RFID-Technologie im Einsatz in der Lagerlogistik der fertigenden Industrie

Welches Potential hat der Einsatz von RFID-Technologie in der Lagerlogistik der fertigenden Industrie?


Hausarbeit, 2020

15 Seiten, Note: 1,3


Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung
1.1 Zielsetzung und Vorgehensweise

2 RFID Technologie
2.1 Technologischer Aufbau RFID
2.1.1 Funktionsweise der Informationsverarbeitung
2.1.2 Unterscheidungsmerkmale
2.1.3 Bauformen
2.2 Vor-und Nachteile

3 Lagerlogistik
3.1 Bedeutung, Aufgaben und Arten von Lagersystemen
3.2 Datenerfassung

4 Potential der RFID Technik für die Automatisierung der Lagerlogistik
4.1 Abruf beim Lieferanten
4.2 Wareneingang
4.3 Inventarisierung
4.4 Warenabruf/Optimierung der Kommissionierungswege
4.5 Behältermanagement
4.6 Hürden des RFID Einsatzes

5 Fazit

6 Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1 Komponenten eines RFID-Systems

Abbildung 2 Mechanischer Aufbau eines Transponders im Plastikgehäuse

Abbildung 3 Schematische Darstellung eines Smart Labels

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1 Frequenz, Reichweite und Einsatzbereich

Abkürzungsverzeichnis

Auto-ID Auto-Identifikation

ERP Enterprise-Resource-Planning

FDX Full-Duplex-System

HDX Half-Duplex-System

HF High Frequency

Hz Hertz

KB Kilobyte

KHz Kilohertz

LF Low Frequency

MHz Megahertz

PVC Polyvinylchlorid

RFID Radio-Frequency-Identification

RTI Returnable Transport Items

SEQ Sequentielles System

UHF Ultra High Frequency

1 Einleitung

Im Zuge des Zukunftsprojektes Industrie 4.0 rüsten sich Unternehmen der fertigenden Industrie für die digitale Zukunft. Es werden vor allem aus technischer Sicht allgemeingültige Standards gebraucht. Die industrielle Produktion - und damit auch der Bereich Lagerlogistik - wird mit Informations- und Kommunikationstechnik digital und intelligent vernetzt. Damit wird schrittweise eine selbstorganisierte Produktion möglich, bei der Mensch, Maschine, Anlage und Logistik untereinander kommunizieren und kooperieren und dabei die gesamte Wertschöpfungskette optimieren.

In der Logistik spielen Systeme zur eindeutigen Identifikation von Objekten schon lange eine Rolle. Radio-Frequency-Identification (RFID) Systeme haben, gegenüber konventionellen Auto-ID-Systemen wie Barcode-Etiketten, einige Vorteile. Es lassen sich deutlich mehr Objektinformationen speichern, die über die zur Identifikation notwendigen Einträge hinausgehen. Zudem lassen sich die meisten Transponder umprogrammieren und wiederverwenden. Seit den 1960er Jahren entwickelt sich diese Technik ständig weiter und die Preise für RFID Transponder sinken. So wird das Konzept flächendeckend einsetzbar und kann nicht nur in Spezialanwendungen wirtschaftliche Vorteile erzielen. (Gille, 2010, S. 7)

1.1 Zielsetzung und Vorgehensweise

Durch den Einsatz von RFID Technologie können Unternehmen Effizienzvorteile realisieren und Prozessabläufe verbessern. Ziel dieser Hausarbeit ist es, herauszuarbeiten welches Potential der Einsatz von RFID in der Lagerlogistik der fertigenden Industrie hat und wo sich die Technik sinnvoll einsetzen lässt.

Die Arbeit gliedert sich in drei grundlegende Abschnitte. Als Ausgangspunkt beschreibt Kapitel 2 die Grundlagen der RFID Technologie. Kapitel 3 geht auf die Logistik, speziell auf die Lagerlogistik, ein. In Kapitel 4 folgt eine Überleitung zu den Anwendungsmöglichkeiten der RFID Technologie innerhalb der Lagerlogistik. Schlussendlich wird ein Fazit gezogen. In einer Zusammenfassung werden die Vorteile einer flächendeckenden Systemintegration aufgezeigt und die Zukunft der Lagerlogistik skizziert.

2 RFID Technologie

In RFID-Systemen werden Daten auf dem Transponder, dem elektronischen Datenträger, gespeichert. Das Erfassungsgerät liest die auf dem Transponder gespeicherten Daten kontaktlos aus und kann anhand dieser z.B. Objekte eindeutig identifizieren. (Gille, 2010, S. 17) Die Bezeichnung RFID steht für Radio-Frequency-Identification, meint also die Identifikation durch Radiowellen. (Finkenzeller, 2012, S. 6)

2.1 Technologischer Aufbau RFID

Ein RFID System besteht aus den beiden Komponenten Transponder und Erfassungsgerät. Der Transponder (oder Tag, Label, Funketikett) wird an dem zu identifizierendem Objekt angebracht. Er besteht aus einem Koppelelement, einem elektronischen Mikrochip als Datenspeicher und ggf. einem Kondensator. Das Erfassungsgerät (oder Lesegerät, Leser, Reader, Interrogator) verfügt über ein Hochfrequenzmodul, eine Kontrol- leinheit und ein Koppelelement (in Form von Spulen oder Antennen) zum Transponder. Die Kommunikation erfolgt über das sogenannte Air Interface (Luftschnittstelle), welche in der Regel standardisiert ist, dadurch sind Produkte verschiedener Hersteller kompatibel. (Bartneck & Weinländer, 2008, S. 31f) Oft hat das Erfassungsgerät auch eine Schnittstelle zu einem Computer, auf dem sich eine Middleware befindet. Dort werden die Rohdaten für die weitere Verarbeitung in einem Warenwirtschaftssystem (Enterprise- Resource-Planning (ERP) System) aufbereitet. (Obrist, 2006, S. 17)

2.1.1 Funktionsweise der Informationsverarbeitung

Das Erfassungsgerät (oder Lesegerät) sendet ein auf den Schwingkreis des Transponders abgestimmtes Signal und den zur Ablaufsteuerung und Systemsynchronisation nötigen Takt. Damit wird der passive Transponder mit Energie versorgt und durch Modulation und Demodulation des Signals Daten ausgetauscht. (Gille, 2010, S. 18 ff) Die auf dem RFID-Tag gespeicherten Informationen werden auf das Lesegerät übertragen und dekodiert. Mithilfe einer Schnittstelle zu einem Computer und der darauf befindlichen Middleware können die Rohdaten weiterverarbeitet und aufbereitet werden (siehe Abb.1) (Obrist, 2006, S. 20)

Abbildung 1 Komponenten eines RFID-Systems

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: (Vorteile von RFID-Kabelbindern gegenüber RFID-Etiketten und Barcodes, 2017)

Der schon in den 1960er Jahren entwickelte 1-Bit-Transponder befindet sich auch heute noch im Einsatz z.B. als Diebstahlsicherung in Warenhäusern. Das Erfassungsgerät registriert lediglich über eine Varianz des Sendesignals und eine Spannungsänderung an der Antenne des Transponders bei der Resonanzfrequenz des Tags, ob sich der Transponder in der Reichweite befindet. Weitere Informationen werden nicht gesendet. (Finkenzeller, 2012, S. 8)

Semi-aktive Systeme sind für höhere Anforderungen geeignet, die durch passive Systeme z.B. aufgrund zu geringer Reichweite nicht erfüllt werden können. Sie werden über eine Batterie mit Energie versorgt, nutzen diese aber nicht zum aktiven Senden. Sie sind daher teurer als passive Systeme und haben eine begrenzte Lebensdauer. (Obrist, 2006, S. 18 f)

Später entstanden Transponder mit eigenem, typischerweise bis zu 100 KB großem Datenspeicher, auf denen zusätzliche Objektinformationen gespeichert werden können. Von einem komplexen System wird gesprochen, wenn eine zusätzliche Energieversorgung am Transponder notwendig ist, um einen erweiterten Leistungsbereich abzudecken. Bei speziellen Aufgaben, wie der Ermittlung eines Standortes eines Objekts werden aktive Systeme eingesetzt. Die Transponder senden dabei aktiv Signale aus und werden vollständig mit einer Batterie versorgt. (Bartneck & Weinländer, 2008, S. 36 ff)

2.1.2 Unterscheidungsmerkmale

Die unterschiedlichen Arten von RFID Systemen lassen sich in drei Hauptunterscheidungsmerkmale unterteilen. Man differenziert nach der Art der Energieversorgung, nach der Betriebsfrequenz und der damit in Zusammenhang stehenden Reichweite und nach unterschiedlichen Datenübertragungsverfahren.

Energieversorgung

Bei der Energieversorgung wird zwischen aktiven und passiven Systemen unterschieden. Der Fokus dieser Arbeit liegt auf den passiven Systemen. Passive Transponder verfügen über keine eigene Spannungsquelle, sondern werden im Ansprechbereich des Erfassungsgerätes über ein elektromagnetisches Feld nach dem Prinzip der induktiven Kopplung mit Spannung versorgt und damit aktiviert. Außerhalb dieses Bereiches verhalten sich Transponder ohne eigene Spannungsquelle. Bei den aktiven Systemen werden Daten über eine größere Distanz übertragen. Daher muss die Energieversorgung des Transponders über eine separate Stützbatterie sichergestellt werden. (Finkenzeller, 2012, S. 8 f)

Frequenz und Reichweite

Die Frequenz und damit auch die Reichweite bestimmen den Einsatzbereich einer RFID- Anwendung.

Tabelle 1 Frequenz, Reichweite und Einsatzbereich (Obrist, 2006, S. 22)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Der größtenteils frei zugängliche Bereich bis 300 KHz wird als Low Frequency (LF) bezeichnet. Systeme in diesem Bereich sind durch ihren einfachen Aufbau eher kostengünstig. Frequenzen bis 100 MHz zeichnen sich durch höhere Übertragungsraten aus. Der Einsatz dieser High Frequencies (HF) ist zwar flexibler aber auch aufwendiger und teurer. Frequenzen oberhalb von 100 MHz sind dem Ultra High Frequency Bereich (UHF) zugeordnet. Diese haben besonders hohe Reichweiten und sind mit deutlich höheren Kosten verbunden. Oft benötigen sie eine separate Energieversorgung. Laut einer Studie des Fraunhofer Instituts werden im industriellen Bereich die Frequenzen 13,56 MHz (58%) und 860-930 MHz (25%) verwendet. (Obrist, 2006, S. 23)

Bei einer Reichweite von 0-1cm muss sich der Transponder während des Lesevorgangs an einer genau definierten Position befinden. Man spricht in diesem Zusammenhang vom Close Coupling. Der Frequenzbereich liegt bei diesem Einsatzgebiet wischen 1 Hz und 30 MHz. Durch das Einstecken des Transponders in ein Lesegerät können hohe Energiemengen übertragen und hohe Sicherheitsstandards erfüllt werden. Beim Remote Coupling können Reichweiten bis zu 1 m erreicht werden. Dies erfolgt mit Sendefrequenzen zwischen 100 und 135 kHz, 6,75 MHz, 13,56 MHz und 27,125 MHz. (Finkenzeller, 2012, S. 22)Die Energieversorgung erfolgt parallel zur Datenübertragung über eine induktive Kopplung für passive Transponder. Long-Range-Systeme haben eine Betriebsfrequenz im Mikrowellenbereich und können Reichweiten zwischen 1 und 10 m realisieren. Da die vom Erfassungsgerät übertragene Energie über eine so große Distanz nicht ausreichen würde, kommen hier aktive Transponder mit eigener Stützbatterie zum Einsatz. (Finkenzeller, 2012, S. 28, 44f)

Datenübertragungsverfahren

Die Datenübertragung kann unidirektional oder bidirektional erfolgen. Dies ist abhängig davon, ob Daten nur in eine Richtung, wie es bei einem reinen Identifikationssystem der Fall ist, oder in beide Richtungen fließen sollen. Wenn die Datenübertragung in bidirektional erfolgt, kann die Art der Übertragung in Duplex-Verfahren (Voll- und Halbduplex) und sequentielle Verfahren unterteilt werden.

Bei Vollduplex-Systeme (FDX) und Halbduplex-Systeme (HDX) werden die Daten des Transponders bei eingeschaltetem Feld des Erfassungsgeräts übertragen. Dabei muss gewährleistet sein, dass die Signale des Transponders sich von denen des Erfassungsgerätes unterscheiden lassen. Bei den sequentiellen Systemen (SEQ) wird das Feld des Erfassungsgerät periodisch abgeschaltet. Diese Pausen werden vom Transponder erkannt und zur Datenübertragung genutzt. Dazu muss sichergestellt sein, dass die Energieversorgung des Transponders unterbrechungsfrei bleibt. Das wird z.B. mit Stützkondensatoren oder Stützbatterien realisiert. (Finkenzeller, 2012, S. 11 f, 66 f)

2.1.3 Bauformen

Die am meisten verwendete Bauform ist der aus einem runden Spritzguss bestehende Disk-Transponder. (Finkenzeller, 2012, S. 14) Sie sind wenige Millimeter bis 10 cm groß und finden in einem vielfältigen Spektrum Anwendung. Für mechanisch anspruchsvollere Anwendungen eignen sich belastbare Gehäuse aus Plastik (siehe Abb.2). Durch eine längere Spule wird eine große Funktionsreichweite ermöglicht.

Abbildung 2 Mechanischer Aufbau eines Transponders im Plastikgehäuse

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle (Finkenzeller, 2012, S. 18)

Kontaktlose Chipkarten haben den Vorteil, dass sich durch die große Spulenfläche eine hohe Reichweite realisieren lässt. Der Transponder wird bei der Herstellung einer Chipkarte zwischen vier PVC-Folien einlaminiert, sodass eine untrennbare Einheit entsteht.

[...]

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Details

Titel
RFID-Technologie im Einsatz in der Lagerlogistik der fertigenden Industrie
Untertitel
Welches Potential hat der Einsatz von RFID-Technologie in der Lagerlogistik der fertigenden Industrie?
Hochschule
Hochschule Fresenius; Köln
Veranstaltung
Grundlagen und Anwendung der Automatisierung
Note
1,3
Autor
Jahr
2020
Seiten
15
Katalognummer
V1007381
ISBN (eBook)
9783346392671
ISBN (Buch)
9783346392688
Sprache
Deutsch
Schlagworte
RFID, Lagerlogistik, Automatisierung, Logistik, Behältermanagement
Arbeit zitieren
Mona Rebers (Autor:in), 2020, RFID-Technologie im Einsatz in der Lagerlogistik der fertigenden Industrie, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1007381

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