Inhaltsverzeichnis I

Inhaltsverzeichnis   

Inhaltsverzeichnis   I

Abbildungsverzeichnis   IV

Abk  ürzungsverzeichnis  V

1  Einleitung.  1

1.1  Ausgangslage  1

1.2  Zielsetzung und Vorgehensweise  2

2  Grundlagen  3

2.1  Die technologische Basis: RFID.  3

2.1.1  Aufbau und Funktionsweise  3

2.1.2  Unterscheidungsmerkmale  6

2.1.3  Bauformen  10

2.2  Die betriebswirtschaftliche Basis: Logistik.  12

2.2.1  Begriffliche Einführung.  12

2.2.2  Entwicklungsschritte in der Logistik  13

2.2.3  Logistik als strategischer Wettbewerbsfaktor  15

3  RFID - Integration in der Logistik.  18

3.1  Standards.  18

3.1.1  EPC und EAN  19

3.1.2  Hardwarestandards und Middleware  21

3.1.3  Normen und gesetzliche Vorschriften  23

3.2  Die RFID basierte Supply Chain  25

3.2.1  Supply Chain Management (SCM)  26

3.2.2  Information als Schlüsselfaktor  27

3.2.3  Automation in der Supply Chain  28

Inhaltsverzeichnis II

4  Innovationsfelder für Logistikdienstleister.  31

4.1  Übersicht.  31

4.2  Betriebsmitteloptimierung.  32

4.2.1  Container Management  32

4.2.2  Tracking  33

4.2.3  Wartung  33

4.3  Operativer Einsatz.  33

4.3.1  Volumenplanung  33

4.3.2  Automatische Datenerfassung und Sortierung.  34

4.3.3  Liefereffizienz.  34

4.4  Sicherheit  36

4.4.1  Warenrückverfolgung.  36

4.4.2  Gefahrgüter.  36

4.5  Kontrolle.  37

5  Anwendungen in der Logistik  38

5.1  Modernisierung im Handel: Die Metro Group.  38

5.1.1  Einführung  38

5.1.2  METRO Group Future Store  38

5.1.3  METRO Innovation Center.  45

5.2  Szenarien in der Holzwirtschaft.  48

5.2.1  Einführung  48

5.2.2  Lagerung von Schnittholz am Beispiel der Fa. Schaffer  48

5.2.3  Prozessinnovationen in der Holzwirtschaft  50

5.2.4  Produktinnovationen in der Holzwirtschaft  52

5.3  Industrielle Fertigung in der Automobilbranche.  53

5.3.1  Einführung  53

5.3.2  Ford in Mexiko  56

5.3.3  Toyota Südafrika  57

Inhaltsverzeichnis III

5.4  Temperaturüberwachung und Transportlogistik.  59

5.4.1  Einführung  59

5.4.2  Migros Ostschweiz.  59

6  Aussichten und Erfolgsfaktoren von RFID in der Logistik.  62

6.1  Studien bezüglich der Aussichten von RFID  62

6.1.1  Booz Allen Hamilton.  62

6.1.2  Accenture.  63

6.2  Erfolgsfaktoren  65

6.2.1  Technik  65

6.2.2  Beherrschung der Komplexität.  66

6.2.3  Vernetzte Wertschöpfungskette  66

6.2.4  Kosten- / Nutzenanalyse.  67

7  Fazit  71

Literaturverzeichnis   LXXIII

Abbildungsverzeichnis   

Abbildungsverzeichnis   

Abbildung  1: Grundaufbau von RFID-Systemen  

Abbildung  2: Frequenzen und Reichweiten von RFID-Systemen  

Abbildung  3: Die Säulen der Logistik  

Abbildung  4: Anteil der Logistikkosten an den Gesamtkosten  

Abbildung  5: Der Aufbau des EPC  

Abbildung  6: RFID im Vergleich mit Barcode  

Abbildung  7: Savant-Rechner im EPC-Nerzwerk  

Abbildung  8: RFID in der Supply-Chain  

Abbildung  9: Waren- und Informationsfluss im EPC-Netzwerk  

Abbildung  10: Innovationsfelder für Logistikdienstleister.  

Abbildung  11: Ursachen für „Out of Stock“  

Abbildung  12: Nutzung neuer Technologien im Future Store.  

Abbildung  13: Metro Innovation Center.  

Abbildung  14: Ein- und Ausfahrtserfassung mit RFID  

Abbildung  15: Kurzfristige Vorteile durch RFID in Logistik und Transport.  

Abbildung  16: Kosten für RFID-Systeme  

Abbildung  17: Beispiel einer Kosten- /Nutzenrechnung  

Abkürzungsverzeichnis V

Abkürzungsverzeichnis

AIM Association for Automatic Identifikation and Mobility Auto-ID Automatic Identification API Application Program Interface BGL Bundesverband Güterkraftverkehr Logistik und Entsorgung eV bzw. beziehungsweise bzgl. bezüglich ca. circa cm Zentimenter DV Datenverarbeitung DB Datenbank 3D Dreidimensional EAS Electronic Article Surveillance EAN European Article Number ebd. ebenda ECR Europäische Konsumgüterorganisation EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory, EN Euronorm EMS Escort Memory Systems EPC Electronic Product Code ERP Enterprise Ressource Planning et al. et alii, und andere etc. et cetera, und so weiter ETSI European Telecommunications Standards Institute EU Europäische Union f. folgende Fa. Firma ff. fortfolgende FIR Forschungsinstitut für Rationalisierung e.V.

Abkürzungsverzeichnis VI

GHz Gigahertz HF High Frequency Hz Hertz ID Identifikation IML Institut Materialfluss und Logistik ISO International Organization for Standardization IT Informationstechnologie IZT Institut für Zukunftsstudien und Technologiebewertung GmbH KB Kilobyte KHz Kilohertz LF Low Frequency LKW Lastkraftwagen Mio. Millionen MIT Massachusetts Institute of Technology m² Quadratmeter mm Millimeter m Meter MHz Megahertz NRW Nordrhein-Westfalen OSA Optimal Shelf Availabiltity ONS Object Name Service PC Personal Computer PDA Personal Digital Assistant PML Physical Markup Language PKW Personenkraftwagen PSA Personal-Shop-Assistant RFID Radio Frequency Identification RF Radio Frequency RoI Return on Investment SCM Supply Chain Management St. Sankt

Abkürzungsverzeichnis VII

u.a. und andere UCC Uniform Code Council UHF Ultra High Frequency URL Uniform Resource Locator USA United States of America vgl. vergleiche z.B. zum Beispiel

Einleitung 1

1 Einleitung

1.1 Ausgangslage

Automatische Identifikationssysteme spielen in der Logistikbranche schon seit längerer Zeit eine wichtige Rolle, da sie in der Lage sind, Informationen über Objekte bereitzustellen. Die sehr verbreiteten Barcodeetiketten lösten bereits vor vielen Jahren eine Revolution im Bereich der Identifizierung von Waren aus. Nachteilig sind hier aber z.B. die geringe Speicherfähigkeit und die Unmöglichkeit der Umprogrammierung.

Die Technik der Radio Frequency Identification (RFID), also die drahtlose Übertragung von Informationen eines individuellen Gegenstandes, beginnt nun aufgrund zahlreicher Vorteile gegenüber konventionellen Auto-ID-Systemen, neue Massenmärkte zu erobern. Am Produkt werden dazu so genannte Transponder befestigt, die eine eindeutige Identifikation ermöglichen, aber auch zusätzliche Objektinformationen speichern können. Diese individuellen Informationen sind Grundlage einer effizienten Steuerung logistischer Prozesse und einer verbesserten Transparenz im gesamten Lieferkettenmanagement.

Die Entwicklung von RFID begann bereits in den 60er Jahren. Durch zu hohe Chippreise und eine noch nicht ausgereifte Technologie wurden jedoch nur in Spezialanwendungen wirtschaftliche Vorteile erzielt. Diese Situation hat sich in den letzten Jahren grundlegend geändert. Branchenriesen wie Walmart und Metro investieren massiv in RFID und treiben die Entwicklung voran. Gleichzeitig fallen die Preise für RFID-Transponder drastisch und in den kommenden Jahren wird mit weiteren Preissenkungen gerechnet

Einleitung 2

1.2 Zielsetzung und Vorgehensweise

Durch die Einführung von RFID- basierten Systemen in der Logistik versprechen sich viele Unternehmen und Logistikdienstleister Kosten- und Effizienzvorteile. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, aufzuzeigen, wie der Einsatz von RFID die Entwicklung der Logistik in dieser Hinsicht entscheidend vorantreibt.

Einführend werden die Grundlagenkenntnisse der beiden Teilgebiete RFID und Logistik vermittelt, die für eine weitere übergreifende Betrachtung unerlässlich sind. Die darauf folgende gemeinsame Betrachtung geht auf Integra-tionsstandards und RFID als Bestandteil der Supply Chain ein, da eine Integration entlang der gesamten Wertschöpfungskette als sinnvoll erachtet wird. An dieser Stelle wird aber auch auf Unterschiede und Vorteile gegenüber konventionellen Barcode-Systemen eingegangen.

Im Anschluss werden innovative Einsatzfelder von RFID erläutert, wie sie sich aus der Sicht von Logistikdienstleistern darstellen, da Unternehmen logistische Aufgaben immer öfter an derartige Spezialisten übertragen.

Anhand von detaillierten Anwendungsbeispielen soll einerseits gezeigt werden, in welchen Bereichen der Logistik Veränderungen durch RFID stattfinden bzw. schon stattgefunden haben, und andererseits wie sich RFID in vorhandene Systeme integrieren lässt. Es werden aber auch Szenarien entworfen, die für einen zukünftigen Einsatz denkbar sind. Aufgrund der umfangreichen Darstellung bildet dieses Kapitel den Schwerpunkt der Arbeit.

In der abschließenden kritischen Betrachtung werden die Rahmenbedingungen für eine erfolgreiche Investition in RFID herausgestellt. Erfolgskritische Faktoren werden im Einzelnen erläutert, Studien belegen Zukunftseinschätzungen und Meinungen zu RFID aus Unternehmenssicht.

Grundlagen 3

2 Grundlagen

Die Teilkomplexe dieser Arbeit, RFID und Logistik, werden an dieser Stelle zunächst einzeln betrachtet. Anfangs werden die Grundlagen der RFID-Technologie vermittelt, anschließend wird der Logistikbegriff im

betriebswirtschaftlichen Sinne abgegrenzt und die Bedeutung der Logistik erläutert. Diese Vorgangsweise wurde gewählt, da mit den jeweiligen Grundlagenkenntnissen die anschließende Gesamtbetrachtung verständlicher ist, und spätere Ausführungen zielgerichteter formuliert werden können. Details, die von der eigentlichen Thematik wegführen, können an der betreffenden Stelle dann weitestgehend vermieden werden.

2.1 Die technologische Basis: RFID

Die Technik der Radio Frequency Identification (RFID) ermöglicht die kontaktlose Übertragung von Informationen und die eindeutige Identifikation von Objekten. Ein Sender, auch Transponder genannt, kommuniziert dazu über die Luftschnittstelle mit einer Basiseinheit.

2.1.1 Aufbau und Funktionsweise

Alle RFID-Systeme bestehen aus einem Transponder, der einen elektronischen Datenspeicher darstellt, und einem Erfassungs- bzw. Lesegerät. Befindet sich der Transponder im Empfangsbereich des Lesegerätes wird eine wechselseitige Kommunikation ausgelöst. ¹ Dazu verfügen beide Geräte über Kopplungselemente in Form von Spulen oder Antennen. Der Energie- bzw. Datenaustausch erfolgt durch elektromagnetische Wellen nach dem Prinzip der induktiven Kopplung. Den Grundaufbau und die Funktionsweise von RFID-Systemen verdeutlicht Abbildung 1:

¹ Vgl. AIBIS (2004), S.3

Grundlagen 4

Abb. 1: Grundaufbau von RFID-Systemen 2

Transponder

Transponder sind die Bestandteile in RFID-Systemen, die Informationen über die Objekte senden, an denen sie befestigt sind. Synonym wird im Folgenden auch die Bezeichnung (RFID-)Tag verwendet. Die wesentlichen Bestandteile sind Kopplungselemente (Antennen, Spulen), ein Mikrochip, der als Datenspeicher dient, sowie ein Kondensator.

Bereits in den 60er Jahren wurde der 1-Bit-Transponder zur Diebstahlsicherung in Warenhäusern (EAS) entwickelt. Diese Urform des Transponders befindet sich auch heute noch im Einsatz. Das Lesegerät registriert hierbei lediglich, ob sich ein Transponder im Empfangsbereich befindet. Weitere Informationen können jedoch nicht gesendet werden, da diese Transponder über keinerlei Speicher verfügen. Erst später entstanden aus dieser Grundform dann Transponder mit eigenem Datenspeicher. Dadurch konnten Artikel eindeutig identifiziert werden, darüber hinaus konnten noch zusätzliche Informationen gespeichert werden. Schnell wurden neue Einsatzbereiche erkannt, der

² Finkenzeller, K. (2000), S.9

Grundlagen 5

Preisverfall von Speicherchips und die Entwicklung immer kleinerer Transponder bewirkten den heutigen Hype rund um das Thema RFID. 3

Passive Tags verfügen über keine eigene Stromversorgung und beziehen die benötigte Energie von der Schreib- / Leseeinheit. ⁴ Hierzu muss sich der Transponder im elektromagnetischen Wechselfeld des Detektors befinden. Die Kopplungseinheit des Tags ist auf die Resonanzfrequenz des Lesegerätes abgeglichen und entzieht diesem durch Induktion Energie. ⁵ Durch Reflektion und Veränderung des Sendesignals können Tags ihren Speicherinhalt an die Lesegeräte übermitteln.

Die typische Größe des Tag-Speichers reicht von wenigen Bytes bis zu mehr als 100 KB und wird meist in Form eines EEPROM realisiert. 6

Gegenüber den üblichen passiven RFID-Tags besitzen aktive High-End-Transponder zusätzlich noch einen Prozessor, einen segmentierbaren, beschreibbaren Speicher mit fest installiertem Betriebsystem und eine eigene Stromversorgung. Da aber in der logistischen Praxis passive RFID-Systeme wesentlich häufiger vorkommen, liegt der Schwerpunkt dieser Arbeit auch auf diesen Systemen.

Schreib- / Lesegerät

Das Erfassungs- bzw. Lesegerät dient in erster Linie dem Auslesen der Transponderinformationen. In bestimmten Fällen kann es auch Tags beschreiben. Es sendet ein permanentes hochfrequentes Dauersignal, welches auf den Schwingkreis des Transponders abgestimmt ist. ⁷ Hierdurch wird einerseits Energie für passive Tags bereitgestellt, die für die Funktionstüchtigkeit benötigt wird. Andererseits werden durch Modulation und Demodulation des Signals Daten ausgetauscht. Das reflektierte und veränderte Signal des Transponders wird dazu wieder dekodiert, und die gespeicherten

³ Vgl. C’t-Magazin (2004), S.122f

⁴ Vgl. EDA-Zentrum (2003), S.5

⁵ Vgl. C’t-Magazin (2004), S. 122f

⁶ Vgl. ebd.

⁷ Vgl. Siemens Business Services (2004), S.4

Grundlagen 6

Informationen des RFID-Tags gehen auf das Lesegerät über. Zusätzlich zum Energie- und Datenaustausch erzeugen und senden Lesegeräte aber auch den zur Ablaufsteuerung und Systemsynchronisation benötigten Takt. 8

Die einzelnen Bestandteile eines Lesegerätes sind Hochfrequenzmodul (Sender und Empfänger), Controller, und Kopplungselement in Form einer Spule. In der Regel findet sich noch eine Schnittstelle zu einem Computer. ⁹ Auf diesem Rechner läuft gewöhnlich eine Middleware, die die Rohdaten für die Weiterbearbeitung in einem Warenwirtschaftssystem entsprechend aufbereitet.

Der Informations- und Energiefluss zwischen Transponder und Lesegerät besteht zusammenfassend also aus drei Schritten: 10

• Erzeugung einer hochfrequenten Sendeleistung zur Aktivierung und

Bereitstellung der Energieversorgung eines Transponders. Tags werden erst aktiv, wenn sie sich im elektromagnetischen Wechselfeld eines Lesegerätes befinden. Ansonsten verhalten sie sich passiv.

• Modulation des Sendesignals zur Übertragung von Daten (z.B.

eindeutige Identifikationsnummer) durch den Transponder

• Empfang und Dekodierung des vom Transponder modulierten RF-

Signals durch die Leseeinheit.

2.1.2 Unterscheidungsmerkmale

Um nicht den Überblick über die unzähligen Varianten von RFID-Systemen zu verlieren, ist es sinnvoll, Unterscheidungsmerkmale zu finden. ¹¹ Anforderungen an RFID-Systeme hängen von der spezifischen Anwendung ab, und so haben sich in der Praxis drei Hauptunterscheidungsmerkmale herausgebildet. Man unterscheidet nach der Art der Energieversorgung, nach der Betriebsfrequenz

⁸ Vgl. Finkenzeller, K. (2000), S.247

⁹ Vgl. ebd., S.9

¹⁰ Vgl. Uni-Duisburg, S.4

¹¹ Vgl. Finkenzeller, K. (2000), S.11

Grundlagen 7

und der damit verbundenen Reichweite, sowie nach verschiedenen Datenübertragungsverfahren.

Energieversorgung

Im Bereich der Energieversorgung unterscheidet man passive und aktive RFID-Systeme. Die Transponder passiver Systeme kommen ohne eigene Stromversorgung aus, bei aktiven Systemen benötigen sie eine eigene Stromquelle in Form einer Batterie.

Die Lesegeräte passiver Systeme erzeugen ein hochfrequentes elektromagnetisches Wechselfeld, das den Transpondern als Energiequelle dient. Die Energieübertragung erfolgt dabei durch induktive Kopplung, sobald sich ein Tag in entsprechender Reichweite des Lesegerätes befindet. ¹² Steht genügend Energie zur Verfügung, sendet die Sendeelektronik des Transponders die Speicherinformationen über die Antenne an das Lesegerät. 13

Bei aktiven Systemen geht aufgrund der zurückgelegten Distanz zu viel Energie verloren und reicht zur Versorgung des Chips nicht mehr aus. Die übertragene Energie dient lediglich der Erzeugung eines Wake-Up-Signals. ¹⁴ Durch eine separate Stützbatterie wird die eigentliche Energieversorgung sichergestellt.

Frequenz und Reichweite

Der Einsatzbereich einer RFID-Anwendung hängt stark von der maximalen Reichweite eines Systems ab und diese resultiert wiederum aus der verwendeten Sendefrequenz.

Die nachfolgende Tabelle gibt eine Übersicht der wichtigsten RFID-Frequenzen und den damit verbundenen Reichweiten, und nennt typische Einsatzbereiche.

¹² Vgl. Elektronik-Kompendium (2005)

¹³ Vgl. AIBIS (2004), S.3

¹⁴ Vgl. C’t-Magazin (2004), S.122f

Grundlagen 8

Abb. 2: Frequenzen und Reichweiten von RFID-Systemen 15

Grundsätzlich kann man die Frequenzen in drei Bereiche einteilen. Der Bereich bis 300 KHz wird dabei als Low Frequency (LF) bezeichnet und ist größtenteils frei zugänglich. Durch den einfachen Aufbau sind Systeme in diesem Bereich kostengünstig. Die Bandbreite bis 100 MHz wird dagegen als High Frequency (HF) bezeichnet. Das universelle HF-Band zeichnet sich durch hohe Übertrags-und Taktraten aus, der Einsatz ist aufwendiger aber auch flexibler. Bei Frequenzen, die über 100 MHz liegen, spricht man nur noch von Ultra High Frequency (UHF). UHF-Systeme haben sehr hohe Reichweiten, und sind relativ unempfindlich gegen Übertragungsstörungen. Nachteilig sind die höheren Kosten, die größeren Bauformen, die meist separate Energieversorgung, sowie örtliche Zulassungsbeschränkungen. 16

Einer Studie zufolge sind die favorisierten Frequenzen im industriellen Einsatz 13,56 MHz mit 58 Prozent und 860-930 MHz mit 25 Prozent. 17

Hinsichtlich der Reichweite unterscheidet man die Bereiche Close Coupling, Remote Coupling und Long Range.

• Close Coupling

Die Reichweite beträgt 0 bis 1 cm und die Transponder müssen sich beim Lesen an einer exakt definierten Position befinden. Dies kann

¹⁵ Vgl. Decker, J. (2004), S.2

¹⁶ Vgl. Uni-Duisburg, S.6f

¹⁷ Vgl. Fraunhofer IML (2004), S.11

Grundlagen 9

beispielsweise durch das Einstecken in ein Lesgerät erfolgen. Der Frequenzbereich liegt zwischen 1 Hz und 30 MHz. Durch die enge Bindung können hohe Energiemengen übertragen werden. Dieses Verfahren kommt zum Einsatz, wenn hohe Sicherheitsstandards erfüllt werden müssen. 18

• Remote Coupling

Es werden bei diesen Systemen Reichweiten bis zu 1 m erreicht, der Betrieb erfolgt bei Sendefrequenzen zwischen 100 und 135 kHz, 6.75 MHz, 13.56 MHz und 27.125 MHz. Die Datenübertragung und die Energieversorgung werden durch induktive Kopplung erreicht, es kommen also in der Regel nur passive Transponder zum Einsatz. 19

• Long Range

Bei Long-Range-Systemen werden typische Reichweiten von 1 - 10 m erreicht, und die Betriebsfrequenz liegt im Mikrowellenbereich. Es werden hauptsächlich aktive Transponder mit eigener Stützbatterie eingesetzt, da die übertragene Energie zum Betrieb nicht ausreicht. 20

Datenübertragungsverfahren

Bei der Datenübertragung unterscheidet man zwischen unidirektionalen und bidirektionalen Verfahren, je nachdem, ob Daten in beide Richtungen oder lediglich in eine Richtung fließen. Reine Identifikationssysteme benötigen nur eine Kommunikationsmöglichkeit in Richtung Lesegerät. Im Ansprechbereich sendet der Transponder kontinuierlich seine ID, ein direktes Ansprechen durch das Lesegerät ist jedoch nicht möglich. Sollen weitere Daten aus dem Speicher eines RFID-Tags übermittelt werden, so muss eine Kommunikation in beide Richtungen (bidirektional) möglich sein. Damit sind Transponder auch einzeln ansprechbar. 21

¹⁸ Vgl. Finkenzeller, K. (2000), S.23

¹⁹ Vgl. ebd., S.24

²⁰ Vgl. EDA-Zentrum (2003), S.4f

²¹ Vgl. Uni-Duisburg, S.11f

Grundlagen 10

Findet die Datenübertragung in beide Richtungen statt, kann man eine weitere Einteilung nach der Art der Übertragung vornehmen. Zwei grundsätzlich verschiedene Verfahren kommen zum Einsatz: Duplex-Verfahren (Voll- und Halbduplex), sowie sequentielle Verfahren.

• Duplex-Verfahren

Beim Vollduplexverfahren findet die Datenübertragung, vom Transponder in Richtung Lesegerät und umgekehrt, zeitgleich statt. Das Halbduplex-Verfahren dagegen zeichnet sich durch eine abwechselnde Datenübertragung aus. Es kommt hauptsächlich bei induktiv gekoppelten Systemen zum Einsatz und bietet einen höheren Wirkungsgrad, kostet jedoch auch mehr. Sowohl beim Voll- als auch beim Halbduplexverfahren wird kontinuierlich und unabhängig von der Datenübertragung Energie übertragen. 22

• Sequenzielle Verfahren

Bei den sequenziellen Verfahren findet die Daten- und Energieübertragung vom Lesegerät zum Transponder zeitversetzt mit der Datenübertragung vom Transponder in Richtung Lesegerät statt. Das Lesegerät sendet Daten während der Energieübertragungsphase. Anschließend erfolgt eine Pause in der Energieübertragung, währenddessen der Transponder seine Daten sendet. Da sich dieser Zyklus ständig wiederholt, spricht man auch von gepulsten Systemen. 23

2.1.3 Bauformen

RFID-Transponder kommen in den unterschiedlichsten Bauformen vor. Dabei resultiert die Bauform in erster Linie aus dem Anwendungsbereich.

Die folgende Auflistung ²⁴ erhebt nicht den Anspruch auf Vollständigkeit.

²² Vgl. Finkenzeller, K. (2000), S. 39

²³ Vgl. ebd., S. 39 und S. 52

²⁴ Vgl. ebd., S.14ff