa. In
questi casi la possibilità di individuare il singolo oggetto fisico consente di bloccare facilmente
tutti e solo i prodotti che presentano difetti, a vantaggio del consumatore, del produttore e del
distributore .
I prodotti della moda hanno il grosso problema della contraffazione che si traduce in perdita di
immagine e di vendite nel caso in cui i prodotti risultino facilmente imitabili con materiali di
bassa qualità. Le etichette che attestano l’originalità di un capo possono essere facilmente
duplicate; l’inserimento di un transponder le renderebbe invece impossibili da falsificare grazie
all’UId del tag.
I beni durevoli sono spesso molto costosi e hanno per questo il problema del furto. Siccome i
prodotti rubati sono spesso rivenduti attraverso circuiti illegali e qualche volta attraverso gli
stessi circuiti legali, l’inserimento di transponder nei prodotti renderebbe possibile la creazione
di banche dati dei prodotti rubati per poi effettuare controlli sistematici presso privati cittadini
o presso distributori, disincentivando così oltre al furto, l’acquisto di materiale rubato.
Introduzione al mondo RFID
L’elemento principale di un sistema RFID è un dispositivo chiamato transponder comunemente
chiamato TAG;esso può essere in qualsiasi modo collegato ad un oggetto. Un lettore statico o
portatile, detto reader, manda un segnale tramite un campo elettromagnetico generato
attraverso un’antenna. II segnale permette di caricare i componenti interni del transponder che
costituiscono il circuito di alimentazione, e ciò in un tempo brevissimo, dell’ordine di qualche
millesimo di secondo. Il transponder, una volta riconosciuta la correttezza dell’operazione di
interrogazione, invia al reader un segnale contenente il proprio codice di identificazione ed
eventualmente altri dati contenuti all’interno della memoria
Componenti di un transponder
Solitamente un transponder è composto da tre elementi:
II tag; il componente elettronico che ha la funzione intelligente di gestire tutta la parte di
comunicazione e identificazione.
L’antenna; l’apparato che permette al tag di essere alimentato (se non ha già una batteria a
bordo) e di ricevere ed eventualmente trasmettere le comunicazioni con il mondo esterno.
II supporto; la parte di materiale che sostiene e protegge i primi due elementi
Componenti di un reader
Solitamente un reader è composto da due elementi:
L’unità di controllo; un microcalcolatore con un sistema operativo in tempo reale che permette
di gestire: ◊ Le interfacce con le antenne (l’unità di controllo normalmente può gestire da 4 a 8
antenne diverse). ◊ L’interrogazione dei transponder che entrano nel campo d’azione di una
antenna. ◊ Le eventuali collisioni tra i messaggi di risposta dei transponder.◊ L’interfaccia con i
sistemi informativi aziendali.
Le antenne; le reali interfacce fisiche tra l’unità di controllo e i transpondenternet of the Things”,
secondo il quale ogni oggetto al mondo sarà dotato di un transponder.
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