СПОСОБ МАРКИРОВКИ ОБЪЕКТА С ЦЕЛЬЮ ЕГО ИДЕНТИФИКАЦИИ
METHOD OF MARKING FOR OBJECT IDENTIFICATION

Изобретение относится к средствам, предназначенным для маркировки металлических деталей, или изделий, или конструкций, выпускаемых в промышленности или получаемых в результате иной хозяйственной деятельности с возможностью проверки легальности их изготовления и их идентификации в необходимых случаях (при аварийных разрушениях изделий в процессе эксплуатации и т.п.)
Заявляемый способ относится к средствам, предназначенным для обеспечения контроля за качеством, и/или подлинностью, и/или перемещением, и/или оборотом и т.п. изделий, а также - предназначенным для осуществления эффективных мер противодействия несанкционированному воспроизводству или обороту нелегально изготовленных изделий, и который исключает необходимость использования соответствующих бирок, этикеток, марок, талонов, билетов, ярлыков и других знаков, указывающих на принадлежность легального изготовления изделия.
Предлагаемое изобретения обеспечивает практическую невозможность подделки, или замены, или иного несанкционированного действия в отношении указанных изделий, маркированных по предлагаемому способу.
Предшествующий уровень техники
Появление на рынке контрафактной продукции вызвало необходимость разработки технологий и средств, обеспечивающих однозначную идентификацию оригинальной продукции. Проблема учета в производстве и контроле при движении деталей и изделий в настоящее время становится как никогда актуальной. Одним из способов решения проблемы является применение кодирования необходимой информации и нанесения ее непосредственно на поверхность детали или изделия.
Традиционно, для целей учета и контроля изделий из металлов применяется их маркировка, выполняемая одним из следующих методов - ударным, электрохимическим, механическим, окрашиванием. Все эти методы обладают рядом недостатков, связанных с негативным воздействием на материал, возможностью потери информации при эксплуатации изделий или подделке ее при изготовлении контрафактной продукции. Кроме того, они не позволяют решить проблему автоматизированного учета, так как исключают возможность оперативной маркировки непосредственно в процессе изготовления деталей, устойчиво считываемой машинными методами.
Следует отметить, что автоматизированный учет особенно актуален для ответственных производств металлургической, машиностроительной, энергетической, автотракторной и другой промышленности.
В настоящее время, наиболее широкое применение для автоматизированного учета получило штриховое кодирование.
Штрихкоды помогают отслеживать движения товаров и благодаря этому позволяют экономить время, оперативно отвечать на запросы и реагировать на любые изменения. С помощью штрихкодов сбор и запись информации становятся более быстрыми и точными процессами, что и позволяет свести к нулю вероятность ошибок и упростить все процессы товарооборота.
Штриховое кодирование представляет собой современный способ ввода информации в технические средства автоматизации производства, такие как компьютеры, кассовые аппараты, микропроцессорные контроллеры и др.
Штрихкод наносится, как правило, на промежуточные носители - упаковку, тару, этикетки, документы и т.п. Прямое, непосредственное штрихкодирование, особенно металлических изделий, практически не применяется. До последнего времени это было связано с отсутствием средств нанесения штрихкода непосредственно на материал изделия. С разработкой лазерной маркировки появилась реальная возможность решить эту проблему.
Наиболее целесообразно использовать штриховые коды (символики) типа ITF, поскольку этот код был разработан специально для работы с относительно плохим качеством печати и принципиально имеет высокую степень устойчивости считывания.
Помимо учета продукции у задачи идентификации существует еще одна, не менее важная сторона. К продавцам могут предъявлять необоснованные претензии, связанные с гарантийным возвратом продукции, фактически приобретенной у других компаний, поставляющих аналогичный товар. Для защиты от подделок продукции прибегают к следующим способам: вводят элементы защиты, которые затруднительно воспроизвести, либо влекущие за собой негативные последствия в виде уголовной ответственности за подделку торговой марки или защищенных патентами элементов продукции.
Для защиты продукции существуют несколько распространенных способов: голограммы, упаковка, наклейки со штрихкодом, технология RFID и т.д. В последнее время для идентификации и защиты от подделки всей номенклатуры запчастей автомобилей применяется технология типа DataDot (микронадписи). Однако большинство технологий предполагает нанесение информации той или иной степени защищенности на промежуточные носители, а не непосредственно на металлическую поверхность. Это значительно снижает возможность защиты изделия, т.к. не гарантирует целостности защитных элементов, в отличие от метода нанесения маркировки на поверхность изделия.
В патенте РФ №2199781 описан способ маркировки товара, или изделия, или конструкции с последующей идентификацией и система проведения идентификации товара или изделия, или конструкции с указанной маркировкой. Группа изобретений относится к средствам, предназначенным для маркирования всех видов товаров, изделий или конструкций, выпускаемых в промышленности или получаемых в результате иной хозяйственной деятельности с возможностью проверки легальности их изготовления. Техническим результатом изобретений является обеспечение практической невозможности подделки, или замены, или иного несанкционированного действия в отношении указанных товара. В способе и в системе осуществляют маркирование изделий данными, содержащими кодированную информацию или электронную цифровую подпись, которыми снабжают сам товар, или этикетку на товаре, или иной носитель информации или записывают в устройство памяти, предназначенными для снабжения им указанного товара. Проверку на подлинность осуществляют с помощью устройства идентификации, выполненного с возможностью преобразовывать записанные указанные данные в сообщения, которые проверяют по криптографическим алгоритмам, при этом с результатами проверки может ознакомиться любой заинтересованный пользователь. Способ маркировки товара или изделия, или конструкции (варианты) и система, обеспечивающая осуществление этого способа (варианты), относятся к средствам, предназначенным для обеспечения контроля за качеством, и/или подлинностью, и/или перемещением, и/или оборотом и т.п. товара, или изделия, или конструкции, а также - предназначенным для осуществления эффективных мер противодействия несанкционированному воспроизводству или обороту нелегального изготовления товаров, или изделий, или конструкций, и которые могут быть использованы для изготовления соответствующих бирок, этикеток, марок, талонов, билетов, ярлыков, меток и других знаков, указывающих на принадлежность легального изготовления указанных товара, или изделия, или конструкции. Группа изобретения обеспечивает практическую невозможность подделки, или замены, или иного несанкционированного действия в отношении указанных товара, или изделия, или конструкции промаркированного по предлагаемому способу и с использованием средств для осуществления заявленного способа.
Патент РФ №2365990 «Способ идентификации подлинности изделия» предназначен для защиты товара массового производства от подделки. Способ заключается в нанесении на изделие этикетки с идентификационным кодом, причем данный код сформирован с использованием генератора случайных чисел и представляет собой буквенно-цифровой набор. Идентификационный код покрывают непрозрачным стираемым покрытием. После покупки изделия производят проверку его подлинности, для чего стирают с идентификационного кода непрозрачное покрытие и с помощью электронного средства телекоммуникации передают считанный идентификационный код изделия в службу контроля. В службе контроля производят сравнение принятого идентификационного кода изделия с записанными в компьютерную базу идентификационными кодами. При этом идентификационному коду присваивают открытый номер, идентичный номеру пакета идентификационных кодов, в составе которого идентификационный код хранится в компьютерной базе службы контроля. Открытый номер наносится на непрозрачное стираемое покрытие идентификационного кода или рядом. Упомянутый открытый номер используется производителем для активизации защиты изделия, включающей отправку номера идентификационного кода вместе с паролем производителя с помощью электронного средства телекоммуникации по телефонному номеру или Интернет-адресу в службу контроля и записи в компьютерную базу идентификационных кодов службы контроля информации о защищаемом изделии. Предложенное изобретение обеспечивает упрощение маркировки защищаемых товаров, а также повышение уровня их защищенности от подделок. Технический результат заявленного изобретения заключается в упрощении процесса генерирования идентификационных кодов и маркировки защищаемых от подделки изделий (товаров) путем исключения производителя из участия в операции генерирования идентификационных кодов и как следствие - обеспечении большей доступности заявляемого способа идентификации для широкого круга добросовестных производителей, а также в повышении уровня защищенности от подделок.
Патент РФ №2216776 «Способ идентификации и учета маркированных объектов и система для его осуществления» относится к способам и устройствам для автоматизированного учета и контроля перемещения объектов в хозяйственном обороте. Технический результат заключается в повышении достоверности учета массива маркированных объектов. Способ состоит в маркировании каждого объекта защищенным идентификационным знаком с нанесенным на нем идентификатором объекта и контроле движения объектов по каждому субъекту по информации, зарегистрированной в базе данных. Идентификатор объекта представляет собой многосимвольную комбинацию, сформированную путем выборки случайным образом из массива неповторяющихся многосимвольных комбинаций. Любому лицу предоставляется возможность доступа в базу данных для получения по упомянутому идентификатору сведений о происхождении объекта и субъекте хозяйственной деятельности, от которого получен объект. Задачей группы изобретений является построение системы учета массива маркированных объектов в процессе их производства, распределения и использования.
Технический результат первого изобретения группы состоит в повышении достоверности учета массива маркированных объектов и обеспечивается тем, что способ учета объектов хозяйственной деятельности состоит в маркировании каждого объекта защищенным идентификационным знаком с нанесенным на нем идентификатором объекта, и контроле движения промаркированных объектов по каждому субъекту хозяйственной деятельности по информации, зарегистрированной в базе данных.
Технический результат второго изобретения группы состоит в расширении возможностей автоматизированной системы идентификации и учета маркированных объектов и обеспечивается тем, что автоматизированная система идентификации и учета маркированных объектов хозяйственной деятельности включает соединенные каналами связи средства для формирования идентификационных знаков с идентификатором, средства для нанесения упомянутых знаков на объекты, средства для контроля движения маркированных объектов, содержащие, по меньшей мере, один пункт ввода данных об объектах и их идентификаторах, устройства ввода данных, средства для обработки информации, состоящие из устройства сравнения и устройства принятия решения.
Патент РФ №2316049 «Способ маркировки изделий» относится к области маркировки изделий, предназначенной для защиты изделий от подделок и копирования, и включает получение визуально различимого графического образа буквенно-цифрового изображения в виде совокупности точечных углублений, которые получают ударным внедрением инструмента в поверхность изделия. Часть точечных углублений имеет увеличенную глубину по сравнению с остальной частью точечных углублений. Удары по поверхности изделия для выполнения точечных углублений, определяющих графический образ буквенно-цифрового изображения, наносят последовательно, удар за ударом, с помощью иглы автоматического станка ударного действия, снабженного программным управлением. Силу удара иглы станка с программным управлением задают отдельно для каждого точечного углубления таким образом, чтобы различие по глубине между отдельными точечными углублениями не было заметно без использования оптических средств, влияющих на разрешающую способность глаза человека, но могло быть обнаружено с их помощью. Обеспечивается получение маркировки, обладающей повышенной степенью защиты изделий за счет обеспечения недоступности информации о скрытой маркировке постороннему наблюдателю, повышение достоверности подтверждения подлинности изделия, повышение производительности нанесения маркировки в случае массового производства изделий.
Патент № US 6423935 «Идентификационная маркировка с помощью лазерной насечки». Предлагается метод и устройство маркировки компонентов с помощью наводки ударной волны на поверхность, что влечет за собой появление деформированного слоя и остаточного напряжения в поверхностном слое. В качестве обрабатываемой детали может использоваться металлическая или пластиковая деталь.
Международная заявка № WO/2002/086052 «Объект с маркированной поверхностью и метод такой маркировки» описывает метод маркировки твердой поверхности объекта для его идентификации. Метод включает использование технологии питов (например, технология записи CD-ROM) для нанесения на твердые предметы кодированных сообщений. Кодированное сообщение может быть информацией о владельце, историей объекта или любой другой информацией. Кодированное сообщение не распознается человеческим глазом, но может быть считано с помощью лазера.
В рассмотренных патентах не предусмотрена возможность эксплуатации изделия, промаркированного предлагаемыми способами, и идентификация его после наступления форс-мажорных ситуаций (разрушение, авария и т.п.).
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому является способ по международной заявке WO/2002/086052, который принят авторами за прототип. Одним из аспектов известного изобретения является метод нанесения метки на поверхность объекта для его идентификации. При этом объект имеет прочную или твердую поверхность или ярлык с прочной поверхностью, закрепленный на объекте. В данном случае под «прочной» понимается поверхность, чьи характеристики позволяют сохранять нанесенную на нее метку. Т. е. поверхность может быть жесткой или гибкой при условии, что она сохраняет метку в процессе использования. Метод предполагает использование технологии «питов и площадок» (аналогично технологии записи CD-ROM) для нанесения кодированного сообщения на поверхность объекта. Кодированное сообщение может быть информацией о владельце, историей объекта или любой другой информацией. Для считывания метки используется традиционное лазерное устройство. В процессе считывания закодированного сообщения лазерный луч с фиксированной длиной волны (например, 780 нанометров) направляется на твердую поверхность. Метод маркировки объекта с целью его идентификации, включающий следующие шаги: формирование сообщения, закодированного с помощью питов на одной или нескольких твердых поверхностях объекта или на ярлыке, закрепляемом на объекте, нанесение на данное закодированное сообщение покрытия, которое содержит капсулы герметизирующего вещества, заключающего в себе биологический маркер, при этом капсулы маркированы агентом, излучающим определенную поддающуюся определению длину волны под воздействием инфракрасного излучения, капсулы распыляются в виде пленкообразующей среды.
Известный способ не оговаривает метода нанесения метки на поверхность изделия. В зависимости от применения того или иного метода могут существенно меняться поверхностные свойства изделия, что в свою очередь может привести к невозможности использования изделия. Например, для турбинных лопаток недопустимо наличие поверхностных дефектов, могущих привести к ее разрушению. Кроме этого, необходимость нанесения покрытия, содержащего герметизирующее вещество, заключающее в себе биологический маркер, сводит не нет возможность применения этого способа для изделий, работающих в агрессивных средах, при повышенных температурах и т.п. условиях эксплуатации.
Задачей предлагаемого изобретения является создания такого способа защиты от подделки и контроля подлинности изделий, который позволил бы при минимальных затратах на его промышленную реализацию осуществить высококачественную защиту изделий от подделки, невозможности многократного использования изделий, выработавших свой ресурс, идентификации изделия в критических ситуациях (разрушение, авария и т.п.), сохранения информационных свойств в условиях эксплуатации изделия (при повышенных температурах, больших давлениях, агрессивных средах, в зонах радиационных и электромагнитных полей и т.п.).
В основу предлагаемого изобретения положено известное свойство материалов образовывать поверхностные оксидные структуры в результате теплового воздействия.
Нанесение идентификационной метки осуществляется с использованием локального источника нагрева (например, лазерного) поверхности металлического изделия.
Формирование графического изображения или изображения штрихкода осуществляется за счет образования наноструктур в виде оксидов элементов, входящих в состав материала изделия. В основе формирования информационного поля лежит способность луча лазера оставлять различимый отпечаток на обрабатываемой поверхности металлических материалов. Таким образом, возможно использование системы кодирования, основанной на наличии (1) или отсутствии (0) отпечатка воздействия луча лазера. Точность позиционирования современных, широко распространенных, лазерных комплексов составляет 5 мкм, диаметр отпечатка может быть получен до 50 мкм.
Управление процессом формирования закодированного сообщения на поверхности объекта с помощью локального источника нагрева ведут с помощью ЭВМ, на основании предварительно рассчитанных параметров воздействия,
- причем параметры воздействия рассчитывают следующим образом:
,
,
где  - параметр лазерной установки,
- параметр обрабатываемого материала;
F - частота следования импульсов лазера, Гц;
V - скорость перемещения луча лазера, м/с;
cp
Q - средняя мощность излучения лазера, Вт;
r - радиус отпечатка луча лазера на поверхности металла, м;
τ - длительность импульса лазера, с;
η - коэффициент поглощения обрабатываемого материала;
2
γ - температуропроводность материала, м/с;
λ - длина волны воспроизводимого цвета, м;
К - теплопроводность материала, (Вт/(м·град));
x
t - температура фазового перехода материала объекта, °С.
Дополнительными отличиями предлагаемого способа являются:
- закодированное сообщение включает информацию в неограниченном объеме об объекте, содержащую технологические сведения (марка и состав материала, критические параметры, предельные условия эксплуатации и т.п.), данные о фирме изготовителе, дате изготовления и т.п.;
- в качестве параметра для кодирования учитывают также цвет отпечатка;
- в качестве источника локального нагрева может быть использован любой промышленный твердотельный лазер для маркировки металлов и пластика;
- закодированное сообщение дополнительно может содержать штрихкод и/или видимое цветное изображение логотипа.
В качестве информационного носителя используются кодировочные таблицы, применяемые для кодировки символов в компьютере. Эти таблицы состоят из двух частей:
- с 0 по 127 символ - в кодировке IBM (латинские буквы, цифры, знаки пунктуации, управляющие символы и т.д.);
- со 128 по 255 символ - альтернативная кодировка (включает национальный шрифт, символы псевдографики и т.п.).
Любой символ из кодировочной таблицы может быть представлен в виде комбинации 0 и 1, т.е. каждому символу будет соответствовать определенная комбинация 0 и 1 в матрице из 8-ми символов. В этом случае пустому символу "" в кодировочной таблице IBM соответствует код "00000000" - при формировании его на поверхности изделия лазерным излучением, символу "G" - "01000111", символу "Й" - "10111001" и т.д.
При выводе одного символа лазером размеры занимаемого поля составят: 50×8=400 мкм по ширине и 50 мкм по высоте. Страница текста в 30 строк по 80 символов в строке займет площадь 32×1,5 мм.
В символьном виде может быть представлен любой файл - текстовый, графический, звуковой или иного типа.
Таблица 1
Символы
Кодировка
М
а
м
а
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
м
ы
л
а
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
р
а
м
у
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
506
Шифрование информации, записываемой в информационном поле, осуществляется за счет создания частных кодовых таблиц. Частная кодовая таблица представляет собой таблицу кодировки IBM, в которой составляющие случайным образом перемешаны. Возможное число таких частных кодовых таблиц превышает 8×10. Таким образом, прочесть информацию, записанную в информационном поле, можно только при наличии частной кодовой таблицы (пример см. в приложении 1).
Подготовка идентификационной метки для вывода лазером осуществляется специальной компьютерной программой.
В информационном поле может быть записана информация, содержащая сведения об изделии, например, сведения о фирме изготовителе, дата изготовления, технологические сведения (марка и состав материала, критические параметры, предельные условия эксплуатации и т.п.). Объем информации, записываемой в информационном поле, определяется только размерами площади, отведенной под информационное поле. Например, текст, содержащий 5 страниц машинописного текста (1 страница 80 символов в строке, 30 строк), может быть расположен на площади 32×7,5 мм.
Для нанесения идентификационной метки по предлагаемому способу может быть использован любой промышленный твердотельный лазер, пригодный для маркировки металлов и пластика, в частности, БетаМаркер, или ДиоМаркер 10, или Д'Марк-06, или Мини Маркер M10, или Мини Маркер М20.
Технико-экономический эффект
Предлагаемый способ маркировки объекта с целью его идентификации полностью соответствует всем требованиям элементов защиты. Затраты на фальсификацию подобной метки значительно превысят ее стоимость, т.к. будут включать не только затраты на дорогостоящее оборудование, но и разработку как минимум двух типов технологий. Так же хорошо реализуется принцип многоуровневой защиты. При экспертном анализе можно выявить не менее 7 квалификационных признаков (отличий) оригинала от подделки. Кроме того, разработанная технология позволяет выполнить цветной логотип, содержащийся в метке, в виде голограммы с уникальной игрой цветов. При этом сохраняется высокая устойчивость метки к эксплуатационным условиям (кроме случаев разрушения маркируемых деталей на глубину лазерной обработки). Этой особенностью отличается вся наносимая идентификационная метка, поскольку ее удаление возможно только при разрушении детали на глубину лазерной обработки.
Информационное поле, входящее в состав идентификационной метки, обладает следующими специфическими отличиями: - возможность записи большого количества информации на незначительной площади; - возможность сохранения информации в течение всего периода эксплуатации детали (изделия), что позволяет идентифицировать деталь в критических ситуациях (разрушение, авария и т.п.);
- возможность работы деталей в экстремальных условиях (при повышенных температурах, больших давлениях, агрессивных средах, в зонах радиационных и электромагнитных полей и т.п.);
- отсутствие чувствительности к электромагнитным импульсам, радиопомехам; - отсутствие необходимости контакта считывающего устройства с информационным полем; - высокая скорость считывания данных и преобразования в текстовые символы; - работа в сложных климатических условиях и вредных средах; - возможность защиты информации (система кодирования предусматривает возможность создания 8,578×10 в степени 506 кодовых таблиц); - абсолютная степень защиты от проникновения вирусов; - повышенная сложность подделки информации для выпуска контрафактной продукции.
В первом приближении, перспектива достаточно быстрой окупаемости, возврата средств, вложенных в данный проект, и получения прибыли может быть связана с такими видами бизнеса, как:
1. Автомобильная промышленность и эксплуатация автотранспорта
Здесь применение идентификационной метки дает такую степень защищенности идентификаторов деталей и автомобиля в целом, что только за счет резкого снижения количества краж автомобилей и деталей (ориентировочно, на 70-80%) можно ожидать снижения экономических потерь в этих отраслях примерно на 10 млрд. руб. в год (рассчитано по данным Росгосстатистики за 2007 г.). Дополнительный - социальный и экономический - эффект получат частные владельцы автотранспорта.
Приведем укрупненный расчет возможного экономического эффекта по этому направлению.
За первое полугодие 2007 года по России было подано в розыск 52701 транспортное средство. В целом по году их число составило свыше 100 тысяч. Учитывая среднюю стоимость автомобиля порядка 8000$ США и средний процент возврата похищенных автомобилей (30%), получим ориентировочную сумму экономии от снижения краж автомобилей (на 70%):
100000 авт. × 0,7 (учет возврата похищенного) × 8000$ × 30 (курс рубля) × 0,7 (снижение угонов)=11760000000 руб., т.е. более 11 млрд. руб. в год.
2. Железнодорожный транспорт
Применение защищенных и легкосчитываемых идентификаторов единиц подвижного состава позволит не только навести порядок и обеспечить унификацию учета этого состава, но и осуществлять контроль движения каждого вагона по территории страны, своевременно реагировать на сверхнормативные простои, что должно привести к росту скорости товародвижения по железным дорогам минимум на 1,5-2% в год. А каждый процент роста этой скорости дает значительную экономию за счет ускорения оборота совокупного национального капитала. Точно подсчитать размер этой экономии сложно, но самые нижние вероятностные оценки такого эффекта должны составлять величины порядка нескольких миллиардов руб. в год.
3. Применение идентификационной метки для маркировки любых металлоизделий, в том числе и с окрашенной поверхностью, а также технически несложных средств контроля подлинности маркеров может в разы сократить производство и продажу контрафактной продукции, включая предметы бытовой техники, запасные части для автомобилей, самолетов и т.д., что не только повысит надежность эксплуатации соответствующих изделий, но и выведет из теневого оборота производство этих изделий.
По данным Роспотребнадзора, доля контрафактной и фальсифицированной продукции на российском рынке составляет от 30 до 40%. По информации же независимых экспертов, отечественный "серый" рынок контролирует до 60% всех розничных продаж.
Производство и реализация фальсифицированной продукции занимают значительную часть, до трети, объема ВВП. По самым скромным оценкам, сокращение объема «серого» сегмента экономики, например, только в производстве автозапчастей, объем продаж которых в России составляет около 10 млрд. руб. в год, хотя бы на 20%, может дать государству рост бюджетных поступлений примерно на 500 млн. руб. в год.
В целом по всей номенклатуре металлоизделий аналогичный эффект может составить многие миллиарды рублей. При этом экономический эффект получат и владельцы известных торговых марок, и государство в виде дополнительных доходов бюджета за счет расширения налогооблагаемой базы и дополнительных доходов Пенсионного фонда, фондов социального страхования, - при значительном расширении легально производимых металлоизделий.
Дополнительный народнохозяйственный эффект от снижения аварийности транспорта и бытовой техники подсчитать методически сложно, но его размер, скорее всего, также будет исчисляться миллиардами рублей в год.