LogIDLab Wissenschaftliche Überprüfung von RFID-Anwendungen in der Logistik

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1 WGTL Campus Intralogistik Hannover, LogIDLab Wissenschaftliche Überprüfung von RFID-Anwendungen in der Logistik Dipl.-Kfm. Jochen Schneider Fakultät Maschinenbau Tel.:

2 Logistisches Demonstrations- und Versuchsfeld Handels- und Transportlogistik Verpackungslogistik Entsorgungslogistik Forschung und Entwicklung, Planung und Beratung im Auftrag von Bundes- und Landesministerien, EU, DfG, Stiftungen, Verbänden, u. a. akkreditierte Forschungsstelle der BVL, des DVEU und der GVB Prüflaboratorium nach DIN EN ISO/IEC Prüfstelle der BAM für Gefahrgutverpackungen nach UN, RID, ADR, IATA Prüflabor Wellpappe nach DIN CERTCO Logistisches Identifikationslabor Halle Freigelände Testlabor Warensicherungs- Testlabor nach VDI-Richtlinien Übersicht 1

3 Klimakammer mit Schwingprüfanlage Horizontal-Stoßprüfanlage Elektromechanische Stauchdruckpresse Schock-Test-System Logistisches Demonstrations- und Versuchsfeld Auswahl von Prüfeinrichtungen 2

4 LogIDLab - Testlabor 3

5 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 elektromagnetischen 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 4

6 Anwendungen und Tests Halle (Intralogistik) Testlabor (inkl. Absorberkammer) Tests und Prüfungen Kontrollraum (Steuerung, Visualisierung) Freigelände (Distributionslogistik) (klimatische, mechanische Tests) Logistisches Demonstrations- und Versuchsfeld des FLog 5

7 Ausschnitt - LogIDLab -Halle des Demonstrationsund Versuchsfelds des FLog 6

8 Europa USA Korea China Japan Lesereichweite (m) Frequenz (MHz) Quelle: GS1 Germany Globale Transponderleistung (Gen.2) 7

9 950 MHz 1% 840 MHz 1% EIRP 27% Ohne Modulation 1 FHSS 36% 915 MHz 32% 868 MHz 66% ERP 73% LBT 62% Länder n= ,5W ERP 1W ERP 2W EIRP 2W ERP 4W ERP 4W EIRP Energie [W] EIRP: Effective Isotropic Radio Power ERP: Effective Radio Power FHSS: Frequency Hopping Spread Spectrum LBT: Listen Before Talk Quelle: EPCglobal, Stand: Januar 2008 UHF Spektrum weltweit 8

10 Eine Applikation auf Metall ist ohne Anpassungen nicht möglich. Das Senden durch Metall hindurch ist nicht möglich. Glas hat als Untergrund einen negativen Einfluss auf die Leseeichweite. Feuchte Materialien bieten im Vergleich zu trockenen jeweils schlechtere Leseeigenschaften. Der Montageuntergrund hat einen größeren Einfluss auf die Lesereichweite als das Material zw. Transponder und Reader. Maximale Lesereichweite bei optimaler Ausrichtung der Antennen, 2 Watt (ERP), EPC 1.19, Antennenfläche 97mm x 15mm, größter gemessener Wert: 5,24m Einfluss unterschiedlicher Materialien auf die Lesereichweite (UHF) 9

11 Vergleich der maximalen Lesereichweite unterschiedlicher UHF-Transponder 10

12 Welche elektromagnetischen Feldeigenschaften sind von Bedeutung? Antennenkeule Abstrahlverhalten Zirkulare Polarisation Lineare Polarisation Grundlagen RFID-Messtechnik 11

13 A) Spektrumanalyser B) RFID-Verträglichkeit C) E-/H-Feldsonde D) RFID-Antennendiagramme E) Absorberkammer A) Spektrumanalyser Messung der Resonanz, der Bandbreite und der Güte von Transpondern B) RFID-Verträglichkeit Visualisierung des Frequenzsprungverfahren (Luftschnittstelle) C) E-/H-Feldsonde Bestimmung der elektrischen und magnetischen Feldstärken D) Antennendiagramme Kennzeichnung der Reichweiten passiver Tags E) Absorberkammer Testmessungen nach ETSI EN Messtechnische Ausrüstung zur Abklärung von RFID-Szenarien 12

14 Arbeitsfrequenz khz 13,56 MHz 868/915 MHz 2,45 GHz Transponderbauformen Funktionsprinzip Induktive Kopplung Backscatter-Kopplung oder Erzeugung eigener elektromagnetischer Wellen Energieversorgung Passiv Passiv und Semiaktiv (Batterie für Sensorik) Passiv und Aktiv Datenspeicherung Read Only und Read Write (i.d.r. bis 2 kbit Speicherkapazität) Fast ausschließlich Read/Write (i.d.r. bis 2 kbit Speicherkapazität) Read Only und Read Write (i.d.r. bis 256 kbit Speicherkapazität bei aktiven Systemen) Reichweite < 1,0 m Bis ca. 1,7 m Bis ca. 6,0 m bei passiven Systemen; Bis 100 m bei aktiven Systemen Einfluss von Metall Abschwächung des magnetischen Feldes, Verstimmung der Resonanzfrequenz, Ferritschichten oder -kerne können Metalleinflüsse mindern Reflexionen an Metalloberflächen, bei direkter Applikation der Antenne auf Metalluntergrund (Labeltransponder) Anpassungen notwendig Einfluss von Flüssigkeiten Niedrig Hoch Sehr hoch Pulkfähigkeit (mehrfaches Auslesen) Technisch möglich, derzeitig wenig realisiert Möglich (theoretisch bis 100 Stück) Möglich (theoretisch bis 500 Stück) Möglich (theoretisch bis 500 Stück) Systemübersicht z. T. verifiziert durch 13

15 Ebene 5: Fahrzeug GPS GSM Ebene 3: Ladeeinheit Level 1: Verpackung Ebene 4: Container Ebene 2: Transporteinheit Aktive Transponder Passive Transponder und Barcodes Level 0: Produkt Für jede Ebene in der Supply Chain die richtige Technologie 14

16 Frequenz SHF UHF HF LF Closed Loop Open Loop RFID Sektor-Clusterung 15 Forstwirtschaft Krankenhaus / Healthcare Automobil-Branche Luftfahrt Einzelhandel Flughäfen

17 vorwärts Anforderungskatalog, Vorauswahl der Systemkomponenten Auswahl und Konfiguration von Systemkomponenten Systemdesign Prozessanalyse Umfeldanalyse Objektanalyse IT-Infrastrukturanalyse Theoretisches Konzept Anforderungsanalyse Laboruntersuchungen Pilotrealisierung Roll-out- Entscheidung rückwärts Stufenmodell zur Implementierung von RFID- Infrastruktur (beispielhaftes Vorgehen) 16

18 Teebeutel Queso Cabrales Applikationstests Anforderungsbasierte Transponderauswahl Positionierung von Transpondern in und an Verpackungen sowie Produkten Performance-Tests Pulkerfassung Produktverfolgung Lesereichweite & Lesezuverlässigkeit Technologie-Tests Frequenzen Bauformen Antennendesign Produktkennzeichnung mit RFID 17

19 RFID auf Verpackungsebene 18

20 Testergebnisse verifiziert im LogIDLab Situation 1: Antennenpositionen bei 0,4 und 1,1 m, Torbreite 2 m, parallele Antennenausrichtung 82,3% Leserate Situation 2: Antennenpositionen bei 0,4 und 1,0 m, Torbreite 2 m, Antennen rotiert um 45 Transponder-Applikationen zur Identifikation von Ladungsträger, Ladeeinheit, Lager- und Übergabeplatz 99,9% Leserate mögliche Transponderpositionen (korrespondierend zur Antenne) mögliche Antennenpositionen am Hubmast an der Hubmasttraverse integriert in/ (im Bereich der) Gabelzinken am Fahrzeugboden Lagerplatztransponder Transponder des Ladungsträgers Transponder am Übergabeplatz Transponder der Ladeeinheit Regallager Materialflusselement Bodentransponder RFID in bzw. an Ladeeinheiten 19

21 Kommissionierfahrzeuge ausgestattet mit RFID Technologie Auslesung von UHF und HF Transpondern möglich Zusatzkontrolle durch Wiegen Automatischer Abgleich mit der Pickliste im Computersystem Automatische Verbuchung in der zentralen Datenbank Drahtlose Verbindung von jeder Position im Lager Integration von weiteren Sensoren ist möglich RFID in Kommissionierprozessen 20

22 Label 1 Label 2 Label 1 Wechselbrücke Wechselbrücke Analyse der Auslesbarkeit in Abhängigkeit von der Antennenposition, Transponderbauform und Applikationsort der Transponder (passive Systeme) Ermittlung der optimalen Signalstärke und Parameter (aktive Systeme) Label 3 Label 4 Label 3 Wechselbrücke Wechselbrücke RFID in der Distributionslogistik 21

23 Gatearchitekturen Gatearchitektur (Parallelausrichtung) Gatearchitektur (um 45 konträr gedreht) Gatearchitektur (um 45 konträr gedreht und versetzt) Durchfahrtsrichtung Gatebreite Durchfahrtsrichtung Analyse der Pulkleseeigenschaften: Antennen-Variationsmöglichkeiten 22

24 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 Bearbeitung) 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 Blatt 11: Leitfaden zur Transpondertechnologie unter Sicherheitsaspekten (z. Z. in Planung) Blatt 12: Zukunftstechnologie in der Automobilindustrie (z.z. in Planung) Tests im Ermittlung und Dokumentation von - branchenspezifischen Anforderungsprofilen - technologischen Leistungsbeschreibungen Richtlinienarbeit im Themenfeld RFID 23

25 1 Zieldefinition Welche Ziele werden mit dem RFID-Einsatz verfolgt? Interne / Externe Treiber? Bewertungskriterien: Kundennutzen, Zeit / Effizienz, Flexibilität, Kosten, Qualität etc. 2a Prozessanalyse Prozessabläufe und -strukturen Merkmalsausprägungen 2b Potenzialanalyse Zielausprägungen in Abhängigkeit von Referenzgrößen und Tests Systemdimensionierung Wie muss das System dimensioniert werden? Welche Komponenten / Kosten müssen berücksichtigt werden? Auswirkungsanalyse Mit welchen Effekten / Auswirkungen monetärer und nicht-monetärer Art ist zu rechnen? (quantitativ, qualitativ) Business Case Anfangsinvestitionen, Kosten, Ein- und Auszahlungen Kapitalwert, Projektrendite, Rentabilität pro Periode (ROI), Amortisationsdauer Ergebnisbewertung / Sensitivitätsanalyse Break Even-Analyse Ab welchem Punkt lohnt sich eine Investition? Risikoanalyse Wie verhält sich das Ergebnis bei einer Änderung der Ausgangswerte? Vorgehensmodell zur Bewertung des RFID-Einsatzes

26 Analyse der kompletten Supply Chain (Betrachtung von Produktionsstätten, Herstellerlägern, 3PL, Distributionszentren und Kundenstandorten) Bewertung für verschiedene Tagging-Ebenen (bspw. Pallet und Case oder Case und Item) Verschiedene Tagverwendungskonzepte (Einsatz von Einweg oder Mehrweg-Tags) Dynamische Betrachtung (Berücksichtigung des Technologiefortschritts, Anlaufphase) Individuelle Kostenanlastung (Die Kosten für Tags und Infrastruktur können den einzelnen Supply Chain Stufen zugeordnet werden.) Risikoanalyse / Ergebnisbewertung (Break-Even Rechnung, Sensitivitätsanalyse) Berechnungstool rfid-cab 25

27 Partner und Sponsoren 26

28 Universität 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, Prof. Dr.-Ing. R. Jansen, TU, Leonhard-Euler-Straße 5, Telefon: 0231/ Fax: 0231/ Internet: Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 27