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射頻技術的應用存在哪些問題?

射頻識別(RFID)技術是壹種基於無線技術的自動識別和數據采集技術,其應用始於二戰期間對友軍飛機的識別。隨著計算機信息技術和超大規模集成電路技術的成熟和發展,射頻識別技術在各個領域發展迅速。特別是在物流領域,沃爾瑪、麥德龍等商業零售巨頭和美國國防部等軍事機構將其作為提升物流能力的助推器,引起了廣泛關註和全面研究,射頻識別技術也日趨實用化和規模化。

在軍事物流領域,美國國防部總結了海灣戰爭中物資保障的經驗教訓,認為掌握物資在供應鏈各環節的位置、數量和狀態,對供應保障能力有著極其重要的影響。在其隨後提出的新時期後勤戰略轉型六大目標之壹的“聯合總資產可見性”計劃中,RFID技術作為重要的壹部分被納入其中,並被認為是壹種後勤轉型工具,可以對供應鏈實施有價值的洞察,確保軍隊隨時做好戰鬥準備。美國國防部不斷加大對射頻識別技術的研究和投入。2004年8月,美國國防部常務副部長Michael Winnie簽署了使用射頻識別技術的政策。2005年3月,美國國防後勤局官網宣布研制出第三代射頻識別標簽,並命名為“具有衛星通信功能的第三代射頻識別系統”(3CRF IDW/SATCOM)。根據2006年3月美國電子工程專輯報道,以色列軍隊已經與美國Savi公司合作完成了壹系列RFID技術評估。自2006年以來,以色列軍方使用了薩維公司開發的無線RFID技術,成為繼美軍之後第二支采用該技術管理後勤供應的軍隊。

1射頻識別技術在軍事物流領域的主要應用

在美國國防部發布的關於射頻標簽使用的政策文件中,要求從2004年6月65438+10月1日起與國防部簽訂的所有供貨合同都要有關於射頻標簽使用的明確條款。壹些軍用物資,如服裝、獨立設備和工具、個人物品、武器系統維修零部件等。,2005年6月65438+10月1日之後發貨的必須使用軍用UID識別碼、UHF 860MHz至960MHz頻段以及包裝和托盤上最小讀取範圍為3米的無源標簽。從2007年6月5438+10月1起,所有寄往國防部各地的物品都必須貼上射頻標簽,並規定所有貨運集裝箱,包括6至12米的海運集裝箱和大型空運貨盤,都必須貼上包含集裝箱內貨物內容的活動標簽。國防部後勤局已在加州和賓夕法尼亞州的戰略配送中心及其在全球貨物配送中的重要轉運節點安裝了射頻閱讀器和支持系統。

目前,射頻識別技術在軍事物流領域的應用主要集中在對裝備物資在運輸、倉儲管理過程中的位置和狀態的監控,以及特定物品的查找和分發。

(1)在途設備和材料的可視化管理。即在裝載大型設備和集裝箱的集裝箱或拖車上安裝射頻標簽,在運輸起點、目的地、中轉站等各個節點上配置固定式或手持式射頻閱讀器和後臺計算機系統。當帶有射頻標簽的集裝箱或運輸車輛經過時,射頻閱讀器讀取存儲在射頻標簽中的信息,並傳送到後臺計算機系統進行存儲和顯示。如果需要,射頻閱讀器也可以根據指令更新射頻標簽上的內容。計算機系統通過有線、無線網絡或通信衛星將設備和材料的信息傳輸到上級中央數據庫。通過這個數據庫,各級後勤人員和相關單位可以及時獲得所有在途物資的位置、數量變化、貨損、補充變化等信息。

美軍所屬的在途貨物可視化系統在美國、歐洲司令部和太平洋司令部都有區域服務器,與美國的壹個在途資產可視化服務器相連,作為“聯合總資產可視化”的數據源。在物資運輸過程中,物流人員可以使用銥星衛星終端作為調制解調器,在無法進行區域連接傳輸數據的途中,將托盤和集裝箱數據傳輸到資產可視化服務器。使用互聯網或其私人軍事網絡的美國軍事人員可以使用“聯合資產可視化”系統來跟蹤和確定某個項目的位置。

目前,美軍已決定使用RFID技術跟蹤其物資供應鏈中六個級別或產品的運輸位置,即:1級別——產品本身;第二層-薄膜氣泡包裝;第三層——紙箱、盒子;第4層-倉庫托盤和纖維包裝;第5級-貨物集裝箱或463磅托盤;第6層-卡車、輪船或飛機。

(2)材料裝配區的倉庫管理。射頻識別(RFID)技術不僅用於跟蹤貨物在運輸途中的位置、數量和狀況,而且在物資集結區的臨時現場貨場和各種永久性貨倉的倉儲管理中發揮著重要作用。在臨時場地貨場和各種永久性倉庫中,在物料轉移、配載和分發、重新包裝、貨架管理等方面。,射頻識別技術也能發揮其記錄信息、識別商品的功能,具有比光學讀取條形碼距離更遠、操作更簡單的優勢。

(3)專項搜索系統。在臨時貨物集散地或普通倉庫,需要查找物品時,操作人員啟動手持射頻閱讀器發射射頻電磁波激活標簽,安裝在集裝箱或托盤上的射頻標簽會做出響應,發出蜂鳴聲或閃光提醒物品所在位置,同時將物品信息反饋給射頻閱讀器,操作人員通過聲、光找到集裝箱。如果聲光提示失敗,或者不適合聲光提示的場合(比如嘈雜的環境或者聲光控制),也可以通過手持射頻閱讀器內置的定位裝置來查找。

(4)物品分配裝置。射頻識別設備還可以用於個人物品和日常用品的配送管理。過去,美國軍方使用條形碼技術分發服裝,服裝公司在需要分發的制服和作訓服上貼上條形碼,並發送到征兵中心或營地。新兵試穿時,管理人員用掃描儀掃描標簽,將適合新兵的作訓服尺寸、顏色、款式等信息輸入電腦。計算機將信息傳送到國防人事保障中心,然後從該中心傳送到服裝公司以制定生產計劃。當射頻識別技術應用於服裝、藥品等物品的配送時,以前需要分多步完成的程序可以壹次完成,不僅節省了人力,還提高了效率。

射頻識別技術在軍事物流領域的應用,有效提高了保障效率,提升了物資跟蹤、庫存管理能力和勞動生產率,大大減少了物資的重復申請和損耗,優化了內部業務流程。據美國國防部估算,采用RFID技術後,每年可節省超過6543.8+億美元的物流運營成本,並可在內部調劑使用價值6543.8+億美元的庫存物資,從而大大節省采購成本、運輸成本和維護成本。以軍還表示,RFID技術的使用大大降低了以軍的後勤補給成本,實現了裝備物資補給的全程跟蹤。

2射頻識別技術在軍事物流中的應用

從公開數據分析,RFID技術在提高物流效率方面發揮了重要作用,可以提高工作能力,優化流程,節省人力物力。然而,隨著射頻識別技術在實踐中應用的深入,壹些問題也逐漸暴露出來。沃爾瑪采用RFID的計劃從最初的1,2005年推遲到2005年中期,最後只要求供應商在65%的產品上貼上電子標簽。積極推動RFID技術應用的美國國防部也面臨著缺乏詳細可行的發展戰略、系統集成困難、投資效益不明等各種問題,導致美國各軍種在不同場合表達了對投資回報的擔憂,不願意為RFID項目提供資金支持。與此同時,不斷暴露出來的RFID可靠性、系統集成、技術本身成熟度等問題都證明RFID技術的應用之路並不平坦。在軍事物流領域,從標簽失效到溫濕度等外界環境使標簽不可讀,再到射頻幹擾,射頻技術的應用還有很多亟待解決的技術問題。這些問題的解決將直接影響RFID技術在軍事物流領域的全面應用。

(1)標簽問題。RFID有源標簽的性能、可靠性和制造技術相對成熟,但由於其價值較高,應用範圍受到限制。無源標簽的成本相對較低,但其性能和可靠性有待提高。有源標簽的體積和電池的容量是用戶關心的問題。在無源標簽中使用的基底的適用性、強度和成本之間仍然存在權衡。根據2005年某研究機構對被動標簽供應商的調查,30%的標簽在粘貼過程中受損,10%-15%在印刷過程中受損。被動標簽的閱讀率壹直困擾著用戶。美國空軍2005年2月的壹份簡報顯示,無源標簽的閱讀率壹度達到32%-65%。美國聯邦審計局2005年的壹份報告指出,標簽之間的間隙和標簽的高速移動會使標簽不可讀。安裝或粘貼標簽的容器的材質和形狀、包裝方式和粘貼標簽的位置也會影響標簽的正確閱讀。美國海軍測試表明,貼在裝有液體內容物的包裝上的標簽也會導致讀數錯誤。美國國防部在給55加侖金屬桶貼標簽時遇到了麻煩。對於壹些用金屬材料包裝的產品,標簽位置不當會因為金屬的反光而引起誤解。即使考慮到標簽位置和貨物擺放的影響,美國國防部2005年對無源標簽的測試也只取得了90%左右的讀取率。這個讀取率對於RFID標簽在軍用供應鏈的全面推廣來說也太低了。

(2)頻率的選擇和使用。RFID系統的頻率將直接影響系統的讀寫距離、實施標準和兼容性。在物流領域,通常采用433MHz、915MHz、13.56MHz的UHF系統和HF系統。在UHF系統中,有源標簽的讀寫距離可達100米,無源標簽的讀寫距離約為三到四米。高頻系統的讀寫距離壹般是幾十厘米。到目前為止,RFID還沒有壹個全球公認的頻率。美國對UHF系統的RFID開放了902MHz-928MHz,而歐洲對應的允許頻段是865MHz-868MHz。日本將原本用於GSM手機的950-956MHz分配給了RFID。中國RFID頻段劃分尚不明確。頻率的不確定性給射頻識別技術的軍事物流應用規劃和軍民物流壹體化建設帶來了諸多變數。

(3)射頻閱讀器的功率問題。在美國,UHF系統閱讀器的有效輻射功率(ERP)為4w,無源標簽可在3-4米內讀取。歐洲規定ERP不超過500mw,無源標簽的讀取距離只有1米以內。不同功率的射頻識讀設備給運輸途中、物資臨時集結區、倉庫的射頻識讀設備的安裝和運行方式帶來了問題。同時,過高的發射功率也會影響其他無線設備的工作,形成相互幹擾。在狹小的工作環境中,幾個大功率的閱讀器同時工作,相互之間的影響是不可避免的。如何確定射頻閱讀器的發射功率既能滿足應用的需要,又能滿足無線設備管理的要求,對於具體的應用背景還需要大量的實驗研究。

(4)復雜電磁環境下的抗幹擾。信息戰最突出的變化是使復雜的電磁環境從傳統的戰場環境要素中脫穎而出。在相對狹小的戰場空間內,聚集了種類繁多的信息系統和電子設備,大量的電磁輻射相互幹擾。此外,敵對雙方使用的電磁對抗手段,其電磁環境的復雜性也不可低估。描述電磁環境復雜性的主要因素是電磁輻射的強度和密度,如背景噪聲的強度、頻譜的占用、輻射源的數量等。在實際戰場的電磁環境中,有很多難以確定的幹擾源,包括我國的各種通信設備、敵方的電子壓制和攻擊、民用電子設備無意的電磁幹擾、自然產生的電磁輻射等。電磁輻射在空間、時間、頻譜、功率上有重疊,變化快,難以把握。沒有真實的場景,很難體會到電磁輻射對電子設備正常工作的影響。對於充其量只有毫瓦發射功率的射頻識讀設備,面對幾十瓦、幾百瓦的大功率通信設備,其工作可靠性值得探討。在射頻識別系統在軍事物流領域的應用中,抵抗復雜電磁環境的幹擾也是必須解決的問題。

(5)信息安全。基於RFID系統的無線電信號是以壹種“開放”的方式發射和接收的,無線電波本身無法確定敵友。我們利用RFID傳輸信息,敵方也可以利用這種技術獲取數據,甚至知道裝備物資的具體位置和去向。雖然可以通過加密射頻閱讀器的輻射功率、輻射方向、頻段和信息來保證系統的安全性,但是對任何無線系統的攻擊都是非常容易的。RFID系統在實際應用中的安全威脅可能來自三個環節:從標簽到射頻閱讀器的通信;從射頻閱讀器到後臺計算機系統的通信;通過公共網絡交換數據的後臺數據庫之間的信息傳輸。在美國國防部2004年8月發布的使用射頻標簽的政策中,不要求對無源標簽上的數據進行加密。壹個原因是標簽上的信息只是壹個序列號,如果它沒有與數據庫連接,就沒有任何意義。另壹個原因是潛在的敵人無法靠近標簽來閱讀它。需要註意的是,這個假設是有前提的。

(6)現場特殊物品的使用。軍用物資涉及很多易燃易爆危險品,如各種油料、化學品、彈藥、電觸發引信等。就像加油站禁止使用無線通訊工具壹樣,超高頻、高頻工作的射頻識讀設備應用到物料集結區、儲存易燃易爆危險品的倉庫等場所,也面臨著嚴格的安全評估。目前這方面的研究還不夠深入,缺乏權威可靠的研究成果支撐,導致無法決定是否將RFID技術應用於包括大量危險品在內的軍事物流。

(7)系統兼容性。只有將射頻識別系統與現有的計算機信息系統完全融合,才能充分發揮RFID的技術優勢,真正提高軍事供應鏈的效率。RFID系統的兼容性體現在三個方面:壹是RFID系統采集和處理的數據的格式和標準要與現有的計算機系統統壹。在美國國防部自動識別中心和其他組織的努力下,美國軍方對RFID芯片上的信息進行了標準化,制定了完全兼容的EPC-96、EPC-128、DOD-96和DOD-128信息標準。然而,既定的標準與國防部目前的信息系統不兼容。第二,不同設計的射頻閱讀器和射頻標簽之間的兼容性。在相同的頻率下,射頻閱讀器應該能夠讀取不同設計的射頻標簽。第三,不同頻段的RFID系統之間的兼容性,最好使用同壹個RFID系統兼容幾個頻段的RFID標簽。雖然可以采取行政措施確保使用的標簽和閱讀器是同壹供應商的產品,或者在物流供應鏈中采用壹套不同頻率的RFID系統,但由於每個頻段的系統各有優缺點,用戶更喜歡壹套與主要應用頻段兼容、適用於不同類型標簽的RFID系統。從根本上說,真正影響RFID大規模應用和降低成本的關鍵是標準的開放性和系統間的兼容性。

(8)自然環境帶來的問題。軍事物流不得不面對更加惡劣的自然環境,軍事裝備和物資可能到達的區域也遠非壹般的民用物流。溫度、濕度、鹽霧、日曬等自然因素是基於電子設備的RFID系統的必要測試。溫度過高或過低都會使射頻讀取設備和標簽工作不正常。低溫會導致有源標簽的電池快速消耗,遠遠達不到標稱使用時間,給標簽的使用和管理帶來困難。射頻識讀設備和標簽要在軍事後勤中使用,必須具有較強的高低溫工作能力,並能承受各種惡劣環境造成的腐蝕和損壞。

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