Spolehlivá identifikace kapalin

Pokud je technologie UHF RFID Supermanem, pak voda a kov jsou jejím kryptonitem. Kov blokuje a odráží elektromagnetické vlny, zatímco voda je pohlcuje – obojí brání spolehlivému čtení a zápisu u pasivních UHF štítků. Společnost Merck chtěla zjistit, zda by bylo možné technologii UHF přesto využít ve svém závodě v Darmstadtu k ověřování zásilek na paletách. Společnost, známá zejména díky farmaceutickým přípravkům vyžadujícím intenzivní výzkum, generuje tržby v obchodních segmentech Healthcare, Life Science a Performance Materials. Zejména v segmentu Performance Materials společnost Merck provádí výzkum a vývoj produktů a řešení, pro která není tak dobře známá – která se však nacházejí ve většině domácností. V této obchodní oblasti se vyvíjejí tekuté krystaly nebo OLED materiály pro různé typy displejů, efektní pigmenty pro nátěrové hmoty a kosmetiku či materiály pro polovodičový průmysl.

Díky tomu společnost Merck již řadu let těží z globálního megatrendu digitalizace. V rámci digitalizace vlastních procesů si tým v Darmstadtu položil otázku, do jaké míry lze automatizovat zaznamenávání a ověřování dodávek. V logistice se při řešení této otázky již dlouho nelze obejít bez technologie RFID. Pro delší dosah čtení a souběžné snímání více štítků (tzv. hromadné čtení) je technologií UHF jedinou možností. Tato technologie však může být problematická v případě kapalin a kovů. Ve společnosti Merck hrají důležitou roli jak kapalné materiály, tak kovové nádoby (např. sudy). Společnost proto nejprve musela vybudovat pevný datový základ, na jehož základě by bylo možné rozhodnout, zda lze hromadné čtení pomocí UHF RFID vůbec použít k ověřování jejích konkrétních výrobků a meziproduktů.

Yanick Luca Kleppinger, který v té době pracoval pro společnost Merck jako student v rámci vypracování bakalářské práce, se ve své bakalářské práci zabýval vlivem různých rozpouštědel na hromadnou identifikaci pomocí technologie UHF RFID. V rámci této práce Kleppinger také provedl ověření koncepce, aby posoudil, jak dobře lze pomocí UHF RFID identifikovat různé chemikálie a kontejnery. V testovacím uspořádání pro tuto studii proveditelnosti vyhodnotil tuto technologii na sedmi paletách, které reprezentovaly škálu typů kontejnerů a látek zpracovávaných ve společnosti Merck.

Rozsah testovaných látek a obalů

První tři testovací palety se skládaly z kartonů naplněných skleněnými lahvemi. Lahve na první paletě byly naplněny etanolem, zatímco ty na dalších dvou obsahovaly různá rozpouštědla. Čtvrtá paleta nesla plastové nádoby s etanolem; pátá paleta obsahovala dva kovové sudy o objemu 200 litrů každý. Šestá paleta byla naložena osmi menšími kovovými sudy. Na paletě číslo sedm Kleppinger testoval různé nádoby s prášky, lahvemi, plastovými předměty a kovovými sudy. Účelem této smíšené palety bylo mimo jiné ověřit, zda výsledky čtení zůstanou spolehlivé i v případě, že orientace UHF štítků bude náhodná v důsledku optimalizovaných balicích procesů. Testy s konvenční RFID bránou vypadaly slibně. Při snímání palet s etanolem se však objevily rozdíly ve srovnání s paletami obsahujícími jiná rozpouštědla. Zejména štítky umístěné na vnitřní straně nádob s etanolem nebylo možné spolehlivě nasnímat. Smíšená paleta rovněž představovala pro konvenční RFID bránu výzvu.

Stanice pro ověřování zásilek využívá odrazy vln od kovových stěn

Řešením se stala spolupráce se specialisty na integraci RFID ze společnosti Turck Vilant Systems (TVS): tato dceřiná společnost TURCK má 20 let zkušeností s integrací UHF řešení v celé řadě průmyslových odvětví. Kromě vlastního RFID middlewaru používá TVS hardware, který je pro danou aplikaci nejvhodnější. „Detekce palet s kapalinami v RFID bráně není s konvenční konstrukcí brány možná,“ vzpomíná Robert Paulus, manažer pro rozvoj podnikání ve společnosti TVS, který dohlížel na ověření koncepce ve společnosti Merck. Štítky umístěné uvnitř byly ze všech stran obklopeny kapalinami. Vzhledem k tomu, že ethanol pohlcuje vlny, nejsou štítky uvnitř detekovány. „V podobných aplikacích máme dobré zkušenosti s naší Shipment Verification Station (SVS),“ říká Paulus. SVS je kovová skříň, jejíž tři stěny a strop jsou vybaveny čtecími a zapisovacími hlavami pro pásmo UHF. Paleta s předměty, které mají být identifikovány, se zasune zbývajícím otvorem dovnitř. „V zařízení SVS využíváme toho, jak se vlny odrážejí od kovových stěn; tento efekt lze přirovnat k zrcadlové síni. Elektromagnetické vlny se odrážejí znovu a znovu, což jim umožňuje dosáhnout míst na paletě, kam se běžné RFID brány nedostanou.“

Polarita je rozhodující pro čitelnost 

Testy s prvními třemi paletami ukázaly, že tato tři rozpouštědla reagovala na vlny ultra vysoké frekvence odlišně. Zatímco snímání 120 štítků na paletě s lahvemi s etanolem trvalo až 30 sekund, lahve obsahující jiná rozpouštědla bylo možné načíst během dvou sekund. Tagy na lahvích byly načteny téměř stejně rychle jako ty na kartonech, což znamenalo, že rozdíl musel spočívat ve vlastnostech samotných rozpouštědel. Dosud se v odborné literatuře uvádělo pouze to, že kapaliny mají tlumící účinek na elektromagnetické vlny. Ačkoli měly všechny tři kapaliny podobnou viskozitu, výrazně se lišily ve svých tlumicích vlastnostech. Kleppinger proto hledal další molekulární vlastnost, která by tato tři rozpouštědla odlišovala. Podle výsledků jeho výzkumu byl rozhodujícím faktorem polarita látek; pokud tento poznatek potvrdí další testy, znamenalo by to nový milník ve výzkumu toho, jak kapaliny ovlivňují čitelnost pomocí UHF RFID.

Výběr a umístění značek jsou klíčové

Kromě výše uvedených faktorů závisí úspěšné výsledky čtení také na výběru správného štítku. Společnost Turck Vilant Systems poskytla podporu při tomto výběru i při určování optimálního umístění štítků na lahvích, sudech nebo kartonech. Při testu čtvrté palety s plastovými nádobami na ethanol bylo klíčem k dobrým výsledkům čtení umístění štítků nad hladinou etanolu. Díky tomu bylo možné všech 21 štítků načíst během dvou sekund. Štítky navíc nesmí být zakryty kovovými předměty.

„On-metal tagy“ využívají kov jako anténu

Při testování štítků na kovových sudech nebyla poloha štítků tak kritická. Byly použity speciální štítky typu „on-metal“, které využívají kovový sud jako prodloužení své antény. Všech devět štítků na paletě bylo načteno během dvou sekund. Tento výsledek potvrdil i test s jedenácti menšími sudy. Obecně platí, že při všech operacích čtení by měly být štítky orientovány co nejrovnoměrněji stejným směrem.

Smíšená paleta s neorientovanými štítky

Na smíšené paletě naložené sudy, plastovými nádobami, kartony a lahvemi nebylo možné zajistit jednotnou orientaci štítků. Malé plastové předměty, které se automaticky balí do kartonů, se uvnitř krabic rozptýlí do všech směrů. Výsledky čtení systému SVS byly přesto plně dostačující a vhodné pro daný proces. Všech 82 štítků bylo detekováno během dvou sekund, a to i přes jejich libovolnou orientaci.

Ověření koncepce bylo úspěšně dokončeno

„Po našich počátečních testovacích sestavách a poznatcích, které jsme z nich získali, jsme byli velmi skeptičtí ohledně možnosti zaznamenávat určité produkty,“ říká Kleppinger. „Díky ověření koncepce, které jsme provedli ve spolupráci se společností Turck Vilant Systems, nyní víme, že i u náročných produktů lze pomocí správné metody zajistit spolehlivé a konzistentní zaznamenávání.“

Díky čtecímu systému, jako je například Shipment Verification Station, lze testované palety obsahující všechny zkoumané látky spolehlivě používat ve společnosti Merck k ověřování zásilek v logistických procesech, a to s velmi dobrými až přijatelnými časy čtení. I u nejnáročnější látky, jakou je ethanol, mohou metody hromadného čtení poskytovat přesvědčivé výsledky s dobou čtení až 30 sekund. Kovové kontejnery rovněž nepředstavují problém, pokud se používají vhodné štítky určené pro čtení na kovu.

Stručně řečeno, práce Kleppingera – včetně ověření koncepce – nejen prokázala praktickou proveditelnost identifikace pomocí RF v procesech společnosti Merck, ale také odhalila, že výsledek čtení RFID závisí na polaritě kapalin. Tento poznatek by měl být zohledněn při budoucích hodnoceních aplikací UHF RFID, které zahrnují kapaliny. Ne každá bakalářská práce se může pochlubit takovým dopadem.

Zákazník | www.merckgroup.com