HF UHF : Haute Fréquence / Ultra Haute Fréquence : comment choisir sa technologie d’identification ?

Aujourd’hui, la RFID est la technologie qui entre dans l’industrie à grand pas. Très utilisée dans le retail, la logistique ou même la grande distribution, la RFID inquiète encore les industriels qui souhaitent intégrer cette technologie dans leur outil de production. Pourtant, tous les feux sont au vert. Les ROI, tirés par la baisse du coût du tag ou encore la baisse des coûts d’intégration sont maintenant viables. Bon nombre d’articles traitent le sujet sur le Net, mais très peu abordent la RFID pour l’industrie de production. Quand j’entends parler industrie et RFID, j’entends : magasin de stockage, expédition mais rarement production, outillage ou métrologie. Les bureaux d’études, les services travaux neufs et les maintenances s’en retrouvent démunis et finalement ne font pas de choix !

Pourtant, en connaissant quelques ficelles, les choix seraient plus simples et pertinents pour une application de la RFID en production industrielle. Voici quelques pistes de réflexion.

Quelles sont les technologies utilisées dans l’industrie ?

Historiquement la RFID est entrée dans l’industrie de production au début des années 90. Les plus anciens ont connus les plots Balogh dans l’industrie automobile. Certaines industries ont eu très tôt des besoins d’identification. Je pense par exemple à l’industrie des matériaux de construction (tuileries, briqueteries…).

Pourtant l’utilisation de la technologie RFID n’a pas eu l’essor escompté au profit des codes à barres et autres codes 2D. La faute au coût de la puce (appelé aussi tag ou étiquette), mais aussi au manque de maitrise de la technologie RFID, d’une intégration plus que négligée.

On peut aussi citer dans les freins : la manque de normes.

La RFID existe depuis maintenant très longtemps dans l’industrie, il était nécessaire d’emmener la fiche de production (KANBAN ou fiche de suivi sur la palette). Il a été vite nécessaire de la rendre électronique. Il est incontournable (et c’est d’autant plus vrai avec le concept de l’industrie 4.0) de ne pas devoir recopier un document écrit, avec le risque d’erreurs lié !

La basse fréquence (125 KHz): Seule technologie RFID connue des industriels jusque maintenant était lente et onéreuse.

De nos jours, on voit apparaître d’autres gammes de fréquences comme la Haute Fréquence – HF (13,56 MHz) ou l’Ultra Haute Fréquence (UHF 868 MHz) dans l’industrie de production. Je ne détaillerai pas dans cet article les principes de fonctionnement. Il est par contre très intéressant pour le bureau d’étude ou le service travaux neufs de pouvoir différencier les usages de ces nouvelles technologies.

Je dirai : La HF est à privilégier pour des applications de lectures et écritures de gros volumes de données à courte distance : de façon sélective. Les tags (à prix maintenant raisonnables) peuvent contenir jusqu’à 16 Kbits de données en standard. Les fabricants de puces proposent maintenant des puces réinscriptibles indéfiniment. Le standard en HF est 100 000 écritures garanties.

L’UHF sera quant à elle privilégiée pour des lectures et écritures sur de longues distances (entendons nous, je parle de 1 ou 2 mètres, parfois plus) L’Ultra Haute Fréquence trouve aussi des applications pour une lecture multi tags. C’est aussi dans cette bande de fréquence que l’on trouve la plus grande diversité de tags.

Quels sont les besoins de traçabilité dans l’industrie de production ?

Le besoin de traçabilité grâce à la RFID évolue. La notion de l’industrie du futur ou industrie 4.0 implique que les industriels font ou feront évoluer leurs parcs de machines de production, leurs lignes d’assemblage mais aussi leur logistique.  Je différencie les notions de traçabilité et d’identification. La technologie RFID utilisée pour ces deux notions est souvent la même, mais la finalité est bien différente.

Identifier dans l’industrie, c’est savoir à quoi nous avons à faire pour réaliser une opération de production : usinage, assemblage ou que sais-je encore. Tracer, c’est mémoriser les opérations de fabrication pour éventuellement utiliser ces informations plus tard pour un contrôle.

L’industrie, contrairement aux domaines grand public, retail… émet le besoin de tracer les étapes de production. Les scandales alimentaires ou encore la notion de service après ventes ont fait évoluer les besoins. L’industriel doit se protéger, prouver la qualité de ses produits manufacturés.

L’industriel, choisira alors quelles sont les données qu’il doit conserver à cours, moyens ou longs termes.

Pourquoi choisir la HF plutôt que l’UHF et inversement ?

Cette question m’est souvent posée lorsque je visite mes clients (ou futurs clients).

J’y répondrai de façon simple (tout en sachant que ce n’est pas aussi simple qu’il n’y parait, si on ne connait pas toutes les implications).

Tout d’abord, posons-nous quelques questions concernant l’application à résoudre :

• Travaillerons-nous en circuits ouverts ou circuits fermés, c’est-à-dire le tag est-il récupérable ?
• Avons-nous besoin de sélectivité ? Voulons-nous être sûr que le tag vu par l’antenne est le bon sans autres moyens de contrôle?
• Avons-nous besoin de distance de lecture ?
• Y a-t’ il un ou plusieurs tags à lire au même moment ?
• Quel est la température de stockage (tag au repos), de fonctionnement (tag activé) ?
• Quelles sont les besoins de mémoire ?
• Quel est le nombre d’écritures ?
• A quel indice de protection (choc, humidité) sera soumis le matériel ?
• Y a t-il un risque de perdre le tag et donc de souiller le produit (dans l’alimentaire par exemple) ?
• Quel est l’impact chimique sur le tag ?
• …

L’industriel devra répondre avant tout à ces questions liées à la traçabilité industrielle pour définir la technologie RFID à choisir.

Souvent, la décision est (presque) prise d’utiliser la RFID pour tracer la production avant même de répondre précisément à ces questions : Malheureusement, sans vraiment savoir quel est l’impact technique, financier ou encore impact sur les habitudes des opérateurs de lignes… Je dis malheureusement car, une étude plus approfondie avec tous les intervenants qui gravitent autour du projet aiderait à la bonne réalisation. Bon nombre de projets sont ainsi tombés à l’eau.

Comparons des données tangibles qui aideront l’industriel à choisir sa technologie RFID.

La technologie UHF est très sensible à l’environnement extérieur, l’eau, le métal sont des perturbateurs qu’il faudra maitriser. Il est important de rappeler que l’homme est fait d’environ 80% d’eau : C’est un excellent perturbateur dans la bande UHF. En effet, l’UHF travaille sur la composante électrique du champ électromagnétique.

Le métal, à proximité du matériel est un guide d’ondes (ou antenne) mais aussi un réflecteur d’ondes ! Des gros progrès ont été réalisé par les concepteurs d’antennes, celle du tag comme celle de l’émetteur d’ailleurs. Mais la physique reste la physique. Il convient donc de bien s’entourer pour réaliser un projet de traçabilité incluant de la RFID.

L’impact coût est à prendre en compte. Si le projet ne comporte que quelques tags, il n’aura pas d’influence coût, mais si l’on parle de plusieurs milliers ou millions de tags, même à quelques centimes d’euros, l’impact est important sur le prix des produits. D’autant que dans ce cas on n’est plus sur un coût d’investissement qui sera amorti mais sur une dépense de consommable.

Sans être miraculeuse, la technologie UHF permet de résoudre bon nombre d’applications nécessitant par exemple de la portée de lecture avec un positionnement approximatif.

Cette-ci permet en outre de lire plusieurs tags et de réaliser des applications de portiques RFID ou tunnels RFID.

La technologie HF quant à elle travaille sur la composante magnétique du champ électromagnétique.  Il existe 2 grandes familles de protocoles de communication : L’ ISO/IEC 14443 cartes de type A ou B et l’ ISO/IEC 15693. La première inclue la NFC (Near Field Communication) bien connue du grand public. Cette technologie RFID est peu chère mais n’est pas adaptée à l’industrie même si j’en ai déjà vu par le passé dans l’industrie. La seconde famille est l’ISO/IEC 15693. Cette norme de communication est celle qu’il faut utiliser dans l’industrie lorsque l’application se prête à la RFID HF. Les antennes ISO/IEC 15693 sont construits avec des boitiers industriels aux formats capteurs. Les systèmes de fixation sont maitrisés.

La HF permet une plus grande capacité mémoire mais peu de portée…

Et, contrairement à l’UHF, la technologie HF est une technologie mono tag et donc permet une sélectivité d’autant que les distance de lecture sont courtes. Les puristes diront que la technologie HF permet aussi de faire du multi tags. A ma connaissance, dans l’industrie, la demande n’est pas formulée. Les antennes sont donc mono tags.

Reconnaissance d’outils : étude de cas

Je suis souvent appelé pour résoudre des applications de reconnaissance d’outils sur un robot ou une machine. Les enceintes robotisées ne sont souvent pas simples d’accès, elles n’ont pas de place et sont truffées de métal.

Les roboticiens ne peuvent parfois pas changer les trajectoires des robots pour lancer la validation de l’outil présent sur le bras du robot. Il faudra sûrement placer une antenne à distance qui lira un tag placé sur l’outil à une bonne distance (1 mètre à 1,5 mètres). J’envisage dans ce cas une antenne directive UHF et des tags « on métal ». La communication entre la baie du robot et le concentrateur d’antennes UHF se fera avec les réseaux de communications classiques. Bien entendu, au moment de la lecture, il est important qu’il n’y ait pas de masquage de la lecture par une pièce métallique comme vu précédemment.

Par contre, si la trajectoire du robot est modifiable, pourquoi ne pas mettre une antenne HF dans un endroit protégé. A l’initialisation, le robot de la même manière qu’il va faire sa prise d’origine, va aller valider son outil. Une portée de quelques centimètres est alors suffisante.

Dans cette application, l’UHF sera un avantage si on a besoin de distance de détection alors que la HF sera avantageuse économiquement mais nécessite à mon goût plus de modifications.

Et le coût du tag pensez-vous ?

Ce genre d’application ne contient pas énormément de tags, l’impact coût est faible voire même inexistant. J’aurai pu traiter une application de logistique, et là, notre réflexion économique n’aurait pas été la même.

Je serai heureux de pouvoir maintenant échanger sur le sujet.