RFID

Höchstmögliche Prozesssicherheit mit RFID-Systemen

04.10.2007 | Redakteur: Bernd Maienschein

In der Projektierungsphase wurde beim Floristikunternehmen Rutishauser das 13,56-MHz-System von Sick unter Praxisbedingungen mit Feuchtigkeit, wechselnden Abständen und verschieden ausgerichteten Transpondern getestet.Bild: Sick
In der Projektierungsphase wurde beim Floristikunternehmen Rutishauser das 13,56-MHz-System von Sick unter Praxisbedingungen mit Feuchtigkeit, wechselnden Abständen und verschieden ausgerichteten Transpondern getestet.Bild: Sick

Industriell einsetzbare RFID-Systeme können im Gegensatz zum Barcode fast unendlich oft zur Objektkennzeichnung und -identifikation eingesetzt werden. Die 13,56-MHz-Systeme von Sick sind für den rauen Industrieeinsatz ausgelegt und können eine ideale Lösung für die Objektverfolgung und das Gebindemanagement in internen beziehungsweise geschlossenen Kreisläufen sein.

Die Radio-Frequenz-Identifikation (RFID) ist ein elektromagnetisches Verfahren für die Identifikation von Objekten, die mit einem RFID-Datenträger als Etikett versehen sind. Sie hat sich in den letzten Jahren zu einer der zentralen logistischen Zukunftstechnologien entwickelt. RFID-Systeme bestehen aus Transpondern zur Objektkennzeichnung, Schreib-/Leseeinheiten zur Kommunikation mit den Transpondern (Lesen und Schreiben oder nur Lesen) und bei Bedarf aus einer Middleware zum transaktionssicheren Transport von RFID-Schreibbefehlen und RFID-Leseergebnissen.

Richtige Technologiewahl entscheidend für den RFID-Erfolg

Die lückenlose Identifikation und teilweise auch Lokalisation von Objekten entlang einer Prozesskette (Supply Chain) ist vielerorts die Basis für die Optimierung der unterschiedlichsten Geschäftsprozesse. Dabei ist RFID nicht gleich RFID – bestimmte Frequenzbereiche empfehlen sich besonders für Applikationen aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften.

Hintergrund ist die Tatsache, dass unterschiedliche Frequenzen unterschiedliche Ausbreitungseigenschaften besitzen. LF-Systeme (Low Frequency, 125 bis 134,2 kHz) weisen ein kugelförmiges Lesefeld, Reichweiten bis zu 1 m und typischerweise Übertragungsraten von 2 kBit auf. Einer der wichtigsten Vorteile von LF-RFID sind die nur minimalen Wirbelstromverluste in metallischen Umgebungen und damit die Möglichkeit, die Transponder bündig in Metall einzubauen. RFID-Systeme im UHF-Bereich (Ultra High Frequency) bieten demgegenüber hohe Reichweiten, hohe Datenübertragungsraten, Antikollisionsmerkmal und die Möglichkeit der Pulkerfassung.

International unterschiedliche RFID-Frequenzen zugelassen

Nachteilig ist, dass die Frequenzzulassungen und Sendeleistungen international unterschiedlich sind und sich die Bereiche weltweit gesehen nicht überlappen. Was sich in Europa mit UHF identifizieren lässt, kann nur dann auch in China oder Amerika identifiziert werden, wenn das Lesegerät für beide UHF-Bandbreiten (862 bis 865 MHz in Europa; 902 bis 928 MHz außerhalb Europas) spezifiziert ist. Sogenannte Mikrowellensysteme im Bereich von 2,4 bis 2,5 GHz weisen im Wesentlichen ähnliche Vorteile und Restriktionen auf wie UHF-Systeme, besitzen aber effektive Verfahren zur Interferenzvermeidung, das heißt zur Vermeidung von Feldverstärkungen und -auslöschungen.

Als für Materialfluss- und logistische Anwendungen ideale RFID-Übertragungsfrequenz erweist sich der HF-Frequenzbereich (High Frequency) von 13,56 MHz. Die Energieübertragung zwischen Antenne und Transponder kann im Nahfeld bis 1,5 m induktiv erfolgen, das heißt die Datenträger benötigen keine Batterie. Hinzu kommt, dass die Transponderspule nur wenige Windungen benötigt, was sich positiv auf den Preis und die flache Bauform sowie die Möglichkeit der applikationsgerechten Verpackung (Smart Label) auswirkt.

HF-Systeme bieten zudem höhere Übertragungsraten als LF und bei Bedarf auch die Möglichkeit der Pulkerfassung. Schließlich ist das Frequenzband international übereinstimmend normiert, so dass sich mit HF-Tags gekennzeichneten Objekte überall auf der Welt mit HF-Technologie identifizieren lassen. Aus diesen Gründen hat sich Sick zunächst für ein HF-System entschieden und die RFID-Palette später um ein UHF-System ergänzt.

RFID fit für den Einsatz in rauer Industrieumgebung

Die 13,56-MHz-Lösung von Sick ist speziell auf den Einsatz zur Objektkennzeichnung und -identifiaktion in Materialfluss, Intralogistik und Distribution ausgelegt. Das RFID-System bietet industriegerechte Qualität, hohe Kommunikationsreichweiten von bis zu 1,2 m und das Antikollisions-Merkmal, das eine Pulkerfassung von Objekten ermöglicht. Neben dem Schreib-Lesegerät RFI 341 (Radio Frequency Interrogator) stehen für unterschiedliche Applikationsanforderungen unterschiedliche Antennenbauformen sowie Transpondertypen zur Verfügung.

Volle Kompatibilität gemäß dem Standard ISO 15693 ist sichergestellt – damit kann das RFI 341 alle Transponder-IC im Datenträger, unabhängig vom Hersteller, lesen, beschreiben und wiederbeschreiben, die dieser Norm entsprechen.

13,56-MHz-RFID-System auch in offenen Kreisläufen einsetzbar

Dadurch ist das 13,56-MHz-System von Sick auch in offenen Kreisläufen mit ISO-kompatiblen Transpondern einsetzbar. Anwender aus den verschiedensten Branchen haben sich bereits für die 13,56-MHz-Technologie von Sick entschieden, weil sie hohe Lesesicherheit und Verfügbarkeit bietet – und damit ein Optimum an Einsatznutzen.

Im Zentrallager von Häfele in Nagold, einem namhaften deutschen Hersteller von Metallbeschlägen, prüft das Sick-RFID-System den Kommissionierstatus von Versandeinheiten. Treten beim Zusammenführen der verschiedenen Auftragspositionen eines Kundenauftrags in den Versandpaketen Fehlmengen auf, muss diese Paketeinheit, als unvollständig erkannt, zur Sonderkommissionierung (Soko) ausgeschleust werden.

Hierzu werden ISO-Kartentransponder vom Typ TI eingesetzt, die an solchen Paketen angebracht werden, die nicht vollständig kommissioniert wurden. Über eine Fördertechnik von Dematic erreichen die Pakete die Lesestation. Über Triggerlichtschranken werden Lesetore geöffnet und, abhängig vom Ergebnis, die entsprechenden Aktionen direkt vom RFID-Lese-/Schreibgerät initiiert. Die trotz des metallischen Paketinhaltes hohe Lesesicherheit des RFID-Systems gewährleistet Tag für Tag, dass stündlich 620 Pakete auf ihre Versandbereitschaft geprüft und alle Pakete für die Sonderkommissionierung zuverlässig erkannt und prozessgerecht ausgeschleust werden.

Behältermanagement mit RFID in der Fleischwirtschaft

Ein führendes Fleischverarbeitungsunternehmen sorgt in seinem Schlachtzentrum mit der RFID-Lösung für Transparenz im ERP-System, in den intralogistischen Prozessen und bei der Rückverfolgung der Produkte. Am Anfang des automatischen Transportkisten-Managements steht die Eingangskontrolle im Wareneingang, bei der alle angelieferten Kisten über eine RFID-Lesestation gefördert werden.

Das Schreib-/Lesegerät liest den Nummerncode der seitlich angebrachten Transponder aus. Die Transponder-ID wird an das ERP-System übertragen. Am Zerlegeband werden die Tierhälften zerlegt und die bereitgestellten RFID-Kisten mit den Artikeln bestückt, abtransportiert und eingelagert. Hierbei werden sie per RFID über das Transportsystem automatisch zu dem vom ERP-System vergebenen Zielort im Hochregallager gesteuert.

Schreib-/Lesegeräte an Weichen entlang der Förderstrecke lesen die Transponder-ID aus. Die Kisten mit den für den Verkauf bestimmten Fleischteilen werden im 32 000 Gebinde fassenden Hochregallager eingelagert. Hier liest der Einlagerroboter die auf dem Transponder befindlichen Informationen und bringt die Kiste an ihren Zielort.

RFID-Transponder wird mehrfach an Entscheidungspunkten gelesen

Die Auslagerung der Kiste, der Transport zur Kommissionierung beziehungsweise in ein vorgelagertes, dynamisches Zwischenlager für bis zu 7000 Gebinde sowie die Steuerung in den Versand und zum Kunden erfolgen in entsprechender Weise.

Das Schweizer Floristikunternehmen Rutishauser AG nutzt das RFID-System von Sick im Produktionsbetrieb Züberwangen zur auftragsgerechten Steuerung von Blumentrays über die Fördertechnik zu verschiedenen Kommissionier- und Versandplätzen. In der Kommissionierung setzen die Mitarbeiter in den sogenannten Rüstteams eingetopfte Pflanzen, Blumen oder Setzlinge in Trays, konfektionieren diese teilweise mit Folie, farbigen Töpfen und Accessoires und nehmen die Preisauszeichnung vor. Danach wird die kommissionierte Ware mit einem speziellen, steckbaren RFID-Tag versehen.

Beim ersten Entscheidungspunkt im Materialfluss wird die eindeutige Nummer im Transponder (Unique ID) RFI 341 ausgelesen und das Produkt einem Auftrag zugeordnet. Abhängig von der Größe des Auftrags oder von Auflagen des Kunden werden die Trays in Kartons oder Rollcontainer verpackt. Im weiteren Materialfluss wird der Transponder noch mehrmals an den verschiedenen Entscheidungspunkten ausgelesen und mit Hilfe des Materialflussrechners automatisch der richtigen Verpackungsstelle zugeführt.

In der Kartonierung angekommen, wird der Tray-Transponder erneut ausgelesen und die Ware kontrolliert. Das Tray wird manuell in den Karton gestellt und der Transponder wieder entfernt. Beim weiteren Transport wird der Karton zum Etikettierer gefördert und auf Grund der übernommenen RFID-Daten wird ein Etikett gedruckt und über Eck angebracht. Danach wird der Karton automatisch verklebt und der Palettierung zugeführt. Bei der Containerverpackung erfolgt ebenfalls ein Auslesen der Transponder-ID, bevor auch hier der Datenträger entfernt und das Tray auf den richtigen Container verladen wird.

Die ausgewählten Applikationsbeispiele zeigen, dass RFID dort seine Vorteile ausspielen kann, wo der Barcode aufgrund von Umgebungsbedingungen oder der Aktualisierung von Daten am Objekt (Beschreiben von Transpondern) seine Grenzen hat und daher nicht sinnvoll eingesetzt werden kann.

Machbarkeit klärt sich im Logistics Technology Center

Hygiene- und Umgebungsanforderungen in der Lebensmittelverarbeitung, Paketsteuerung in metallisch stark „belasteter“ Umgebung, Tray-Identifikation bei Feuchtigkeit, Verschmutzung und wechselnden Abständen — RFID ist keine „Plug-and-Play“-Technologie, sondern bedarf in nahezu jeder Anwendung einer gründlichen Prüfung der Machbarkeit und Definition möglicher Einsatzgrenzen. Hierfür verfügt Sick über ein 500 m2 großes Logistics Technology Center, in dem nahezu jeder RFID-Einsatz unter realen Bedingungen simuliert werden kann.

An mehr als zehn verschiedenen Stationen – unter anderem einem professionellen RFID-Testaufbau für intralogistische Förderprozesse – sowie in Klimakammern besteht die Möglichkeit, Logistik-Applikationen und -Lösungen realitätsnah aufzubauen, zu testen und für die schnelle Implementierung in der produktiven Kundenumgebung vorzubereiten.

Ist die Machbarkeit geklärt und das RFID-System auf den industriellen Einsatz ausgelegt, bieten 13,56-MHz-Systeme wie das von Sick höchstmögliche Prozesssicherheit in Materialfluss und Logistik. MM

Matthias Mezger ist Business Development Manager RFID in der Division Auto Ident der Sick AG, 79276 Reute

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