RFID Technology for the Forest Industry

Transkriptio

1 RFID Technology for the Forest Industry Kaj Nummila VTT Technical Research Centre of Finland Tulevaisuuden saha seminaari VTT

2 INTRODUCTION TO RFID TECHNOLOGY PASSIVE UHF RFID TECNOLOGY UHF versus HF / LF RFID TECHNOLOGY RFID TECNOLOGY FOR THE FOREST INDUSTRY DEVELOPMENT NEEDS AND CHALLENGES TRANSPONDER DEVELOPMENT READER DEVELOPMENT TRANSPONDER APPLICATOR DEVELOPMENT FIRST TEST RESULTS SUMMARY OUTLINE Tulevaisuuden saha seminaari VTT

3 WHAT IS RFID? RFID = Radio Frequency Identification RFID covers a very wide scope As simple as a 1 bit anti theft device As smart as a powered remote data logger or processor (smart cards) LF (125 khz) key fob tag HF (13.56 MHz) tag Often referred as RF barcode Many operation frequencies, many forms Old technology developing fast RFID tags (passive, semi passive, active) Attached / embedded to objects Interrogator (reader) Queries and exchanges information with tags Back end data system UHF (868 MHz) tags Antenna on chip tag Hitachi muchip (2.45 GHz) Digestible tags Tulevaisuuden saha seminaari VTT

4 Laminate Microchip Antenna PASSIVE UHF RFID Tags Composed of a small microchip and antenna Are powered from radio waves no batteries Have field read/writeable memory Communication is based on back scattering Have a communication range up to 10 m Can be read without line of sight Can be made for < 0.10/ea for > 100M/yr Number of unique codes unlimited Communication by back scattering Power + data Readers Radio Frequency transmitter (power + communication) Emits power levels similar to cell phones Operates at unlicensed RF frequencies Can uniquely communicate with many tags in the field at the same time (anticollision) Can share the band with other wireless technologies Tulevaisuuden saha seminaari VTT

5 PASSIVE UHF vs. HF & LF RFID Power [W] 1.E+00 1.E 02 1.E 04 1.E 06 1.E 08 UHF ~1/r 2 operation power magnetic field ~1/r Distance [m] + Longer operation range + Lower price + Mobile phone size reader + Reading independent of direction and orientation + Interrogation field can be focused + Faster communication and anticollision protocols Sensitivity to moisture and other dielectric surroundings Tulevaisuuden saha seminaari VTT

6 FOREST RFID SYSTEM To develop an all weather outdoor operating RFID system for marking and tracing of logs from forest to saw mill State of the art is extended in the following developments: Pulping process compatible RFID transponders for softwood logs Re usable robust tags for hardwood Robust and reliable RFID reader for harvesters Fast automatic application of the transponders to the logs Tracking of boards by cheaper coding methods VTT collaborates with Confidex, Idesco, Rottne Tulevaisuuden saha seminaari VTT

7 TAG DEVELOPMENT Challenges Harsh all weather four season environment, moisture Durable and robust tag for surviving in the logs Efficient and straight forward marking & identification Compatibility with the pulping process Solutions: UHF RFID technology & PARC concept Pulpable: materials harmless in pulping processes Applicable: suitable for automatic application Readable: high readability of log IDs is needed Cheap: suitable for inexpensive mass production Tag materials 99 % biodegradable (Green ICT) Tulevaisuuden saha seminaari VTT

8 READER DEVELOPMENT Challenges Harsh all weather four season outdoor environment Temperatures down to 40C, rain, snow, mud etc. Operation in the harvester head Vibration and shocks Impacts and spatter Difficult environment for RFID tag reading Large metallic bodies cause reflections Solutions Water proof impact resistant electronics casings Robust mechanical design and shock isolation Adaptive RF front end (patent pending) Tulevaisuuden saha seminaari VTT

9 TAG APPLICATOR Challenges Rapid operation of the harvester Harvester efficiency should not be compromised Rather limited space in harvester head Reliable, non interrupted operation All weather, four season outdoor environment Solutions Fast application of tags ~1 s Tags suitable for fast application Robust mechanics Sufficient number of tags in a magazine with reasonable size and weight Tags can also be manually applicated Tulevaisuuden saha seminaari VTT

10 FIRST TESTS ON TAG READABILITY AND LOG IDENTIFICATION Measured reading distance 2 3 m from wet logs Several log marking and reading test were carried out at Setra Malå sawmill in Sweden Two readers operating at the log sorting and at saw intake ~100 % of operating transponders are read Correct identification of the logs at log sorting: ~98 % After log turning: ~100 % Extensive tests will be performed within four months ( tags) Tulevaisuuden saha seminaari VTT

11 SUMMARY ICT technology holds a great potential for the forest industry Business potential and the benefits of RFID need to be demonstrated Cost models need to be developed and agreed upon Adoption of RFID could affect working procedures Present commercial UHF RFID technology not optimally suitable for the forest industry IK development Indisputable Key is a European effort to pave the way for large scale tracing applications in the forest industry Tulevaisuuden saha seminaari VTT

12 CONTACT INFORMATION Dr. Kaj Nummila VTT Technical Research Centre of Finland / Sensors and Wireless Devices (SWD) kaj.nummila@vtt.fi Heading RFID and Wireless Sensor Research at SWD Customer Manager in Electronics Responsible for WP4 Forest RFID System in Indisputable Key Tulevaisuuden saha seminaari VTT

13 Stora Enso Timber Ajatelmia tukkien ja saheiden merkinnästä ja merkinnän hyödyntämisestä Tuomo Hartikainen

14 Tukkien merkintä 1. Saattomuisti (rfid) tagi vaikea toteuttaa, epävarma mahdollista yhdistää tagin sisältämä tieto ja perinteinen tukin mittaus oikea suuntaus sahauksessa tageista kustannus vuositasilla kymmeniä tuhansia 2. GPS tukkiluokkien sekoittumisen estäminen käytössä oleva sovellus 3. Mustesuihku tukin päähän kertoo sahausvaiheelle suuntauksen aseman röntgenin info sidotaan tukkiin vain optimaalinen sahaus, jonka jälkeen tieto häviää 4. Virtuaali merkintä mitattu tieto tukista tietokantaan sahausvaiheen identifiointi ja informaation hyödyntäminen optimaalisen suuntauksen toteuttamiseksi. identifiointi esim. yksi suuntaisella röntgenillä tai 3D mittauksella.

15 Saheiden merkintä 1. Tekniikka viivakoodaus mustesuihkulla tmslla (kestettävä kuivausolosuhteet) viivakoodi luetaan prosessin seuraavassa vaiheessa 2. hyödyntäminen röntgentiedon ja saheiden mittauksen yhdistämien saheen oksatiedon (scannaus 4 sivulta) ja röntgenin tiedon kautta saheen identifionti ja tietojen yhdistäminen sahekohtaiseksi tietokantaan. Esim. perinteinen oksakuva+röntgenin tiheysvuosilusto ja/tai WH tieto tiedolle viivakoodi, johon voi prosessin seuraavissa osissa liittää lisää tietoa. viivakoodatut tuotteet ja viivakoodien takana oleva tieto toimitetaan asiakkaalle (sisäiselle tai ulkoiselle) asiakas lukee viivakoodin ja hyödyntää informaation omissa prosesseissaan.

16 Summa summarum prosessin jokaisen vaiheen mittaustietojen tallentaminen yksilöidylle kappaleelle seuraavassa vaiheessa yksilön identifiointi ja jo olemassa olevan tiedon hyödyntäminen prosessissa sekä informaation lisääminen seuraavaa prosessinosaa varten tieto kumuloituu ja arvoketjun huipulla hyödynnetään kerääntynyt tieto tietoa tulisi pystyä hyödyntämään myös prosessien parantamiseen feedback ja parametrien säätö feedbackin perusteella (mm kuivaus)

17 Itseoppivat ja joustavat tuotantojärjestelmät puutuoteteollisuudessa (SisuPUU) Tukkien ja tuotteiden merkinnän hyödyntäminen Arto Usenius Tulevaisuuden Saha seminaari 27. toukokuuta 2009 VTT, Espoo

18 VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus 2

19 VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND INFORMAATIOJÄRJESTELMÄ Koodaus Informaation tallennus ja käsittely Ohjaussignaalit Merkintä ja tukkitiedot Merkintätieto Sahaustiedot Merkintä ja laatutieto Leimikko, runko ja tukkitiedot Tukin merkintä Merkinnän lukeminen tukin mittauksessa ja sahauksessa Kappaleiden merkintä sahauksessa Kappaleiden laatutiedon keräys Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus 3

20 VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND MERKKI INFORMAATIO MERKKI OSOITE INFORMAATIO Merkinnän avulla saadaan muodostettua linkki prosessien eri vaiheiden välille Merkintä voi olla kollektiivinen, yksilöllinen, kaikkiin kappaleisiin tehtävä, osaan kappaleista tehtävä Merkintä voi olla jatkuva prosessi tai suunniteltu, tilapäinen tietojenkeruutilanne Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus 4

21 VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND TIETOKANNAT PROSESSOINTI MRI OHJAUS KOODAUS MRI TIETOKANTA MERKINTÄ LUKU MITTAUS HAVAINNOT MATERIAALIVIRTA MRI informaatiojärjestelmän konsepti Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus 5

22 VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND MRI Informaatiojärjestelmän käyttö Ulottuvuus: globaalinen tai paikallinen käyttö * Suunnittelu: puun hankinta, tuotanto ja myynti * Prosessin ohjaus * Laadunvalvonta * Asiakaspalvelu * Alkuperätieto ja kestävä kehitys * Kehitystyö Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus 6

23 VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND LAADUNVALVONTA Laadunvalvonnassa mitataan jotakin ominaisuutta tietyssä vaiheessa. Samaa ominaisuutta mitataan myös toisessa, tarkemmassa vaiheessa. Mittausten ero paljastaa mahdollisen virhetoiminnon Esimerkkejä * Metsäkoneiden pituuden katkontatarkkuus * Sahatavaran mitta * Sahatavaran laatu Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus 7

24 VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND PROSESSIN OHJAUS Merkki luetaan prosessin alussa. Merkin perusteella haetaan kappaleeseen liittyvää tietoa informaatiojärjestelmästä. Tämä tieto muodostaa lähtöarvotiedon prosessia ohjaavalle järjestelmälle. Esimerkkejä * Tukki mitataan tarkasti tukkien lajittelulaitoksella, merkitään tukki. Sahakoneella luetaan merkki ja haetaan tukin ominai suudet informaatiojärjestelmästä. Tämän perusteella saha koneen ohjaus valitsee sahausasetteen * Tukin mittaustulos ohjaa kuorimakoneen toimintaa * Tuotteen reitityksen ohjaus Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus 8

25 VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND 50*15*3500 A35 50*15*3500 A25 50*15*3500 A25 50*15*3500 A58 50*15*3500 A25 Kokoonpano ohjausmerkinnän avulla Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus 9

26 VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND SUUNNITTELU Pystytään luomaan yhteydet tuoteominaisuuksien, puuraaka aineen ominaisuuksien ja prosessiarvojen välille ja siten parantaa suunnittelun tasoa. Jatkuva koesahaus: tukeista saatava laadullinen ja määrällinen sahaustulos tukee voimakkaasti tuotannon, puuraaka aineen hankinnan ja myynnin suunnittelujärjestelmiä Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus 10

27 VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND Merkinnän avulla voidaan tuottaa tietoa sahausasetteen optimoimiseksi Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus 11

28 VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND Asiakaspalvelu Pystytään siirtämään asiakkaalle arvokasta tietoa, jota hän voi käyttää liiketoiminnassaan Esimerkkejä Tarkka tieto siitä, missä vaiheessa valmistuserä on menossa Siirretään asiakkaalle tuotetietotta Copyright VTT Valtion teknillinen tutkimuskeskus 12