Das Internet der Dinge

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1 Anforderungen an die IT durch den Einsatz von Transpondern RFID Arbeitskreis 24. Februar 2005 Logistics Forum Duisburg Prof. Dr. Michael ten Hompel Das Internet der Dinge wird die Welt bewegen Page 2 Abbildung: National Geographics Copyright Fraunhofer IML Seite 1

2 Fraunhofer IML Page 3 Fraunhofer IML Founded in 1981 Staff of 165 employees, 250 students Annual research volume of around 17 million, about 60% contract research Highest industrial turnover a head within FhG Actual fields of main activities: e.g.: E-Business E-Logistics & logistic software Warehouse Management & RFID Supply Chain Management Page 4 Copyright Fraunhofer IML Seite 2

3 Das Internet der Dinge Page 5 Anforderungen an die IT: Ebenenmodell zur RFID-Integration Ebene Beispiel Funktionalität / Prozess / Areal Einzelkunden (Consumer), Großkunden Global Lieferanten / Zulieferer, Verlängerte Werkbank / Outsourcer Logistikdienstleister, Speditionen, KEP-Dienste Schnittstellen Unternehmen Regional Unternehmensbereiche zentrales Lager, Distributionszentrum, einzelne Produktionsstätte lokales Lager, produktionsnahes Lager Lokal Prozessbereich, Lagerbereich, Bearbeitungszentrum Materialflusssteuerung, Prozesssteuerung, Lagertechnik Schnittstellen Page 6 Liste auf Basis der Arbeit von: Herrn Ende, Artos Origin Copyright Fraunhofer IML Seite 3

4 Die 10 wichtigsten Entwicklungen auf dem Weg zum Internet der Dinge Page 7 1. Seit 40 Jahren Moor sches Gesetz Page 8 Copyright Fraunhofer IML Seite 4

5 Moore: Exponentielles Wachstum Page 9 2. Atomisierung der Warensendungen Page 10 Abbildung: Copyright Fraunhofer IML Seite 5

6 3. Kommunikation - Webservices Page 11 Abbildung: 4-Step-Integrator Fraunhofer IML 4. RFID & Globale Standards nicht immer schön aber selten Page 12 Copyright Fraunhofer IML Seite 6

7 SGTIN-96 und EAN (13) GID-96 General Identifier 96 Header 14 EPC Manager Number (allg. Teilenummer, Hersteller) Item Category (Objektklasse, Artikelnummer) Serial Number (Seriennummer) 38 SGTIN-96 (Serialisierte Global Trade Item Number) Header 8 Filter 3 Partition 3 Basisnummer (Hersteller, z.b. Teil der ILN in EAN) (6-12 Dezimalst.) Objektklasse (Artikelbezug) 4-24 (1-7 Dezimalst.) Seriennummer 38 Header 8 Page 13 Prüfziffer ( Header) + Basisnummer + Eigengenerierung (Artikelnummer) = EAN 13 Filter 3 Partition 3 Basisnummer (z.b. Hersteller) 24 (7 Dezimalst.) Eigengenerierung (z.b. Artikelnummer) 20 (5 Dezimalst.) Serial Number (Seriennummer) 38 alle Angaben in [Bit] EAN 5: Polymerchips als Träger eines globalen EPC Page 14 Copyright Fraunhofer IML Seite 7

8 RFID Chips auf Polymerbasis In 3-5 Jahren wird die Technologie der Polymerchips im industriellen Maßstab zur Verfügung stehen. Polymerchips werden einen Bruchteil bisheriger, Silizium-basierter Chips kosten. Erst Prototypen mit einer Speicherkapazität von 12.5 Mbyte/cm 2 auf EPDT-Basis wurden bereits realisiert. (cf. Nature, vol. 426, p. 166). Smart Tags Polymer chips Ubiquitous RFID Page 15 Abb.: Technical University of Denmark Institut für Technische Informatik Universität Stuttgart Siemens 7. Kooperation und Integration Page 16 Abbildung: 4-Step-Integrator Fraunhofer IML Copyright Fraunhofer IML Seite 8

9 Heute 1:1 Abbildung der Prozesse (one-to-one Processes) Page 17 Quelle: UCC.EAN Zentrale Dienste (z. B. UCCNet) Page 18 Quelle: UCC.EAN Copyright Fraunhofer IML Seite 9

10 EPCglobal www www Web-Server Die Web-Server enthalten die Daten zu den Artikeln. Die Filter der Tags organisieren den Zugriff auf die Daten im PML/XML Format. Object Name Service (ONS) Der ONS ist vergleichbar dem DNS (Dynamic Name Service) im Internet. Static ONS: Konvertiert einen EPC in eine Internetadresse und schafft damit den Zugang zu den korrespondierenden Informationen, passend zum EPC. Dynamic ONS: Liefert vorangegangene und nachfolgende Besitzer des EPC und unterstützt damit Tracking & Tracing. Lieferant EPCglobal ONS Object Name Server Kunde Page 19 Artikelinformationen (Item) IP-Adressen im Web EPC Nummern (eineindeutig) EPC und IP-Adressen 7. Data-on-Tag - Basis der Intralogistik Page 20 Copyright Fraunhofer IML Seite 10

11 IT- und Datenstrukturen unter RFID Gegenüberstellung von Data-on-Network Data-on-Tag EPC Tags Zentrale Datenhaltung Eineindeutige Produktidentifikation Einheitliche Datenstandards Einfache und günstige Transponder Einmal beschreiben, mehrfach lesen Smart Tags + Aware Objects Dezentrale Datenhaltung Daten > 1 KByte Zusatzfunktionalitäten Redundanz Mehrfach beschreiben, mehrfach lesen Page 21 Data Warehouses (Information) Logistics on Demand (Steuerung) Klassische Materialflusssteuerung (MFS) Server Auftragsdaten Datenbank Materialflussrechner Topologiedaten Echtzeitdatenverarbeitung SPS Steuerung Steuerungsdaten Echtzeitsteuerung 4711 Auf Platz 2 Ziel 4711 Antrieb ein Clients Applikationen Wareneingang Verpackung Page 22 Copyright Fraunhofer IML Seite 11

12 Dezentrale Materialflusssteuerung Server Auftragsdaten Datenbank 4711 Auf Platz 2 Materialflussrechner Topologiedaten Echtzeitdatenverarbeitung SPS Embedded Steuerung Systems Steuerungsdaten Internet-Server Echtzeitsteuerung Page 23 Routing auf dem Tag Autonome Objekte im Materialfluss Aufträge werden Arbeitsplätzen zugeordnet (Ressourcenverteilung) Routing und Ziel werden auf Basis der Topologie berechnet Ziel wird in den Tag geschrieben 4711 Auf Platz 2 Antrieb ein Server Auftragsdaten Datenbank Materialflussrechner Topologiedaten Echtzeitdatenverarbeitung Embedded Systems Internet-Server Echtzeitsteuerung Platz 2 Wareneingang Pl. 2 Pl. 1 Pl. 2 Pl. 3 Page 24 Copyright Fraunhofer IML Seite 12

13 Routing auf dem Tag Autonome Objekte im Materialfluss Aufträge werden Arbeitsplätzen zugeordnet (Ressourcenverteilung) Nicht echtzeitfähige Datenverarbeitung Echtzeitfähige Steuerung 4711 Auf Platz 2 Server Auftragsdaten Datenbank Materialflussrechner Topologiedaten Echtzeitdatenverarbeitung Embedded Systems Internet-Server Echtzeitsteuerung Page 25 Autonome Objekte im Materialfluss Ressourcenallokation durch den Tag Aufträge werden Arbeitsplätzen zugeordnet (Ressourcenverteilung) Nicht echtzeitfähige Datenverarbeitung Echtzeitfähige Steuerung 4711 Auf Platz auf Platz 1 Server Auftragsdaten Datenbank Materialflussrechner Topologiedaten Echtzeitdatenverarbeitung Behälter fordert Ressourcen autonom an Page 26 Copyright Fraunhofer IML Seite 13

14 Die Datenverwaltung erfolgt im Internet Verwaltung der Topologie erfolgt im MFR Internet ONS WWW Server ONS & EPC/Internet-Server Auftragsdaten Artikel Tracking Zieldaten meldet & werden Tracing sich aktualisiert bei Datenbank seinem wird ggf. Priorität aktualisiert EPC-Server verändern Nicht echtzeitfähige Datenverarbeitung Materialflussrechner Topologiedaten Routing Ziel und wird Routing (nur) werden auf Basis der an den Topologie RFID Tag berechnet übertragen Echtzeitfähige Steuerung 4711 auf Platz 1 Behälter fordert Ressourcen autonom an Page 27 Parametrierung auf Basis der Topologie wird vom Materialflussrechner (MFR) übertragen Internet ONS WWW Materialflussrechner Funktion der gesamten Materialflusssteuerung wird ad hoc vom MFR an gleichartige eingebettete Systeme, z.b. Linux-Server übertragen. Intranet mit gleichartigen Linux-Internet-Servern Page 28 Copyright Fraunhofer IML Seite 14

15 Software-Agenten steuern den Materialfluss Internet ONS WWW ONS & EPC/Internet-Server Zieldaten werden aktualisiert ggf. Priorität verändern Materialflussrechner Routing an den RFID Tag Software-Agenten starten Intranet mit Linux- Internet-Servern A1 A2 A Page 29 Beispiel: Selbstorganisierende Systeme Page 30 Abbildung: National Geographics 2002 Copyright Fraunhofer IML Seite 15

16 Die Versuchsanlage des IML & FLW obere Ebene mit Posisorter auf autonomen Linux-Knoten realisiert: Mobile Agenten eine Homepage für jeden Motor... Internet der Dinge Page 31 AG3: Anforderungen Das Internet der an Dinge die IT Bild: Lehrstuhl für Förder- und Lagerwesen Wirkung von RFID+Internet der Dinge Page 32 Copyright Fraunhofer IML Seite 16

17 Auswirkung von RFID im Distributionszentrum (beispielhafte Liste, min. Basis: EPC/SGTIN-96) Prozessschritt RFID-Szenario Nutzen Auswirkungen auf die IT / Invest Wareneingang 1. Automatische (Pulk-) Erfassung der LHM und ggf. Artikel je LHM. 2. Anbringen von Tags mit LHM-Nr. und/oder Beladungsverzeichnis. Vermeiden von Zählfehlern, automatischer Soll-Ist-Vergleich, autom. Buchung gegen Bestellung, ggf. Entfall von Lieferpapieren, minimaler Personaleinsatz, Ersatz mobiler Funkperipherie und Labeldrucker (Palette) durch RFID-Reader und beschreibbare Paletten Tags, RFID-Datenerfassungsserver Qualitätssicherung Tags enthalten Seriennr., ggf. weitere QS-relvante und Historiendaten. Entfall manuelle Datenerfassung, automatisierte Garantieabwicklung, sichere Identifikation von Retouren, Reader Installation, ggf. EPC/PML-Datenbank für Ser.-Nr., Tracking & Tracing der Seriennummmern Materialflusstechnik 1. Auf der Fördestrecke werden LHM per Tag identifiziert. 2. Ggf. Zielort im Tag. autonome LHM, selbstorganisierende Systeme, Reduktion der Komplexität einfachere Materialflussrechner höhere Flexibilität / Adaptibilität Ersatz Barcodescanner durch RFID-Reader, Einsatz dezentraler Steuerungssysteme Ein-/Auslagerung Lagerplatz ist getaggt. "intelligenter Lagerplatz" Fehler werden vermieden, Lagerplatz nicht mehr artikelrein, Erhöhung der Lagerkapazität Ersatz der Barcode-Label (Lagerplatz-Nr.) durch RFID-Tags, ggf. Einsatz von Mastertags/Lagerplatz Inventur Tags werden im Vorbeifahren stückgenau gelesen. Jederzeit statistische oder permanente Inventurverfahren ohne Produktionsunterbrechung möglich. RFID-Erfassungsserver Page 33 LHM: Ladehilfsmittel Liste auf Basis der Arbeit von: Herrn Ende, Artos Origin überarbeitet durch: Prof. Dr. Michael ten Hompell Auswirkung von RFID im Distributionszentrum (beispielhafte Liste, min. Basis: EPC/SGTIN-96) Prozessschritt RFID-Szenario Nutzen Auswirkungen auf die IT / Invest Kommissionierung Auftragsspezifisch volumenoptimierte Versandkartons enthalten (Master-) Tags mit Soll- Befüllung. autom. Scannen des Platzes ohne Ausrichtung des Lesegerätes, stückgenaue Kom.-Kontrolle, Konsolidierung einstufiger Kom., Einsparung der Gewichtskontrolle, Vermeidung von Schwund, "Intelligente" Kartons / Behälter. Ersatz Karton BC-Label durch RFID Tags, Lesegeräte für alle Kommissionierer/Plätzen Verpackung Karton-Tag wird zum Paket-Tag (ggf.mastertag). Auf Basis der Tag- Informationen werden Adressetiketten und Lieferscheine dezentral erstellt. Auf dem Lieferschein steht nur das, was wirklich im Karton ist Personal nur für den reinen Verpackungsvorgang. Empfänger hat mit dem Tag elektronischen Garantie- und Lieferschein. Ausstattung der Packplätze mit Lesegeräten Bereitstellung zum Versand WA-Flächen sind getaggte Lagerbereiche Gesicherte Bestände auf den Mischpaletten. WA-Bereiche : BC-Labels durch RFID- TAGS ersetzen Verladung und Warenausgang Erfassung der verladenen Versandeinheiten (Pulkerfassung der VSE`s) Keine manuelle Erfassung, Spediteur verfügt über elektronische Ladelisten. Lesegeräte zur Pulkerfassung am WA Page 34 Liste auf Basis der Arbeit von: Herrn Ende, Artos Origin überarbeitet durch: Prof. Dr. Michael ten Hompell Copyright Fraunhofer IML Seite 17

18 Routing als elementare Fähigkeit logistischer Selbststeuerung IP IP IP Source IP Destination IP EPC F.001COF XML Routing <set> <setspec>pub-type</setspec> <setname>public routing type</setname> </set> <set>... 2D Composite Component CC - A bis 56 Zeichen CC - B bis 338 Zeichen CC - C bis 2361 Zeichen IP alternativ/add. z.b. EAN/UCC Linear EAN-13 EAN-128 RSS-14 Familie Page 35 Das Internet der Dinge Page 36 Copyright Fraunhofer IML Seite 18

19 Das Internet der Dinge Integration Logistiksoftware und AutoID -Technologien Meeting Point für Anwender und Technologie: Demonstration physischer Logistikabläufe Systemvergleich und Auswahl Systemkostenanalyse Technologische Entwicklung Consulting / Schulung Demonstration innerhalb folgender Applikationen: Logistics on Demand Informationen on demand auf dem Tag Mehrwegmanagement Lösungen zur chargengenauen Rückverfolgung Realtime Logistics echtzeitnahe Steuerung im Internet der Dinge" ASP Lösungen für autom. Systeme Steuerung autonomer Transporteinheiten... Copyright Fraunhofer IML Seite 19

20 Software in der Logistik 2005 Page Page 40 Copyright Fraunhofer IML Seite 20