射频识别(RFID)该技术是一种基于无线技术的自动识别和数据获取技术,其应用始于二战友军飞机的识别。随着计算机信息技术和大型集成电路技术的成熟和发展,射频识别技术在各个领域发展迅速。特别是在物流领域,以沃尔玛和麦德龙为代表的商业零售巨头和以美国国防部为代表的军事组织将其视为提高物流能力的助推器,引起了广泛的关注和综合研究,射频识别技术越来越实用和大规模。
在军事物流领域,美国国防部总结了海湾战争物资保障的经验教训,认为掌握供应链各环节的物资位置、数量和状态对供应保障能力有着极其重要的影响。在新时期后勤战略转型的六大目标之一联合全资产可见性计划中,将射频识别技术作为一个重要组成部分,并认为该技术是一种后勤改革工具,用于实施有价值的洞察供应链,确保军队随时准备战斗。2004年8月,美国国防部执行副部长麦克尔继续加大对射频识别技术的研究和投资.威尼签署了使用射频识别技术的政策。2005年3月,美国国防后勤局官方网站宣布开发了第三代射频识别标签,并命名为具有卫星通信功能的第三代射频识别系统(3)CRFIDw/SATCOM))。据2006年3月美国电子工程专辑报道,以色列军队与萨维公司合作完成了一系列射频识别技术评估,以色列军队从2006年开始使用萨维公司开发的无线射频识别技术,使以色列军队成为继美国军队之后第二支使用该技术管理后勤供应的军队。
1 射频识别技术主要应用于军事物流领域
在美国国防部发布的使用射频标签的政策文件中,要求从2004年10月1日起与国防部签订的所有供应合同中明确使用射频标签的条款。自2005年1月1日、个人物品、武器系统维修部件和部件必须在包装部件和托盘上使用UID识别码、UHF 860MHz至960MHz频段,最小读取范围3米的无源标签。自2007年1月1日起,发送到国防部所有地方的所有物品均应有射频标签,并规定所有货运集装箱,包括6至12米的海运集装箱和大型空运货盘,必须有包含集装箱内容的有源标签。国防部后勤局在加州和宾夕法尼亚州的战略配送中心及其重要的全球货物配送转运节点安装射频读取器和支持系统。
目前,射频识别技术在军事物流领域的应用主要集中在设备和材料的位置、状态监测、仓储管理、特定物品的搜索和分发。
(1)运输设备材料的可视化管理。即在集装箱或装载大型设备和集装箱的拖车上安装射频标签,并在运输起点、终点和中途转运站等节点上配备固定或手持射频读取器和后台计算机系统。当安装射频标签的集装箱或运输车辆经过时,射频读取器读取射频标签存储的信息,并将其传输到后台计算机系统进行存储和显示。如有必要,射频读取器还可以根据指令更新射频标签上的内容。计算机系统通过有线、无线网络或通信卫星将设备和材料信息传输到更高层次的中央数据库,各级物流人员和相关单位可以及时获取所有材料的位置、数量变化、货物损坏和补充变化。
美军配备的物资可视化系统在美国、欧洲司令部和太平洋司令部设有区域性服务器。这些服务器与在美国途中的资产可视化服务器相连,充当联合全资产可视化"的数据源。在物资运输过程中,物流人员可以使用无法区域连接和传输数据的地方Iridium作为调制解调器,卫星终端将托盘和集装箱数据转移到途中资产可视化服务器。使用国际互联网或其军事专用网络的美国人可以使用联合资产可视化系统来跟踪和确定项目的位置。
目前,美国军方已利用射频识别技术跟踪材料供应链中六个层次或产品的运输位置,即:第一层-产品本身;第二层-泡沫包装;第三层-纸板箱和盒子;第四层-仓库托盘和纤维包装;第五层-货物集装箱或463磅托盘;第六层-卡车、船舶或飞机。
(2)物资集结地的仓储管理。射频识别技术除了在运输过程中跟踪货物的位置、数量和状态外,在物资集结地临时开放的野战货场和各种永久性货物仓库的仓储管理中也发挥着重要作用。在临时野战货场和各种永久在临时野战货场和各种永久频识别技术和条形码技术还可以发挥其记录信息、识别货物的功能,具有比条形码光学阅读更远的作用距离和操作更简单的优点。
(3)特定物品搜索系统。在临时货物集合或普通仓库,当需要找到物品时,操作人员启动手持射频读取器发射射频电磁波激活标签,安装在集装箱或托盘上的射频标签将响应,发出蜂鸣声或闪光提示物品的位置,并将物品信息反馈给射频读取器,操作人员可以找到集装箱。如果声光提示失效或不适合声光提示(如噪声环境或声光控制),也可以通过手持式射频读取器内置定位装置找到。
(4)物品发放装置。射频识别装置也可用于个人用品和日用品的发放和管理。过去,美军利用条形码技术发放服装。服装公司将条形码贴在需要发放的军装和作战服上,发送到征兵中心或营地。新兵试穿时,管理者用扫描仪扫描标签,将适合新兵的作战服尺寸、颜色、款式等信息输入计算机。计算机将信息传输到国防军事安全中心,然后由中心传输到服装公司制定生产计划。将射频识别技术应用于服装、药品等物品的分发,过去需要多步完成的程序可以一次完成,既节省了人力,又提高了效率。
射频识别技术在军事物流领域的应用有效地提高了保证效率,提高了材料跟踪能力、库存管理能力和劳动生产率,大大减少了重复申请和项目损失,优化了内部业务流程。据美国国防部估计,采用射频识别技术后,每年可节省1亿美元以上的物流运营成本,内部可调整10亿美元的库存材料,大大节省采购、运输和维护成本。以色列陆军也表示,射频识别技术的使用大大降低了以色列后勤供应的成本,实现了装备和物资供应的全过程跟踪。
2 军事物流应用中射频识别技术的问题
从公共数据分析来看,射频识别技术在提高物流效率、提高运营能力、优化流程、节约人力物力方面发挥着重要作用。然而,随着射频识别技术在实践中的深入应用,一些问题逐渐暴露出来。沃尔玛采用RFID计划从最初的2005年1月1日推迟到2005年中,最后只要求供应商在65%的商品上贴上电子标签。美国国防部积极推动射频识别技术的应用,也面临着缺乏详细可行的发展战略、系统整合困难、投资效益不明确等问题,导致美国军队在不同场合对投资回报表示担忧,不愿意RFID项目提供财政支持。同时,射频识别的可靠性、系统集成和技术本身的成熟度都证明了射频识别技术的应用并不平坦。在军事物流领域,射频技术的应用仍有许多技术问题需要解决,从标签故障到温度、湿度等外部环境,再到无线射频干扰。解决这些问题将直接影响射频识别技术在军事物流领域的综合应用。
(1)标签问题。RFID有源标签的性能、可靠性和制造工艺相对成熟,但由于其价值高,使用范围有限。无源标签成本相对较低,但其性能和可靠性有待提高。用户关心的是有源标签的体积和电池的容量。无源标签使用的基材的适用性、强度和成本也需要权衡。根据一家研究机构2005年对无源标签供应商的调查,30%的标签在粘贴时天线损坏,10%-15%的标签在打印过程中损坏。无源标签的读取率一直困扰着用户。2005年2月,美国空军简报显示,无源标签试验读取率为32%-65%。美国联邦审计署2005年的一份报告指出,标签之间的间隔和高速运动会使标签无法读取。容器的材料、形状、包装堆放方式、标签粘贴位置等,也会影响标签的正确读取。美国海军试验表明,将标签粘贴在内容物为液体的包装上也会导致阅读错误;美国国防部在55加伦金属鼓桶上遇到了麻烦。对于某些金属包装产品,由于金属反射,标签位置不当会导致误读。即使考虑到标签的安装位置和货物放置的影响,2005年美国国防部无源标签的试验也只有90%左右的读取率。这种读取率是在军事供应链中全面推广的RFID标签也太低了。
(2)频率选择和使用问题。射频识别系统的频率会直接影响系统的读写距离、执行标准和兼容性。433MHz、915MHz以等频段为主的超高频(UHF)系统和13.56MHz的高频(HF)系统。超高频系统,有源标签读写距离可达100米,无源标签约3-4米。高频系统的读写距离一般为几十厘米。到目前为止,世界还没有统一认可的频率供应RFID使用,美国对UHF系统的RFID开放902MHz-928MHz,865MHz-868MHz,日本将原定给予GSM手机使用的950-956MHz划分给RFID使用。我国RFID频段划分尚未明确。频率的不确定性给军事物流应用射频识别技术的规划和军民物流一体化建设带来了许多变量。
(3)射频读取器的功率问题。美国允许UHF系统读取器的有效发射功率(ERP,Effective Radiated Power)是4w,在3-4米的距离内读取无源标签。欧洲规定ERP不得超过500mw,读取无源标签的距离只有1米以内。不同功率的射频读取设备给运输过程中、物资临时集结地和仓库射频读取设备的安装和运行带来了问题。同时,过高的发射功率也会影响其他无线设备的工作,形成相互干扰。在狭窄的工作环境中,几个大功率读者同时工作,相互影响是不可避免的。如何确定射频读取器的发射功率既能满足应用的需要,又能满足无线设备管理的要求,还需要对具体的应用背景进行广泛的实验研究。
(4)电磁环境复杂的抗干扰问题。最突出的变化是使复杂的电磁环境从传统的战场环境元素中脱颖而出。在相对狭窄的战场空间中,各种信息系统和电子设备聚集在一起,大量的电磁辐射相互干扰和干扰。此外,电磁环境的复杂性对射频识别系统的影响不容低估。描述电磁环境复杂性的主要因素是电磁辐射的强度和密度,如背景噪声的强度、频谱占用和辐射源的数量。在实际的战场电磁环境中,有许多难以确定的干扰源,包括我们的各种通信设备、敌人的电子抑制和打击、民用电子设备的无意电磁干扰和自然电磁辐射。电磁辐射在空间、时间、频谱和功率上交叉重叠,瞬息万变,难以把握。电磁辐射对电子设备正常运行的影响并不在真实的场景中。对于发射功率毫瓦级的射频读取设备,其工作的可靠性值得探讨。在军事物流领域应用射频识别系统时,必须解决抵御复杂电磁环境干扰的问题。
(5)信息安全问题。基于射频识别系统的无线信号以开放的方式传输和接收,无线电波本身无法确定敌我。我方利用RFID敌人还可以利用该技术获取数据,甚至了解设备和材料的具体位置和下落。虽然系统的安全可以通过辐射功率、辐射方向、频谱波段和信息加密来确保,但攻击任何无线系统都非常容易。在实际应用中RFID系统的安全威胁可能来自三个环节:从标签到射频读取器的通信;从射频读取器到后台计算机系统的通信;使用公共网络交换数据的背景数据库之间的信息传输。在美国国防部2004年8月发布的使用射频标签的政策中,无源标签上的数据不需要加密。其中一个原因是标签上的信息只是一个序列号。如果它不与数据库连接,那就没有意义了。第二个原因是潜在敌人无法接近标签读取。应该注意的是,这种假设是有前提的。
(6)现场使用特殊货物。军用物资涉及各种油品、化学品、弹药、电触发引信等易燃易爆危险品。就像加油站禁止使用无线通信工具一样,超高频、高频射频阅读设备也面临着严格的安全评估,用于储存易燃、易爆危险品的材料集结场所和仓库。目前,这方面的研究还不够深入,缺乏权威可靠的研究成果支持,导致射频识别技术是否在军事物流中的应用,包括大量危险品。
(7)系统兼容性。只有将射频识别系统与现有的计算机信息系统完全集成,才能发挥作用RFID真正提高军事供应链效率的技术优势。射频识别系统的兼容性体现在三个方面:一是射频识别系统采集和处理的数据,其格式和标准应与现有计算机系统相统一。在美国国防部自动识别中心等组织的努力下,美军已经实现了RFID芯片上信息的标准化信息标准化EPC-96、EPC-128的DOD-96、DOD-128信息标准。但是,制定的标准不能与国防部信息系统兼容。其次,射频读取器与不同设计的射频标签兼容。在相同的频率下,好读取不同设计的射频标签。第三,不同频段的射频识别系统之间的兼容性,最好与几个频段的射频标签相同。这两种兼容性,虽然可以采取行政措施,确保使用的标签和读取器是同一供应商的产品,或在物流供应链中使用一套频率射频识别系统,但由于每个频率系统有自己的优缺点,用户希望得到一套适合不同类型标签的射频识别系统。从根本上说,真正的影响RFID标准开放与系统兼容性是大规模应用和降低成本的关键。
(8)自然环境带来的问题。军事物流应面临更严峻的自然环境。军用设备和材料可能到达的地区远远不如普通民用物流。温度、湿度、盐雾、阳光等自然因素是电子设备射频识别系统的必要测试。过高或过低的温度会使射频读取设备和标签工作异常。低温会导致有源标签的电池消耗迅速,远远达不到标称的使用时间,给标签的使用管理带来困难。要在军事物流中使用射频阅读设备和标签,必须具有较强的高低温工作能力,并承受各种恶劣环境造成的腐蚀和损坏。
上述问题是相互关联的,解决一个问题可能会给其他问题提供解决的机会,但可能会带来新的问题。射频识别系统的应用是在技术、成本、安全、兼容性、可靠性等方面不断权衡的过程。应该认识到,任何新技术的使用都不会一帆风顺。可以相信,随着射频识别技术在军事物流领域应用的逐步深入,问题不断暴露和改进,应用前景光明。