Durch RFID (Radio Frequenz Identifikation) zum intelligenten Bierkasten

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1 Durch RFID (Radio Frequenz Identifikation) zum intelligenten Bierkasten Statusbericht zum Forschungsprojekt: Effizientes Kastenmanagement durch Transparenz in der Leergutlogistik. Ein Erfahrungsbericht zur Piloterprobung des RFID Systems zur Kastenidentifikation in der Privatbrauerei Gaffel Becker & Co. im Rahmen eines VLB Projektes. Einleitung und Problemstellung Wie aus der VLB Ausschussarbeit (TWA/BWA) bekannt ist, ist die Bereitstellung von Leergutkästen mit der notwendigen Leergutqualität ein tägliches Problem für die deutschen Brauer. Dies trifft insbesondere im saisonalen Geschäft zu. Ursachen für dieses Problem ist u.a. die fehlende Transparenz in der Leergutlogistik. Die aktuelle Anzahl der vorhandenen Kästen, deren Umlaufgeschwindigkeit sowie die Leergutqualität können meist nur grob geschätzt werden und beruhen oft auf unsicheren Erfahrungswerten. Um die effektive Nutzung der Abfüllanlagen, mit einem hohen Wirkungsgrad, trotzdem zu gewährleisten, entstehen so hohe Kosten durch die aufwendige Sortierung und den Tausch der Flaschen. Aus diesen Gründen hat die VLB das Thema erneut aufgegriffen und ein Projektteam gebildet. Im Rahmen eines Forschungsprojektes soll nun nicht nur der intelligente Bierkasten geschaffen, sondern auch ein durchgängiger Standard für diese RFID Anwendung in der Brauindustrie erarbeitet werden. Ziel ist es eine marktfähige und durchgängige Lösung zur Schaffung von Transparenz in der Leergutlogistik zu entwickeln. Kurze Darstellung der Vorarbeiten, Entwicklungen und Tests Anfang 2011 starteten die ersten Untersuchungen mit dem Einsatz der UHF RFID Technik (Ultra Hoch Frequenz) zur Einzel sowie Pulkerfassung von Bierkästen (zunächst 40 Kästen auf einer Palette) an der VLB Berlin. Über einen Zeitraum von 6 Monaten wurde an der Realisierung der Pulkidentifikation von bis zu 320 Bierkästen (8 Paletten) gearbeitet. Neben der Entwicklung eines speziell auf die Anforderungen des Getränkekastens abgestimmten RFID Transponders, stellte sich in dieser Phase heraus, dass die Leseergebnisse nicht nur vom Transponder abhängig sind, sondern auch von der Einbauposition im Kasten beeinflusst werden. Die bis Ende 2011 erreichten Testergebnisse waren so vielversprechend, dass sich die VLB entschied, dieses Thema beim BMWI als Forschungsantrag einzureichen. Im Mai 2012 erfolgte dann der positive Bescheid für den Start der Entwicklung des marktfähigen RFID Systems für Getränkekästen (MF110172).

2 Umsetzung des Forschungsprojekts Für den Aufbau des RFID gestützten Managementsystems für Bierkästen wurden die folgenden Arbeitspakete bearbeitet: Entwicklung eines speziellen Transponders für den intelligenten Bierkasten Entwicklung einer praxistauglichen Anbringung des Transponders im Bierkasten Entwicklung einer Einbaumaschine für die Nachrüstung von Bestandskästen und Neukästen Konzeptionierung von RFID Lesestationen für die jeweiligen Prozessanforderungen in der Brauindustrie Konzeptionierung der Kommunikation zwischen dem intelligenten Bierkasten und einer Flaschenerkennung/Kastenerkennung Konzeptionierung des Reportings für die Erstellung von aussagekräftigen Grafiken und Diagrammen Validierung des Gesamtsystems durch kontinuierliche Datenauswertungen Abb. 1: Das Projektteam im Überblick Um diese Arbeitspakete effektiv zu bearbeiten, wurde ein Projektteam zusammengestellt. Die VLB Berlin übernimmt die Projekt und Entwicklungsleitung sowie die Standardisierungsarbeit. Die Privatbrauerei Gaffel Becker & Co. stellt 6400 ihrer Bierkästen (20 x 0,5l) bereit. Die Brauerei Königshof (als Abfüllpartner von Gaffel) stellt ihre Abfülllinie für die RFID Integration zur Verfügung. Felix Schoeller SCT führt die Machbarkeitsstudie, den Transponder Einbau, den RFID Anlagenbau, die Systemintegration, die IT Kommunikation, sowie die Logistik Beratung durch. TagItron entwickelt den Transponder und übernimmt die Initialisierung der Transponder inkl. Qualitätsprüfung. RAKO verantwortet die Produktion und Bereitstellung der Transponder. recop electronic stellt die Anlage zur Messung der Leergutqualität pro Bierkasten zur Verfügung und programmiert die Schnittstellen zwischen Leerguterkennung und dem intelligenten Bierkasten. Für die Praxiserprobung wurden zunächst 6400 Bierkästen bereitgestellt. Diese wurden mit den neu entwickelten Transpondern ausgestattet und mit einer eindeutigen Kastennummer programmiert (GRAI Code). Um die Transponder dauerhaft und vor allem kostengünstig in den Kasten zu integrieren wurde eine spezielle Transponderhaltung entwickelt (Abb. 2).

3 Abb. 2: Transponder mit Halterungen zur Fixierung an der optimalen Position im Bierkasten In der Brauerei Königshof, die für die Privatbrauerei Gaffel als Abfüller tätig ist, wurden zunächst zwei RFID Anlagen fest installiert. An der ersten RFID Anlage werden alle in die Produktion laufenden Bierkästen einzeln erfasst und so die Umlaufdaten der Bierkästen generiert. Eine weitere RFID Anlage wurde in die bereits vorhandene recop Anlage (automatische Flaschenerkennung im Bierkasten) vor dem automatischen Flaschensortierroboter integriert. Hierdurch kann die Leergutqualität sofort der eindeutigen Nummer des einzelnen Bierkastens zugeordnet werden. Abb. 3: Einzellesung der Kästen in Produktion Abb. 4: Messung der Leergutqualität pro Bierkasten Am wurden die mit RFID Transpondern ausgestatteten intelligenten Bierkästen für die erste Abfüllung eingesetzt. An den RFID Anlagen in der Produktion (Abb. 3, Abb.4) wurden alle Bierkästen sicher identifiziert (100% Lesequote). Für die Stichprobe der 6400 Kästen ergab sich dabei folgender Ablauf: 3400 Kästen wurden als Gutkästen direkt in die Produktion gefahren. Von den 3000 ausgeschleusten Kästen konnten Kästen direkt per Sortierroboter sortiert werden, 719 Kästen wurden aufgrund der Nichtauspackbarkeit zunächst in die Handsortierung gefahren. Nach dieser Sortierung wurden davon 1940 Kästen mit Gutflaschen an die Produktion abgegeben Kästen

4 wurden als Lumpensammler ausgeschleust und mit den Fremdflaschen an den Sortierdienstleister abgegeben. Innerhalb der Abfüllung wurden 14 defekte Kästen erkannt und ausgeschleust. Weitere 80 Kästen wurden als Leerrahmen aus der Abfüllung genommen und später wieder eingesetzt. Somit standen für die Messung des ersten Marktumlaufs insgesamt 5246 intelligente Bierkästen zur Verfügung, die für die folgenden Auswertungen berücksichtigt werden. (vgl. Abb. 5) Auf Flaschenebene wurden für die überprüften Gefache der 6400 intelligente Bierkästen durch die recop Erkennung (Abb. 4) folgende Werte ermittelt Gutflaschen (82,1%), Fremdflaschen(17,6%) und 369 Fehlflaschen(0,3%). Abb. 5: Auswertung des Materialflusses der intelligenten Bierkästen zum Produktionsstart Ergebnisse aus den Analysen der Umlaufzeiten der Kästen Seit dem Produktionseinsatz werden die Bewegungsdatensätze aller intelligenten Bierkästen kontinuierlich an den RFID Leseanlagen in der Vorbeifahrt erfasst und in einer Datenbank abgespeichert. Diese Informationen werden monatlich analysiert, bezogen auf den Kastenkreislauf (vgl. Abb. 5) ausgewertet und im Projektteam diskutiert. Neben der Umlaufzeit der intelligenten" Bierkästen wurden auch weiterführende Statistiken (z.b. Anzahl der Kastenumläufen pro Zeit, Leergutqualität pro Abfülllung,...) erarbeitet, die die Grundlage eines effizienten Leergutmanagements darstellen. Im Folgenden werden zwei interessante Auswertungen bezüglich des ersten Umlaufs der Kästen vorgestellt. Diese könnten beispielsweise zur Analyse der Marktneueinführung eines Produktes eingesetzt werden. In der Abbildung 6 ist der erste Marktumlauf der intelligenten Bierkästen (vgl. Abb. 5) pro Kalenderwoche dargestellt.

5 Lesung von Kästen/Woche KW 8 KW 9KW 10 KW 11 KW 12 KW 13 KW 14 KW 15 KW 16 KW 17 KW 18 KW 19 KW 20 KW 21 Kalenderwoche Start Abb. 6: Erster Marktumlauf der intelligenten Bierkästen (Start in KW8 2013) In dieser Abbildung ist zu erkennen, dass nach circa fünf Wochen die ersten Bierkästen aus dem Markt den ersten Umlauf abgeschlossen haben. Insgesamt konnten nach 91 Tagen 77% der intelligenten Bierkästen (4018 von 5246) mit einer mittleren Umlaufzeit von 60 Tagen registriert werden. Zusätzlich ist zu erkennen, dass in der Kalenderwoche 16 und 17, aufgrund von Umbauarbeiten in der Anlage, nur wenige Bierkästen gefüllt wurden. Die Abbildung 7 visualisiert die noch nicht aus dem Markt zurückgekehrten intelligenten Bierkästen und zeigt auf, dass innerhalb der ersten 91 Tage 1223 Bierkästen von keiner RFID Leseanlage registriert wurden. Anzahl Kästen / Zeitintervall XX Tage Abb. 7: Anzahl der RFID Kästen die innerhalb des Zeitintervalls noch nicht aus dem Markt zurück sind. Um noch genauere Daten für die Analyse des Marktumlaufes der Kästen zu erhalten, ist der Ausbau der RFID Lesestationen bei der Leergutrücklieferung sowie für den Vollgutbereich geplant. Durch diese zusätzlichen RFID

6 Anlagen kann die Verweildauer der intelligenten Bierkästen im Lager ermittelt und die Umlaufzeiten der Bierkästen im Markt sehr genau berechnet werden. Vorteile und Nutzen für das Brauereiunternehmen Für die Brauerei ergeben sich die Vorteile, je nach Ausbaustufe des Systems, durch die Nutzung von validen Daten für die Abfüll und Absatzplanung, bis hin zur 100%igen Transparenz über die Gebindeströme. Durch die Pulkerfassung der Leergutkästen bei der Entladung des Lkws kann jedem Kasten die Lieferscheinnummer zugeordnet werden und der Datensatz archiviert werden. Damit ist bis zum nächsten Einsatz des Kastens bekannt, wo das Leergut ursprünglich her kam. Wird das Leergut dann mittels einer automatischen Erkennung auf die Anzahl und Art der Fremdflaschen überprüft, kann über die Kastennummer die Herkunft des Kastens mit der ermittelten Leergutqualität in der Datenbank verknüpft werden. Durch die Auswertung der Daten kann der Brauer so genau feststellen, welche Qualitäten an Leergut aus welchen Regionen oder von welchen Kunden zurückgekommen sind. Zudem lässt sich der zeitliche Verlauf der Leergutqualität, z.b. über die Saison, zu Feiertagen oder bei Events, genau dokumentieren und für zukünftige Planungen berücksichtigen. So lassen zum Beispiel die Daten aus dem Pilotversuch verschiedene Rückschlüsse zu. Geht man davon aus, dass ein Mitarbeiter für die Bearbeitung eines Kastens in der Handsortierung 10 Sekunden benötigt, entfällt eine Nettoarbeitszeit von rd. 2 Stunden auf die Handbereinigung der 719 Kästen. Für die Planung des Abfüllprozesses ist ebenfalls beachtenswert, dass bei einer Inlinesortierung (wie hier im Pilotversuch) rd. 16,5 % der Kästen für die Aufnahme von Fremdflaschen benötigt werden und nicht für die Abfüllung zur Verfügung stehen. Das bedeutet, wenn bspw hl Bier abgefüllt werden sollen, werden dafür Kästen mit entsprechenden Gutflaschen benötigt. Im Leergutlager müssen dafür aber rd Kästen disponiert werden, da dann 2000 Kästen für die Aufnahme der Fremdflaschen benötigt werden. Die Messung der genauen Umlaufgeschwindigkeit der Kästen ist für die Bedarfsplanung der erforderlichen Gebinde sehr hilfreich. Insbesondere in Verbindung mit den Artikeldaten der jeweiligen Abfüllung kann so ermittelt werden, wie das Umlaufverhalten für die jeweiligen Artikel variiert. Dies nutzt Brauereien gerade dann, wenn ein einziger Kastentyp für verschiedene Artikel eingesetzt wird. Soll ein neuer Kasten für einen neuen Artikel aufgelegt werden, stellt sich immer die Frage: Wie viele Kästen benötige ich, um die geplanten Mengen auch abfüllen zu können und eine permanente Lieferfähigkeit zu ermöglichen? Hier können die genau dokumentierten Umlaufgeschwindigkeiten aus vorangegangenen Projekten bessere Daten liefern, als eine reine Absatzplanung mit allgemeingültigen Umlaufzahlen. Effizienzsteigerung in der Mehrweglogistik (Branchenbezogen) Für eine effiziente Mehrweglogistik ist die kostengünstige Rückführung des richtigen Leergutes zur richtigen Brauerei von großer Bedeutung. Die heute praktizierte Sortierung der Flaschen in der Brauerei und der anschließende Tausch der Fremdflaschen mit anderen Brauereien oder durch Dienstleister sind aufgrund der zusätzlich erforderlichen Transporte neben der normalen Supply Chain jedoch ineffizient. Außerdem entstehen durch die höhere Anzahl an disponierten Bierkästen unnötige Prozesskosten zwischen dem GFGH und den Brauern. Besser wäre die zentrale Sortierung der Kästen und der Flaschen beim GFGH. Hier sind in der Regel alle Kastentypen und Flaschentypen vorhanden und können jeweils direkt ohne zusätzliche Transporte ausgetauscht

7 werden. Prekär ist jedoch, dass ein intransparenter Pauschalpreis für die Sortierung pro Kasten in der Regel nicht akzeptiert wird. Um also diese Dienstleistung innerhalb der Supply Chain transparent darstellen zu können, könnte zukünftig auf das RFID System zurückgegriffen werden. Für jeden Kasten kann so die Leergutqualität vor und nach der Sortierung automatisch dokumentiert und abgerechnet werden. Standardisierungsarbeit Um Insellösungen zu vermeiden und ein allgemein zugängliches Systems zu schaffen, wurde bei der Entwicklung des RFID Systems stets darauf geachtet, dass auf offene Standards, die sich bereits in der Konsumgüterindustrie bewährt haben, aufgesetzt wurde. So hat das Projektteam zunächst den UHF Frequenzbereich und den EPC/ISO 18006C für die Entwicklungsarbeit zugrunde gelegt. Datentechnisch wurde auf den GRAI Code zurückgegriffen, der weltweit sicherstellt, dass eine Kasten ID Nummer nur einmal vergeben wird. Außerdem wurde im Rahmen eines Workshops mit den führenden Kastenherstellern (Delbrouck, Oberland MV und Schoeller Allibert) eine Einbauempfehlung für Transponder in Getränkekästen ausgesprochen. Diese soll sicherstellen, dass die Ausrichtung der Transponder innerhalb von großen Kastenpulks ( Kästen) ein optimales Leseergebnis liefert. Kern der Empfehlung ist die Anbringung des Transponders im oberen linken Bereich auf der langen Kastenseite (Abb. 2). Modularer Aufbau des Systems Als Ergebnis der Forschung ist nun ein modulares System verfügbar, welches ein exaktes Monitoring der Gebindebestände erlaubt. Für die relevanten Prozesspunkte wie Leerguteingang, Leergutsortierung, Abfüllung, Vollgutabgabe, Lager und Verladung kann je nach Wunsch auf marktfähige RFID Komponenten zurückgegriffen werden. Dabei kann der Brauer selbst bestimmen, wie detailliert die Umlaufgeschwindigkeiten und die Bestände dokumentiert werden sollen. Zudem kann die Messung der kastenindividuellen Leergutqualität in eine Leergutsortieranlage integriert werden und nach Belieben durch ein Modul zur Lieferscheinzuordnung ergänzt werden. Die technischen Komponenten zur Identifikation werden grundsätzlich durch eine Middelware, das so genannte Getränke TRALOSY (Transponder Logistik System), ergänzt. Diese Middelware bereitet alle erfassten Daten für die Weitergabe der relevanten Managementinformationen auf. Zudem sind Schnittstellen zur Integration in alle gängigen ERP Systeme vorhanden. In Abbildung 8 ist die Systemarchitektur schematisch dargestellt.

8 Abb. 8: Systemarchitektur des Gebindemanagementsystems Für weitere Informationen senden Sie ihre Anfrage an berlin.org.