Identifikationssysteme und Automatisierung

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1 Identifikationssysteme und Automatisierung

2 Michael ten Hompel Hubert Büchter Ulrich Franzke Identifikationssysteme und Automatisierung 123

3 Prof. Dr. Michael ten Hompel Dipl.-Ing. Hubert Büchter Ulrich Franzke Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik (IML) Joseph-von-Fraunhofer-Str Dortmund michael.ten.hompel@iml.fraunhofer.de hubert.buechter@iml.fraunhofer.de sinus@ulrich-franzke.de ISBN e-isbn DOI / Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar Springer-Verlag Berlin Heidelberg Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten waren und daher von jedermann benutzt werden dürften. Sollte in diesem Werk direkt oder indirekt auf Gesetze, Vorschriften oder Richtlinien (z. B. DIN, VDI, VDE) Bezug genommen oder aus ihnen zitiert worden sein, so kann der Verlag keine Gewähr für die Richtigkeit, Vollständigkeit oder Aktualität übernehmen. Es empfiehlt sich, gegebenenfalls für die eigenen Arbeiten die vollständigen Vorschriften oder Richtlinien in der jeweils gültigen Fassung hinzuzuziehen. Einbandgestaltung: WMXDesign GmbH, Heidelberg Printed on acid-free paper springer.com

4 Vorwort An die operative Ebene logistischer Systeme werden besondere Anforderungen gestellt. Sie müssen zuverlässig arbeiten und alle Anforderungen an Durchsatz und Antwortzeitverhalten erfüllen. Dabei sollten sie mit minimalem Personaleinsatz zu betreiben sein. Die Bedienung sollte sich im Idealfall auf die Überwachung, Fehlerbehebung und auf die Einstellung von Betriebsparametern beschränken. Damit kommt der Automatisierung, der selbsttätigen, zielgerichteten Beeinflussung logistischer Prozesse, eine besondere Bedeutung zu. Entwurf, Implementierung und Inbetriebnahme von automatisierten Prozessen erfordern die Beherrschung von Methoden und die Kenntnis der grundlegenden Funktionsweise von Geräten. Dieses Buch gibt eine Einführung in das Gebiet der Automatisierung logistischer Prozesse. Die vermittelten Grundlagen ermöglichen der Logistikerin und dem Logistiker, sich mit Lieferanten von Materialflusssystemen und automatischen Lagersystemen auf technischer Ebene auseinanderzusetzen. Darüber hinaus können mit diesem Wissen auch einfache Automatisierungsaufgaben gelöst werden. In der Automatisierung von Stückgutprozessen hat die Identifikation logistischer Objekte eine lange Tradition. Ein Durchbruch für die Massenanwendung kam mit der Einführung des Barcodes, der auch heute noch die Identifikation in der Logistik dominiert und auch in den nächsten Jahren nicht wegzudenken ist. Nicht nur aus diesem Grund wird der Barcode ausführlich behandelt. An seinem Beispiel werden grundsätzliche Aufgabenstellungen und deren Lösungen aufgezeigt. Das betrifft beispielsweise die Darstellung und Bedeutung eines Codes sowie die Zuverlässigkeit eines Identifizierungssystems. Der abschließende Teil behandelt die neueren Techniken, die auf der Radio Frequency Identification basieren. Ziel ist es, ein tieferes Verständnis für die Risiken und Chancen der automatischen Identifikation zu schaffen und damit auch eine Grundlage für Entscheidungsprozesse zu legen. Durch die gemeinsame Darstellung in einem Buch soll auch die Bedeutung der Identifikationstechnik für automatisierte Logistikprozesse verdeutlicht werden. Für das Verständnis dieses Buches werden elementare Kenntnisse der Logistik, insbesondere der Lager- und der Materialflusstechnik - wie sie etwa in [24] dargestellt sind, vorausgesetzt.

5 IV Vorwor t An dieser Stelle danken wir Thomas Albrecht, unter dessen Mitwirkung das einführende Kapitel über Anwendungen der Automatisierungstechnik in der Logistik verfasst wurde. Ebenso gilt unser Dank allen Lektoren für die kritische Durchsicht des Manuskriptes. Insbesondere danken wir Susanne Grau, Volkmar Pontow, Sabine Priebs, Arkadius Schier und Stefan Walter. Dortmund, im Sommer 2007 Michael ten Hompel Hubert Büchter Ulrich Franzke Die Intralogistik als identitätsstiftende und inhaltliche Klammer dieser Buchreihe spannt das Feld von der Organisation, Durchführung und Optimierung innerbetrieblicher Materialflüsse, die zwischen den unterschiedlichsten Logistikknoten stattfinden, über die dazugehörigen Informationsströme bis hin zum Warenumschlag in Industrie, Handel und öffentlichen Einrichtungen auf. Dabei steuert sie im Rahmen des Supply Chain Managements den gesamten Materialfluss entlang der Wertschöpfungskette. Innerhalb dieses Spektrums präsentieren und bearbeiten die Buchtitel der Reihe Intralogistik als eigenständige Grundlagenwerke thematisch fokussiert und eng verzahnt die zahlreichen Facetten dieser eigenständigen Disziplin und technischen Seite der Logistik.

6 Inhaltsverzeichnis 1. Anwendungsbeispiele der Intralogistik Fördersysteme Rollenbahnen Elektro-Hängebahnen Fahrerlose Transportfahrzeuge Lagersysteme Kommissionier-, Sortier- und Verteilsysteme Automatische Identifikation Identifikationsmerkmale Natürliche Identifikationsmerkmale Künstliche Identifikationsmerkmale Code und Zeichen Codierung Codierungsbeispiele Klarschrifterkennung Verfahren zur Mustererkennung Magnetschriftcode Spezielle OCR-Schriften D-Barcodes Aufbau des Barcodes Code 2 aus Prüfzifferberechnung Code 2/ Code 2/5 interleaved Gültige Fehllesungen Code PZN EAN EAN Code Prüfziffernberechnung Code Die Zeichensätze des Code Vermischte Zeichensätze im Code 128 und Optimierung Codegrößen, Toleranzen und Lesedistanzen

7 VIII Inhaltsverzeichnis D-Codes im Vergleich Semantik im Code Internationale Lokationsnummer (ILN) Internationale Artikelnummer (EAN) Nummer der Versandeinheit (NVE) Merkmale des EAN 128-Codes UPC Odette und GTL EPC Das EPC-Netzwerk D-Codes Gestapelte Barcodes RSS-14 und CC RM4SCC Matrixcodes Fehlerkorrektur Zwei aus Drei RS-Codes Hamming-Codes Technologie der Barcodeleser Barcodeleser Handscanner Stationäre Scanner Druckverfahren und Druckqualität Kennzeichnungstechnologien Qualitative Anforderungen Auswahl des Druckverfahrens Problemvermeidung Codegrößen Anbringungsorte PCS Holographie Radio Frequency Identification Arbeitsweise Transpondertypen Frequenzbereiche khz ,56 MHz Identifikationsnummern der 13,56-MHz-Transponder Pulkerfassung und Kollisionsvermeidung UHF Mikrowelle Anwendungsgebiete Einsatz von RFID

8 Inhaltsverzeichnis IX RFID und das Internet der Dinge Automatisierungstechnik Entwicklung der Automatisierungtechnik Historie Stand der Technik Ausblick Steuerungstechnik Verknüpfungsteuerungen Zustandsmaschinen Ablaufsteuerungen Codierungen in der Automatisierungstechnik Regelungstechnik Definitionen Drehzahlregelung Linearisierung Regelgüte Digitale Regler Beispiele zur Regelungstechnik Hardwarekomponenten Sensoren Überwachungssysteme Aktoren Automatisierungsgeräte Verbindungsprogrammierte Steuerungen Speicherprogrammierbare Steuerungen Rechnersteuerungen Kommunikation in der Automatisierung Prinzipien der Kommunikation Codierung in der Datenübertragung Protokollstack Medium-Zugriffsverfahren Programmiersysteme für die Automatisierungstechnik DIN-EN-IEC Datentypen nach DIN-EN-IEC Funktionen und Funktionsbausteine Anweisungsliste Graphisch orientierte Sprachen Funktionsblock-Sprache FBS Kontaktplan KOP Ablaufsprache AS Bedienen und Beobachten Funktionen einer Bedienerschnittstelle Zugangskontrolle Internationalisierung und Lokalisierung

9 X Inhaltsverzeichnis Hilfesysteme Endgeräte Visualisierung Systemsicht Diagnose Systemstrukturen Praxisbeispiele AutoID-Abstraktionsschicht udc/cp Devices Architektur der Devices Server und Listener Architektur des Listeners Konfiguration durch XML Implementierte Listener Steuerung fahrerloser Transportfahrzeuge Problemstellung Architektur Abwicklung eines Transportes Algorithmen Zusammenfassung Materialfluss- und Transportsteuerung Transportsteuerung Kommunikation Beispiel einer Statusabfrage Zusammenfassung Abkürzungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Abbildungsverzeichnis Literaturverzeichnis