Anahtar Kelimeler
RFID; Nesnelerin İnterneti; kablosuz konum tahmini;
(AOA)Sinyal geliş açısı;(TOA) Sinyal geliş süresi;Çok
Yüksek Frekans-UHF;
according to the process that is being constructed. This
document describes the comparison of the use,
efficiency, financial and environmental impacts of
positioning methods with RFID systems as an alternative
to the standard bar code structure used with warehouse
management purposes. It is expected that this
document will be useful for improving existing
technologies and for building a comparison of the
preferences of institutions in warehouse management
practices. The aim of the comparison is to take into
account the advantages and disadvantages of the two
different management systems and to ensure that the
differences are assessed on the basis of cost /
depreciation and utility. In addition, this document
highlights the developments that our country has shown
in technological areas and the use of the Internet of
Things (IoT) in warehouse management systems in the
steps taken in Industry 4.0. Research has shown that
although the initial investment cost is high, RFID storage
management systems should be the reason for
preference given the continuity and environmental
benefits.
GİRİŞ
Ülkemizde ve Dünyada kurumsal yapıların depo yönetim
sistemleri maliyetleri göz önünde bulundurulduğunda
çok ciddi bir öneme sahip olmaktadır. Özellikle üretim
yapan kurumların depo yönetim sistemleri üretimin hızı
ile doğru orantılı olarak gelişmektedir. Bu hız ile birlikte
daha az alan ve daha hızlı ulaşım fikri kurumları yeni
depo yönetim sistemlerine itmektedir. Depoların fiziki
şartlarının iyileştirilmesinin önemi kadar depoda yer
alan malzemelerin takibi de bir okadar önem arz
etmektedir. Güncel teknolojiler ve Endüstri 4.0 gibi
kapsamlı bir yeniliğin ülkemizde de adımları atılmakta ve
doğru uygulama şeklinin belirlenmesi her geçen gün
önemini arttırmaktadır. Var olan mevcut sistemlerin
yerine gelecek olan yeni sistemlerin daha iyi sonuçlar
üretmesi ve daha verimli bir prensip ile çalışması her
kurumun temel isteğidir. Bu gibi bir tercih noktasında
kurumların daha fazla yol gösterici kaynaklara sahip
olması ülkemiz adına da ekonomik anlamda fayda
sağlayacaktır. Bu dokümanda var olan standart barkod
sistemleri ve RFID ile depo yönetim sistemleri
tariflenmektedir.
2. STANDART BARKOD SİSTEMLERİ İLE DEPO YÖNETİM
UYGULAMALARI
Günümüzde birçok ürünün üzerinde görüleceği üzere,
farklı şekillerde ve farklı fiziksel yapılarda olan barkodlar
bulunmaktadır. Bu barkodların yapısal farklılıkları,
kullanım alanları ve tercihlere göre değişkenlik
gösterebilmektedir. Çoğunlukla tercih edilen barkodlar
UPC, EAN ve QRCODE türündekilerdir. Barkod belirli bir
kombinasyona sahip, kalınlık, bulunduğu konum gibi
bilgilerle bir değerin görselleştirilmiş hali olarak
düşünülebilir. Barkod çeşitliliği ile beraber bu
barkodlarda gizlenen bilgilerin saklayabileceği bilgi
miktarı da artmıştır. Depo yönetim sistemlerinde her bir
barkod kendisi ile tekil ilişkiye sahip ürün malzeme
ağacındaki bir ürüne tekabül eder. Ürünlerin takibi
amacı ile ürün, lokasyon, üretim tarihi, son kullanım
tarihi ve parti numarası gibi ihtiyaçlar doğrultusunda
şekillenen muhtelif detaylara hızlı erişim amacı ile ilgili
barkodun içerdiği tekil numara ya da alfanumerik içerik,
erişim anahtarı olarak kullanılır. Bu barkodun içerdiği
bilgi sayesinde ürüne ait tüm stok hareketleri, ürün
geçmişi gibi konular kolayca kayıt altına alınabilir ya da
sorgulanabilir. Uzun yıllardır kullanılan bu yöntem,
kurumsal kaynak planlaması ya da malzeme kaynak
planlaması gibi uygulamalarda hazır paketler olarak
müşterilere sunulmaktadır.
3. RFID TEKNOLOJİSİ
RFID, bir nesne veya kişiye ait tanıma bilgisini (benzersiz
seri sayı biçiminde) kablosuz bir şekilde radyo dalgaları
ile iletmek için kullanılan sistemleri tanımlamak amacıyla
ifade edilen genel bir terimdir[1]. RFID sistemleri
okuyucu anten ve etiket olmak suretiyle iki temel
bileşen üzerine kurgulanır. Okuyucu diye adlandırılan
yapı kendi enerjisini olan bir anten şeklinde kablosuz
yayın yapan cihazlardır. Etiket olarak adlandırılan yapı
aktif, pasif ve yarı pasif şeklinde üç sınıfa ayrılır. Aktif
etiket kendi enerjisine sahiptir fakat pasif etiket
okuyucunun enerjisine ihtiyaç duyar. Tüm bu etiketler
üreticileri tarafından kendilerine atanmış tekil numaraya
sahiptirler. RFID sistemlerin iki temel bileşeni olan
okuyucu ve taşıyıcıların hareketli veya sabit olma
durumlarına göre okuyucu sabit taşıyıcı hareketli ve
taşıyıcı sabit okuyucu hareketli sistemler olmak üzere iki
başlık altında toplanmıştır [
Şekil 1. RFID Sistem Bileşenleri
4. 2 BOYUTLU DÜZLEMDE RFID KONUM BELİRLEME
Günümüzde konumlandırma amacı ile genellikle GPS
teknolojisi kullanılmaktadır. Bu teknoloji oldukça yaygın
olmasına rağmen hem maliyetleri hem de kapalı
mekanlarda işe yaramaması sebebi ile farklı yaklaşımlar
araştırılmakta ve uygulanmaktadır. Bu yaklaşımlardan
birisi olan RFID ile konum belirlemede amaç etiketin
sabit okuyucuya olan uzaklığı ile kestirimlerde
bulunmaktır. Antenleri doğası gereği yayın yaptıkları
sinyal tek bir nokta odaklı olmadığından ötürü bu tip bir
yaklaşım ancak ve ancak birden çok antenin farklı
noktalara konumlandırılması ile başarıya
ulaşabilmektedir. Çalışmalarda gözlemlenen RSSI
verisine dayalı mesafe ölçümü benimsenmiş bir
yöntemdir. RSSI(Received signal strength indication) bir
istemci cihaza alınan sinyal kalitesini ölçmek için
kullanılan bir terimdir. Ancak bu değer mutlak değere
sahiptir. IEEE 802.11 standartlarında her yonga üreticisi
kendi “RSSI_Max” değerini tanımlamaktadır. Bu değer
0255 arasında olabilir. Örneğin; Atheros 0-60 arasını
kullanırken, Cisco 0-100 arasında kullanmaktadır. Genel
olarak tüm üreticilerde 0 a yakın değer daha yüksek
kaliteyi ifade etmektedir yani -40 değeri -50 değerinden
daha kıymetlidir. RSSI değeri hesabı yüzdesel dilim
üzerinden yapılır, çünkü RSSI değeri kullanıldığı yere
göre kabuller üzerinden hesaplanır. Kalite veRSSI ilişkisi
Şekil 2 de açıklanmıştır. Son zamanlarda gelişen
teknoloji ile beraber kablosuz haberleşme ve sensör
teknolojileri de hızla gelişmektedir. RSSI bilgisi ek bir
donanım gerektirmeden bir çok cihaz ile birlikte sunulan
bir özellik olarak yerini almaktadır. Konum belirlemede
farklı konumlandırılmış ve birbirlerine olan vektörel
uzaklıkları bilinen okuyucu antenlerin her biri tarafından
alınan RSSI değeri ile farklı algoritmalar kullanılarak
çıkarımda bulunulabilir. Örneğin; ortamda belirli
konumlara önceden yerleştirilen taşıyıcılardan alınan
RSSI değerleri ile konumu belirlenmeye çalışılan
nesnelerin üzerindeki taşıyıcılara ait RSSI değerleri
karşılaştırılarak k-NN (k-NN: K Nearest Neighbors / k En
Yakın Komşuluk) algoritması ile konum tahminleri
gerçekleştirilmiştir [
Şekil 2. RSSI ve Kalite İlişkisi
Tablo 1. Örnek Çalışmalar
SpotOn (J. Hightower vd. 2000) (Bechteler ve Yenigün 2003) (Stelzer vd. 2004) (J. Zhou ve J. Shi 2011) LANDMARC (Ni vd.2004) (Açıklama) RSSI değerleri kullanılarak üçgenleme methodu ile konum kestirme 3 okuyucu ile RSSI değerleri kullanılarak üçgenleme methodu ile konum kestirme TDoA (Time Difference of Arrival / Varış Süresi Farkı) Ağırlıklı ortalama kareler Multilaterayon yöntemi 3’ ten fazla okuyucu ile daha hassas konum tahmini yapılmıştır.
Referans taşıyıcılar yerleştirilmiş ve k-NN algoritması kullanılmıştır. 3 m Ortalama 20 cm 5. 3 BOYUTLU DÜZLEMDE RFID KONUM BELİRLEME 2 boyutlu düzlemde saptanan konumlar düz alanlarda kullanıma elverişli olsa da gerçek hayat şartlarında özellikle depolarda yer alan raf yapıları için doğru konumun kestirimi 3. Boyut ihtiyacını doğurmaktadır. Raf yapıları depoda maksimum verimlilik amacı ile ilgili ürün gruplarının bir arada tutulduğu ve alandan tasarrum amacı ile kullanılır. Etiketli ürünün bulunduğu konumda raftaki yüksekliğinin tespiti için gereken asıl unsur ilgili üçgenlemede yer alan antenlerin üstüne birer anten yerleştirmekle mümkün olabilmektedir. Burada amaç her iki antenin aynı etiketten okuduğu sinyalin açısına göre geliş açısı yada geliş zamanı ile hesap yapmaktır. TOA(Time of Arrival/Geliş zamanı) aynı dikey konumdaki ve farklı yükseklikteki antenlerin okumuş olduğu sinyalin geliş sürelerinin hesaplanması açısal değeri ortaya çıkartmaktadır. İlgili tüm antenlerde yer alan bu ilave anten sayesinde etikete sahip nesnenin konumunu kestirmek mümkündür. 6. TOA(Time of Arrival/Geliş Zamanı) Metodu TOA, okuyucu antenden gönderilen radyo sinyalinin etikete ve etiketten tekrar okuyucu antene gönderilmesiyle geçen gidiş dönüş süresidir. Arada geçen süre gidiş ve geliş olduğundan süre hesabı t/2 olarak hesaplanır. Mesafe bu sürenin ışık hızıyla çarpımından bulunur. Etiketin açısı iki adet zamansal senkronizasyonu tamamlanmış anten aradıcığı ile bulunur. Antenlerin nesneye olan uzaklıkları ve antenler arasındaki uzaklık hesaba katıldığında nesnenin konumu hesaplanmış olur. Şekil 2 de tariflenen yerden belirli yükseklikte ve bu bilgiye sahip olduğumuz antenlerin arasındaki mesafe ve antenlerden gönderilen ve alınan sinyallerin geliş sürelerinin yarısı ile mesafe kestirimleri yapılabilmektedir. TOA da iki anten arasındaki uzaklık ve antenlerin yerden yükseklikleri baz alındığında antenler e geliş süresi farkı açıyı bulmayı sağlar. Ortaya çıkan bu açı değeri bizim için AOA(Angle of Arrival/Geliş Açısı) dır. AOA da mesafe ölçümü Şekil 3 de tariflenmiştir. Burada doğruluğu arttırmak adına 2 den fazla anten konumlandırma yöntemleri kullanılmaktadır. Her bir anten matrisinin gönderdiği sinyal kendisine özgü olmak zorundadır, çünkü aynı sinyal karışıklığa sebep olacaktır. Antenlerin farklı tip sinyal göndermesi halinde birbirlerinin sinyalini gürültü olarak tanımlayacak ve sadece kendi sinyallerini kullanacaklardır. Bu tip bir işlemde doğruluğu arttırmak için mutlaka sinyal işleme süreleri ve ilgili ortamda ki materyal yoğunluğu göz önüne alınır ve buna göre hata payı minimuma indirilebilir.
Şekil 3. RFID TOA Kurgusu Şekil 4. RFID AOA Kurgusu 7. STANDART BARKOD SİSTEMLERİ İLE RFID SİSTEMLERİN KARŞILAŞTIRILMASI Her iki sistemin karşılaştırmasında Gemi İnşaa sektöründe faaliyet gösteren bir kurumun deposu baz alınarak yapılmıştır. Bu depoda ürün çeşitliliği, ürün adetleri ve stok devir hızı baz alındığında ortalama yıllık 600.000 farklı kalem için değerlendirme yapılmıştır. Standart barkod belirli bir materyalden imal edilen yüzeye Bölüm 2 de de tariflendiği gibi farklı formatlarda işlenen tekil numara bilgisidir. Burada kullanılan materyallerin ömürlerine göre maliyetler farklılık göstermektedir. Ancak dokümanın amacı kapalı ortamlarda stok takibi olduğu için basit kağıt olarak kullanılan barkod etiketi baz alınmıştır. Bir üründe kullanılan barkod tekrar kullanılamamaktadır. Bu sebeple çevresel olarak zararları düşünüldüğünde 600.000 adet kağıt parçasının geri dönüşümsüz olarak kullanımı çok ciddi zararlara sebep olmaktadır. İlgili barkodların ürün ile ilişkilendirilip yazdırılması için gerekli olan yazıcının vermiş olduğu toksik zararlar da göz önünde bulundurulduğunda çevresel anlamda faydalı bir ürün olduğunu söylemek mümkün değildir. Maliyetleri bakımından değerlendirildiğinde her bir barkod etiketi 0.02$ a tekabül etmektedir. Bu barkodların yazdırma maliyetleri ile beraber toplam değeri 0.03$ dır. Bahse konu tersane yıllık olarak sadece yazdırma işlemine 18.000$ seviyesinde bir bedel ödemektedir. İlgili barkodları okumak için kullanılan cihazların uzun ömürlü olması ve aynı cihazların rfid etike okuma yetenekleri göz önüne alındığında bu donanım her iki sistem içinde cihaz başına amortisman göz önünde bulundurularak 500$ ve depoda çalışan personel sayısı kadar olacağından yıllık toplam 5000$ şeklindedir. Tüm bu donanım ve sarf malzemeleri 23000$ seviyesinde olup bu maliyet her yıl tekrar yenilenmekte ve yükselmektedir.
UHF antenler ile lokasyon takibi için kullanılacak etiketlerin maliyeti 0.06$ şeklindedir. Bu etiketlerin tüm bir yılı kapsayacak şekilde alımında ödenecek tutat 36.000$ dır. Normar barkod etiketinden farklı olarak bu etiketler tekrar kullanılabilir durumdadır ve ömürleri 3 yıldır. Dolayısıyla ilk yatırım bedeli yüksek olsa da kullanım amacı göz önünde bulundurulduğunda yıllık gerçek maliyet 12.000$ seviyesindedir. Çevresel etkisi düşünüldüğünde ise uzun ömürlü olmasının getirdiği büyük bir avantaj bulunmaktadır. Ayrıca rfid etiketlerin malzemeleri geridönüşüme tabidir. Tersane deposu ölçüleri 80x160 m yani 12.800m2 dir. Şekil 4 de görüleceği üzere 32 adet UHF anten matrisi tüm ihtiyacı karşılar niteliktedir. Her UHF anteni 2 anten matrisinden oluşmaktadır ve ürün 350$ fiyata sahiptir. Toplam anten maliteti 11.200$ dır. Tüm maliyetlerin karşılaştırması Tablo 2 de gösterilmektedir. Tabloda yer alan UHF antenlerin her biri aslında bir anten matrisini tarif etmektedir çünkü bu antenlerin 3. Boyut hesabı için 2 adet anten yongası içermeleri gerekmektedir.
Tablo 2. Yıllık Maliyet Tablosu
ADET
BİRİM FİYAT
TOPLAM FİYAT RFID ETİKET SONUÇ Standart barkod ve RFID ile karşılaştırma yapılmasındaki temel amaç Endüstri 4.0 ile hayatımıza girecek olan otonom depo yönetim sistemlerinin doğru yatırımlarla ve daha sağlam bir süreç mimarisi ile işlenebilir olmasını açıklamaktır. Depolarda otomasyon daha az insan gücü, daha az maliyet ve daha kesin bilgi temellerine dayanmaktadır. Karşılaştırma sonucunda çıkan veriler ilgili yatırımların doğru yönlendirilmesi için yol gösterici olmayı hedeflemektedir. Çalışmalar değişmez fiziki şartlara sahip bir depo ve ortalama tüketimi belli bir üretim yapısında gerçekleştiği için yatırım bütçeleri açısından değerler oldukça yol göstericidir. Standart barkod etiketleme yöntemi ile yapılan işlemlerin artısı barkodun basılı olduğu etikette sadece tekil anahtar değil aynı zamanda ürüne ait bilgileride içerebilir olmasıdır. Bunun en önemli avantajı depo çalışanının ürüne ait belirli bilgileri hızlıca okuyabilmesidir. Bu özellik RFID etikette mümkün olmamaktadır. Standart barkod içerisinde yer alan bilgiler ilgili envanterin kesin konum bilgisini içerecek şekilde olsa da gerçek zamanlı bir durumda bu garanti edilemez ve sadece yazılı bir bilgiden ibaret olacaktır. Yatırım maliyeti açısından düşünüldüğünde RFID yapısından bir miktar daha ucuza gelmektedir. Ancak çevresel açıdan oldukça fazla geridönüşümsüz atık bırakması dezavantaj olarak karşımıza çıkmaktadır. RFID antenlerde fiyat dezavantajının temel sebebi anten adetlerini fazla olmasından kaynaklıdır ancak bunun asıl sebebi UHF antenlerin ölçüm yeteneklerinin ve kesin konum bilgisinin arttırılmasıdır. Şekil 5 üzerinde ki yan yana konumlandırılan antenler görüş açılarındaki sebebi ile çoklamaları kesinlik oranını arttırmak amacı ile konumlandırılmıştır. RFID nin fiyat dezavantajı ile birlikte kullanım kolaylığı, depoda yer alan ürünlerin türüne ve sayısına ilişkin değerlerin anlık olarak okunabilmesi. Ürünün hangi koordinatta olduğu hakkında bilgi vermesi hem depo yönetim süreci açısında hızlı hemde güven esasına dayalı bir yapı oluşturması bakımından avantajlı durumdadır. Ayrıca çevresel faktörler ve geridönüşümlü ürünlerinde ülke ve dünya genelindeki etkileri göz ardı edilemez. RFID ile lokasyon takibi pek çok alanda kullanılmakla birlikte benzeri depo yönetim sistemleri içinde oldukça uygun bir çözümdür. Yapılan araştırmalar sonucunda RFID ile depo yönetimi yenilikçi bir bakış açısı katmasından, adam saat açısından ve güven esaslı bir yapıya oturtulmasından ve çevreci olmasından ötürü tercih edilebilir olarak değerlendirilmiştir.
KAYNAKÇA [1] Khong, G., White, S., (2005), Moving right along: Using RFID for Collection Management at the Parliamentary Library, InformationOnline 12 th Exhibition & Conference, Sydney, 1-12 ÖZGEÇMİŞ İstanbul Ticaret Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği Yüksek Lisans eğitimim devam etmektedir.