Sicherung von Gefahrguttransporten durch RFID- Datenbank-Gefahrgut-Information (SIGRID)

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Achim Peters
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1 [Quelle: BMVBS] Sicherung von Gefahrguttransporten durch RFID- Tags mit Sensorfunktionalität und integrierter Datenbank-Gefahrgut-Information (SIGRID) Alexander Pettelkau, Dr. Thomas Goedecke, Dr. Matthias Bartholmai, Dr. Mahin Farahbahksh, Stefan Hohendorf, David Damm BAM Bundesanstalt für Materialforschung und prüfung

Alexander Pettelkau, Dr. Thomas Goedecke, Dr. Matthias Bartholmai, Dr.

2 Innovationsoffensive der BAM Im Rahmen des Projektes SIGRID soll an einem praxisnahen Beispiel unter Nutzung neuester RFID-Technologie die Kombination folgender Funktionalitäten gezeigt werden: Eindeutige, berührungslose Identifikation von Gefahrgut/Umschließung Integritätsüberwachung (technisches Versagen oder Manipulation) Zustandsüberwachung düb des Gf Gefahrguts hinsichtlich ihtlih zulässiger Grenzwerte Lückenlose, umfassende Überwachung während der Transportkette Warnung vor unzulässiger Zusammenladung Schnelle Informationsbereitstellung bei Routinekontrollen und bei Unfällen Entwicklung einer Schnittstelle zwischen Datenbank Gefahrgut der BAM und RFID- Transpondern

Zustandsüberwachung düb des Gf Gefahrguts hinsichtlich ihtlih zulässiger Grenzwerte Lückenlose, umfassende Überwachung während der Transportkette Warnung vor

3 Bestandteile eines RFID Systems RFID Transponder Transponder speichert Informationen RFID Antenne Antenne erzeugt elektromagnetisches Feld Feld liefert Energie für RFID Tag RFID Lesegerät Ansteuerung der Antennen Schnittstelle zur Datenverarbeitung Datenverarbeitung firmeneigene Datenbank 3

liefert Energie für RFID Tag RFID Lesegerät Ansteuerung der Antennen

4 RFID Tag Chip (Fläche <1mm 2 ) Antenne (Spule) [Quelle: Texas Instruments] Transponder bestehen aus Mikrochip und Antenne (Spule oder Dipol) Man unterscheidet Transponder hinsichtlich der Energieversorgung: aktiv (Batterie für Energieversorgung, eigenes Sendemodul) semiaktiv (Batterie für Energieversorgung) passiv (Energieversorgung induktiv von RFID Lesegerät) Sie werden außerdem nach Frequenzbereich, Bauform und Funktionsumfang unterschieden 4

für Energieversorgung, eigenes Sendemodul) semiaktiv (Batterie für Energieversorgung) passiv (Energieversorgung

5 Varianten von RFID Tags Band LF HF UHF UHF UHF Frequenz 125kHz/134kHz 13,56MHz MHz MHz 860 Typ passiv passiv passiv semiaktiv 960MHz aktiv Reichweite bis ~0,4m bis ~1,5m bis ~7m bis ~15m bis ~100m Datenrate bis ~4kBit bis ~100kBit bis ~80kBit bis ~80kBit bis ~1MBit Ausrichtung der Antenne nicht notwendig nicht notwendig notwendig notwendig notwendig Materialdurch gut/ gut/ gering/ gering/ gering/ dringung Metall: keine Metall: keine Metall: keine Metall: keine Metall: keine weltweite Frequenz ja ja nein nein nein ISO Standards 11784/ /18000 offener Standard offener Standard offener Standard keine Kosten ab 0,50 ab 0,20 ab 0,15 ab 15 ab 20 5

notwendig notwendig notwendig Materialdurch gut/ gut/ gering/ gering/ gering/ dringung Metall: keine Metall: keine Metall: keine Metall: keine Metall: keine weltweite

6 Vorteile der RFID-Technologie Berührungslose Datenerfassung ohne Sichtkontakt in Echtzeit Keine Sichtverbindung zum Tag notwendig Gleichzeitige Erkennung mehrerer Transponder (Pulkerfassung) Wiederbeschreibbar Wiederverwendbar db Unempfindlichkeit gegenüber Schmutz und anderen Beschädigungen Kombination mit Sensorik möglich

Transponder (Pulkerfassung) Wiederbeschreibbar Wiederverwendbar db

7 Nachteile der RFID-Technologie Kosten der RFID-Tags Kosten der Infrastruktur (IT und Middleware) Keine Standardisierung für unternehmensübergreifende Nutzung Lesereichweite passiver RFID-Tags Physikalische Grenzen bei Metall und Flüssigkeiten Ek Erkennung der RFID-Tags RFIDT ist von Ausrichtung abhängig Nicht druckbar Probleme beim Recyclingprozess Speicherkapazität begrenzt

passiver RFID-Tags Physikalische Grenzen bei Metall und Flüssigkeiten Ek Erkennung der

8 Frequenzen von UHF RFID und Mobilfunk Mobilfunk Europa Amerika 2200MHz 1800MHz UHF RFID Europa Amerika 900MHz 800MHz 8

9 Lesereichweite (exemplarisch für UHF Tag UPM Raflatac ShortDipole) Theoretische Lesereichweite [ m] [Quelle: UPM ShortDipole Datenblatt] Frequenz [MHz] 9

10 Interoperabilität moderne UHF Tags lassen sich von Lesegeräten im gesamten weltweit verwendeten Frequenzbereich ( MHz) auslesen und beschreiben UHF Tags lassen sich für bestimmte Frequenzbereiche optimieren UHF Tags lassen sich auf verschiedene Polarisationseigenschaften optimieren 10

beschreiben UHF Tags lassen sich für bestimmte Frequenzbereiche

11 Verwaltung der Nummern (GLN, GTIN, SSCC, GIAI) Vergabe durch GS1 (Global Standards One) gg gegen Lizenzgebühr für GTIN und GIAI fallen je nach Größe des Nummernblocks jährlich hl heine feste Gebühr sowie eine umsatzabhängige Gebühr an Abfrage der Daten über 11

je nach Größe des Nummernblocks jährlich hl heine feste Gebühr sowie

12 GLN (Globale Lokationsnummer) referenziert Unternehmensbezeichnung und die Anschrift der Niederlassung 13 Ziffern: Ländernummer (3 Stellen) Unternehmensnummer (4 6 Stellen) Standort im Unternehmen (3 5 Stellen) Prüfziffer (1 Stelle) GS1 Basisnummer 12

Ziffern: Ländernummer (3 Stellen) Unternehmensnummer (4 6

13 GTIN (Global Trade Item Number) weltweit eindeutige Identifikation von Produkten verschiedene Varianten (GTIN mit 14,13,12 oder 8 Ziffern) GTINs mit13 13,12, 12 oder 8 Ziffern können durch das Voranstellen von Nullen in eine GTIN 14 umgewandelt werden jährliche Grundgebühr für einen Nummernblock mit 100T GTINs beträgt 530 umsatzabhängige Kosten zwischen 150 (Umsatz<5M ) und 30T (Umsatz>15Mrd. ) 13

Voranstellen von Nullen in eine GTIN 14 umgewandelt werden jährliche Grundgebühr für einen

14 SSCC (Serial Shipping Container Code) weltweit eindeutige Identifikation von Versandeinheiten 18 Ziffern (inkl. Prüfziffer) wirdungültig ungültig, wenn dieversandeinheit beimempfänger abgepackt wird zur Bildung einer SSCC wird eine GLN benötigt: die in der GLN enthaltene GS1 Basisnummer wird bei der SSCC Ziffer 2 eingefügt 14

Prüfziffer) wirdungültig ungültig, wenn dieversandeinheit beimempfänger abgepackt

15 GIAI (Global Individual Asset Identifier) weltweit eindeutige Identifikation inventarisierbarer Güter zur Bildung einer GIAI wird eine GLN benötigt: die in der GLN enthaltene GS1 Basisnummer wird bei der GIAI Ziffer 1 eingefügt, anschließend folgt die Objektnummer 15

wird eine GLN benötigt: die in der GLN enthaltene GS1 Basisnummer

16 SIGRID RFID-Tag Semiaktiver Transponder mit folgenden Merkmalen: Kompatibel zum UHF RFID-Standard EPC-Gen2 Datenspeicher (bis zu 1024kByte) WLAN zur schnellen Übertragung großer Datenmengen Datenlogger Batterielebensdauer * bei Knopfzelle CR2032: ca. 2 bis 3 Monate Batterielebensdauer * bei CR123 Zelle: ca. 8 bis 9 Monate Modulkosten: z. Zt. bei Kleinserie ca. 50 Sensorik: Anschlussmöglichkeit für mehrere Sensormodule Temperatur Luftfeuchte Tilt Gaskonzentration (O2, CO) 45mm Prototypenplatine 60mm * Nutzungsszenario: WLAN Aktivität alle 30 Minuten für 30 Sekunden 16

2 bis 3 Monate Batterielebensdauer * bei CR123 Zelle: ca. 8 bis 9 Monate Modulkosten: z. Zt. bei Kleinserie ca.

17 Temperatur: ca. 3 Kippsensor: ca. 8 Luftfeuchte: ca. 20 CO Sensor: ca. 20 O2 Sensor: ca. 90 Sensoroptionen Das Modul verfügt über Eingänge zur Überwachung kundenspezifischer Hardware (z.b. Füllstand, Drehzahl hl Rührer).

18 Verpackungshersteller Herstellerdaten: t Passiver UHF RFID Tag: Werkstoff Gewicht Zulassungscode Verpackungsart Max. Füllvolumen Herstellungsdatum Seriennummer Zugelassene Füllgüter nächsteinspektion (IBC) nächste wiederkehrende Prüfung (IBC) EPC Speichergröße 96 bit Lese /Schreibreichweite: ~ 10 m bei Luft ~ 3 m bei Stahl + Flüssigkeit Datenbank 18

Füllvolumen Herstellungsdatum Seriennummer Zugelassene Füllgüter nächsteinspektion

19 Befüller Herstellerdaten: Werkstoff Passiver UHF RFID: Gewicht Speichergröße 96 bit Zulassungscode Max. Füllvolumen Herstellungsdatum Seriennummer Zugelassene Füllgüter nächste Inspektion (IBC) nächste wiederkehrende Prüfung (IBC) Befüllerdaten + Datenbank Gefahrgut + Ericards UN Nummer Menge Produktname Charge Technischer Name Abfüller Temperatur EPC Lese /Schreibreichweite: ~ 10 m bei Luft ~ 3 m bei Stahl + Flüssigkeit Datenbank

wiederkehrende Prüfung (IBC) Befüllerdaten + Datenbank Gefahrgut + Ericards UN Nummer Menge Produktname

20 Konzept SIGRID-Middleware Gefahrgutlogistik tik Ladeeinheitenbildung it Auslesen der passiven UHF RFID Tags der Verpackungen auf der Ladeeinheit Datenbank EPC Ladeeinheit: Verpackungsdaten+Befüllerdaten d + Datenbank Gefahrgut + Gefahrgutdatenblätter RFID/WLAN Ladeeinheit: SIGRID Tag: Semiaktiver UHF RFID/WLAN Speichergröße 1024 kb Lese-/Schreibreichweite: ~100 m bei Sichtverbindung 20

Verpackungsdaten+Befüllerdaten d + Datenbank Gefahrgut + Gefahrgutdatenblätter RFID/WLAN

21 Konzept SIGRID-Middleware Gefahrgutlogistik tik Beladung LKW Ladeeinheit: SIGRID Tag: Aktiver UHF RFID/WLAN Speichergröße 1024 kb Lese-/Schreibreichweite: ~100 m bei Sichtverbindung RFID/WLAN Fahrzeugrechner Datenbank Gefahrgut Datenbank Gefahrgut der BAM: Überprüfung der Zusammenladeverbote Überprüfung der Mengenbegrenzungen Erstellung der Beförderungspapiere Fahrzeugrechner Geofencing/Gefahrgutrouting Berechnung einer Route unter Berücksichtigung der geladenen Gefahrgüter/aktuellen Verkehrssituation 21

22 Konzept SIGRID-Middleware Fahrt LKW Server GSM OBU 22

23 Fahrzeugausrüstung 23

24 SIGRID Konzept Erhöhung der Sicherheit h i und Zuverlässigkeit i Transportbehältermanagement Zielgerichtete, genaue Echtzeitdaten aller an der Logistikkette Beteiligten Vermeidung von Informationslücken Vermeidung von operativen (menschlichen) Fehlern Vermeidung von Missbrauch und Diebstahl Ständige Transportprozessüberwachung (Ladung, Behälter, Fahrzeug, Umfeld), dadurch: 1. Rechtzeitiges Detektieren, Erkennen und Beheben von Unregelmäßigkeiten/Störungen it 2. Erleichterungen in der Anwendung der Gefahrgutvorschriften

25 SIGRID Konzept Routenplanung und Geofencing Ermittlung der optimalen Transportroute Minimierung der Transportkosten Minimierung der Transportdauer Minimierung der Routenlänge Minimierung der Eintrittswahrscheinlichkeit eines Unfalls (TMC/Wetter) Minimierung des maximal möglichen Schadens Tunnelcodes 25

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