Исследовательская работа "Этот таинственный штрих-код"

Оглавление

Все началось с обычной упаковки

апельсинового сока ...

Введение

Как-то после уроков я по дороге домой забежал в супермаркет, чтобы купить апельсиновый сок. Очередь в кассу двигалась, как назло, очень медленно, и от нечего делать я стал вертеть в руках и рассматривать упаковку. Мое внимание вдруг привлекли вертикальные черные полоски разной толщины и какие-то цифры под ними (рис. 1).

Рисунок 1. Штрих-код на упаковке с соком

Такие отметки и раньше встречались мне на упаковках различных товаров, но я не придавал этому особого значения. Тут я вспомнил, что в прошлом году на уроках технологии нам рассказывали о маркировке товаров при помощи штрих-кодов. Теперь я решил разобраться с этим поподробнее. Первое, что попалось мне на глаза, когда я пришел домой, был стоящий на полочке баллончик с антиперспирантом, на котором я тоже обнаружил нанесенный штрих-код (рис. 2).

Рисунок 2. Штрих-код на баллончике с антиперспирантом

Затем штрих-коды обнаруживались повсюду – на упаковках с продуктами, парфюмерией, лекарствами, на бытовой технике, книгах, купленных в магазине и т.д. Теперь мне предстояло выяснить, что скрывается за таинственными линиями и цифрами штрих-кодов. Это и стало исследовательской проблемой работы.

Цель исследования: во-первых, - выяснить, какую информацию, полезную для покупателя (потребителя) товаров, содержит маркировка, нанесенная в виде штрих-кода; во-вторых, - как эту информацию «перевести» на понятный язык?

Задачи работы:

1) выяснить необходимость появления и историю происхождения штрих-кодов;

2) выявить основные виды используемых штрих кодов;

3) проанализировать структуру наиболее распространенных штрих-кодов;

4) научиться читать информацию, заложенную в штрих-коде, а также проверять его подлинность, в том числе, с помощью компьютерных программ.

Объект исследования – штрих-коды, – взяты с упаковок товаров (предметы исследования) в магазинах, дома у себя и у своих знакомых. При составлении математической модели я использовал книгу [2].

Основную необходимую информацию я нашел в различных Интернет-источниках, ссылки на которые приведены в библиографическом списке.

При проведении исследования использовались методы наблюдения, поиска и анализа информации, математического моделирования в MS Excel.

1. Штриховое кодирование: история создания и развитие

Штриховой код (или сокращенно штрих-код) – это графическая информация, наносимая на поверхность, маркировку или упаковку изделий, представляющая возможность считывания её техническими средствами, последовательность чёрных и белых полос либо других геометрических фигур [3].

В 1948 году аспирант Института Технологии Университета Дрекселя в Филадельфии (штат Пенсильвания, США) Бернард Сильвер услышал, как президент местной продовольственной сети просил одного из деканов университета разработать систему, автоматически считывающую информацию о продукте при его контроле. Сильвер рассказал об этом своим коллегам – Норману Джозефу Вудланду и Джордину Джохэнсону. Они совместно начали исследовать различные системы маркировки.

Первая работающая система маркировки использовала ультрафиолетовые чернила, но они были довольно дороги, а кроме того, со временем выцветали. Однако, убеждённый в том, что такая система реализуема, Вудланд покинул Филадельфию и перебрался во Флориду для продолжения работы. Подсказку ему неожиданно дала азбука Морзе (рис. 4).

Азбука Морзе, названная по имени американского изобретателя Сэмюэля Морзе, – это способ знакового кодирования, представление букв алфавита, цифр, знаков препинания и других символов последовательностью сигналов: длинных (тире) и коротких (точек). За единицу времени в ней принимается длительность одной точки. Длительность тире равна трём точкам. Пауза между элементами одного знака – одна точка, между знаками в слове – 3 точки, между словами – 7 точек. Названа эта система кодировки в честь американского изобретателя и художника Сэмюэля Морзе.

Рисунок 4. Азбука Морзе

Вудланд сформировал свой первый штриховой код из песка на берегу. Он только расширил точки и тире азбуки Морзе вниз и сделал из них узкие и широкие линии. Для чтения штрихов была приспособлена технология саундтрека (звуковой дорожки), а именно, оптический саундтрек, используемую для записи звука в кинофильмах.

20 октября 1949 года Вудланд и Сильвер подали заявку на изобретение, а в 1951 году попытались заинтересовать компанию IBM в развитии их системы. Компания, признав реализуемость и привлекательность идеи, всё же отказалась от её реализации, так как посчитала, что обработка получающейся информации потребует сложного оборудования, и что его разработку она сможет провести при наличии свободного времени в будущем.

7 октября 1952 года заявка на изобретение была удовлетворена и авторы затем продали патент компании Philco, позднее известной, как Helios Electric Company. В том же самом году Philco перепродала патент компании RCA.

Нужно сказать, что технология штрих-кодирования лишь через 22 года нашла свое место в системе торговли. Первым товаром со штрих-кодом была жевательная резинка Wrigley’s. Она была продана 26 июня 1974 года в 8.01 утра и сейчас хранится в музее Смитсоновского института (США).

Принцип, заложенный авторами в основу штрихового кодирования, заключается в представлении алфавитно-цифровых символов в виде чередования черных и светлых полос различной ширины (штрихов и пробелов), а также считывание их с помощью сканирующего устройства, которое расшифровывает коды и передает информацию на ЭВМ. При этом штрих-коды могут быть как линейными (читаются в одном направлении), так и двухмерными (рис. 5).

Рисунок 5. Линейный и двухмерный коды на упаковке спортивного питания

Двухмерные коды, в свою очередь, подразделяются на многоуровневые и матричные. Многоуровневые штрих-коды появились исторически раньше, и представляют собой поставленные друг на друга несколько обычных линейных кодов. Матричные же коды более плотно упаковывают информационные элементы по вертикали.

Отметим, что линейные символики позволяют хранить лишь достаточно ограниченный объем информации, тогда как двухмерная компоновка значительно расширяет информационные возможности кодирования.

2. Линейные штрих-коды

Подробнее рассмотрим линейные штрих-коды. Наиболее распространённые из них:

1. EAN (European Article Number) – европейский стандарт штрих-кода, предназначенный для кодирования идентификатора товара и производителя, является расширением американского стандарта UPC. Наиболее часто встречаются его разновидности EAN-8 (сокращенный, состоит из 8 цифр) и EAN-13 (полный, состоит из 13 цифр). Используется также EAN-128, которым кодируется любое количество символов по специальному алфавиту. В отличие от предыдущих кодов, он кодирует не только цифры, но и буквы.

2. UPC (Universal Product Code) – американский стандарт штрих-кода, предназначенный для отслеживания товаров в магазинах (UPC-A, UPC-E), разработанный в 1973 году сотрудником корпорации IBM Джорджем Джосефом Лорером.

UPC, содержащий 12 цифр, является прародителем европейского усовершенствованного кода EAN-13, кодирующего 13 цифр. Иначе говоря, код UPC является частным случаем, или подмножеством кода EAN-13. Он преобразуется в код EAN-13 дописыванием нуля перед двенадцатью цифрами кода UPC. Например, товар, UPC-A штрих-код которого записан как 036000291452, будет иметь код EAN-13: 0036000291452. Именно по этой причине коды многих товаров, произведённых в США или Канаде, в европейской кодировке начинаются с нуля. При этом сама «штриховка», то есть рисунок EAN-13 для кодов, соответствующих UPC, идентична «штриховке» UPC. Таким образом, обеспечивается совместимость американских кодов для чтения в Европе без какой-либо перепечатки этикеток или переупаковки товара.

3. Встречаются и другие разновидности штрих-кодов, такие, как Code56, Code128 (UPC/EAN-128), Codabar, «Interleaved 2 of 5».

Исторически сложилось так, что в торговле наиболее часто используется код EAN/UPC. Как уже отмечалось выше, первоначально была разработана американская система UPC, содержащая в себе для кодировки товара 12 цифр, и она обрела такую популярность, что на неё обратили внимание европейские страны. Однако весь диапазон кодов уже был занят для кодирования товаров США и Канады, а товары и фирмы монопольно регистрировались в США.

Перед разработчиками европейской кодировки EAN-13 встала серьёзная задача – расширить диапазон кодов и организовать независимую от США систему регистрации, обеспечив максимальную совместимость с кодировкой UPC. Решением стало добавление тринадцатой цифры в крайней слева позиции (она обычно указывается арабской цифрой слева от штрих-кода) с помощью 12 цифровых шаблонов, так же, как и в UPC. При этом удалось сохранить обратную совместимость EAN-13 с кодировкой UPC – последняя стала подмножеством кодировки EAN-13 с первой цифрой 0.

Рисунок 6. Пример штрих-кода EAN-13

3. Логическая структура и содержание полей штрих-кода

На рисунке 6 приведено изображение штрих-кода EAN-13. За единицу ширины штриха принимается модуль – самый узкий штрих или пробел шириной 0,33 мм. Каждая цифра кодируется семью модулями, которые сгруппированы в два штриха и два пробела. Например, цифра 4 представлена как 1011100. Ширина штрихов и пробелов составляет от одного до трех модулей. Информацию о коде несут также ширина штрихов, пробелов и их сочетание. Номинальный размер символа EAN-13 от первого до последнего штриха – 31,35 мм. Вокруг кода должно быть пустое пространство, так что номинальная ширина составляет 37,29 мм. В начале и в конце штрих-кода помещены удлиненные краевые штрихи, указывающие на начало и конец сканирования.

Рассмотрим логическую структуру штрих-кода EAN-13. Код условно можно разделить на следующие пять зон:

Выясним далее, какую информацию содержит в себе каждая из этих зон (рис. 7).

Рисунок 7. Структура штрих-кода

Зона 1: «Префикс национальной организации». В цифровом обозначении штрих-кода первые три цифры – это префикс GS1. Они означают код регионального представительства Ассоциации GS1 (регистратора), в которой зарегистрировался производитель продукции, и совсем не означает страну происхождения (изготовителя или продавца) продукта.

Ассоциация GS1 – это международная организация, ведающая вопросами стандартизации учёта и штрихового кодирования логистических единиц. Европейская штаб-квартира организации находится в Брюсселе (Бельгия), американская – в Принстоне (штат Нью-Джерси, США).

Ассоциация не запрещает регистрацию предприятия у регистратора другой страны. Хотя большинство предприятий регистрируется в представительстве ассоциации своей страны, это совсем не означает, что продукция произведена именно в этой стране. Подробную информацию о префиксах можно найти на сайте российского представительства GS1 по адресам [4, 5]. Префиксы штрих-кодов для различных стран мира приведены в Приложении. Так, например, префикс 400 принадлежит Германии, а 460 – России. Приведенные на рисунках 6 и 7 штрих-коды содержат префикс 590, что соответствует Польше.

Отдельно зарезервированы коды, начинающиеся с цифры 2 (префиксы с 200 по 299). Это коды для внутреннего использования предприятиями для собственных целей. Любое предприятие любых регионов мира, а также частные лица могут использовать их как угодно, по своему усмотрению, но исключительно в своих внутренних целях. Использование этих кодов за пределами предприятия запрещено. Внутреннее содержание кодов, начинающихся с 2, может подчиняться любой логике, которое установило то или иное предприятие для себя (обычно это предприятия розничной торговли), и может содержать цену или вес товара, или любые другие параметры. Особенно часто эта кодировка применяется для весового товара. Эти коды может использовать любое предприятие, причём, они нигде специально не регистрируются и никак не регулируются сторонними организациями.

Зона 2: «Регистрационный номер производителя товара». Обычно она занимает от 4 до 6 цифр, то есть в ней может быть зарегистрировано от 10 000 (номера от 0 до 9 999) до 1 000 000 (номера от 0 до 999 999) предприятий. Длина этого поля зависит от политики регионального представительства GS1. В ряде стран размер этого поля зависит от уровня оплаты членских взносов. Проблема связана с тем, что если длина этого поля больше, то можно зарегистрировать больше предприятий, но при этом каждому предприятию выделяется возможность регистрирования меньшего количества товара. То есть, если код предприятия составляет 6 цифр, то каждому предприятию выделяется пространство для регистрации 1 000 единиц товара.

Ранее российское представительство GS1 выделяло в качестве кода предприятия 4 цифры, и тогда для кодировки товара предприятие обладало возможностью регистрации 100 000 единиц товара. В 2000 году Россия приняла решение о выделении вновь регистрируемым предприятиям 6 цифр под код предприятия и 3 цифры под код товара. Это было обусловлено тем, что большая часть предприятий выпускает менее 1 000 наименований товара, поэтому кодовые позиции расходуются более экономно.

Зона 3: «Код товара». Ранее было отмечено, что 3-5 оставшихся цифр выделяются для кодировки самого товара. Длина этого поля зависит от политики регистратора, то есть, в зависимости от того, какую длину кода предприятия выбрал регистратор в качестве базовой. Сам цифровой код товара никакой смысловой нагрузки не несёт, так как коды присваиваются по мере выпуска нового вида продукции. То есть, данная часть кода, – это ни вес, ни цвет, ни цена, ни что-то ещё, а, всего лишь, порядковый номер товара, который компьютер терминала магазина берёт из своей компьютерной базы, где хранится как наименование, так и цена товара.

Следует отметить, что коды товара 999 или 99999 вы вряд ли встретите на упаковках с продукцией, потому что этот код указывает на предприятие как таковое. Собственно говоря, код этого специфичного товара в совокупности с остальными частями кода идентифицирует уникальный код самого предприятия (идентификационный номер предприятия, или GLN) в целях автоматизации и обмена документацией. Аналогично и для его подразделений можно увидеть сочетания 998, 997, 996.

Зона 4: «Контрольное число». Используется для проверки правильности считывания штрихов сканером. Как проводится такая проверка, будет сказано ниже.

Зона 5: «Дополнительное поле». Носит необязательный характер и может либо содержать, либо не содержать символ « ». Так, приведенное на рисунке 6 изображение штрих-код содержит знак « », а код на рисунке 7 такого поля не содержит.

4. Устройства для чтения штрих-кодов

Устройство, которое считывает штрих-код, нанесённый на упаковку товара, и передаёт эту информацию в компьютер, кассовые аппараты, POS-терминалы, называется сканером.

В июне 1974 года первый UPC-сканер производства корпорации NCR был установлен в супермаркете «Marsh» в городе Трой (штат Огайо, США), а 26 июня этого же года кассиром супермаркета был просканирован первый товар – блок 10 фруктовых жевательных резинок компании Wrigley’s.

В настоящее время сканеры активно используются в сфере торговли и услуг для быстрой идентификации товара при отпуске, на складе, а также при выдаче книг в библиотеках и т.д.

По устройству считывающего элемента сканеры подразделяются на светодиодные, лазерные и имидж-сканеры.

При считывании кода сканером в микроконтроллер передается кодовая комбинация целиком, включая и разделительные знаки. Корректное направление прочтения последовательности определяется посредством контроля чётности (см. раздел 5 «Алгоритм проверки правильности штрих-кода»).

5. Алгоритм проверки правильности штрих-кода и его реализация

Для штрих-кода EAN-13, содержащего 13 цифр, существует алгоритм проверки его правильности. Алгоритм состоит из следующих шагов.

Шаг 1: сложить все цифры кода, находящиеся на четных позициях, записать результат Р₁

Шаг 2: умножить Р₁ на 3, записать Р₂

Шаг 3: сложить все цифры кода на нечетных позициях (кроме 13-й), записать результат Р₃

Шаг 4: Р₂ + Р₃ = Р₄

Шаг 5: записать Р₅ как последнюю цифру Р₄

Шаг 6: Р₆ = 10 – Р₅

Шаг 7: проверка равенства Р₆ и 13-й цифры.

Если на 7-м шаге цифра, полученная в ячейке Р₆, окажется равной 13-й цифре кода, то код является правильным. Покажем работу алгоритма на примере.

Пример: штрих-код 7501054530107

Шаг 1: Р₁ = 5 + 1 + 5 + 5 + 0 + 0 = 16

Шаг 2: Р₂ = Р₁ * 3 = 16 * 3 = 48

Шаг 3: Р₃ = 7 + 0 + 0 + 4 + 3 + 1 = 15

Шаг 4: Р₄ = Р₂ + Р₃ = 48 + 15 = 63

Шаг 5: Р₅ = 3 (последняя цифра числа 63)

Шаг 6: Р₆ = 10 – Р₅ = 10 – 3 = 7

Шаг 7: проверка Р₆ = 7 = 7 (13-я цифра).

Ответ: штрих-код является правильным.

Данный алгоритм был реализован нами с использованием табличного процессора MS Excel (рис. 9). Здесь проверена подлинность штрих-кода на упаковке с апельсиновым соком (рис. 1), с которой собственно и началось наше исследование. На экране видно, что произведен этот товар в России.

Рисунок 9. Проверка штрих-кода в MS Excel

Также в реализованной нами модели имеется функция отнесения штрих-кода к той или иной стране мира (с использованием информации Приложения). Например, формула =ЕСЛИ(И(B3=460;B3 осуществляет проверку того, является данный товар российским, или нет, а приведенная ниже формула «выбирает» страну-производителя товара:

=ЕСЛИ(C4=30;C4=400;C4

При помощи данной модели нами были проверены различные товары, упаковки от которых мы нашли в магазинах, дома у себя или у своих знакомых. К сожалению (нет, лучше, к счастью), ни одной подделки нам найти так и не удалось.

Заключение

Мы начали наше исследование с упаковки апельсинового сока, который, как оказалось, действительно произведен в России и, что очень радует, не поддельный.

Как уже было сказано, проверка на модели показала, что спортивное питание, упаковку от которого я сфотографировал в гостях у своего приятеля (рис. 5), действительно произведено в США, как это и написано на упаковке, а штрих-код является подлинным. Подлинным оказался и подаренный мне на Новый год произведенный в Германии антиперспирант (рис. 2), а также многие другие товары.

Конечно, существуют, и даже размещены в сети Интернет различные сервисы, которые позволяют «прочитать» штрих-код любого товара. Один из таких сервисов размещен на сайте [8]. Эту или какою-нибудь другую программу можно скачать себе на мобильный телефон или планшет и всегда держать «под рукой».

Так, или иначе, совершая покупку любого товара, наверное, совсем не лишним будет определить подлинность штрих-кода, а значит, страну, где был произведен товар, а также проверить, существует ли компания-производитель, имя которой указано на этикетке и зарегистрирован ли данный товар официально. Как потребителям, это право гарантировано нам законодательством [1].

Библиографический список

1. Закон Российской Федерации от 07.02.1992 № 2300-1 «О защите прав потребителей».

2. Гельман В.Я. Решение математических задач средствами Excel: практикум. – СПб.: Издательство «ПИТЕР», 2003.

3. http://ru.wikipedia.org

4. http://www.gs1ru.org/

5. http://www.gs1md.org

6. http://arhivarij.narod.ru/shtrih-kody/kod.html

7. http://legalizovano.ru/barcodes.html

8. http://www.rostix.com/services/barcode/

9. http://www.grandars.ru/college/tovarovedenie/shtrih-kod.html

10. http://www.myshared.ru/slide/1004035/

Приложение

Штрих-коды товаров стран мира

13