Anwendungen mit RFID-Verpackungen eröffnen neue Potenziale

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1 Anwendungen mit RFID-Verpackungen eröffnen neue Potenziale Institut für Distributions- und (IDH) des Vereins zur Förderung Innovativer Verfahren in der Logistik (VVL) e. V. Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Rolf Jansen Dipl.-Ing. Karsten Oltersdorf Anschrift: Giselherstr Dortmund Telefon: Fax: Internet: TEAM-Logistikforum Paderborn

2 Verein zur Förderung innovativer Verfahren in der Logistik (VVL) e. V. Dortmund IfV Institut für Distributions- und Institut für Verpackungstechnik Institut für Kreislaufwirt- schaft und Umwelttechnik Forschung und Entwicklung, Planung und Beratung im Auftrag von Bundes-/ Landesministerien, EU, Stiftungen, Verbänden, Industrieunternehmen u. a. akkreditierte Forschungsstelle der BVL, des DVEU und der GVB in Zusammenarbeit mit dem Verpackungstechnischen Dienstleistungszentrum, Dortmund Logistisches Demonstrations- und Versuchsfeld mit Prüfzentren Logistikverbund Dortmund 1

3 Verpackungs-Testlabor Mechanisch-klimatische Tests Transportsimulation inkl. Ladungssicherung Prüfungen von Logistisches Identifikationslabor RFID- und Warensicherungstests Tests zur Performance Tests zu den elektromagnetischen Eigenschaften Produkten Anwendungen und Pilotrealisierungen Verpackungen Halle Ladungsträgern Testlabor Ladeeinheiten Absorberkammer Warensicherungs-Testlabor nach VDI-Richtlinien Logistisches Demonstrationsund Versuchsfeld des IDH 2

4 Auswahl und Konfiguration von RFID- Middleware und Anbindung an übergeordnete Systeme Entwicklung von Applikations- und Testsoftware, Prototyping Tests unter Betriebs- und Umgebungsbedingungen im PackLab Mechanische Widerstandsfähigkeit (statisch / dynamisch) Widerstandsfähigkeit gegen klimatische Einflüsse Thermische Widerstandsfähigkeit Widerstandsfähigkeit gegen chemische Stoffe Tests zur Performance Applikationsuntergründe (Metall, Flüssigkeit etc.) Stoffdurchdringung Lesereichweite Pulkfähigkeit Erfassungsbereiche verschiedener Antennenlösungen Tests zu den elektromagne- tischen Eigenschaften Elektrische und magnetische Feldstärken Schwingkreisgüte induktiver Systeme Bandbreite und Resonanzfrequenz Minimale magnetische Flussdichte bei unterschiedlichen Frequenzen zum Lesen und Schreiben Anwendungs-, Test- und Prüfprogramme 3

5 Klimakammer mit Schwingprüfanlage Horizontal-Stoßprüfanlage Elektromechanische Stauchdruckpresse Elektrodynamischer Schwingtisch Prüflabor Geräteauswahl für mechanisch/klimatische Belastungsprüfungen 4

6 A) Spektrumanalyser D) RFID-Antennendiagramme A) Spektrumanalyser Messung der Resonanz, der Bandbreite und der Güte von RFID-Systemen B) RFID-Verträglichkeit Visualisierung der Luftschnitt- B) RFID-Verträglichkeit E) Absorberkammer stelle und Störquellensuche C) E-/H-Feldsonde Realtime Spectrum Analyser C) E-/H-Feldsonde Bestimmung der elektrischen und magnetischen Feldstärken D) Antennendiagramme Kennzeichnung der Reichweiten passiver Tags und RFID-Antennen E) Absorberkammer Testmessungen nach ETSI EN unter reproduzierbaren Bedingungen Testlabor des LogIDLab (Erfassung von elektromagnetischen Eigenschaften) 5

7 Hersteller Distribution Handel Kunde Wareneingang Bestandsmanagement Regalmanagement Einlagerung / Nachschub Verräumung Rückverfolgbarkeit Produktinformationen Kommissionierung Nachweis der Qualität z. B. Kühlkette, Versiegelung Warenausgang Wareneingang Nachweis der Originalität RFID im Prozessablauf 6

8 Beispiel: 6 Produkte pro Packstück, 12 Packstücke auf einer Palette Hersteller Transport Kommissionierung Distribution Ausgang Regal Kunde ID- Punkt ID- Punkt ID- Punkt ID- Punkt ID- Punkt ID- Punkt Identifikation Anlieferung Warenausgang Wareneingang Identifikation Anlieferung Lagerung, Inventur Warenkontrolle gesamt Barcode 2 Sek. 203 Sek. 2 Sek. 203 Sek. 144 Sek. 10 Sek. 564 Sek. RFID 2 Sek. 15 Sek. 2 Sek. 15 Sek. 15 Sek. 1 Sek. 50 Sek. Manuelle Zähl-, Scan- und Erfassungs- und Kontrollvorgänge lassen sich mit RFID vereinfachen und beschleunigen. Effizienzsteigerung durch konsequente Nutzung von Einweg-RFID-Tags entlang der Lieferkette 7

9 Abpacken Distribution Produktnutzung 1. Wiederverwenden (Mehrwegkreislauf) 2. Wiederverwerten (werkstoffliches Recycling) Packmittel- herstellung Verpackung Einwegverpackung 3. Wiederverwerten (rohstoffliches Recycling) 4. Energie-Recycling 5. Deponierung Verpackungen im Produktlebenszyklus (Notwendigkeit der Kennzeichnung) 8

10 Ebene 5: Transportmittelverfolgung GPS, GSM Ebene 3: Ladeeinheit Ebene 4: Container / WAB aktive Transponder Ebene 1: Umverpackung Ebene 2: Transportverpackungseinheit passive Transponder und Barcodes Ebene 0: Produkte (Quellensicherung) Ebenen der Identifikation von Objekten 9

11 Stückgüter Schüttgüter Flüssigkeiten Gase am Produkt Packmitteleinsatz Beutel, Dosen, Flaschen, Schachteln, Tuben etc. Packhilfsmitteleinsatz Verschließ-, Ausstattungs-, Kennzeichnungs-, Sicherungs-, Polster, Trocken-, Antioxidationsmittel = Verpackungsprozess Aufrichten, Einschlagen, Formen, Füllen, Verschließen, Kennzeichnen etc. Produktverpackung, Versandverpackung (Packstücke) = Ladeeinheit / Ladung (Transporteinheit) Möglichkeit der Anbringung von RFID-Etikett, RFID-Inlay etc. Ebenen, auf denen RFID-Transponder angebracht werden können 10

12 Aufgaben von intelligenten Verpackungen entlang der Prozesskette 11

13 Preis Stabilität Design Zielkonflikt bei der Verpackungsentwicklung 12

14 Kennzeichnungsinhalte an Verpackungen mit Einzelfunktionen komplett nur durch RFID-Tags möglich! 13

15 zweiwellige Wellpappe Transponder außen Transponder innen Außenbahn Welle Innenbahn Transponder innen Transponder außen Transponder- Applikation ist auf der Wellenbahn nicht möglich Applikationsmöglichkeiten von Transpondern an mehrlagiger Wellpappe 14

16 Herstellung des Packmaterials Papierherstellung Produktion der Wellpappe Zuschnitt der Nutzen Stapeln Herstellung der Drucken Stanzen Rillen Kleben Stapeln Faltschachtel Abpackprozess Vereinzeln Aufrichten Befüllen Verschließen Kennzeichnen Verpacken RFID-Einsatz möglich RFID-Einsatz bedingt möglich RFID-Einsatz nicht zu empfehlen Möglichkeiten der Kennzeichnung in einzelnen Prozessschritten 15

17 Abpacker Handel Kunde Entsorger Packmittelhersteller Artikel- Bezeichnung Menge, Gewicht, Inhaltsstoffe Preis Chargen- Nummer / MHD Originalität, Versiegelung Identifikator EAS (Diebstahlsicherung) Recycling- Informationen Informationen auf Verpackungen entlang der Lieferkette 16

18 Produktwert Elektronikartikel Pharmazeutika Textilien Lebensmittel Verschiebung bei sinkenden Transponderpreisen Sortimentsbreite, Variantenvielfalt Abschätzung des RFID-Einsatzes für Produktgruppen 17

19 UHF-Antennen-Gate (Palette mittig) Bewegungsrichtung (1 m/s) Transponder werden richtungsabhängig unterschiedlich gut erfasst 18

20 Messungen in der Absorberkammer liefern reproduzierbare Ergebnisse für die Ermittlung geeigneter RFID-Transponder und optimaler Anbringungsorte an Verpackungen größerer Luftspalt hinter dem Transponder begünstigt die Auslesbarkeit Ermittlung des optimalen Anbringungsortes ( sweet spot ) in der Absorberkammer 19

21 Gatearchitektur (Parallelausrichtung) Gatearchitektur (um 45 konträr gedreht) Gatearchitektur (um 45 konträr gedreht und versetzt) Gatebreite e Durchfahrtsrichtung Analyse der Pulkleseeigenschaften 20

22 A B Ergebnis: 100% Leserate bei modularen Behältermaßen (128 Behälter, A) sowie gemischter Palettierung (B) im Wickelstretchprozess (C) C RFID-gekennzeichnete Mehrwegbehälter mit Metall-/ Flüssigkeitsprodukten gefüllt 21

23 2 Transponder (13,56 MHz) senkrecht in den Klötzen Ferrit-Label (13,56 MHz) aktiver 2,45 GHz-Transponder applizierter Nagel-Transponder (125 khz) und Muster Palettenfußtasche mit UHF-Transponder UHF-Ecktransponder am Mittelklotz (Quelle: Chep) Transponderapplikation an Ladungsträgern 22

24 Applikationsalternativen (diverse Patente) Deckel Klammer mit Transponder Kunststoffpalette (2-4 Tags vertikal in Klötzen) Transponder Dose Öffnung Tragfläche Höhlung neue Applikation für vertikale und horizontale Lesung Holzpalette Kunststoffpalette Quelle: Schreiner LogiData Weitere Applikationsmöglichkeiten an Paletten 23

25 ILR Tag ILR Antenna Quelle: Volkswagen AG - Autostadt Behältermanagement mit aktiven UHF- Transpondern (868 MHz) auch auf Metall möglich 24

26 Bewegungsrichtung Relativgeschwindigkeit Erkennungen Antennenausgangsleistung 5,5 km/h 3,4 km/h Erkennungen Antennenausrichtung 2 W 1 W Untersuchte Faktoren: Position des Transponders (1-8), Relativgeschwindigkeit (3,4 km/h und 5,5 km/h), Antennenausgangsleistung (1 W und 2 W), Antennenausrichtung (0 und 30 ) Erkennungen 0 30 Mögliche Applikationsstellen eines UHF-Transponders an einer Gitterbox 25

27 Gate-Antenne RFID-Gate Transponder zur Identifikation und zur Ortung Transponder der Ladeeinheit Lagerplatztransponder Raster aus Bodentranspondern mögliche Transponderposition mögliche Antennenposition Einzelantenne Regallager Blocklager Materialflusselement Transponder des Ladungsträgers Transponder am Übergabeplatz Bodentransponder (Lagerplatz) Auswahl verschiedener Einsatzszenarien in der Produktions- und Lagerlogistik 26

28 Integration von RFID in ein Kommissionierfahrzeug im LogIDLab 27

29 Analysieren der Lesefähigkeit in Abhängigkeit von Readerposition sowie Bauform und Anbringung der Transponder (passive Systeme) Ermitteln optimaler Signalstärken und Einstellvarianten (aktive Systeme) Exemplarische Darstellung von Lesebereichen unterschiedlicher passiver Label: Label 1 Label 2 Label 3 Label 4 Wechselbrücke Wechselbrücke Wechselbrücke Wechselbrücke Systemtests zur Wechselbrückenidentifikation 28

30 vorwärts Anforderungsanalyse Prozessanalyse Umfeldanalyse Objektanalyse IT-Infrastrukturanalyse Anforderungskatalog, Vorauswahl der System- komponenten Laborunter- suchungen Theoretisches Konzept Auswahl und Konfiguration von Systemkomponenten Systemdesign Pilotrealisierung Roll-out- Entscheidung rückwärts Stufenmodell zur Implementierung von RFID- Infrastruktur (beispielhaftes Vorgehen) 29

31 Laboruntersuchungen zur Überprüfung der Leistungsfähigkeit von Transpondersystemen Testparameter Untersuchungsbereich mit Messpunkten und -strecken, Definition der Messgrößen Transponderlagen Untersuchungen Beschreibung statischer und dynamischer Untersuchungen zur Abnahme der Leistungsfähigkeit von Transponderanzahl RFID-Systemen in und -anordnung Abhängigkeit von den Testumgebung Relative Transpondergeschwindigkeit vorgegebenen Testparametern mit einer (Transportmittel) definierten Testumgebung Untersuchungsobjekt, als fester Rahmen für die Montageuntergrund Untersuchungen Datenübertragung Testumgebung Einflussgröße Umgebungsbedingungen Einflussgröße Systemkomponenten Einflussgröße Komponentenqualität Anwendungs-, Test- und Prüfprogramme 30

32 VDI 4472 Anforderungen an Transpondersysteme zum Einsatz in der Supply Chain Blatt 1: Einsatz der Transpondertechnologie (Allgemeiner Teil) Blatt 2: Einsatz der Transpondertechnologie in der textilen Kette (HF-Systeme) Blatt 3: Einsatz der Transpondertechnologie in der textilen Kette (UHF-Systeme) (z. Z. in Bearbeitung) Blatt 4: Kostenbewertung von RFID-Systemen Blatt 5: Einsatz der Transpondertechnologie in der Mehrweglogistik Blatt 6: Blatt 7: Einsatz der Transpondertechnologie in der Kühlkette (z. Z. in Planung) Einsatz der Transpondertechnologie in der Entsorgungslogistik (z. Z. in Bearbeitung) Blatt 8: Leitfaden für das Management von RFID-Projekten Blatt 9: Einsatz der Transpondertechnologie in der Getränkelogistik (z. Z. in Bearbeitung) Blatt 10: Testverfahren zur Überprüfung der Leistungsfähigkeit von Transponderystemen (RFID) Blatt 11: Leitfaden zur Transpondertechnologie unter Sicherheitsaspekten (z. Z. in Planung) Blatt 12: Blatt 13: Einsatz der Transpondertechnologie zur Unterstützung der Traceability in der automobilen Supply-Chain (z. Z. in Bearbeitung) Einsatz der Transpondertechnologie in der Verpackungstechnik (z. Z. in Bearbeitung) Ermittlung und Dokumentation von - branchenspezifischen Anforderungsprofilen - technologischen Leistungsbeschreibungen Tests im VDI 4472 Richtlinie mit Anforderungen von Transpondersystemen zum Einsatz in der Supply-Chain 31

33 Ihr kompetentes Team für AutoID und Verpackung Profitieren Sie von unseren langjährigen Erfahrungen! Produkt- und Verpackungsprüfungen Simulation von Transport-, Umschlag- und Lagerbelastungen Ladeeinheiten- und Ladungssicherungsprüfungen RFID- und Warensicherungstests Analysen logistischer Abläufe Wirtschaftlichkeitsanalysen Hilfe bei der Systemimplementierung Neutrale Ausarbeitung von Studien und Marktübersichten Beratungsleistungen Erstellung von Gutachten IDH des VVL e. V., Univ.-Prof. habil. Dr.-Ing. R. Jansen, Giselherstr. 34, Dortmund Telefon: Fax: Internet: Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 32