¿Qué es RFID?

IDentificación por Radio Frecuencia: es una tecnología que permite la captura automática de datos identificando objetos mediante el uso de ondas de radio frecuencia.

Un sistema de RFID está constituido por varios componentes:

1. Frecuencias de operación
2. Tags
3. Lectores
4. Antenas
5. MiddlewareImpresoras

Como ha sucedido con la radio, la televisión y las computadoras, la tecnología de identificación por radiofrecuencia (RFID) ha sido utilizada modestamente durante los últimos treinta años. En la actualidad, la implementación de la tecnología de RFID a nivel de consumo masivo y en la cadena de abastecimientos, nos pone al frente de una nueva revolución tecnológica que afectará la forma en que las compañías desarrollarán sus negocios.

Imagine cómo administraría su negocio si contara con información en tiempo real acerca de la ubicación de sus productos a lo largo de la cadena de abastecimiento y si pudiera saber que clientes los están comprando y cuándo.

Optimización de la disponibilidad del producto en góndola a nivel de consumo masivo, visibilidad absoluta y precisa acerca de los inventarios y mayor eficiencia en la manipulación de materiales son algunos de los principales beneficios que se desprenden del uso de esta tecnología.

Los costos de la tecnología han comenzado a reducirse y los estándares ya se encuentran disponibles; sin lugar a dudas la tecnología RFID tendrá un impacto mucho más profundo que el generado por la introducción del código de barras en los años ´80.

Para alcanzar el éxito en un entorno hipercompetitivo como el actual, fabricantes, mayoristas y minoristas deben administrar efectivamente el nivel de los inventarios, el procesamiento de ordenes y el servicio al cliente.

Un sistema de RFID está constituido por cuatro componentes principales:

1. 1. Tags
2. 2. Lectores
3. 3. Antenas
4. 4. Host (sistema central)

Un Tag RFID está compuesto por una antena y un microchip.

El lector permite leer y escribir la información almacenada en el Tag.

Para obtener respuesta de una etiqueta RFID, el lector emite una onda de radio. Cuando el tag se encuentra dentro del rango del lector, le responde identificándose a sí mismo.

Los Tags pueden leerse a distancia sin contacto físico o línea de vista con el lector.

El código de barras ha sido el principal medio de identificación y ha probado ser muy efectivo. no obstante tiene sus limitaciones. Qué ventajas y desventajas presenta respecto de RFID?

Durante los últimos 25 años el código de barras ha sido el principal medio de identificación automática de productos en la cadena de abastecimiento.

Las atribuciones claves a ser consideradas cuando se compara RFID con el código de barras giran entorno de la capacidad de legibilidad, la rapidez en la lectura, la durabilidad de la etiqueta, la cantidad de información, la flexibilidad de la información, los costos de la tecnología y los estándares.

Una migración hacia RFID involucra un conjunto de consideraciones, siendo una de las principales si el código de barras debe ser complementario o si será reemplazado definitivamente.

Método de Lectura

Los lectores ópticos de código de barra requieren una verificación visual directa. El lector indica cuándo obtiene una buena lectura dentro de su rango, y una mala lectura es inmediatamente asociada con una etiqueta y un ítem específicos. Este tipo de relaciones es establecida uno a uno.

La lectura por RFID no requiere línea de visión para obtener la información de la etiqueta. La señal de la frecuencia de radio (RF) es capaz de viajar a través de la mayoría de los materiales. Esto es particularmente ventajoso en las operaciones de recepción de mercaderías en depósitos y en aplicaciones donde la información debe ser recolectada a partir de ítems que tengan una orientación heterogénea.

Un lector RFID es capaz de distinguir e interactuar con una etiqueta individual a pesar de que múltiples etiquetas se encuentren dentro del rango de lectura dado. No obstante, la discriminación de etiquetas no provee la ubicación física absoluta de un ítem que sí ofrece el código de barras cuando el objetivo es un punto específico en la línea de empaque. Los tags que no responden por una razón u otra requieren de una búsqueda manual y un paso de verificación, o en su defecto el desvío del pallet entero para realizar un análisis de las causas.

Velocidad de Lectura

Las etiquetas RFID pueden ser leídas más rápidamente que las etiquetas de código de barras en grados teóricos de 1.000 por segundo o más. Esto supera ampliamente la velocidad de lectura a nivel de cada unidad que posee el código de barras.

La velocidad de RFID tiene gran valor en las aplicaciones de recepción y despacho de mercaderías en grandes volúmenes, donde un elevado número de ítems necesitan ser contabilizados con rapidez. Por ejemplo, cuando se recibe un pallet de cajas etiquetadas en un depósito, un lector RFID puede identificar potencialmente todas las cajas sin tener
que desconsolidar el pallet y escanear cada una individualmente.

Durabilidad

Para mayor protección, las etiquetas RFID pueden ser insertadas en sustratos de plástico duro u otros materiales. A pesar de que son significativamente más duraderas que las etiquetas de papel de código de barra, ambas dependen del adhesivo que
las mantiene intactas y pegadas a un ítem. La naturaleza de las etiquetas RFID les permite perdurar más que las de código de barras.

El talón de Aquiles de una etiqueta RFID es el punto de unión de la antena con el chip. Un corte que dañe el punto de unión inutilizará la etiqueta, mientras que el código de barras sólo sería levemente degradado.

Almacenamiento de Datos

El código UPC identifica la clasificación de un ítem genérico, pero EPC permite identificar un ítem en forma individual a través de un número serial asignado. Los tags RFID de alto valor contendrán varios kilobites de memoria (miles de caracteres). Este incremento de información en la capacidad de almacenamiento de datos crea una base de datos de información portátil, permitiendo que un gran número de productos sean rastreados, con datos como la fecha de manufactura, el tiempo insumido en tránsito, su ubicación en el centro de distribución o la fecha de vencimiento del ítem.

Flexibilidad de Información

Con respecto a la información dinámica, las etiquetas RFID son capaces de realizar operaciones de lectura y escritura, permitiendo la actualización de información en tiempo real de un ítem que se mueve a lo largo de la cadena de abastecimiento.

Redundancia de Información

Las etiquetas RFID retienen información en forma cautiva, ofreciéndola únicamente a través de un lector seteado para recibir esos datos. La integridad del sistema no es lineal (se puede aceptar o rechazar lo que el lector transmite). Los códigos de barra, por otro lado, tienen usualmente un formato de legibilidad de caracteres humanos adjuntos. Esto permite una recuperación directa en caso de que el código de barras falle al leer. La combinación de etiquetas RFID conteniendo código de barras y caracteres humanamente legibles ofrece la mejor alternativa de redundancia e integridad de la información.

Seguridad

Algunas etiquetas RFID soportan la combinación de palabras claves que pueden hacerlas ilegibles para los sistemas de lectura que no usan las claves de acceso del código EPC.

Costo

RFID requiere inversiones en capital. Los principales costos están representados por el equipamiento (impresoras, lectores, antenas y tags) y por los servicios profesionales (relevamientos, ingeniería de proyectos, instalación y puesta en marcha, capacitación de los usuarios). Un retorno en la inversión justificaría la tecnología RFID frente el riesgo de perder a un cliente importante como Wal-Mart, Target o el Departamento de Defensa.

Es recomendable adoptar un acercamiento pragmático, a partir de un reducido nivel de inversión que le permita adquirir conocimiento y experiencia sobre la tecnología.

Existen actualmente diversos sistemas de RFID operando en distintas frecuencias, cada una de ellas presenta ventajas y desventajas para cada aplicación.

Baja Frecuencia (LF)

Operan normalmente en 125KHz. Su velocidad de comunicación es baja, su rango máximo de lectura es de aproximadamente 50cm. La utilización más frecuente es en garajes o tarjetas para control de acceso.

Alta Frecuencia (HF)

Operan normalmente en 13.56MHz. Su velocidad de comunicación es aceptable para sistemas estáticos o de baja velocidad, su rango máximo de lectura es de aproximadamente 1 metro. La utilización más frecuente es en librerías y en sistemas hospitalarios.

Ultra Alta Frecuencia (UHF)

Operan normalmente entre 868 y 928 MHz. Su velocidad de comunicación es 1200 tags por segundo, su rango máximo de lectura es de hasta 9 metros. El principal inconveniente es la interferencia provocada por metales y líquidos.

La utilización más frecuente es en la cadena de suministro, identificación de pallets, equipajes.

El lector mediante sus antenas envía información digital codificada en ondas de radiofrecuencia para poder obtener la información almacenada en los tags que se encuentren dentro de su rango de lectura. Todos los lectores tienen la capacidad de lectura y escritura.  

El lector utiliza su antena para enviar información digital codificada a través de ondas de radiofrecuencia. Un circuito receptor en la etiqueta es capaz de detectar el campo modulado, decodificar la información y usar su propia antena para enviar una señal más débil a modo de respuesta.

Los lectores RFID se encuentran disponibles para realizar lecturas móviles con un operador, montados en un autoelevador o instalados en forma fija. En un centro de distribución típico, uno o más lectores con un par de antenas serían configurados en los docks de carga y descarga para identificar el paso de tags entre ellos. Tal configuración es denominada “portal”. Los portales están localizados en las puertas de recepción de mercadería, en las líneas de producción y empaque y en las puertas de despacho de producto terminado.

Los lectores portátiles o de autoelevadores pueden ser utilizados para leer las etiquetas que no son despachadas a través del portal o para localizar productos en el centro de distribución.

Debido a que una gran cantidad de etiquetas podrían encontrarse en presencia de un lector, los lectores deben ser capaces de recibir y administrar varias respuestas al mismo tiempo (potencialmente cientos por segundo). La capacidad de gestionar una gran cantidad de etiquetas es utilizada para permitir que las etiquetas sean identificadas y seleccionadas individualmente.

El lector puede instruir algunos tags para que se enciendan y otros para que se apaguen con el objetivo de suprimir las interferencias. Una vez que el tag es seleccionado, el lector está habilitado para realizar un número de operaciones tales como leer su número de identificación o escribir información en la etiqueta, dependiendo de la aplicación. Luego el lector procede, a través de una lista, a reunir información de todas las etiquetas.

Las antenas del lector son el componente más sensible de un sistema RFID.

La mayoría de las antenas están alojadas en recintos que son fáciles de montar y suelen verse como racks protegidos. 

Variar la ubicación de la antena del lector es una de las formas más fáciles de ajuste cuando se localizan y solucionan problemas de un sistema, y al mismo tiempo resulta una de las tareas más difíciles de llevar a cabo en forma correcta.

La antena del lector debe ser colocada en una posición donde, tanto la transmisión de energía hacia la etiqueta, como la recepción de los datos emitidos sean óptimas. Debido a que existen regulaciones gubernamentales que limitan el nivel de potencia de un lector, la ubicación de las antenas es vital para alcanzar un alto grado de lectura.

Hay tres características de las antenas que contribuyen a la legibilidad de la etiqueta.

Patrón: Se refiere al campo de energía tridimensional creado por la antena. Esto es también conocido como el área de lectura.

Ganancia y atenuación: La ganancia de la antena de un lector es fijada en relación a las regulaciones gubernamentales. No obstante, la señal puede reducirse o atenuarse para limitar el rango de lectura de la etiqueta o para dirigirla sólo a las etiquetas que uno desea leer.

Polarización: Se refiere a la orientación de la transmisión del campo electromagnético.

En general las antenas lineales proveen un rango de lectura más extenso, pero son más sensibles a la orientación de la etiqueta. Habitualmente son utilizadas en aplicaciones de lectura automática montadas sobre una cinta transportadora. En este caso, las etiquetas se aplicarían en envases con una orientación constante para maximizar su legibilidad.

La polarización circular es creada por una antena diseñada para irradiar energía RF en diferentes direcciones simultáneamente. La antena ofrece mayor tolerancia a distintas orientaciones de la etiqueta y una mejor habilidad para evitar obstrucciones. Estas virtudes implican, a su vez, la reducción del rango y el foco de lectura.

Las antenas UHF se encuentran habitualmente montadas y conectadas en forma externa a un lector a través de un cable coaxial combinado. Una o más antenas pueden ser conectadas a un lector, dependiendo de los requerimientos de cada aplicación.

La antena es seleccionada basándose en la frecuencia y la aplicación específica (omni-direccional, direccional, etc.). La pérdida de sintonía o la debilitación de la señal puede ocurrir debido a los siguientes factores:

• Pérdidas debido a la proximidad de metales o líquidos
• Pérdida del cableado de la antena
• Perdida de la señal 
• Proximidad con otros lectores / antenas
• Variaciones ambientales
• Interferencia desde otras fuentes RF
• Campos de corriente
• Refracción de la señal
• Diálogos cruzados

Algunos de estos efectos pueden ser compensados a través de la sintonía dinámica (circuitos en el lector que trabajan con retroalimentación de la antena). En la mayoría de los casos, la ubicación de la antena no es una ciencia exacta y son requeridos ajustes especiales para alcanzar rangos de lectura óptimos.

Un Tag está compuesto por un chip y una antena. A pesar que los chips son muy pequeños, las antenas no lo son. Necesitan ser lo suficientemente grandes como para captar la señal emitida por el lector.  

Un Tag tiene la capacidad de almacenar tanto la información de identificación como información adicional (fotos, descripciones, fechas de vencimiento, etc.)

La información contenida en un tag puede ser actualizada.

Las antenas pueden ser fabricadas de aluminio, cobre u otros materiales y son creadas por técnicas de disposición de materiales similares a la inyección de tinta sobre una hoja. La cantidad de material conductivo utilizado y el tamaño de la antena determinan la sensibilidad de una etiqueta.

La sensibilidad del tag es crucial para obtener buenos rangos de lectura y minimizar la influencia de los materiales a los que son aplicadas las etiquetas inteligentes.

Las etiquetas están disponibles actualmente en cantidades industriales con varios formatos: como inlays puros, inlays con adhesivo de respaldo, insertados en etiquetas sin impresión o como productos convertidos, donde la etiqueta está encapsulada dentro de plástico, caucho u otro material diseñado a medida, ya sea moldeado o laminado.

El diseño de la etiqueta, su ubicación, la orientación de las cajas, y la ubicación del lector, juegan un rol fundamental en la obtención de una tasa de lectura confiable. Las antenas de las etiquetas pueden ser diseñadas en una gran variedad de configuraciones para lograr distintos rendimientos.

Las antenas de las etiquetas están diseñadas para soportar un amplio rango de condiciones. Las antenas de dos dipolos son menos sensibles a la orientación física de la fuente que las de un solo dipolo. Otras etiquetas están diseñadas para un rango de condiciones específicas, como la legibilidad cercana a metales.

Las antenas de las etiquetas pueden ser también optimizadas para ser leidas por un tipo específico de lector, o con una antena ubicada en una posición particular. A medida que los estándares se adopten y crezca el nivel de utilización, existirán diversos proveedores alternativos de tags y etiquetas a menores costos en función de un mayor volumen de producción.

Actualmente la demanda esperada de etiquetas RFID es enorme, considerando que sólo Wal-Mart estima un volumen de consumo anual para cajas / pallets superior a los 8 billones de unidades.

Tags Activos vs. Tags Pasivos

Las etiquetas RFID activas poseen su propia fuente de poder. Una batería incorporada energiza el microchip y el transmisor.

Las etiquetas activas pueden recibir y transmitir señales a largas distancias.

Las etiquetas pasivas no poseen batería, utilizan la energía del lector. Cuando el tag recibe la señal del lector, utiliza la energía recibida para responderle al lector con la información solicitada.

Las etiquetas pasivas son menores en tamaño, más livianas y tienen una mayor vida útil.

EVOLUCIÓN DE LOS DISTINTOS TIPOS DE TAGS

GENERACIÓN 1

Las especificaciones de RFID cubren ambos aspectos de la transmisión de datos vía radiofrecuencia: cómo se comunican las etiquetas, y la técnica de programación utilizada para almacenar y leer datos.

Al adoptar los diseños existentes en el mercado (Clase 0 de Symbol Technologies y Clase 1 de Alien Technology, líderes en la industria de cadena de abastecimiento) pudo iniciarse la implementación de la tecnología, probar el valor de la misma, y adquirir el conocimiento necesario para optimizarlo.

EPC Global ha apoyado durante los últimos años la implementación inicial de un conjunto de estándares conocidos como “Generación 1”.

Los tags que se encuentran actualmente certificados por EPC Global para su uso en la cadena de abastecimiento, se describen a continuación:

Clase 0: Pasiva, basada en UHF y programada en el fabricante. Es la clase más simple de etiquetas RFID. Al contar con los números identificatorios preprogramados en las etiquetas, éstas son arbitrariamente asociadas a cajas y pallets a través de una aplicación en la etapa de empaque. La Clase 0 ha sido aprobada por Wal-Mart para la identificación de cajas y pallets.

Categoría 0+: Basada en las características de la Clase 0, pero con la capacidad de ser programada (lectura y escritura múltiple). Esta categoría es aceptada por Wal-Mart y el Departamento de Defensa de los Estados Unidos, entre otros.

Clase 1: Pasiva basada en UHF o HF (900MHz/13.56 MHz) y programable. La versión UHF es aceptada por Wal-Mart y el Departamento de Defensa de los Estados Unidos, entre otros.

GENERACIÓN 2

 Las etiquetas clase 0 y clase 1, las cuales tienden a ser utilizadas en aplicaciones similares en la cadena de abastecimiento, no cumplen actualmente con la interoperabilidad de marcas. La generación que reemplaza las etiquetas clase 0 y clase 1 es la Generación 2. Esto marca el comienzo de un estándar de tags RFID pasivos unificado para las aplicaciones de la cadena de abastecimiento. Las etiquetas que utilizan el estándar de Generación 2 están disponibles desde fines del 2006.

Las impresoras se encargan de grabar la información en el tag como también el texto o código de barras que puede ir impreso en la misma etiqueta.  

Las impresoras no sólo graban la información sino que también verifican la misma mediante una lectura.

Las etiquetas pasivas programables no tienen previsto almacenar información desde su origen, sino que requieren del proceso de codificación para ser utilizadas. La codificación puede ser realizada por un lector que se encuentre dentro de una impresora RFID o cualquier lector externo preparado para realizar esa tarea.

Grabar información en una etiqueta es más parecido a imprimir un código de barras que a leer una etiqueta, a pesar de que ambas acciones son realizadas por un lector RFID.

Validación y Verificación

Con la validación creada dentro del equipamiento de impresión, se puede correlacionar el 100 por ciento de las lecturas de código de barras con el 100 por ciento de las lecturas RFID cruzando la información. Sin intervención manual, el sistema será capaz de revisar cada etiqueta contra la base de datos para verificar que lo que se lee en la etiqueta es lo que efectivamente se debería leer. Si existe alguna discrepancia, la impresora RFID inmediatamente
guardará la información, cancelará y marcará la etiqueta, imprimiendo un reemplazo correcto.

Este control de calidad (“leer antes de imprimir”) es diseñado para eliminar por completo cualquier etiqueta defectuosa de la cadena de abastecimiento. Estos controles evitan demoras, minimizando el costo de la mano de obra y reduciendo las multas generadas por etiquetas no leídas.

El Middleware es un software de conectividad que ofrece un conjunto de servicios que hacen posible el funcionamiento de aplicaciones distribuidas sobre plataformas heterogéneas.  

Un gran número de industrias utiliza hardware, equipamiento y dispositivos en la operación de su negocio. Este equipamiento debe ser integrado de alguna manera a los sistemas que implementan y administran los procesos de la organización. El middleware es quien integra el hardware RFID con los sistemas centrales. El mayor énfasis debe ubicarse en la automatización de procesos discretos y continuos, en donde los lectores RFID deben estar conectados con el sistema legacy a través de la captura de datos desde los códigos de barra y RFID.

El middleware RFID debe permitir configurar, monitorear, implementar y emitir comandos directamente a los lectores a través de una interfase común. Por ejemplo, los usuarios deben ser capaces de indicarle a un lector cuándo «apagarse».

En algunos casos, los proveedores de middleware ofrecen características plug-and-play que le permiten a los usuarios dinámicamente detectar la presencia de un lector y conectarlos sin necesidad de realizar ningún tipo de programación especial. También es importante la integración con otras tecnologías como sensores y dispositivos biométricos.

Data management. Una vez que el middleware RFID captura el código EPC desde el lector, debe ser capaz de filtralo inteligentemente y derivarlo al destino correcto. Esta capacidad debería incluir tanto lógica de bajo nivel como filtrado de lecturas duplicados cuanto algoritmos más complejos como enrutamiento basado en contenido.

Integración de aplicaciones. El middleware RFID debe proveer la mensajería, enrutamiento y características de conectividad necesarias para integrar los datos RFID con las aplicaciones SCM, ERP, WMS o CRM, idealmente a través de arquitectura orientada a servicios (SOA). También debería proveer librerías de adaptadores para las aplicaciónes WMS y SCM más populares como SAP o Manhatta Associates, así como también APIs y adaptadores para ser utilizados con tecnologías estándar como JMS, XML y SOAP para integrarse con aplicaciones de terceras partes.

Integración con socios de negocio. Algunos de los beneficios más promisorios de RFID se alcanzarán cuando se comparta información entre partners para mejorar procesos colaborativos como pronóstico de demanda o inventario. Esto signifca que el middleware RIFD debe proveer aspectos de integración B2B como administración de perfiles de partners, soporte para protocolos B2B e integración con la red ECPglobal, mayoritariamente operada por Verisign.

RTLS es el uso de la tecnología RFID activa para localizar la ubicación específica de un producto con tag. Existen muchas maneras de lograrlo, pero todas se centran en un enfoque común: la triangulación.

Triangulación implica la medición de la distancia de un tag desde tres puntos de acceso situados en un área específica. En primer lugar, una señal es enviada desde el tag a un punto de acceso. Luego, la distancia se calcula a partir del tiempo que demora la señal en recorrer esa distancia. Conocer la distancia respecto de tres puntos conocidos le permite triangular su posición con excelentes niveles de precisión. RTLS se utiliza para el rastreo de productos de alto valor, tales como vehículos, contenedores, equipamiento medico y otros activos. 
 
A pesar de todas sus ventajas, los Real-Time Location Systems no son fáciles de aplicar. El reto consiste en el control de diversas anomalías RF que pueden sesgar las mediciones. reflexiones, refracciones, absorción, y otros tipos de interferencia pueden distorsionar todo el cálculo tiempo/distancia necesario para el correcto funcionamiento de un sistema RTLS. Como resultado, la mayoría de las empresas RTLS certifican una precisión de sólo 7 a 15 pies. Por el costo del tag activo y las configuraciones de los puntos de acceso RTLS puede resultar una herramienta costosa.

Al igual que cualquier otra tecnología, debe hacerse un adecuado análisis costo-beneficio para garantizar que los beneficios justifiquen los costos involucrados