Technologie und Anwendung

Transkript

1 F R A U N H O F E R - I n s t i t u t f ü r i n t e g r i e r t e S c h a lt u n g e n i i s RFID Technologie und Anwendung

2 RFID-Technologie: schnell, flexibel und kostengünstig Funktionsweise von RFID Energie + Daten Mit der RFID-Technologie (Radio Frequency Identification) können auf Mikrochips gespeicherte Daten wie beispielsweise eine Identifikationsnummer per Funk ausgelesen werden. Im Gegensatz zum Barcode ist die RFID-Technologie wesentlich flexibler anzuwenden und bietet entscheidende Vorteile. Sie eröffnet damit neue Anwendungen, die mit der Barcode- Technologie nicht möglich sind: Schnell eine Palette mit 1000 Produkten auslesen! Durch Pulkerfassung werden mehrere RFID-Transponder gleichzeitig von einem Lesegerät erfasst. Schreib- / Lesestation Daten Die RFID-Technologie ermöglicht den Datenaustausch zwischen einer Schreib- / Lesestation und einem an einem Objekt angebrachten RFID-Transponder. Ein integriertes IT-System verwertet die ausgelesenen Informationen. Das Produkt durchläuft mehrere Schritte in einem Logistik- oder Produktionsprozess und muss immer den aktuellen Zustand speichern! Durch die Beschreibbarkeit des RFID-Transponders wird der Dateninhalt des elektronischen Etikettes permanent aktualisiert. Der RFID-Transponder befindet sich zum Auslesen an einer schwer zugänglichen Stelle! Da kein Sichtkontakt zwischen Lesegerät und elektronischem Etikett notwendig ist, ist man sehr flexibel bei der Anbringung. Die elektronischen Etiketten können darüber hinaus auch Informationen speichern. Sie bestehen aus einem Mikrochip mit zugehöriger Antenne sowie einem Träger oder Gehäuse. Der Informationsaustausch wird von der Schreib- / Lesestation initiiert. Sie sendet elektromagnetische Wellen, die den RFID-Transponder aktivieren. Dieser speichert gegebenenfalls die erhaltene Information und sendet bei einer Abfrage die Daten zurück. Es gibt passive und aktive RFID-Transponder. Der RFID-Transponder ist über größere Distanzen lesbar! Passive RFID-Transponder haben eine Reichweite von 10m, aktive eine Reichweite von bis zu 100 Metern. Passive RFID-Transponder gewinnen ihre Energie aus dem elektromagnetischen Feld des Readers und haben darum nur eine begrenzte Reichweite von wenigen Metern. Es sollen Kosten gespart und die elektronischen Etiketten mehrmals verwendet werden! RFID-Transponder können wiederbeschrieben und wiederverwendet werden. Teilweise sind heutige Transponder schon so kostengünstig, dass sie sich schon bei einmaliger Nutzung rechnen. Aktive RFID-Transponder sind mit einer eigenen Batterie versehen. Sie können eine Reichweite von bis zu 100 Metern erreichen, haben aber nur eine begrenzte Lebensdauer und sind teurer als passive Transponder.

3 Anwendungen von RFID Logistik lückenlose Verfolgung In der Logistik findet die RFID-Technologie heute schon breiten Einsatz: Egal ob im Einzelhandel, bei der Gepäckabfertigung am Flughafen oder in der Pharmaindustrie. Die elektronischen Etiketten helfen, Prozesse zu optimieren und dadurch Zeit und Kosten zu sparen. RFID-Transponder schließen die Lücke zwischen dem physischen Warenfluss und dem unternehmensübergreifenden Informationsfluss. Transponder auf Paketen enthalten z. B. logistische Informationen wie Ziel, Ankunftszeit oder Inhalt. Damit lässt sich ein Objekt entlang eines Transportweges lückenlos verfolgen. Künftig werden die Objekte in der Lage sein, selbststeuernd zu agieren. Große Container mit aktiven elektronischen Etiketten könnten dann einem Kran selbst»mitteilen«, in welcher Halle sie gelagert werden sollen. In der Medikamentenbranche kann das Etikett mit einem Temperatursensor gekoppelt werden. Dadurch kann z. B. überwacht werden, ob das Arzneimittel immer kühl gelagert wurde. Plagiatschutz eindeutige Identifizierung Bei hochwertigen Produkten lohnt sich der Einbau eines RFID-Transponders mit einer Seriennummer. Das Produkt kann damit eindeutig identifiziert und von Fälschungen unterschieden werden. Zur Sicherheit wird der Transponder untrennbar mit dem Bauteil verbunden. Spiele intelligente Figuren Bei Spielen könnte die RFID-Technologie als Eingabeschnittstelle dienen. Damit werden mit Hilfe der elektronischen Helfer die Züge der Spieler auf einem Spielbrett erfasst und auf einen Rechner übertragen. Spiele z. B. übers Internet sind dadurch möglich. Neue Spielideen lassen sich mit Spielfiguren finden, die mit einem RFID-Transponder ausgestattet sind.. Zugangskontrolle immer der Richtige RFID wird vor allem beim Mitarbeiterzugang in Firmen aber auch in Fußballstadien, im öffentlichen Personennahverkehr oder bei Mautsystemen eingesetzt. Dadurch reduzieren sich die Kosten durch Flexibilität und Mehrfachnutzung. Zusätzlich erhöht die RFID-Technologie die Sicherheit vor Mißbrauch. Produktion Hilfe bei der Herstellung und im Vorortservice Mit RFID kann der Produktionsweg eines jeden Bauteils nachvollzogen werden. Bei Rückrufaktionen wäre bekannt, an welchem Ort und zu welchem Zeitpunkt der Produktionsfehler geschehen ist. Im Maschinenbau erleichtert RFID den Vorortservice. Die Beteiligten erhalten eindeutige Kenntnisse über das auszutauschende Teil, können schnell reagieren und so Zeit und Kosten sparen. Die Vision einer Produktverfolgung von der Herstellung über den Gebrauch bis hin zum Recycling wird mit RFID greifbar. In Werkzeuge oder Werkzeugteile integrierte RFID-Transponder ermöglichen die genaue Zuordnung zum gefertigten Produkt. Asset Management schnell finden Ein RFID-gestütztes Asset Management in einer Firma erlaubt die gezielte Optimierung des Bestands von Werkzeugen, Hilfsmittel oder Messgeräten und deren Service und Wartung. Durch den Einsatz von RFID sind lückenlose Informationen über Ort und Nutzer der Güter vorhanden. Dadurch kann man deren Einsatz steuern und optimieren. Dies geschieht unter den Gesichtspunkten Umlaufzeiten, Quantität, Qualität und den damit verbundenen Kosten und Investitionen.

4 Beispielprojekte Die Kompetenz im Bereich der Hochfrequenztechnik ist die Grundlage für neue technologische Entwicklungen im Bereich RFID am Fraunhofer IIS. Die folgenden Projekte sind Beispiele dafür. WITRACK High Rate Das System»WITRACK High Rate«ermöglicht die drahtlose Lokalisierung von Fußball und Spielern in Echtzeit. Dazu ist im Ball ein Sender integriert. Über eine RFID-Schnittstelle kann der Fußball drahtlos geladen und programmiert werden. Luftfahrtindustrie Ziel des Projektes mit der Lufthansa Technik Logistik ist es, Flugzeugteile mit elektronischen Etiketten auszustatten. Dadurch werden Logistik- und MRO (Maintenance, Repair and Operations) Prozesse optimiert. Durch die Teilekennzeichnung sollen die MRO-Prozesse verbessert werden und bestimmte Ergebnisse auf dem RFID dokumentiert werden. Diese Anwendung stellt besondere Anforderungen an die Technologie. Durch den Einsatz im Flugzeug, aber auch bei den Wartungen, treten hohe Beanspruchungen durch die Umgebung (Temperatur, Druck, usw.) auf. Zusätzlich sollen die RFID- Transponder sehr dünn sein und auf metallischen Oberflächen funktionieren. Die Begleitung des Systementwicklungs- und Implementierungs-Prozesses beim Kunden Lufthansa Technik Logistik ging einher mit der Entwicklung eines kundenspezifischen Metal-Mount RFID-Transponders für die permanente Kennzeichnung der überwiegend metallischen Objekte. Um möglichst viele Teile mit RFID auszustatten, müssen die Transponder klein sein und eine Bandbreite von 860 bis 960 MHz für eine weltweite Nutzung aufweisen. Dafür wurde eine optimale RFID-Antenne nach vorgegebenen Gehäusemaßen entwickelt, die auf Metall eine möglichst hohe Reichweite von mehr als einem Meter im gesamten Frequenzband erzielt. Inguss Hier geht es um die Realisierung adaptronischer Bauteile, d.h. Bauteile mit integrierter Sensorik, Aktorik und Kommunikation. Es gelang, ein RFID-Transponder in ein Aluminiumdruckgussteil zu integrieren. Diese Ergebnisse sind nutzbringend für den Einsatz in der Industrie oder Logistik, wo häufig in metallischem Umfeld gearbeitet wird. Mobile Servicewelten Im Projekt»Mobile Servicewelten«wurden Einsatzpotentiale der RFID-Technologie im weltweiten Vorortservice erforscht, entwickelt und erprobt. Arbeitsschwerpunkt ist die automatisierte Erhebung strategischer und operativer Informationen entlang des Maschinenlebenszyklus. Maschinenbauteile sollen per RFID identifiziert und zusätzlich mit einer»historie«versehen werden. Zusätzlich wird dargestellt, wie die Technologie auf andere Branchen übertragen werden kann. Beteiligt sind vier Partner aus dem Maschinen- und Anlagenbau. Dieses Projekt wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie gefördert. Einsatz von RFID bei der Herstellung von Faserverbundwerkstoffen Die als Leichtbaumaterialien verwendeten Faserverbundwerkstoffe (FVW) erfahren in ihrer Herstellung komplexe Verläufe physikalischer Größen wie beispielsweise Temperatur und Druck. Aufgrund der gesetzlichen Rahmenbedingungen müssen besonders in der Luftfahrtindustrie hohe Qualitätsanforderungen in Bezug auf die Dokumentation des Prozessfortschritts und -verlaufs eingehalten werden. Ziel des Projektes ist es, mögliche Einsatzpotenziale der RFID-Technologie entlang des Produktionsprozesses von FVW zu ermitteln und die technischen Herausforderungen bei der Anwendung von RFID-Transpondern auf FVW-Bauteilen bzw. bei der Integration in FVW-Bauteile zu lösen. Durch sensorische Erweiterung der RFIDs sollen Prozessparameter genauer erfasst und damit die Prozessqualität erhöht werden. Weiterhin soll die RFID- Technologie genutzt werden, um Daten produktindividuell zu speichern und so die Produktion flexibel zu steuern und zu dokumentieren.

5 unser angebot (FVW Wir haben jahrelange Erfahrung in der Entwicklung von RFID- Systemen und unterstützen bei folgenden Aufgaben: Sie wollen wissen, ob sich der RFID-Einsatz lohnt? Beratung zum Einsatz der RFID-Technologie Zusammen mit dem Fraunhofer SCS und unter Verwendung fundierter wissenschaftlicher Methoden analysieren wir Ihren Bedarf, wählen die passende RFID-Technologie und unterstützen Sie bei betriebswirtschaftlich-technischen Machbarkeitsanalysen. Wir erstellen eine umfassende und vollständige Bewertung des Einsatzes der RFID-Technologie sowohl aus technischer als auch aus betriebswirtschaftlicher Perspektive. Auf dieser Basis erstellen wir Handlungsempfehlungen für Ihre Investitionsentscheidungen. Sie wollen wissen, welche RFID-Technologie aus technischer Sicht das Optimum für Ihre Anwendung ist? Evaluierung von RFID-Systemen Obwohl die RFID-Technologie in vielen Bereichen bereits erfolgreich eingesetzt wird, gibt es bei manchen Einsatzfeldern spezifische Schwierigkeiten, z. B. bei der zuverlässigen Erfassung vieler Transponder im metallischen Umfeld. Hier kann eine genaue Untersuchung der technischen Machbarkeit im Vorfeld zielführend sein. Deshalb evaluieren wir bestehende RFID- Systeme hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit. Für diese Messungen stehen RFID-Schreib- / Lesestationen, spezielle Verfahreinheiten sowie ab 2011 ein komplettes Testzentrum für die Simulation realer Einsatzszenarien zur Verfügung. Für Ihre Anwendung gibt es keine RFID-Technologie auf dem Markt? Entwicklung von kompletten RFID-Systemen Wir lösen individuelle Anforderungen an die RFID-Technologie schnell und kompetent. Je nach spezifischer Einsatzart und benötigter Reichweite entwickeln wir individuelle und innovative Lösungen nach Kundenwünschen: Schreib- / Lesestationen Für eine optimale Reichweite und Übertragungsleistung stimmen wir nicht nur den RFID-Transponder, sondern auch die Schreib- / Lesestation genau auf die jeweilige Anwendung ab. RFID-Transponder Wir verfügen über einen breiten technologischen Hintergrund und können einen RFID-Transponder kundenspezifisch entwickeln. Die Bandbreite reicht von speziellen Antennendesigns bis hin zum kompletten RFID-Chipdesign. Beispielsweise ermöglicht ein spezielles Antennendesign den Einsatz der RFID-Technologie auf oder in Metallen. Wie entwickelt sich die Identifikationstechnologie RFID weiter? Technologische Erweiterung Weltweit wird an der Weiterentwicklung der RFID-Technologie gearbeitet mit dem Ziel nicht nur Objekte zu identifizieren, sondern auch Informationen über Aufenthaltsort und Zustand des Objektes zu erhalten. Auch am Fraunhofer IIS werden neueste wissenschaftliche Erkenntnisse in praxisorientierte Entwicklungen umgesetzt: Kombination von Sensorik und RFID-Technologie Neueste Sensortechnologien werden kombiniert mit RFID- Technologie. Über die RFID-Schnittstelle kann der Sensor mit Energie versorgt werden und seine Daten übermitteln. Soll der Sensor dauerhaft Daten aufzeichnen wird eine Batterie benötigt oder man nutzt Technologien des Fraunhofer IIS, um aus der Umgebung Energie zu gewinnen. Drahtlose Energieversorgung Zu diesen so genannten Energy Harvesting Technologien zählt auch die drahtlose Energieversorgung. Mit der am Fraunhofer IIS entwickelten induktiven Energieübertragungsschnittstelle können nicht nur Sensoren versorgt werden, sondern auch Akkus aufgeladen werden. RFID zur Lokalisierung Die RFID-Technologie ist auch zur Lokalisierung einsetzbar. Befindet sich ein Objekt mit einem Transponder in einem bestimmten Umkreis eines Readers, wird das Objekt der Position des Readers zugeordnet und dadurch lokalisiert. Durch die Verwendung aktiver Transponder mit höherer Reichweite und entsprechenden Positionsbestimmungsverfahren können Objekte auch flächendeckend und präziser geortet werden.

6 4/2010 A. Ritter F r a u n h o f e r - I n s t i t u t f ü r I n t e g r i e r t e S c h a lt u n g e n I I S Institutsleitung Prof. Dr.-Ing. Heinz Gerhäuser (geschäftsführend) Prof. Dr.-Ing. Günter Elst Am Wolfsmantel Erlangen Ansprechpartner Dipl.-Wirtsch.-Ing. René Dünkler Telefon Fax rene.duenkler@iis.fraunhofer.de