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Sistemi di identificazione

Per acquisire maggiore visibilità delle attività produttive, molte aziende si affidano alle tecnologie di identificazione automatica AIDC  (Automatic Identification and Data Capture). Le tecnologie AIDC sono principalmente basate su codici a barre (barcode) e RFID (Radio Frequency IDentification), sebbene anche sistemi GPS, WSN, Mems, sensori ambientali e soluzioni di riconoscimento vocale siano utilizzati allo scopo. Identificando i flussi di lavoro e i processi associati a ogni singola fase dalla catena del valore, le tecnologie di identificazione consentono di incrementare la disponibilità dei dati e ottimizzare i livelli di visibilità ed efficienza dei processi produttivi.
I sistemi di identificazione automatica, applicati ai materiali, agli operatori, alle macchine e ai documenti di produzione, permettono di evitare l’inserimento manuale di codici che identificano le materie prime, i semilavorati, i prodotti finiti, i tempi dei cicli e delle singole fasi. Tutto ciò consente l’identificazione immediata e la rilevazione automatica dei dati di campo con evidenti riduzione degli errori e dei tempi di inserimento. I sistemi di identificazione sono spesso forniti come elemento essenziale dei sistemi MES (Manufacturing Execution System) ed ERP (Enterprise Resource Planning) nei contesti in cui la produzione e la logistica avanzata richiedono l’implementazione di soluzioni integrate e allo stato dell’arte.
La tecnologia barcode introdotta alla fine degli anni ’40 del ventesimo secolo nel settore alimentare è stata protagonista di un’autentica rivoluzione nei sistemi di tracciabilità e gestione dati. I barcode hanno il vantaggio di essere estremamente economici, sebbene presentino bassa capacità di immagazzinare dati e non siano riprogrammabili.
Per ovviare a queste problematiche si sviluppò in campo industriale, a partire dagli anni ’60, un’altra tecnologia, denominata RFID (Radio Frequency Identification). La tecnologia RFID presenta un elevato livello di pervasività nelle applicazioni industriali ma non è immune da alcune criticità come i costi di implementazione ad esempio, assai superiori al barcode.
Negli ultimi tempi con la diffusione del paradigma dell’Internet delle Cose, la tecnologia RFID sembra possedere i requisiti ideali per aumentare l’efficienza e la visibilità globale dei processi di produzione e per accompagnare la diffusione di soluzioni Cloud.

I barcode
I codici a barre sono sistemi ottici che usano un semplice sistema di codifica basato sul differente spessore di barre e spazi che, letti tramite scanner, permettono di acquisire le informazioni contenute nel codice stesso. Un codice a barre è la rappresentazione grafica di dati codificati in forma alfanumerica in differenti modalità: lineare o monodimensionale, bi-dimensionale (2D) e composita. I codici bi-dimensionali impiegano combinazioni di forme chiare e scure. La gran parte di questi sistemi funziona come una serie di codici monodimensionali “impilati” uno sull’altro. Il sistema di lettura può utilizzare sia una tecnologia laser sia un sistema di cattura dell’immagine.

Identificazione Cognex

Sistema di identificazione (Cognex)

Nei sistemi che usano forme, il sistema di lettura cattura l’immagine che viene letta da un software di decodifica che ri-orienta l’immagine nella successione di forme chiare e scure.
Le soluzioni barcode si applicano tipicamente a prodotti e imballaggi per la gestione informatizzata dei dati ad essi relativi. Il supporto fisico è rappresentato da un’etichetta o dalla stampa diretta del codice a barre sull’imballaggio. Tramite la lettura del codice, gli eventi vengono trasformati in dati idonei per l’utilizzo nei sistemi informativi aziendali. I codici lineari riportano uno o più identificativi, all’interno del quale sono contenute le informazioni. I codici 2D possono memorizzare un maggior numero di informazioni e sono utilizzati quando lo spazio dell’etichetta è limitato rispetto alla quantità di informazioni richieste. Esistono anche codici a barre tridimensionali costituiti da una struttura lineare che si sviluppa in rilievo. Oggi lo standard GS1 è il sistema per la codifica a barre dei prodotti più diffuso per identificare unità commerciali, unità logistiche, servizi, luoghi e funzioni in maniera univoca in tutto il mondo. In ambito industriale sono molto diffusi i codici 128, 2/5 interleaved, EAN (European Article Number) e Data Matrix. Quest’ultimo è un sistema di codifica un scalabile 2D ad alta densità che si fa apprezzare nell’industria militare, nella componentistica elettronica e nei piccoli oggetti in genere.

Sistemi di identificazione RF
Da più parti si paragona l’impatto della tecnologia RFID a quella di Internet, soprattutto per la grande quantità di dati che essa fornisce e che può essere trasformata in conoscenze aziendali strategiche.

transponder RFID

Transponder RFID (Credit: Siemens)

L’elemento caratterizzante della tecnologia RFID è il tag o transponder, applicato direttamente agli oggetti da identificare e tracciare (ad esempio pallet, container, pacchi, scatole e confezioni). Il tag è il supporto del sistema dove vengono memorizzati i dati di identificazione, oltre ad occuparsi del controllo della ricetrasmissione dei dati. Il transponder può assumere l’aspetto di un’etichetta o di un chip della grandezza di pochi millimetri. Resistente alle sollecitazioni e alle variazioni di temperatura, il transponder può essere alimentato anche attraverso il campo elettromagnetico prodotto a distanza da un lettore e ricevuto attraverso un’antenna collegata.
Oltre al tag un sistema RFID comprende un lettore e un sistema di elaborazione dati. Rispetto ai sistemi di identificazione con codici a barre, il lettore RFID non necessita della visibilità ottica rispetto all’etichetta. Normalmente è composto da due parti: l’unità di controllo e le antenne. La prima è una sorta di microcalcolatore che si occupa della comunicazione con i transponder e l’elaborazione dati, mentre le antenne sono le interfacce fisiche tra i tag e l’unità di controllo.
I tag possono essere dotati o meno di chip (chipless). Questa caratteristica conferisce ovviamente maggiori capacità di elaborazione. L’antenna posizionata sui tag può essere stampata con inchiostro conduttivo.
Le dimensioni dei tag variano dal centimetro quadrato a qualche centimetro e dipendono da alcune variabili di sistema: capacità di memoria, dimensione dell’antenna, eventuale batteria incorporata. Alcuni tag funzionano solo come trasmettitori, mentre altri possono indifferentemente trasmettere e ricevere. La modalità di comunicazione tra un tag e un lettore si basa su protocolli stabiliti.
I tag RFID possono essere passivi, semi-passivi, attivi. I tag passivi sono privi di batteria e ricevono tutta l’energia dal lettore. Solitamente i tag passivi sono a sola lettura e operano a basse frequenze (13,56 MHz). Esitono però tag passivi che operano anche a frequenze più alte (900 MHz). La distanza di lettura per i tag passivi è in genere inferiore a 10 metri.

NFC

Sensori con NFC (Wenglor )

Nel campo della radiofrequenza non è solo la tecnologia RFID a farla da padrone. Recentemente l’industria delle telecomunicazioni ha indirizzato i suoi sforzi verso lo sviluppo della NFC (Near Field Communications), la tecnologia per lo scambio di dati attraverso onde radio a corto raggio. Lo standard NFC permette una comunicazione bidirezionale di tipo peer to peer alla frequenza operativa di 13,56 MHz e con velocità di trasmissione massima di 424 kbps. Un sistema di identificazione NFC prevede l’accoppiamento in un solo circuito di un lettore e di un tag (passivo o attivo) con caratteristiche delle smart card senza contatto. Le applicazioni RFID-NFC riguardano in prevalenza la comunicazione sicura per pagamenti elettronici e ticketing, ma stanno interessando anche il settore industriale, ad esempio nella logistica e nell’automotive.

Applicazioni in produzione
Le moderne aziende manifatturiere utilizzano sistemi di identificazione e tracciabilità non solo in magazzino o al momento delle spedizioni, ma durante l’intero processo produttivo, il che garantisce notevoli risparmi sia in termini di materiali che di manodopera. Tipicamente nel codice a barre vengono codificate le informazioni sulla tracciabilità del prodotto, mentre i dati relativi a produzione e collaudi vengono memorizzati nel chip RFID, con la possibilità di aggiungere nuove informazioni nelle varie fasi del ciclo produttivo. I sistemi di codifica a barre avanzati e di tracciabilità RFID a livello di singolo articolo permettono di sviluppare programmi che assicurano processi produttivi flessibili con frequenti rotazioni della produzione, nuovi livelli di tracciabilità dei semilavorati, lotti variabili e consegne più frequenti. Le stesse tecnologie e best practice usate per monitorare gli articoli attraverso i vari stadi del processo produttivo sono utilizzabili anche per la tracciabilità dei campioni e per il controllo della qualità. Se vengono rilevati dei difetti, la visibilità del processo produttivo a livello di singolo articolo o di lotto permette alle aziende di ridurre il numero di pezzi destinati allo scarto o alla rilavorazione, con sensibili risparmi sia in termini di manodopera che di materiali.
(Armando Martin, Automazione e Strumentazione, Gennaio/Febbraio 2015)

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