Рис. 1. Элементы, входящие в состав автоматизированной защитно- информационной системы

Автор: А.В. Лежнев, А.Л.Рощин (ООО «Флуринтек»).

Опубликовано в журнале Химическая техника №6/2014

Масштаб и структура экономики нашей страны таковы, что деятельность очень многих компаний и предприятий связана с высокими и/или дорогостоящими рисками возникновения нештатных ситуаций. Реализация таких рисков регулярно и неизбежно приводит и будет приводить к катастрофическим последствиям. Значительную часть рисков создает использование низкокачественной, фальсифицированной, неаутентичной и контрафактной продукции.

Законодательство предусматривает серьезную ответственность за последствия использования такой продукции: «Производство, хранение или перевозка в целях сбыта либо сбыт товаров и продукции, выполнение работ или оказание услуг, не отвечающих требованиям безопасности жизни или здоровья потребителей, а равно неправомерные выдача или использование официального документа, удостоверяющего соответствие указанных товаров, работ или услуг требованиям безопасности, наказываются штрафом в размере до трехсот тысяч рублей или в размере заработной платы или иного дохода осужденного за период до двух лет, либо обязательными работами на срок до трехсот шестидесяти часов, либо ограничением свободы на срок до двух лет, либо принудительными работами на срок до двух лет, либо лишением свободы на тот же срок… Те же деяния, повлекшие по неосторожности смерть двух или более лиц, наказываются принудительными работами на срок до пяти лет либо лишением свободы на срок до десяти лет». УК РФ (статья 238).

Рис. 1. Элементы, входящие в состав автоматизированной защитно- информационной системы
Рис. 1. Элементы, входящие в состав автоматизированной защитно- информационной системы

Однако обеспечить юридическую доказательность причинно-следственной связи убытков (а часто и человеческих жертв) и отказа изделия (детали, узла), которая позволяет возложить ответственность за последствия отказа изделия на его изготовителя (дилера, поставщика) в сложившихся условиях бывает сложно. Для преодоления этого затруднения компаниям и предприятиям необходимо обеспечить идентификацию и прослеживаемость используемой и производимой ими продукции в течение всего ее жизненного цикла. Наиболее простой и рентабельный способ для этого – использование автоматизированных систем на основе машиносчитываемых маркировок прямого нанесения.

Для информационных систем применяется присвоение субъектам и объектам идентификатора с целью его использования для идентификации – сравнения с перечнем присвоенных идентификаторов. Например, оптическая идентификация путем маркирования штрихкодом и автоматического ввода данных в информационные системы с последующим установлением тождества идентификаторов. При этом роль идентификатора могут выполнять марки, наклеиваемые на поверхность изделия, или метки прямого нанесения (МПН), создаваемые непосредственно на поверхности изделий путем ее изменения.

Одним из наиболее часто применяемых методов автоматической идентификации изделий является использование штрихового кода, в том числе и двумерного (2D). По сравнению с методами печати и этикетирования, маркировка, наносимая непосредственно на поверхность изделия, является более надежной, экономичной и простой для автоматизации.

Рис. 2. Флуоресцентный принцип считывания иглоударной метки
Рис. 2. Флуоресцентный принцип считывания иглоударной метки

Двумерные символы в составе МПН способны противостоять жестким условиям производства и нарушениям условий эксплуатации.

Важными свойствами идентификатора являются подлинность и соответствие. Под подлинностью мы понимаем тождественность определяемых защитных признаков идентификатора их спецификации.

Под соответствием мы понимаем принадлежность идентификатора защищаемому изделию. Как правило, марки содержат ряд защитных признаков, подтверждающих их подлинность, однако, несмотря на большое количество применяемых способов защиты от переклеивания, однозначного соответствия такого идентификатора изделию нет.

С другой стороны, метки всегда соответствуют маркируемому изделию, однако обычно либо не содержат защитных признаков, либо содержат их в небольшом количестве.

Поэтому оптимальным для обеспечения подлинности и соответствия является маркирование и продукции и сопроводительной документации к ней, производимое с применением и марки, и метки.

Нанесение машиносчитываемых маркировок рекомендуется в пакете военных стандартов [1–3]. Данные стандарты содержат необходимый и достаточный состав требований для проведения уникальной идентификации изделий вооружения и военной техники, выбора технологии, состава данных для машиносчитываемого маркирования, нанесения маркировки, контроля качества и проведения испытаний маркировки, представления данных в регистр уникально идентифицированных изделий вооружения и военной техники.

В ближайшее время на рассмотрение Госдумы Правительством РФ будет внесен проект Федерального закона «Об обороте отдельных видов критических изделий и материалов», который определит круг изделий наиболее значимых для государства и общества отраслей, подлежащих обязательной маркировке.

Законопроект устанавливает порядок государственного контроля оборота таких изделий и материалов, требования к их уникальной идентификации, машиносчитываемой маркировке, прослеживаемости оборота и контролю аутентичности. Для обеспечения контроля предполагается создание автоматизированной информационной системы, включающей федеральный и ведомственные регистры уникально идентифицированных изделий и партий материалов.

Рис. 3. Флуоресцентные иглоударные маркировки на криволинейных поверхностях
Рис. 3. Флуоресцентные иглоударные маркировки на криволинейных поверхностях

В США применение автоматической идентификации для военной и аэрокосмической техники является обязательным и установлено на уровне федерального закона. Соответствующий регистр промаркированных изделий и материалов содержит более 100 000 000 идентификаторов.

Подрядчики минобороны США должны идентифицировать и маркировать свои изделия по военному стандарту MIL-STD-130 «Идентификационная маркировка военной собственности США» и передавать заказчику отчет об уникально идентифицированных и маркированных изделиях. Аналогичные требования предъявляются и к импортируемым изделиям и материалам. Близкие стандарты приняты в NATO.

Процедуры машиносчитываемой маркировки изделий и материалов, их верификации в автоматизированных информационных системах при каждом логистическом или коммерческом действии с ними становятся обязательным условием доступа на мировой рынок.

Необходимым свойством современных защитно-информационных маркировок является машиносчитываемость – обеспечение считывания и декодирования данных маркировки специально разработанными техническими и программными средствами и ввода декодированных данных в компьютер. Машиностичитываемая маркировка является базовой технологией для создания автоматизированной защитно-информационной системы.

Наше отставание в области разработки и внедрения автоматизированных информационных систем и автоматической идентификации изделий и партий материалов становится реальным тормозом развития современных производств. Технологии машиносчитываемой защитной маркировки становятся необходимым компонентом модернизационного процесса, запуск которого заявлен Правительством России в качестве приоритетной цели развития страны.

Успех в борьбе с распространением и применением низкокачественной, фальсифицированной, неаутентичной и контрафактной продукции придет, только если технологии защиты качества продукции будут применяться на всех этапах производства и эксплуатации изделий, будут встроены в систему аккредитации поставщиков, систему закупок и логистики.

Современному информационно управляемому производству необходима автоматизированная защитноинформационная система, которая может и должна быть интегрирована в информационную структуру предприятия. Автоматизированная система, содержащая в своем составе элементы или процедуры, позволяющие обеспечить гарантированную идентификацию продукции и исключение ее неаутентичности, называется автоматизированной защитно-информационной системой (АЗИС).

В общем случае в состав АЗИС (рис. 1) входят:

  • идентификаторы – марки и метки, наносимые на идентифицируемые изделия и документацию;
  • устройства маркирования для нанесения информации на метки и марки;
  • устройства считывания информации с марок и меток;
  • каналы связи, по которым информация передается от устройства считывания и устройства маркирования к серверу системы и обратно;
  • сервер АЗИС с базой данных. АЗИС поможет вывести на более высокий уровень логистику, организовать контроль над складскими остатками и учет материальных ценностей в реальном времени, сократить сроки проведения инвентаризации, непрерывно контролировать графики поставок и работ, поднять эффективность претензионной работы.

Защитная функция АЗИС должна реализовываться комплексно, причем не только во всех ее элементах, но и на всех этапах обработки информации. Наиболее широко распространенный метод защиты продукции от подделок заключается в использовании марок, наклеиваемых на изделия или на их упаковку и имеющих различные защитные признаки. К сожалению, в большинстве случаев марки не несут автоматически считываемой информации и не работают в составе информационной системы, а защитные свойства обеспечиваются только за счет их защитных признаков. Среди них чаще всего применяются полиграфические, голографические, УФ и ИК краски, химические и другие защитные признаки или их комбинации.

Однако многолетний опыт борьбы с подделками с помощью одних только защитных признаков показывает ошибочность данного подхода, так как со временем любой защитный признак все-таки подделывают, и требуются значительные финансовые и временные затраты для разработок все новых защитных решений, которые со временем вновь подделывают. Для построения эффективной защиты от неаутентичной продукции необходим системный, комплексный подход, позволяющий на основе автоматизированной защитно-информационной системы, обеспечивающей многоуровневые защитные признаки и процедуры, непрерывно осуществляющей мониторинг статуса защитных элементов, своевременно реагировать на возникающие угрозы и риски.

Защитная функция АЗИС должна реализовываться непрерывно и целостно на протяжении всего жизненного цикла продукции, обеспечивая взаимодействие защитных процедур на всех этапах обработки информации и в каждый момент времени.

Только частичное выполнение принципов построения АЗИС не позволяет создать эффективную преграду подделкам. Например, наличие высокозащищенной акцизной марки с нанесенной на нее информацией и автоматизированной информационной системы не позволили решить задачу по борьбе с фальсификатом без контроля оборота алкогольной продукции на всех этапах, вплоть до реализации в розничной сети.

Для полной реализации потенциала, заложенного в АЗИС, необходимо, чтобы она выполняла не только функции исключения неаутентичной продукции, но и собирала и обрабатывала информацию, поступающую при реализации этой задачи для других целей, например, прослеживаемости продукции во время всего жизненного цикла.

Информация, аккумулируемая в АЗИС, имеет высокое качество.

Во-первых, она проходит многократные специальные процедуры идентификации подлинности объектов информации, другими словами, это подлинная информация. Во-вторых, это информация о происходящих событиях, обеспечивающая мониторинг статуса продукции в реальном времени, то есть это подлинная и оперативная информация. В-третьих, при охвате системой всего жизненного цикла изделия от проектирования до утилизации информация становится полной, подлинной и оперативной. Таким образом, АЗИС может быть источником информации для других автоматизированных информационных систем, обеспечивающих информационную поддержку изделий, а выполняемая в АЗИС маркировка изделий и документации является базисной технологией для таких систем.

Используемые защитные процедуры должны быть технологически разнородны и должны обеспечивать высокую устойчивость к попыткам взлома и подделки на всех этапах обработки информации. Первый уровень защиты системы обеспечивается подлинностью и соответствием изделию используемого идентификатора. При этом оптимальным является наличие в нем визуальных, визуализируемых и машиносчитываемых защитных признаков. Важным требованием выступает надежность считывания, определяющая быстроту считывания, вероятность появления ошибок при считывании, количество попыток считывания. Второй уровень защиты связан с автоматической проверкой подлинности используемого идентификатора. Третий уровень защиты обеспечивается кодированием в МПН и марке информации, полученной непосредственно из АЗИС, что позволяет реализовать их индивидуальную защиту.

Четвертый уровень защиты обеспечивается благодаря обработке идентифицирующей информации в АЗИС.

В АЗИС должны быть реализованы внутренние защитные алгоритмы, позволяющие обеспечивать непрерывный мониторинг состояния используемых защитных элементов и процедур и своевременно выявлять возникающие угрозы и риски.

Например, система должна автоматически отслеживать появление дубликатов и клонов изделий и документации, несоответствия места и времени прохождения изделия, в декодируемую информацию вводятся информационные элементы, позволяющие оценивать ее аутентичность и т.д. Такого рода алгоритмы и процедуры секретны и не могут подробно обсуждаться в данной статье.

Устойчивость и корректность работы АЗИС определяется подлинностью считываемой с идентификатора информации. Подлинность поступающей в АЗИС при чтении марок и меток информации обеспечивается их защитными свойствами.

Например, защитным элементом, обеспечивающим достоверный ввод информации, могут служить индивидуальные уникальные признаки идентификатора, связанные с находящейся на нем информацией.

Результатом поэтапной реализации стратегии защиты от контрафактной и низкокачественной продукции должно стать создание автоматизированной системы защиты качества критически важного изделия, группы изделий, предприятия с последующим ее масштабированием на всю отрасль, организацией обмена данными отраслевых, ведомственных и федерального регистров уникально идентифицированных изделий и партий материалов.

Критически важное изделие – изделие, отказ которого является причиной неспособности продукции выполнять ее функции, либо влияет на безопасность продукции, либо определяет затраты на ее изготовление или эксплуатацию.

Ясно, что сложную и комплексную проблему организации информационной поддержки изделий во время всего их жизненного цикла нельзя решить сразу и полностью.

Необходимо поэтапно и последовательно реализовывать эффективную стратегию защиты продукции путем:

  • внедрения современных методов нанесения защитно-информационных маркировок;
  • обеспечения автоматической однозначной идентификации изделия по информации, содержащейся в маркировке на нем;
  • организации маркирования сопроводительной документации изделия для обеспечения комплексной интегрированной защиты продукции;
  • использования содержащейся в маркировках информации для получения подтверждения соответствия изделия техническим требованиям, проверки его подлинности, сопоставления этой информации со сведениями, содержащимися в специализированных базах данных.

Первым шагом в создании автоматизированной системы защиты качества изделий и борьбе с контрафактом является защитно-информационная маркировка продукции.

Важнейшими из требований, предъявляемым к технологиям прямой маркировки машиностроительной продукции и предназначенным для использования в автоматизированных защитно-информационных системах, являются надежность считывания информации с идентификатора, определяющая достоверность вводимой в автоматизированную систему информации, и возможность использования маркировки для широкого спектра материалов и поверхностей, формирующих номенклатуру маркируемой продукции.

Машиносчитываемые данные маркировки изделий предпочтительно формировать в виде двумерного штрихового кода. Наиболее целесообразно использовать DataMatrix – двумерный (2D) матричный штрихкод, представляющий черно-белые элементы, размещенные в прямоугольной или квадратной группе.

Он предназначен для кодирования до двух килобайт данных. Схема кодирования имеет высокий уровень избыточности (метод Рида–Соломона).

Это позволяет сохранять читаемость такого штрихкода при повреждении до 30% его площади [4–5].

В отличие от маркировок, наносимых краской или наклеиваемых на контролируемый объект, маркировки прямого нанесения (МПН) состоят из информационных элементов, сформированных путем изменения поверхности маркируемой детали тем или иным способом. МПН могут быть удалены только вместе с материалом поверхности маркируемой детали, являясь, таким образом, надежным способом контроля всего жизненного цикла объекта вплоть до его утилизации.

В настоящее время существует несколько методов нанесения МПН, оборудование для которых предлагается на рынке – это иглоударное нанесение, нанесение с помощью лазера (несколько видов), электроискровое нанесение и нанесение методами химического и электрохимического травления.

В машиностроении получило распространение нанесение машиносчитываемых защитно-информационных маркировок в виде двумерного штрихового кода DataMatrix иглоударным методом непосредственно на изделия. Такие маркировки физически не могут быть отделены от изделия и использоваться не по назначению.

Они способны выдерживать жесткие условия производства и эксплуатации, исключают человеческий фактор при вводе данных и при идентификации продукции. Их использование обеспечивает стандартизацию и совместимость учетных данных производителей, потребителей и поставщиков, уменьшает количество ошибок, увеличивает скорость обработки данных.

Одной из трудностей при использовании традиционных иглоударных маркировок являются проблемы при их считывании и декодировании, обусловленные недостаточной контрастностью элементов маркировки.

Практически невозможно считывание традиционных иглоударных маркировок на криволинейных, закругленных и шероховатых поверхностях.

Считыватели 2D кодов, в отличие от сканеров штрихкодов, сначала улавливают изображение, затем анализируют полученный образ, и лишь потом извлекают из него и декодируют информацию. В связи с этим, считывание и декодирование 2D МПН связано с технологическими трудностями в части аппаратных решений и разработки необходимого программного обеспечения (ПО).

При считывании 2D МПН основная проблема состоит в получении изображения метки с качеством, достаточным для надежного декодирования содержащейся в ней информации, независимо от внешнего освещения и состояния поверхности, на которую метка нанесена.

В части ПО проблема состоит в повышении декодирующей способности при анализе гетерогенных («размытых») изображений. При этом существенное влияние на процесс декодирования оказывает сильная зависимость получаемого электронного изображения от состояния поверхности и внешнего освещения.

Разработанные ООО «Флуринтек» технологии маркировки [6–13] расширяют возможности применения МПН. Флуоресцентная маркировка наносится в виде флуоресцентных меток (для изделий из металлов, большинства пластиков и других материалов) или флуоресцентных марок (для документации и прочих изделий). Флуоресцентная маркировка является машиносчитываемой – при ее считывании штатными сканерами данные поступают в компьютер, где проходят верификацию в соответствующих базах данных. При нанесении флуоресцентных маркировок используется двумерное кодирование, обладающее высокой информационной емкостью и помехозащищенностью. При необходимости флуоресцентным маркировкам могут быть приданы разнообразные защитные свойства, исключающие их несанкционированное считывание или считывание нештатной аппаратурой.

Зависимость устойчивости декодирования флуоресцентной метки от высоты считывания и угла наклона сканера

 

Угол наклона сканера, °

Высота считывания, см
5 10 15 20 25 30
90 OK OK OK OK OK OK
75 OK OK OK OK OK OK
60 OK OK OK OK OK OK
45 OK OK OK OK OK NO
30 OK OK OK NO NO NO
15 OK NO NO NO NO NO
Параметры метки: диаметр углубления – 350 мкм; период – 730 мкм.

Флуоресцентный принцип считывания маркировок (рис. 2) предполагает возбуждение флуоресценции информационных элементов маркировок на одной длине волны и наблюдение флуоресцентной картины на другой волне. При этом флуоресцентный сигнал от информационных элементов маркировки отделяется от возбуждающего флуоресценцию света фильтром считывающего устройства. Это позволяет выделить информацию, подлежащую декодированию, практически без помех, так как рассеянный свет полосы возбуждения флуоресценции, несущий информацию о структуре поверхности маркированной детали, не попадает на фотоприемник считывающего устройства. Практически абсолютный контраст изображения флуоресцентной маркировки на фотоприемнике считывателя обеспечивает значительный запас чувствительности, что позволяет:

  • снизить угловую зависимость надежности считывания;
  • увеличить расстояние, на котором возможно надежное считывание метки (см. таблицу);
  • обеспечить считывание флуоресцентной иглоударной маркировки с различных материалов, даже таких, с поверхности которых традиционная иглоударная маркировка не считывается, а также с криволинейных поверхностей (рис. 3);
  • ограничить влияние на считывание флуоресцентной маркировки состояния маркируемой поверхности (шероховатости и неровности, наличие краски, ржавчины и др.);
  • обеспечить высокую устойчивость флуоресцентной маркировки к механическим и иным воздействиям (удары, царапины, стирание, коррозия, воздействие влаги и ГСМ).
Рис. 4. Смартфон SAMSUNG GALAXY S3 (а) и флуоресцентная насадка- чехол (б)
Рис. 4. Смартфон SAMSUNG GALAXY S3 (а) и флуоресцентная насадка- чехол (б)

Иглоударное маркирование с применением флуоресцентной композиции производится стандартным иглоударным маркиратором (рекомендуется использовать оборудование фирм GRAVOTECH, PRYOR, TECHNOMARK). Считывание такой маркировки в компьютер (ноутбук) производится стандартным устройством (например – ридером Мetrologic MS 1609 Focus, ТСД Honeywell DOLFIN 6500, сканером Honeywell XENON 1900, смартфоном SAMSUNG GALAXY S3 (рис. 4) со специализированной флуоресцентной насадкой, разработанной и произведенной ООО «Флуринтек» [7].

Список литературы

  1. ГОСТ РВ 0099–002–2012. Автоматическая идентификация. Штриховое кодирование и радиочастотная идентификация. Общие положения.
  2. ГОСТ РВ 0099–003–2012. Автоматическая идентификация. Штриховое кодирование и радиочастотная идентификация. Требования к размещению носителей данных.
  3. ГОСТ РВ 0099–004–2012. Автоматическая идентификация. Штриховое кодирование и радиочастотная идентификация. Носители данных. Общие технические требования.
  4. Рекомендации по прямому маркированию изделий Р 50.1.081–2012. М.: Стандартинформ, 2012.
  5. ISO/IEC 16022, Information technology – Automatic identification and data capture techniques – Data Matrix bar code symbology specification (Информационные технологии – Технологии автоматической идентификации и сбора данных – Спецификация символики штрихового кода Data Matrix).
  6. Патент РФ 2431193. Комбинированная марка.
  7. Патент РФ 2490709. Флуоресцентная информационная метка и способы ее изготовления.
  8. Патент РФ 2430414. Устройство считывания люминесцентных символов и изображений.
  9. Патент РФ 2445700. Верифицируемая символьная метка прямого нанесения и способ ее изготовления.
  10. Заявка на изобретение РФ №2013132807. Полимерная композиция, способ изготовления метки прямого нанесения с полимерной композицией и метка прямого нанесения.
  11. Заявка на изобретение РФ №2013152383. Полимерная композиция, способ изготовления маркировки прямого нанесения с полимерной композицией и маркировка прямого нанесения.
  12. Заявка на изобретение РФ №2014114650. Способ мониторинга контролируемых параметров в множестве локальных областей с использованием маркировок.
  13. Заявка на изобретение РФ №2014119509. Способ изготовления, в том числе – восстановления, флуоресцентной маркировки прямого нанесения.