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Herausforderung Electronic Product Code

Tragfähige RFID-Architekturen

Mit UHF-Systemen, die dem Electronic Product Code-Standard entsprechen, kommt eine neue RFID-Technologie für Produktionssteuerung zum Einsatz. Der wichtigste Vorteil:?Dank niederiger Preise und hoher Übertragungsdistanzen eignet sich die Technik für weite Einsatzbereiche in der Produktion. Doch die speziellen Eigenschaften der UHF-Lösungen erfordern neue IT-Strukturen, in denen Steuerungen aus IT- und Automationswelt eng zusammenarbeiten.



Bild: Siemens

Radio Frequency Identification (RFID) ist seit Jahren ein bewährtes Werkzeug in der dezentralen Produktionssteuerung. Immer wenn es um die Fertigung unterschiedlichster Werkstücke auf einer gemeinsamen Produktionslinie geht, bietet sich RFID neben anderen Methoden wie Data-Matrix-Codes als Identifikationsmittel an. So können etwa in Automobil- oder Elektroindustrie breite Produkt-sortimente hergestellt werden, ohne dass Rüst- oder Montagezeiten zu stark ansteigen. Dazu werden Werkstücke oder Werkstückträger mit Datenträgern oder ‚Tags‘ ausgerüstet, die per Funk durch ein RFID-Lesegerät erfasst und gelesen oder beschrieben werden können. Auf jedem Tag wird der komplette Bauplan eines Werkstücks gespeichert. Gelangt nun ein Werkstück an die Maschine, liest deren Steuerung über den RFID-Reader die benötigten Information aus und steuert entsprechend den Fertigungsschritt. So kann etwa ein ein Lackierroboter alle anfallenden Varianten von Farben und Karosserieformen bearbeiten.

EPC-Standard für weltweite Identifikation

Seit etwa fünf Jahren ist nun eine neue RFID-Technologie unter dem Namen ‚EPCglobal‘ verfügbar. ‚EPC‘ steht für Electronic Product Code was zeigt, dass der Standard neben dem Funkprotokoll auch die Datenformate auf den Tags regelt. So soll jedes Objekt eine weltweit eindeutige Identifikationsnummer erhalten. Da die Technologie vor allem für die Logistik konzipiert wurde, sind die Tags auf minimale Kosten bei hoher Reichweite ausgelegt. Stückpreise unter 15 Cent sind realisierbar, die Abstände zwischen Lesegerät und Tag können fünf Meter und mehr betragen. Auch robuste, industrietaugliche Transponder sind sehr günstig herzustellen. Allerdings ist der verfügbare Speicher recht gering: Für den EPC stehen 240 Bit zur Verfügung, mit zusätzlichen 512 Bit Anwenderspeicher. Bislang wurden in der Fertigungsautomatisierung aber Tags mit zwei bis 32 Kilobyte Speicher eingesetzt. Doch durch die geringen Kosten können die Tags dauerhaft angebracht werden, Medienbrüche oder Datenverluste durch Abnehmen der Tags entfallen.


EPC-RFID-Technologie erlaubt es, Erzeugnisse dauerhaft mit RFID-Tags auszurüsten – hier bei der ZF Getriebe GmbH. Bild: Siemens

Herausforderungen: Speicher und Funktechnik

Die Verwendung des UHF-Bandes birgt jedoch einige Problemfelder. Die bislang in der Fertigung eingesetzten HF-Systeme wie Simatic RF300 von Siemens zeichnen sich durch vergleichsweise unkomplizierte Verwendbarkeit aus. Das induktive Kopplungssystem macht die Systeme unempfindlich für Störeinflüsse, erlaubt aber nur wenige Zentimeter Abstand zwischen Tag und Lesegerät. Bei UHF basiert die Kopplung jedoch auf Funkwellen, die etwa durch Metalle gestört werden können. Als Folge können Tags eventuell nicht gelesen werden oder unerwünschte Überreichweiten auftreten.

Ein Hauptvorteil bisheriger RFID-Lösungen liegt darin, dass den Maschinen alle nötigen Daten ohne verzögernde Datenbank-Zugriffe zur Verfügung stehen. Wenn eine Maschine jedes Werkstück flexibel bearbeiten soll, kann der Fertigungsschritt erst nach Vorliegen aller Informationen ausgeführt werden. Die Wartezeiten auf den Datensatz gehen somit vollständig in die Taktzeit ein. Bei EPC-RFID kann dieses Konzept durch die geringe Speicherkapazität nicht mehr vollständig aufrecht erhalten werden. Es bedarf eines intelligenten Umgangs mit dem begrenzten Speicher.

Strategien für integrierten Informationsfluss

Mögliche Lösungskonzepte sind der Aufbau eines leistungsfähigen Manufacturing Execution Systems (MES), das die Daten in geringst-möglicher Zeit jeder Maschine zur Verfügung stellt. Der Anwenderspeicher wird dann für zentrale Informationen zum Beispiel für die Materialflusssteuerung reserviert. Ist der Produktionsdurchlauf vorab weitgehend klar, können die Daten auch an die Steuerungen verteilt werden, bevor das Werkstück eine Maschine erreicht. Diese können dann den Datensatz anhand der RFID-Identifikationsnummer in minimaler Zeit aktivieren. Außerdem kann der Anwender-Speicher der Tags während des Produktionsdurchlaufs mehrfach genutzt werden. Auf dem Tag befinden sich dann anstelle des kompletten Bauplans nur die Informationen für die nächsten Stationen. Während das Werkstück bearbeitet wird, kann dann der nächste Datensatz auf dem Tag gespeichert werden. Schließlich kann der UHF-Transponder bei variablen Fertigungsabschnitten wie der Endmontage durch klassische RFID-Tags im HF-Bereich ergänzt werden, die mehr Speicherplatz zur Verfügung stellen. Den meisten Strategien ist eine engere Kopplung von Automatisierung und IT-Systemen, insbesondere MES, gemein. Allerdings werden die UHF-Tags nach und nach mit mehr Speicher ausgerüstet. Ideal ist deshalb ein skalierbares Speicher-Management, das auch von größeren Chips profitieren kann.


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