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Wertschöpfungsfaktor RFID

Industrielle Identifikation in der Intralogistik

Wertschöpfungsfaktor RFID

Der Einsatz von modernen Identifikationstechnologien in der Produktionslogistik kann durch bessere Übersicht und höhere Effizienz spürbare Kostensenkungen bewirken. Insbesondere RFID entwickelt sich dabei zunehmend zu einem wichtigen Faktor zur Prozessunterstützung in der gesamten Wertschöpfungskette.

Bild: Siemens AG

Der logistische Auftrag in industriellen Produktionsanlagen besteht darin, die richtige Menge, der richtigen Objekte, am richtigen Ort, zum richtigen Zeitpunkt, in der richtigen Qualität, zu den richtigen Kosten zur Verfügung zu stellen. Die klassische Logistikaufgabe ist dabei der Transport von Gütern, entweder von einem Unternehmen zum anderen oder auch zwischen mehreren innerbetrieblichen Orten. Damit dabei das richtige Objekt rechtzeitig am Zielort ankommt, ist eine eindeutige Identifikation der zu transportierenden Produkte essentiell.

Vorteile der funkbasierten Identifikation

Das Spektrum der Identifikationstechnologien ist breit und reicht von einfachen Barcode-Erfassungssystemen über Radio Frequency Identification (RFID) bis hin zur visuellen Objekterkennung. Bei einer Vielzahl von Logistikanwendungen kann RFID eine Reihe von Vorteilen gegenüber anderen Systemen vorweisen und soll daher im Folgenden näher beleuchtet werden. Ein RFID-System besteht grundsätzlich aus zwei Elementen, dem Datenträger, auch als Transponder oder Smart Label bezeichnet, und dem Schreib-Lesegerät oder ‚Reader‘. Der Transponder ist der Informationsträger und wird am Objekt befestigt, das identifiziert werden soll. Der Reader liest die Informationen aus dem Transponder aus, leitet sie an übergeordnete Systeme wie zum Beispiel Steuerungen oder IT-Systeme weiter und schreibt bei Bedarf Daten auf den Transponder zurück.

Die Informationsübertragung zwischen Reader und Transponder erfolgt bei Systemen im Ultrahochfrequenzbereich (UHF) über Funkwellen genau wie beim Radio oder bei Mobiltelefonen. Ein Vorteil von RFID gegenüber optischen Identifikationstechnologien ist die Möglichkeit, via Pulkerfassung mehrere Objekte mit Transpondern gleichzeitig zu registrieren. Des Weiteren kann die Identifizierung der Ware ohne Sichtkontakt erfolgen, das heißt, die Technologie ist robust gegenüber Verschmutzung, und die Transponder können sich auch innerhalb des Objekts befinden.

Die Möglichkeit, die Daten auf dem Transponder zu aktualisieren, erlaubt ein Tracking der durchgeführten Arbeitsschritte auch ohne Anbindung an ein IT-System. Aufgrund der hohen Sendereichweite von mehreren Metern werden in der Logistik in der Regel UHF-Systeme im Frequenzbereich von 865 bis 868 Megahertz in Europa beziehungsweise 902 bis 927 Megahertz in den USA eingesetzt. Im Gegensatz zu anderen RFID-Systemen sind in diesem Frequenzbereich kostengünstige Einweg-Transponder verfügbar. Die Transponder sind mit unterschiedlichen Speicherkapazitäten erhältlich, angefangen von 96 Bit zur Speicherung einer einfachen, mehrstelligen Identifikationsnummer bis zu der Möglichkeit nutzerdefinierte Daten auf dem Datenträger vorzuhalten. Transponder mit bis zu 64 Kilobyte Anwenderspeicher sind bereits auf dem Markt erhältlich.

Zunehmender RFID-Einsatz in der Intralogistik

UHF-RFID-Systeme finden zunehmend in der Intralogistik in industriellen Produktionsanlagen Einzug. Gründe für diesen Trend sind die durchgängige Identifikation der Objekte im gesamten Produktionsprozess und die Verfügbarkeit von kostengünstigen Labels. Diese können am Ende des Produktionsprozesses einfach entsorgt werden oder im beziehungsweise am Objekt verbleiben. Dabei reduziert der durchgängige Einsatz einer Identifikationstechnologie während der gesamten Logistikkette die notwendigen Ressourcenaufwände erheblich und verhindert die bei Technologiebrüchen möglichen Übertragungsfehler.

Je nach Anwendungsfall wird in der Intralogistik eine Pulkerfassung mehrerer Objekte oder die gezielte Identifikation eines einzelnen Objekts bezweckt. So ist es zum Beispiel im Wareneingang wichtig, angelieferte Objekte möglichst schnell und vollständig zu identifizieren und das Ergebnis mit dem Lagermanagementsystem abzugleichen. In der Produktionslogistik hingegen steht eher die Verifikation der Sequenz etwa bei Just-in-sequence-Produktion (JIS) im Vordergrund, beziehungsweise die Überprüfung anderer produktionsrelevanter Parameter und Qualitätsdaten. Neben der Möglichkeit der automatischen Sequenzkontrolle bietet der Einsatz von RFID-Transpondern mit entsprechender Speicherausstattung auch die Möglichkeit, in einer Produktion ohne Anbindung an eine Unternehmens-IT produktionsrelevante Daten auszulesen und Produkt- beziehungsweise Qualitätsdaten in den Speicher einzutragen und somit immer zusammen mit dem Produkt verfügbar zu haben.

Termingerechte Anlieferung von flüssigem Aluminium durch die Firma Aleris. Die Identifikation mit RF600-Readern ermöglicht eine schnelle Wareneingangskontrolle. Bild: Siemens AG

Linien- und werksübergreifende Materialverfolgung

So wurde zum Beispiel im Werk der Firma MDC Power GmbH in Kölleda in der Motorenmontage ein durchgängiger Material- und Montagefluss über mehrere Montagelinien realisiert. Hierfür wurden an allen Entscheidungspunkten der Transportebene der Einschienenhängebahn Reader aus dem RFID-System Simatic RF300 installiert. Die zugehörigen Transponder enthalten neben der eindeutigen Identifikationsnummer Eckdaten wie Motortyp, Sachnummer oder Baumuster.

Die Fertigung von Autositzen im Daimler-Werk in Böblingen-Hulb zeigt, welchen Beitrag flexible, moderne RFID-Systeme in der Produktionslogistik leisten können: Die Individualisierung der Sitze umfasst nicht nur das Material, sondern auch eine Vielzahl komfort- und sicherheitsspezifischer Elektroniksysteme. Darüber hinaus sorgen unterschiedliche nationale Vorschriften für weitere technische Varianten. Deshalb ist die Just-in-sequence-Steuerung der Produktion und damit die eindeutige Kennzeichnung der zu verbauenden Komponenten unverzichtbar.

Optimierung der gesamten Wertschöpfungskette

Zunehmend verteilt sich die Wertschöpfung auf eine Vielzahl von Unternehmen. Die beteiligten Betriebe organisieren sich in Produktions- und Logistiknetzen, deren Komplexität bei der Steuerung inner- und überbetrieblicher Prozesse stetig steigt. Ein Beispiel ist die zeitkritische Anlieferung von flüssigem Aluminium für die Fertigung von Gussteilen.

Bei der Firma Aleris werden dazu mittels RFID die Tiegel an den verschiedenen Bearbeitungspunkten, Betriebsstätten und am Warenausgang/-eingang erfasst. Die dadurch gesammelten Daten werden mit weiteren Informationen – etwa der Befülltemperatur – zu einem umfassenden ‚Tiegel-Profil‘ ergänzt, das jederzeit Auskunft über Standort, Inhalt und Zustand eines jeden Tiegels geben kann. Solche unternehmensübergreifende Aufgaben verlangen nach neuen Ansätzen und Methoden zur wirtschaftlichen Steuerung von Prozessen in der Auftragsabwicklung.

Kosten senken durch Standardisierung

Eine standardisierte Infrastruktur kann dabei kostspieligen und häufig inkompatiblen Individuallösungen einzelner Unternehmen in einer Lieferkette vorbeugen und damit das unternehmensübergreifende Austauschen von Objektverfolgungsdaten erleichtern. Hierfür kommt im Förderprojekt ‚RFID-based Automotive Network‘ (RAN), das Siemens als Partner unterstützt, das Electronic Product Code Information Service- Format (EPCIS) des GS1-Konsortium für globale Standardisierung zum Einsatz.

Im Rahmen des Projekts nutzt ein in Entwicklung befindliche Assistenzsystem des Technologie-Konzerns Objektverfolgungsdaten aus der Lieferkette in Verbindung mit Plandaten etwa aus dem Enterprise-Ressource-Planning-System (ERP), um wesentliche Störungen des Materialflusses zu identifizieren und deren Auswirkungen durch Handlungsempfehlungen an Produktionsplaner zu mindern. Dies soll zum Erreichen vorgegebener Leistungskenngrößen durch hohe Auslastungsgrade und bestmögliche Durchlaufzeiten beitragen.

RFID im Einsatz bei der Fertigung von Autositzen: Zur Unterstützung der Produktionslogistik müssen Daten sowohl zum Material als auch zu einer Vielzahl komfort- und sicherheitsspezifischer Elektroniksysteme transportiert werden. Für die Just-in-sequence-Steuerung der Produktion ist die eindeutige Kennzeichnung der zu verbauenden Komponenten daher unverzichtbar. Bild: Siemens AG

Prototyp für unternehmensübergreifenden Aufgaben

Zur Entwicklung und Validierung einer RFID-basierten Produktionsplanung wurde gemeinsam von Siemens und dem Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (IWB) der Technischen Universität München ein standortübergreifender Produktionsprototyp erstellt. In diesem kann die unternehmensübergreifende Fertigung eines Getriebes in hoher Variantenzahl dargestellt werden. Mit Zulieferteilen aus Karlsruhe erfolgt in Nürnberg die Fertigung für den Zulieferer (OEM) in München.

Dabei werden mit Hilfe der Software ‚Tecnomatix Plant Simulation‘ die Anlagen in einem Simulationsmodell abgebildet und über Logistikdienstleister miteinander verbunden. An definierten Orten werden EPCIS-Ereignisse generiert und in den lokalen Datenbanken der Unternehmen abgelegt. Der Datenaustausch zwischen den Verbundpartnern der Lieferkette erfolgt über einen Infobroker. Der Tier-1-Lieferant sowie der OEM verfügen darüber hinaus über ein Produktionsassistenzsystem, das auf die generierten EPCIS-Ereignisse zugreifen und diese für einen Abgleich mit bekannten Soll-Daten nutzen kann.

Die zielgerichtete Bereitstellung relevanter Informationen ermöglicht den beteiligten Unternehmen, unvorhergesehene Ereignisse innerhalb der Wertschöpfungskette frühzeitig zu identifizieren und gegebenenfalls entsprechende Reaktionen – wie etwa eine Anpassung der Produktionssequenz – einzuleiten.

Auf dem Weg zur vierten Industrierevolution

Die dritte industrielle Revolution umfasste die Automatisierung von Produktionsprozessen durch den umfangreichen Einsatz von Elektronik und IT. Auf dem Weg zur Industrie 4.0 kommt nun die Entwicklung intelligenter Überwachungs- und autonomer Entscheidungsprozesse hinzu, um Unternehmen und ganze Wertschöpfungsnetzwerke in nahezu Echtzeit steuern und optimieren zu können.

Durch intelligente Feldgeräte, die direkt am Ort des Geschehens in der Produktions- und Logistikkette installiert sind, ergeben sich kürzeste Reaktionszeiten bei Störungen und eine optimale Ressourcennutzung in allen Prozessphasen. In Kombination mit einer durchgängigen Vernetzung der Identifikationssysteme mit betriebswirtschaftlicher Anwendungssoftware eröffnet dies in der Produktionslogistik wesentliche Optimierungspotenziale.

Identifikation als Schlüsseltechnologie

Zuverlässige Identifikation und Kommunikation sind in der Produktionslogistik heute schon nicht mehr wegzudenken. Der Fokus auf diese Technologien beim Schritt zur nächsten industriellen Revolution zeigt jedoch, dass hier noch Potenzial für Optimierung besteht. Mit immer leistungsfähigeren und intelligenteren Identifikationssystemen ist die Industrie hier auf dem richtigen Weg. Für eine umfassende Vernetzung sind jedoch gerade im Bereich der Standardisierung noch erhebliche Vorarbeiten notwendig.