Phát triển thẻ mã hóa dệt may
Là một trong những ngành công nghiệp lâu đời nhất trên thế giới, khung hệ thống truy xuất nguồn gốc trong ngành dệt may được đề xuất như trong hình 1. Từng khâu trong quá trình sản xuất, từ nguyên liệu đến khi ra thành phẩm, đều được gắn thẻ xác định nguồn gốc để có thể theo dõi nguồn gốc của sản phẩm. Thẻ xác định nguồn gốc bao gồm các tính năng duy nhất để nhận dạng, liên kết sản phẩm với các thông tin xác định nguồn gốc, do đó đóng một phần quan trọng trong hệ thống xác định nguồn gốc của sản phẩm. Có hai loại thẻ được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực dệt may, đó là thẻ optical (mã vạch, mã QR) và thẻ giả định tần số vô tuyến (RFID).
Hình 1 Khung hệ thống truy xuất nguồn gốc chuỗi cung ứng dệt may
Bài viết này tập trung mô tả một kỹ thuật về việc gắn thẻ truy xuất nguồn gốc lên vải dệt thoi. Các sợi được mã hóa riêng lẻ sẽ được tích hợp vào vải dệt thoi trong quá trình dệt, từ đó tạo ra hệ thống mã vạch riêng biệt cho từng loại vải. Bằng cách sử dụng phương pháp Deep Learning (học sâu), các hệ thống mã vạch này sẽ được nhận biết để truy xuất nguồn gốc của sản phẩm. Các sợi được mã hóa riêng lẻ đóng vai trò chủ chốt trong hệ thống mã vạch, trình tự của sợi được thiết kế để phù hợp cho việc cung cấp thông tin (tương tự như mã vạch). Việc nhận dạng các sợi mã hóa bao gồm:
- Phát hiện vị trí của sợi mã hóa
- Đọc thông tin trình tự và phân loại sợi mã hóa
- Phân biệt sợi được mã hóa với các cấu trúc khác
Cách nhận biết nguồn gốc bằng các RFID thông thường hoặc các mã QR được in lên vải có thể không còn hoạt động sau quá trình giặt. Vì vậy, phương pháp tích hợp các sợi mã hóa vào vải dệt mang đến ưu điểm vượt trội, chúng rất khó bị loại bỏ khỏi vải trong suốt quá trình gia công sản phẩm.
QUY TRÌNH THIẾT KẾ CÁC THẺ VẢI TỪ SỢI ĐÃ ĐƯỢC MÃ HÓA
Toàn bộ quá trình mã hóa sợi và tích hợp các sợi được mã hóa vào cấu trúc vải dệt thoi được mô tả như sau:
Quy trình mã hóa sợi
Các sợi được mã hóa với các tính năng quang học đặc biệt sẽ được sử dụng làm thành phần thiết yếu cho các thẻ xác định nguồn gốc. Các sợi được mã hóa là giải pháp được tạo ra bởi quy trình kéo sợi. Trong các nghiên cứu trước đây, sợi mã hóa được tạo nên bởi tổ hợp bao gồm 2 sợi có độ tương phản khác nhau, các đặc điểm quang học tạo ra từ mật độ xoắn khác nhau của sợi quấn và sợi lõi chính là đặc điểm để nhận dạng sợi mã hóa. Trong bài viết này, thay vì sử dụng sợi quấn 2 lớp, sợi quấn 3 lớp với hướng xoắn Z sẽ được sử dụng để làm sợi mã hóa. Việc sử dụng lớp sợi thứ 3 trong cụm sợi tổng hợp giúp cho số lượng các cấp sợi được đánh mã tăng lên đáng kể. Ví dụ, ở cùng một cấu hình xoắn, các sợi xoắn 3 lớp có các đặc điểm quang học và sự kết hợp màu sắc khác nhau, như thể hiện trong Hình 2. Do đó, số lượng cấp sợi mã hóa có thể tăng lên bằng cách sử dụng mật độ xoắn và sự kết hợp màu sắc khác nhau.
Hình 2 (a) Sơ đồ của sợi được mã hóa 3 lớp, trong đó (1) gồm 2 sợi trắng và 1 sợi đen (2) gồm 2 sợi đen và 1 sợi trắng;
(b) Mẫu thử sợi được mã hóa 3 lớp vật lý, trong đó (1) bao gồm 2 sợi trắng và 1 sợi đen (2) bao gồm 2 sợi đen và 1 sợi trắng.
Tích hợp các sợi được mã hóa vào cấu trúc vải dệt thoi
Tương tự như mã vạch, có chứa các độ rộng khác nhau của các dòng, thẻ dệt có thể được thiết kế với các sợi được mã hóa có các tính năng quang học khác nhau, các chữ số trong mã vạch của thẻ dệt có thể được biểu thị bằng các lớp sợi mã hóa khác nhau. Trình tự của các sợi mã hóa có thể được thiết kế đặc biệt để cung cấp thông tin cho quá trình nhận dạng. Cấu trúc dệt thoi được tạo ra bằng cách đan xen cân xứng hai tập hợp sợi để tạo nên cấu trúc dệt cho sợi mã hóa. Các sợi mã hóa có thể được chèn vào theo hướng sợi ngang để thay thế cho một số sợi ngang thông thường, từ đó tạo nên thẻ trích xuất nguồn gốc của vải dệt thoi (Hình 3). Việc thay đổi thiết kế để đưa các loại sợi mã hóa vào trong cấu trúc dệt có thể được thực hiện dễ dàng trên các máy dệt hiện đại ngày nay.
Hình 3 (a) Sơ đồ của thẻ vải dựa trên sợi được mã hóa.
Mặt bên của sợi được mã hóa (b) và sợi thường (c) từ hướng dọc.
Trong quy trình thiết kế thẻ, một thuật toán riêng biệt được sử dụng để kiểm tra và xác minh độ chính xác của chuỗi. Như trong hình 4, sợi mã hóa cuối cùng trong chuỗi được sử dụng làm số kiểm tra, nó giúp phát hiện xem chuỗi có được giải mã chính xác hay không. Các trọng số khác nhau được gán cho các số ở vị trí chẵn và lẻ, tổng kiểm tra được tính như một tổng trung bình cộng của tất cả các chữ số (không bao gồm chữ số kiểm tra) theo một số cụ thể (phụ thuộc vào số chữ số được sử dụng trong hệ thống)
Kết quả kiểm tra sẽ không khớp nếu chỉ có một chữ số không chính xác trong chuỗi. Ví dụ: nếu chữ số ở vị trí đầu tiên bị phát hiện không chính xác (được nhận dạng là “2” thay vì “1”), kết quả sẽ khác do chữ số không đúng ở vị trí đầu tiên và số kiểm tra sẽ không khớp với giá trị đã tính. Thẻ dệt thực tế được thiết kế dựa trên quá trình tổng kiểm tra (thể hiện trong Hình 4)
Hình 4 Mẫu thẻ vải dệt thoi vật lý dựa trên quá trình thiết kế tổng kiểm tra.
Nhiệm vụ của nhận dạng thẻ là trích xuất thông tin được mã hóa trong thẻ. Trong trường hợp này, việc nhận dạng thẻ bao gồm việc xác định vị trí và phân loại các sợi được mã hóa đồng thời dựa trên các tính năng quang học đặc biệt của các sợi được mã hóa để thu thập thông tin. Thông tin được tích hợp vào thẻ có thể được trích xuất khi trình tự của các sợi mã hóa được phát hiện và xác minh bằng thuật toán tổng kiểm tra. Việc nhận dạng thẻ có thể thực hiện được nhờ áp dụng phương pháp Học sâu – một chức năng của trí tuệ nhân tạo (AI).
Trong những thập kỷ qua, việc thực hiện truy xuất nguồn gốc trong ngành sản xuất ngày càng được quan tâm và đưa ra giải pháp cho một số vấn đề như chống hàng giả, thu hồi sản phẩm và giảm ô nhiễm môi trường. Xem xét các hạn chế của thẻ truy xuất nguồn gốc thông thường (RFID và mã vạch), các thẻ sợi mã hóa được dự đoán sẽ đóng một vai trò mạnh mẽ hơn trong tương lai. Trong bài báo này, các thiết kế mới của thẻ truy xuất nguồn gốc làm từ sợi dệt được mã hóa 3 lớp giúp tăng tính đa dạng của thẻ và thuận tiện trong việc tích hợp thuật toán dựa trên phương pháp học sâu. Kết quả xác minh đã chứng minh tỷ lệ nhận dạng thành công là 94,4%. Do đó, việc áp dụng phương pháp học sâu để xác nhận các thẻ dệt xác định nguồn gốc có triển vọng đáng kể.
Trong tương lai, tính khả thi tiềm năng cho ứng dụng thẻ dệt này có thể được phát triển hơn nữa. Một hệ thống cung cấp thông tin bao gồm ảnh, nhận dạng mã, xác minh và trao đổi thông tin có thể cung cấp một giải pháp mới trong điều kiện sản xuất thực tế. Thuật toán dựa trên học sâu để nhận dạng thẻ có thể được cải thiện tương đối. Hơn nữa, chúng ta có thể tìm thấy nhiều tiềm năng cũng như lợi ích hơn về việc thiết kế các loại sợi mã hóa. Sợi xoắn 3 lớp, với việc dùng sợi có độ xoắn Z và sử dụng hai loại sợi có màu khác nhau để tạo độ tương phản, được chứng minh là một cách hiệu quả để mã hóa sợi. Sự kết hợp nhiều màu sắc và hướng xoắn khác nhau có thể cung cấp nhiều sự lựa chọn hơn cho việc mã hóa sợi. Bên cạnh đó, việc thực hiện các sợi mã hóa cho phép truy xuất nguồn gốc đối với vải dệt thoi và có thể được sử dụng cho bất kỳ loại vải nào (ví dụ như vải dệt kim, vải không dệt). Sợi mã hóa mở ra một triển vọng mới trong việc truy xuất nguồn gốc vải của ngành dệt may.
Bài: Đặng Bá Nam