Entwicklungen und Perspektiven zum RFID-Einsatz Bielefeld Arnd Ciprina

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1 Tagesseminar Entwicklungen und Perspektiven zum RFID-Einsatz Bielefeld Arnd Ciprina

2 RFID in der Logistik Funktionsbeispiele von RFID in der Logistik: Identifizierung (auch ohne Sichtkontakt) Bulkreading Ortung Tracking dezentrale Datenhaltung Der Einsatz von RFID in der Logistik vereinfacht Prozesse und erhöht die Prozesssicherheit erheblich

3 Faszination RFID

4 Schematische Übersicht über ein RFID System RFID Antenne Antenne erzeugt ein elektromagnetisches Feld Liefert Energie für Transponder Feld ist gerichtet auf erwartete Position des Tags Reader Steuert die Antenne Schnittstelle zur Datenverarbeitung RFID Tag / Transponder Einfacher Schaltkreis mit Antenne Passive Transponder müssen erst Energie empfangen, um zu senden Unterschiedliche Frequenzen existieren: HF 13,56, UHF 868 MHz Transponder speichert Informationen: für FMCG EPC Referenzsoftware ONS (Object Name Service) Network Eigene Anwendungen (z.b. SAP) Quelle: Fraunhofer IML,»RFID 2004 Logistiktrends für Industrie und Handel«; CCG,»Mit dem Transponder in die Zukunft«, Management Informationspapier

5 Die RFID Technologie Transponder Transponder bestehen aus einem Mikrochip und einer Spule/Antenne. Man unterscheidet Transponder hinsichtlich der Stromversorgung Aktiv Eine zusätzliche Batterie für eigene Energieversorgung und der Datenspeicherung. Read Only WORM Read/Write Passiv Induktive Energieversorgung für Datenübertragung von der Schreib-Lese-Einheit

6 RFID als Schlüsseltechnologie in variabler Anwendung Informationen in Datenbank (Data-on-Network) Informationen auf Transponder (Data-on-Tag) EPC Tags Einfache und günstige Transponder Einmal beschreiben, mehrfach lesen Zentrale Datenhaltung Eineindeutige Produktidentifikation Einheitliche Datenstandards Smart Tags + Aware Objects Intelligente Transponder Mehrfach beschreiben, mehrfach lesen Dezentrale Datenhaltung Große Menge an Informationen Zusatzfunktionalitäten und Sensorik Information (Data Warehouses) Steuerung (Realtime Logistics)

7 Klassifizierung von RF-Systemen Clouse coupling ISO Proximity ISO Vicinity ISO Long Range Systeme z.b. ISO ,15 m 1 m bis 6 m und mehr Clouse coupling Proximity coupling Vicinity coupling Long Range ISO Hz bis 30 MHz i.d.r. passive Systeme Anwendung: bargeldlose Zahlung ISO khz bis 30 MHz (i.d.r. 13,56 MHz) i.d.r. passive Systeme Anwendung: Ticketing ISO khz bis 30 MHz (i.d.r. 13,56 MHz) i.d.r. passive Systeme Anwendung: Produktion Zutrittskontrolle Logistik ISO /5/6 und EPC UHF (868 MHz / 915 MHz) sowie Mikrowellenbereich (2,5 GHz / 5,8 GHz) Aktive und passive Systeme Anwendung: Logistik, Ortung

8 Übersicht Funkzulassungsvorschriften und Standards im RFID-Bereich Quelle: Flog

9 Polarisation Die Polarisation einer Antenne beschreibt mögliche Raumlagen der Transponder, um einen bestmöglichen Empfang zu gewährleisten. lineare Es gibt drei Arten von Polarisation: bipolare zirkulare Parallel zum Reader ist ein elektrisches Feld. Parallel und senkrecht zum Reader ist ein elektrisches Feld durch zwei um 90 phasenverschobene lineare polarisierte Antennen. Schneckenförmig zum Reader ist ein elektrisches Feld, da alle 3 Ebenen abgedeckt werden.

10 RFID Systeme Technologie Übersicht Technologie ist stark diversifiziert Bewährte Anwendungen im LF- und HF- Bereich Hohes Innovationspotential und Entwicklungsgeschwindigkeit im UHF- Bereich Massenmarkt Logistik ist Entwicklungstreiber Quelle: Finkenzeller 2002 Die Auswahl des richtigen Systems ist ein iterativer Prozess. Möglichkeiten und Grenzen der Technologie versus Prozessoptimierung und Nutzenpotenzial.

11 NFC Near Field Communication NFC bildet eine Untergruppe von RFID im Bereich 13,56MHz Ausnutzen des Nahfeldes (bis 20cm) gewährleistet sichere Kommunikation (Peer-to-Peer) Objekt kann sowohl Client als auch Server sein (Anwendungsabhängig) Einsatzszenarien sind das Ticketing, Bezahlfunktionen per Handy, etc...

12 Merkmale RFID - Frequenzbereiche RFID - System LF( khz) passiv HF(10-15 MHz) passiv UHF( MHz) passiv/aktiv SHF(2,45 GHz) aktiv Leseabstand bis 1,2m bis 1,7m bis 6m /mehrere 100m bis mehrere 100m Transponderbau-formen Glasröhrchen, Stick, Nagelform, Coin, Karte, Disc Label, Coin, Karte, Disc Label, Kunststoffgehäuse Label, Kunststoffgehäuse Pulkfähigkeit Technisch möglich, derzeit wenig realisiert Möglich, bis zu 100 Transponder Möglich, bis zu 500 Transponder Möglich, bis zu 500 Transponder Datenübertragungsrate Niedrig Hoch Sehr hoch Sehr hoch Preis je Transponder 0,05 1,00 0,10 0,40 passiv, 8,00 mit Temp.sensor 0,20 10,00 passiv, 35,00 mit Temp.sensor 10,00 50,00 aktiv

13 Einflüsse auf RFID Transponder Einfluss von und LF ( khz) passiv HF (10-15 MHz) passiv Sehr niedrig Sehr niedrig Niedrig (bei Ferromagnetika) Niedrig (bei Ferromagnetika) UHF ( MHz) passiv/aktiv SHF (2,45 GHz) aktiv Hoch Sehr hoch Reflexion an Metalloberflächen Reflexion an Metalloberflächen

14 Übersicht Transponder Variationen Volcano Tag World Tag Glastag Nailtag Armband Schlüsselanhänger Inlay LCP Material Polycarbonat Glaskapsel Polyamid und Glasfieber ABS und Perlonband Polyethylen Transponder auf PET Resistent gegen Benzin, Säure und Basen, temperaturbeständig bis 300 Robuste Verarbeitung Stoßfest Injizierbares, verträgliches Material Stoßfest, Wasserfest Wasserfest Wasserfest, Stoßfest Einarbeitung in Labels und Chipkarten Automobilindustrie Paletten-, Container- und Kegtracking Prozesskontrolle Tieridentifikation Personenkontrolle Schlüsselersatz Personenkontrolle Werkzeug- und Transportboxenidentifikation Produktidentifikation Produktrückverfolgbarkeit Produktauszeichnung kontaktlose Chipkarten

15 Übersicht Transponder Auswahl UHF Produktbild Produkt AD ( Dog Bone ) Frog Tag RFX6000 Series 4x4 RX-UHF-00C01-03 Maße Antenne 140 x 25 mm² 93 x 23 mm² 90 x 90 mm² x mm² 93 x 23 mm² Material Head-treated PET 51 Paper Face Pet-Folie Keine Angabe Clear PET 50, Siliconized paper 62 Frequenz MHz MHz MHz MHz MHz Protokoll ISO/IEC C EPC UHF Gen 2 EPC UHF Gen 2 EPC UHF Gen 2 EPC UHF Gen 2 EPC UHF Gen 2 Quelle:

16 Übersicht Reader Auswahl UHF Produktbild Produkt DCU1 mit UDL500 IF5 Intellitag fixed Reader Symbol XR 480 MP9320 v2.8e Longrange-Reader ID ISC.LRU1000 Sensormatic SensorID Agile 2 Antennen LBT 4 16 (Splitter) Schnittstelle TCP/IP, USB, RS 485, Seriell TCP/1IP, WLan, Seriell TCP/IP, USB, Seriell TCP/IP, RS 485, Seriell TCP/IP, WLan, RS 485, Seriell TCP/IP, WLan, Seriell Protokolle ISO C EPC class 1 Gen2 Intellitag G1 ISO B U-Code v1.19 EPC class 1 Gen2 EPC class 1 Gen2 ISO A/B U-Code v1.19 Intellitag G1 EPC class 1 Gen2 ISO A/6B EPC class 1 Gen2 ISO B ISO EPC class 0 EPC class 1 Gen 2 Matrics 0+ Besonderheit Antenne integriert Verschiedene Lesemodi Bis zu 8 Antennen Bis zu16 Antennen

17 Übersicht Antennen Produktbild Produkt ID ISC.ANT.U250- EU High-Performance Area Antenna Sensormatic Omniwave Antenna IA39B intellitag Rugged Antenna HSP-868 Polarisation zirkular zirkular zirkular zirkular linear Maße (L x B x H) 26 x 26 x 5,6 cm³ 71,7 x 31,7 x 3,8 cm³ 30 x 30 x 5,3 cm³ 55,3 x 26,1 x 5,8 cm³ 25,4 x 25,4 x 6,1 cm³ Antennengewinn 8.3 dbic 6,75dBd/Linear 6,75dBd/Linear 10.5 dbic 10 dbi Lesewinkel Besonderheit Zwei Patchantennen

18 Was zeichnet die RFID Technologie aus? Identifikation berührungslos und ohne optischen Kontakt Pulkfähigkeit Wiederbeschreibbar/ -verwertbar Hohes Speichervolumen Widerstandsfähig (je nach Bauform) Weitere Funktionalität, z.b. Sensorik Umsetzung in innovative Anwendungen zur effizienteren Verfolgung, Steuerung und Begleitung logistischer Objekte und Prozesse

19 RFID - Stärken Prozesse können teilweise wegfallen Prozesszeit sinkt Weniger Fehlerraten Sichtkontakt-lose Identifikation Pulklesung Wiederbeschreibbar Hohe Speicherkapazität Monetäre Stärken I III II Technische Stärken Nicht-monetäre Stärken Permanente Inventur Erwartungen der Kunden erfüllen Prozesssicherheit Mehr Transparenz Erhöhte Rückverfolgbarkeit...

20 Derzeit genutzte RFID-Frequenzen USA & Canada 125 khz, 13,56MHz, 915 MHz, 2,45 GHz Europe 125 khz, 13,56MHz, MHz, 2,45 GHz Korea 125 khz, 13,56MHz, MHz China 915 MHz, 2,45 GHz Japan 125 khz, 13,56MHz, MHz, 2,45 GHz South Africa 125 khz, 13,56MHz, MHz, 2,45 GHz Australia 125 khz, 13,56MHz, MHz, 2,45 GHz globalisation needs standardisation

21 Wo liegen noch die Schwierigkeiten? Kosten der Transponder Standardisierung für unternehmensübergreifende Nutzung Lesereichweiten passiver Transponder Z.T. physikalischer Grenzen bei Metallen und Flüssigkeiten Ausrichtung der Transponder Infrastrukturelle Änderungen Die genannten Schwierigkeiten verlangen nach Lösungen und stellen nicht die Technologie grundsätzlich in Frage

22 RFID-Anwendungen in der Praxis

23 RFID Anwendungen Bibliothek Abfallmanagement Echtheitszertifikat Logistik Produktionsüberwachung RFID Produktsicherung Zutrittssystem Medizintechnik Verleih- und Mietservice Tierzucht

24 RFID in der Logistik: Ebenen der Anwendung Container Paletten Kisten Produkte Flottenmanagement, Monitoring, Tracking and Tracing Be- und Entladekontrolle, Diebstahlschutz... Poolmanagement, Lieferanten Wiederauffüllung (VMI) Lieferung + Warenausgang in Echtzeit kontrollieren... Diebstahlschutz, Chargenverfolgung, autom. Inventur, Mandanten-Management auf der Palette... Wareneingangskontrolle, Bestands-Management, On-Shelf-Availebility, automatisches Replenishment, Routenplanung, im POS, Self-Checkout... Allied Business Intelligence Inc, NC Abbildungen: intersoft

25 RFID Anwendung und Vision: Be- und Entladung Be- und Entladung Be- und Entladungsunterstützung in Form von mobilen Endgeräten, die über Datenfunk mit einem zentralen System verbunden sind. Audiovisuelles Signal bei einer Fehlbeladung, falsche Palette, falsche LKW oder falsche Reihenfolge Überprüfung der Kommissionierung Vergessene Behälter»melden«sich selbständig Bei Smart RFID Chips kommunizieren die Behälter mit einem Planungssystem, um ihren Standort zu melden und eventuelle Routenänderungen zu erhalten.

26 RFID Anwendung und Vision: Fertigung und Produktion Fertigung und Produktion RFID-basierte Steuerungskonzepte für Fertigungssysteme Durchgängige sichere Teile-Identifikation Optimierung der Produktionsprozesse Rückverfolgbarkeit von fertigungsbedingten Produktfehlern Schutz vor Plagiaten in kritischen Bereichen (Pharma, Flugzeugersatzteile) Vision: Selbststeuerung von Maschinen, Werkstücken und Baugruppen in komplexen Produktions- und Montagesystemen Quelle: Fraunhofer IWU Quelle: Fraunhofer IWU

27 Vorteile Lösung Problemfelder Maschinenrüstung Produktion Praxis Werkzeugvielfalt Vielzahl von teils sehr ähnlichen Werkzeugen in einem Tablett gelagert Zeit- und kostenintensive Suche bei falscher Einsortierung in ein Tablett Manuelle Rüstung Genaue Einhaltung von Rüstreihenfolgen wichtig Vertauschen von Werkzeugen führt zu Ausfallzeiten oder Ausschuss Anbringung passiver RFID-Chips (125kHz) an die Werkzeuge 125kHz Low-Cost-Reader an typischen Lagerorten und Tabletts Ortung/Tracking der Kontrolle der Werkzeuge nach dem Rüstreihenfolge durch Triangulationsprinzip mobile Lesegeräte Quelle: FM 11/2006

28 Staplerverfolgung bzw. -ortung Kommissionierung Warenausgang Vision 1 Bodentransponder 2 Bereitstellung 3 Tor 1 4 Lager IT Hole Palette aus Fach 3 Fach OK Staplerleitsystem Verlade an Tor 1 Tor OK Quelle: C.Dönges, Dematic Staplerfahrer wird beauftragt eine Palette aus einem Lagerplatz zu holen Das Anfahren des richtigen Lagerplatzes wird automatisch quittiert und das Auslagerziel vorgegeben Bodentransponder verfolgen die Position des Staplers Das Erreichen des Versandtores wird ebenso automatisch quittiert

29 Ortung A1 A2 Schreib- Lese- Gerät T1 T3 T2 A3 A4 Antennenanordnung für die Ortung passiver Tags (Fraunhofer IMS) Auf elektronischen Etiketten basierende Ortungssysteme ermöglichen eine zentimetergenaue Ortung von Objekten im dreidimensionalen Raum, d.h. in Gebäuden in Räumen auf Freiflächen Mögliche Verfahren Leseschleusen Zellbasierte Verfahren Laufzeitmessung Phasendifferenzmessung (geeignet für RFID) Eigenschaften IT-Unterstützung notwendig Hohe Ortsauflösung (1 cm) noch in der Entwicklung

30 Ladungsträgermanagement Organisationsformen Closed loop Mehrwegszenarien Open loop Kommissionierung Verladung Produktlager Auslieferung Abfüllung Spezialladungsträger / Behälter Bedarfsinformation Werksintern / ausgewählte Lieferanten Produktionsplanung Spezifische Technik einsetzbar Datensatz und Format frei wählbar Reinigung Offene bzw. teiloffene Systeme person Datenspeicher Paletten, Universalbehälter Kunde kritische Masse von Teilnehmern erforderlich Einheitliche Technik Abholung und Datenformat Individual Lösung Reparatur Kompatibilität? Wareneingang Leerbehälter Branchen-Lösungen

31 RFID Anwendungen: Aktive Statusüberwachung Elektronischer Lieferschein Alle relevanten Lieferdaten (Route, Abfahrt- / Ankunftszeiten, Standzeiten, etc. ) werden auf einem elektronischen Lieferschein gespeichert. Aktive Statusüberwachung Der RFID Chip enthält Daten über den spätesten Ankunftstermin des Objektes. Falls dieser Termin überschritten wird ändert der Chip aktiv den Status (»verspätet«) und zeigt das ggf. auch visuell an.

32 RFID Anwendung und Vision: Lagerhaltung / Inventur Beschleunigter Warenein- und ausgang RFID-basierte Markierung von Lagerplätzen Automatische Verbuchung im WWS (Warenwirtschaftssystem) Vollständiger Überblick über Bestandsveränderungen RFID-basierte Führung von fahrer-losen Transportsystemen (FTS) Automatische Inventur per Knopfdruck Ortung im Lager

33 RFID Anwendung und Vision: Product Lifecycle Aktivitäten werden mit entsprechenden Informationen am Objekt gespeichert; Stilllegung Entsorgung Service / Wartung Entwicklung Betrieb / Vertrieb Produktion Objekt hat seine eigene Historie / sein eigenes Logbuch Ursprung des Objektes ist mit allen relevanten Informationen (Herstelldatum, Chargennummer, Konstruktionsstand) gespeichert Informationen sind jederzeit direkt am Objekt zugänglich Vision: Aufwandsarme Rückrufaktionen

34 RFID Anwendung Tracking und Tracing Fahrzeuglocating in der Distribution Volkswagen, Wolfsburg Durch die Nutzung von aktiven Transpondern kann ein bestimmtes Fahrzeug unter Fahrzeugen auf dem Verladeplatz lokalisiert und der aktuelle Status abgefragt werden. Dafür werden wieder verwendbare Tags mit langer Reichweite eingesetzt. 60 Leseeinheiten werden im Umfeld benutzt. Die Reichweite eines aktiven Transponder beläuft sich auf ca. 100 Meter. Kostenreduzierung, weniger Suchaufwand Zeitgewinn, der genau Standort kann innerhalb Sekunden ermittelt werden 4-mal besserer Service durch Statusbestimmung (Tankfüllung, Versiegelung)

35 Einsatz von Scanner- und RFID-Technik in optimierten Lagerabläufen Einlagerung und Auslagerung effizienter und sicherer gestalten Darstellung von Prozessabläufen unter Berücksichtigung von AutoID- Systemen (RFID, Barcode) Problematik: Flies- und Gewebebänder mit Metallbeschichtung, Überprüfung von Witterungseinfluss auf die Leserate Über 500 Labormessungen: 3 Transportgeschwindigkeiten, 2 Reader und 4 Produkte Resultat: Reader-Tag-Kombination für optimale Leseergebnisse Optimale Platzierung von Tags an Paletteneinheiten (Sweet-Spots) Dynamische Wareneingangskontrolle bzw. ausgangskontrolle am selben Gate

36 Augustiner I. Fassaufgabe II. Reinigung III. Identifikation IV. Faßinspektion V. Codierung VI. Wartezone VII. Befüllung VIII. Palletierung Identifikation von Holzfässern in der Augustiner Brauerei mit Hilfe von RFID Problematik: Metallische Einflüsse (Holzfässer mit Metallring, Pumpen, Antriebe) Einflüsse von Flüssigkeiten Äußere Einflüsse am Fass (Wasser, Säure, Temperaturschwankungen) Starke Erschütterungen Unterschiedliche Fassgrößen Leseabstand von 20 30cm Transponder diskret befestigen ohne Beschädigung der Fässer Resultat: Durch Anbringung der Tags nahe der Metallringe HF Technologie nicht anwendbar, trotz hohe Unempfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit Verwendung von speziellen UHF-Metalltags

37 Nutzung von RFID-Technik bei Parkanlagen Problematik: Metallische Einflüsse von Automobilen, Parkhäusern und Schrankenanlagen Geschwindigkeit der Identifikation des Fahrzeuges bei Ein- und Ausfahrt Datensicherheit Resultat: Befestigung von Transpondern an der Wind- schutzscheibe (Sweet-Spot) Feststellung der bestmöglichen Reader-Tag- Kombination und der optimalen Antennenposition zur Auslesung der Tags Identifikation des Fahrzeuges und automatische Öffnung der Schrankenanlagen Automatische Berechnung der Parkvorgänge

38 Rehau AG Zur Steuerung der Fertigung und späteren Rückverfolgung von Stoßfängern wird RFID mit Barcodes (Smart Labels) verwendet Problematik: Metallischer Einfluss durch Stoßfängersystemen und Fertigungsmaschinen Resultat: Zur umfangreichen Dokumentation der Produktionsschritte mit RFID-Etikett versehen Extrem robuste Tags Bad-Tag Reject-Einheit Aussortierung von fehlerhaften Transpondern Inhalt des Datensatzes - eindeutige Identifizierungsnummer im ERP- System

39 Universitätsklinikum Düsseldorf Automatische Wagentransportanlagen(AWT)bringt Edelstahl-Container mit Einschienen-Hängeanlage und RFID zum Ziel Problematik: Metallischer Einfluss durch Edelstahl-Container Reinigung bei 100 C Inhalte der Container (Speisen, Wäsche, Medikamente, Instrumente oder Müll) Resultat: RFID-Tags sind robust gegenüber Reinigung Tag in ein Gewindegehäuse integriert und vergossen Datenträger mit individueller Containernummer und Containertyp versehen Dokumentation von Reparaturen Dokumentation von Herstellungs- und Transportvorgängen von Lebensmitteln Erkennung einer notwendigen Reinigung/ Wartungsintervalle

40 Produktion von Faserzementplatten Identifizierung von Schlauch und Kreiselpumpen zur Zement Beförderung Problematik: Reinigung der Pumpen mit Hochdruckreiniger Metallischer Einfluss Faserzement auf dem Datenträger (auslesbar und widerstandsfähig) Resultat: Ganzmetall-RFID-Tag (Oberfläche aus Edelstahl) mit Senkschraubenbohrung RFID Tags beinhalten die Pumpenspezifikationen

41 RFID Übersicht in der Knowledgebase Date 23. August 2012 Quelle: Bilder: IDTechEx Ltd

42 Das Internet der Dinge Die Vision der Fraunhofer Gesellschaft Autonome Objekte Beschreiten automatisch ihren Weg im Internet der Dinge, fordern Ressourcen an und handeln Konditionen aus. Kostenminimale und serviceoptimale Transportstrukturen stellen sich zu jeder Zeit an jedem Ort abhängig von der aktuellen Verfügbarkeit ein. Transportstrategien werden lastabhängig eingestellt und ermöglichen adaptive Logistiknetze.

43 Zukunftsaussichten RFID: Vernetzung Vernetzung elektronischer Etiketten löst... Reichweitenprobleme durch Reduzierung der Kommunikationsabstände Durchdringungsprobleme durch Line of Sight -Verbindungen Quelle: Fraunhofer ATL Ad-hoc-Netzwerke Garantie der Lesesicherheit Kommunikation mit der Umgebung Inhouse-Lokalisierung Positionsbestimmung bei Problemen Verhinderung von Diebstählen Integration von Sensorik und»intelligenz«erkenung von Manipulationen Einleiten von Sofortmaßnahmen

44 Zukunftsaussichten RFID: Sensorik und Polytronik Chips von der Rolle Polytronik: Druckverfahren für mikroelektronische Komponenten aus halbleitenden Polymeren Kostenwirksame Reduktion der Produktionsschritte gegenüber Silizium-Halbleitern Fraunhofer IZM, München Fraunhofer IIS, Erlangen

45 Testanlage Messung der Lesequalität Teststeuerung Sweetspot Lokalisierung

46 Ortung

47 Anforderung an RFID-Sicherheit, Datenschutz und Privatsphäre Anwendungsfall Bedrohungspotenzial Datenschutzrelevanz Schutz der Privatsphäre Innerbetriebliche Supply Chain und closed loop gering gering gering Supply Chain (B2B) mittel mittel gering Supply Chain (B2C) hoch mittel mittel/hoch (Schutz der Privatsphäre siehe Commission Recommendation on the implementation of privacy and data principles in applications supported by radio-frequency identification (Europäische Kommission PIA (privacy impact Assessment for RFID Applications) (BSI 2011))

48 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Weitere Informationen: Fraunhofer Institut IML Joseph-von-Fraunhofer Str Dortmund Arnd Ciprina Tel.: / Fax: / ciprina@iml.fraunhofer.de