Fachhochschule Koblenz
RheinAhrCampus Remagen
Fachbereich Betriebs- und Sozialwirtschaft
Studiengang Wirtschaftsingenieurwesen
Studienvertiefung Produktionsmanagement

Diplomarbeit

Analyse und Validierung von Merkmalen für die Integration der RFID-Technologie in der Produktion unter Einbeziehung der Supply Chain

vorgelegt von

Marco Puschmann

Remagen, 10.02.2006

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis ... 5
Abkürzungsverzeichnis ... 6

1 Einführung ... 8
1.1 Problemstellung ... 8
1.2 Vorgehensweise ... 9

2 Technologien ... 10
2.1 RFID – Technologie ... 10
2.1.1 Die frühen Anfänge ... 10
2.1.2 Grundlagen der RFID-Technologie ... 12
2.1.3 Unterscheidungsmerkmale von RFID-Systemen ... 13
2.1.4 Funktionsweise ... 15
2.1.4.1 Energieversorgung ... 15
2.1.4.2 Sendefrequenzen, Signalkopplung und Reichweite ... 15
2.1.5 Pulk-Lesefähigkeit ... 17
2.1.6 Transponder-Bauformen ... 17
2.2 Das EPC-Netzwerk ... 18
2.2.1 Der Electronic Product Code (EPC) ... 20
2.2.2 Voraussetzungen zur RFID-Nutzung im EPC-Netzwerk ... 22
2.2.2.1 Transponder ... 22
2.2.2.2 Lesegeräte ... 23
2.2.3 Middleware-Konzept „Savant“ ... 23
2.2.4 Object Naming Service (ONS) ... 24
2.2.5 EPC Information Service ... 24
2.2.6 EPC Discovery Service ... 25
2.2.7 Physical Markup Language (PML) ... 25
2.2.8 Stand der Dinge und Aussichten ... 25

3 RFID in der Anwendung ... 26
3.1 RFID - Einsatz in der industriellen Fertigung ... 27
3.1.1 Zentrale Steuerung ... 28
3.1.2 Dezentrale Steuerung ... 29
3.1.3 Nutzenpotentiale durch RFID ... 31
3.1.3.1 Flexible Steuerung des Materialflusses ... 31
3.1.3.2 Überwachung des Bearbeitungsfortschrittes ... 31
3.1.3.3 Ausfallsicherheit ... 32
3.1.3.4 Datensicherheit ... 32
3.1.3.5 Geringer Einfluss von Umweltbedingungen ... 32
3.1.3.6 Sensorik ... 33
3.1.3.7 Transparenz des Warenbestandes ... 33
3.1.3.8 Produktverfolgung und Qualitätskontrolle ... 33
3.1.3.9 Arbeitsproduktivität ... 33
3.1.3.10 Instandhaltung ... 34
3.1.4 Erweiterte Anwendungsmöglichkeiten in der Fertigung ... 34
3.1.4.1 E-Kanban-System ... 34
3.1.4.2 Lean Production ... 35
3.1.5 Geeignete RFID – Systeme im Fertigungsbereich ... 36
3.2 Erweiterte Betrachtung – Einbeziehung der Supply Chain ... 37
3.2.1 Verknüpfungen innerhalb der Supply Chain ... 38
3.2.1.1 Just-in-Time (JIT) und Just-in-Sequence (JIS) ... 39
3.2.1.2 Bullwhip – Effekt ... 40
3.2.2 Nutzenpotentiale für den Hersteller ... 40
3.2.2.1 Lagermanagement ... 41
3.2.2.2 Echtheitsnachweis und Schwundkontrolle ... 42
3.2.2.3 Distribution ... 43
3.2.2.4 Rückverfolgbarkeit ... 44
3.2.3 Nutzenpotentiale für die Zulieferer ... 44
3.2.3.1 Liefertreue ... 44
3.2.3.2 Wettbewerbsfähigkeit ... 45
3.2.4 Nutzenpotentiale im After-Sales Bereich ... 45
3.2.4.1 Wartung und Reparatur ... 45
3.2.4.2 Recycling ... 46

4 Rahmenbedingungen ... 47
4.1 Ungelöste Probleme ... 47
4.1.1 Anwendungseinschränkungen ... 47
4.1.2 Fehlende Standardisierung ... 50
4.2 Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen ... 51
4.2.1 Kostensenkung als Erfolgsvoraussetzung ... 52
4.2.2 Kosten/Nutzen–Verteilung in der Supply Chain ... 54
4.3 Sicherheitsaspekte und Datenschutz ... 55

5 RFID – Systemintegration ... 56
5.1 Vorgehensweise ... 57
5.1.1 Strategische Zielvereinbarungen ... 57
5.1.2 Bildung eines Projektteams ... 57
5.1.3 Definition und Prozessanalyse ... 57
5.1.4 Entwicklungsphase ... 59
5.1.5 Integrationsphase ... 59
5.1.5.1 Validierung durch Pilot- und Feldversuche ... 60
5.1.5.2 Einbindung in den Gesamtprozess ... 60
5.1.6 Integrationsabschluß ... 61
5.2 Technische Analyse und Objektidentifikation ... 61
5.3 Auswahlkriterien für geeignete RFID-Systeme ... 64
5.4 Wirtschaftliche Bewertungsmodelle ... 66
5.4.1 Nutzenbewertung ... 70
5.4.2 Bewertung der Kosten ... 71

6 Zusammenfassung und Ausblick ... 72

Literaturverzeichnis ... 74

1 Einführung
Im Zuge der fortschreitenden Globalisierung und der damit einhergehenden Öffnung der Märkte wird der Druck auf die Unternehmen hinsichtlich Kostenreduzierung und Umsatzsteigerung immer stärker.
Die kontinuierliche Verbesserung von bestehenden Prozessabläufen ist daher essentiell, um am weltweiten Markt erfolgreich tätig zu sein.

In den letzten Jahren hat eine aussichtsreich scheinende Technologie das Interesse der Industrie und der Öffentlichkeit geweckt: die Identifikation mittels Funkwellen, die sogenannte Radio Frequency Identification (dt. = Radiofrequenz Identifikation, kurz: RFID).
Beschäftigt man sich mit der Thematik etwas genauer, stößt man schnell auf eine weitere Technologie, die das volle Potential von RFID erst offen legen wird.
Mit Hilfe des sogenannten Electronic Product Code (EPC) kann die RFID-Technologie in der Supply Chain eines jeden Unternehmens effizient und nutzenoptimiert angewandt werden.
Die EPC-Technologie soll zukünftig einmal jedem einzelnen Artikel eine eindeutige Identifikationsnummer zuordnen und damit ein produktbezogenes Tracking & Tracing (T&T) ermöglichen.

1.1 Problemstellung
Die Schnelligkeit von Material-, Produkt- und nicht zuletzt Informationsflüssen ist eine erfolgskritische Größe.
Fehlmengen führen zu Produktionsausfällen, die innerhalb der verschachtelten und komplexen Prozessstrukturen einen Schneeballeffekt auf parallel- und nachgelagerte Prozesse haben können.
Lagerüberbestände führen zu unnötigen Kapitalbindungen und erschweren die Lagerlogistik.
Vielfach sind diese Störungen auf einen unzureichenden Informationsfluss zurück zu führen. Informationen liegen häufig in unterschiedlicher Form vor, die erst mühsam und zeitintensiv in ein anders Format übertragen werden müssen.
Diese sogenannten Medienbrüche verzögern nicht nur den Informationsfluss, sondern können durch menschliche Irrtümer oder nicht optimierter Technik zu Übertragungsfehlern führen.
In der Supply Chain verstärkt sich dieses Problem, weil häufig elektronische Dateninformationen zwischen Zulieferer und Hersteller nicht kompatibel sind.
Mittels einer geeigneten RFID-Technologie kann die Geschwindigkeit der Material-, Produkt- und Informationsflüsse erhöht und gleichzeitig Fehler durch Medienbrüche vermieden werden.
So sind bereits für lokale Anwendungen in der Fertigung und Montage durch relativ einfache RFID-Systeme deutliche Prozessverbesserungen zu erreichen.
Erweiterte Anwendungen, wie beispielsweise innerhalb einer Zulieferer-Hersteller-Beziehung bedürfen hingegen schon einer komplexeren RFID-Lösung, da über die Unternehmensgrenze hinweg Material- und Datenflüsse gesteuert werden müssen.
Nutzt man die RFID-Technologie innerhalb der kompletten Supply Chain so kommt man für eine zukunftssichere Lösung nicht um die Verwendung des EPC umher.
Erst mit Nutzung des EPC und die Integration in das sogenannte EPC-Netzwerk wird die medienbruchfreie Verbindung von Informationen und Produkt innerhalb der Supply Chain erreicht.

1.2 Vorgehensweise
Die Arbeit ist inhaltlich in 4 Hauptkapitel gegliedert.
Das erste Hauptkapitel beschreibt die Technologien RFID und EPC.
Einleitend wird der Aufbau und die Arbeitsweise der RFID-Technologie erklärt. Im zweiten Abschnitt wird das EPC-Netzwerk beschrieben und welche Vorbedingungen zum Einsatz gegeben sein müssen. Abschließend werden die Voraussetzungen zum Einsatz der RFID-Technologie innerhalb des EPC-Netzwerkes dargestellt.

Im zweiten Hauptkapitel wird herausgearbeitet, wie diese Technologien verwendet werden können, um Ablaufprozesse zu verbessern. Die vorliegende Arbeit fokussiert hier insbesondere den Bereich der Fertigung sowie in einer erweiterten Betrachtung die Nutzenpotentiale innerhalb der Supply Chain.

Im dritten Hauptkapitel werden die Rahmenbedingungen dargestellt, welche bei der Einführung der RFID-Technologie in bestehende Prozesse beachtet werden müssen. Neben der obligaten Wirtschaftlichkeitsbetrachtung werden die noch existierenden Probleme bei der Implementierung der RFID-Technologie sowie die Aspekte der Sicherheit und des Datenschutzes beleuchtet.

Im abschließenden vierten Hauptkapitel wird die RFID-Systemeinführung beschrieben und eine mögliche Vorgehensweise zur RFID-Einführung vorgestellt.

2 Technologien
Sowohl RFID als auch EPC können als eigenständige Technologie verstanden werden. Die RFID-Technologie beschreibt hierbei das eigentliche Identifizieren mittels Funkwellen, wohingegen die EPC-Technologie die eindeutige und standardisierte Produktzuordnung mittels EPC und die dafür notwendige IT-Infrastruktur umfasst.

2.1 RFID – Technologie
2.1.1 Die frühen Anfänge
Die Ursprünge der RFID-Technologie liegen bereits einige Jahrzehnte zurück. Bereits in den 20er Jahren des letzten Jahrhunderts entwickelte man das Radar, um mit Hilfe von ausgesandten Radiowellen, Objekte durch Reflexion dieser Wellen zu orten.

[...]