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Die Fabrik lernt lesen

RFID: Beschreibbare Transponder bieten mehr als Produkterkennung
Die Fabrik lernt lesen

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Radio Frequenz Identifikation (RFID) ist ein zentrales Werkzeug im Baukasten der Automatisierer. Der RFID-Chip kann weit mehr als der Barcode, denn mit dem Transponder trägt jedes Werkstück die Befehle für die Fertigungsabläufe durch die Fabrik.

Bei Google kommt der Barcode auf 55 Mio. Nennungen, RFID bringt es lediglich auf 27 Mio. Trotzdem hat die Radio Frequenz Identifikation dem Strichcode längst die Zukunft gestohlen. Wenn es auch in den Supermärkten noch nicht gefunkt hat, in der Produktion breitet sich die drahtlose Auto-ID-Technik aus. Denn RFID kann die Prozesse in der Supply-Chain nachhaltig optimieren, die Effizienz steigern und Kosten drücken. Der Transponder enthält alle individuellen Produktionsdaten. Beim Automobil sind dies zum Beispiel Modell, Farbe, Kunde oder Sonderausstattung – jeweils mit Angaben zum entsprechenden Fertigungsprogramm.

„Immer mehr unserer Kunden ziehen RFID-Transponder dem Barcode-Label vor, weil häufig nur so eine kontinuierliche Produktverfolgung und Qualitätskontrolle möglich ist“, sagt Walter Hein, RFID-Manager beim Automatisierungs-Spezialisten Hans Turck GmbH & Co. KG in Mülheim. Vermehrt greife man dabei auf Datenträger mit so genannten Fram-Speichern zurück, die eine Speicherkapazität bis 8 KB bieten. „Diese lassen sich beliebig oft überschreiben und leicht ändern.“
Wie Hein aus seinem Unternehmen berichtet, gibt es neben den klassischen Anwendungen in Produktion und Qualitätssicherung auch Anfragen zu Plagiatschutz, Maschinenlaufzeitkontrolle und vorbeugende Instandhaltung mit RFID-Chips, die in den Komponenten integriert sind. Die riesigen Stückzahlen allerdings, von denen man immer wieder liest, hätten sich nicht bewahrheitet. Somit ist der Preis für mobile Datenspeicher nicht deutlich gesunken. „Der Transponder für einen Cent bleibt Zukunftsmusik, in der Industrie sowieso“, versichert Hein.
Die derzeit eingesetzten, wiederverwendbaren Industrietransponder könnten auch schon mal mehr als 70 Euro kosten, wenn sie besondere Anforderungen erfüllen müssen. „Zum Beispiel unsere Hochtemperatur-Datenträger, der bis 210 Grad Celsius funktionieren und beim Lackieren zum Einsatz kommen“, so Hein. „Das sind keine Wegwerfprodukte.“ Nach dem Überspielen der Inhalte in eine Datenbank werden die Chips für neue Aufträge initialisiert.
Eigentlich verwundert es, dass es immer noch eine Pro-und-Contra-Diskussion über RFID in der Fertigung gibt. Siemens zum Beispiel könnte heute das 25jährige Bestehen seiner RFID-Serie „Moby“ feiern. Der damalige Typ M hatte 64 Byte Speicher. Heutige mobile Datenträger kommen auf 64 KB. „Für den entscheidenden Schub bei Logistikaufgaben musste die Industrie allerdings auf die Nutzung der UHF-Frequenzen und den EPCglobal-Standard warten“, erläutert Markus Weinländer, Marketingchef des Competence Center RFID von Siemens Industrial Automation in Nürnberg.
Seit zwei Jahrzehnten bewegt sich RFID auf der Überholspur. Aber Weinländer sieht es realistisch: „Der Barcode in all seinen Varianten wird keineswegs aussterben – und wir verkaufen natürlich auch gerne ein Code-Lesegerät.“ Aber RFID habe die Nase vorn, wenn es um automatische Erfassung und hohe Speicherkapazitäten geht. „Andererseits sind Barcodes, etwa in der Data-Matrix-Variante, kostengünstig und können auf kleinstem Raum aufgebracht werden“, ergänzt RFID-Experte Weinländer und verweist auf Hybridanwendungen, die jeweilige Vorteile beider Technologien nutzen.
Auch Siemens-intern muss sich RFID immer wieder beweisen – und gewinnt. Das zeigt eine Fallstudie vom Juli 2008 über das Gerätewerk Amberg. Daraus geht hervor, dass die optische Identifikation für die Produktion von 1500 Varianten von Niederspannungsschaltgeräten mit Barcode 35000 Euro günstiger war als das RFID-Konzept. Doch das auf den ersten Blick eindeutige Ergebnis ließ die Fertigungsplaner nicht ruhen. Wohl auch deswegen, weil in Amberg schon seit 1992 mit RFID-Techniken erfolgreich produziert wird.
Und siehe da: Bei näherem Hinsehen stellte sich wegen der höheren Störanfälligkeit des Barcode ein Kapazitätsvorteil von 70000 Schaltgeräten pro Kalenderjahr heraus. Und wegen der dezentralen Datenhaltung im Transponder entfallen zusätzlich rund 25000 Euro Kosten für IT-Hardware. Unterm Strich spricht wieder einmal alles für RFID.
Besonders vorteilhaft im Gerätewerk Amberg ist, dass die Produktionslinien dank RFID autonom arbeiten können. Zu Beginn werden alle Daten für ein Fertigungslos aus der Datenbank abgerufen und erst am Ende die Ausführung dorthin bestätigt. Dazwischen wird die Datenbank nicht benötigt. Auch bei einem Ausfall der IT kann weiter produziert werden. Auf jeden Fall so lange, bis das aktuelle Los fertig gestellt ist.
Dass sich RFID rechnet, ist manchmal schon auf den ersten Blick zu erkennen. Bei der Fertigung für den Audi A6 in Neckarsulm zum Beispiel mussten die Mitarbeiter immer wieder den Barcode scannen, hinter dem sich eine Fahrzeug-Kennnummer verbarg. Bernward Wenninger, Leiter Prozess- und Systemintegration Fahrzeugfertigung und –Anlagen bei Audi: „Das Vorgehen war je nach Verschmutzung des Etiketts nicht nur potentiell fehlerbehaftet, sondern auch zeitaufwendig.“ Auch wenn ein Scan nur 10 s dauerte, ergab sich bei 130 Arbeitschritten in der Linie bereits eine unproduktive Arbeitszeit von über 20 min für ein einzelnes Fahrzeug. In Neckarsulm laufen aber täglich über tausend A4 und A6 mit Datenträgern vom Band. RFID lohnt sich.
Aber RFID ist nicht die ganze Welt: „In der zukünftigen Fahrzeugidentifikation dreht sich nicht alles nur um die Nutzung moderner RFID-Entwicklungen“, so Wenninger. „Auch andere Techniken sind im Gespräch, etwa die Nutzung von 2D-Datamatrix, einer Weiterentwicklung des Barcodes, oder Oberwellentechnik für ein kostengünstiges und durchgängiges Informationsmanagement.“
Ein RFID-Anwender der ersten Stunde ist der Autobauer BMW. Christoph Blöchl, zuständig für Steuerungstechnik und IT in der Montage im Werk Regensburg, berichtet, dass RFID seit dem Produktionsstart 1986 in der Endmontage eingesetzt wird: Unter anderem für die Identifikation der Karossen, Paletten, Werkstückträger und Elektrohängebahnen samt den daran hängenden Teilen.
„Auf unseren Tags ist nicht viel gespeichert, nur die wichtigsten Ident- und Typdaten der Fahrzeuge und Komponenten“, erläutert Blöchl. „Diese kleinen Transponder haben nur 100 Byte Speicherplatz. Alle weiteren Daten, die zum Verbau oder zur Steuerung nötig sind, werden von IT-Leitsystemen beigesteuert.“ Speziell zur Identifikation von Kfz-Teilen wie Türen und Cockpit sei der kleine, wartungsfreie Datenträger dem Papierbarcode vorzuziehen: „Keine Verschmutzung, größerer Leseabstand, Beschreibbarkeit“, zählt Blöchl die Vorteile auf. Zudem würden immer mehr RFID-Komponenten nach dem Verbau im Auto als Protokoll zurückbleiben.
Ein beschreibbarer RFID-Tag ist eben mehr als ein Telefonbuch, wo man eine Nummer nachschlägt, bei der man zusätzlich nachfragen muss. Man erhält die Information sofort. „RFID dient nicht als Barcode-Ersatz und wird diesen auch nicht vollständig ablösen“, sagt Rainer Grimm, Koordinator RFID-Projekte beim internationalen Automobilzulieferer ZF. „Bei uns stehen dank RFID integrierte Anwendungen im Vordergrund und keine Insellösungen. Wir nutzen sogar Transponderdaten gemeinsam mit den Geschäftspartnern.“
Aber auch in geschlossenen Szenarien innerhalb eines Unternehmens biete RFID ein hohes Potential, etwa wenn Qualitätsdaten am Objekt protokolliert werden. Bei der Montage von ähnlichen Bauteilen, wo eine hohe Verwechslungsgefahr besteht, ließe sich über RFID der Montageprozess absichern. Darüber hinaus könne man Produktfälschungen verhindern.
„Wo ist die Lieferung geblieben?“. Nein, diese Kundenfrage hat es auch früher bei ZF nicht gegeben. Aber nun lässt sich die Frage durch „funkende Getriebe“ noch leichter beantworten. Was funkt, ist der Transponder am Tragegestell, das jedes Getriebe für den Versand erhält. Zuvor, auf dem Weg von der Montage ins Hochregallager, durchlaufen die Getriebe einen Sortierspeicher, wo sie zu kundenspezifischen Sequenzen zusammengestellt werden. Getriebeart und Versandeinheit passen stets zusammen. Dafür sorgen die Lieferdaten in den grauen RFID-Tags. Auch Kunden können die hinterlegten Informationen weiterverwenden. In seiner Eingangkontrolle freut sich der Fahrzeughersteller dann über die chargengerechte Anlieferung.
Laut RFID-Experte Grimm ist geplant, die Buchhaltung der Transportgestelle laufend zu aktualisieren. Von denen sind immerhin 1500 im Umlauf. Sobald sie leer vom Kunden zurückkommen, will man die Pulkerfassung per RFID nutzen. Dabei fahren die Stapler beim Abladen durch ein Gate und die Transporteinheiten werden automatisch vom Kundenkonto abgebucht.
RFID, einmal angestoßen, entwickelt sich zum Selbstläufer. ZF hatte daher keinerlei Bedenken, im Werk Saarbrücken eine RFID-basierte Instandhaltung einzurichten. Bei den zu wartenden Elektromotoren werden die Gerätedaten auf dem Transponder gespeichert. „Der Tag wird damit zum elektronischen Typenschild“, so Manfred Pfriemer, Leiter Business Solutions der Tricon Consulting im österreichischen Traun. Das Unternehmen hatte schon bei der Neustrukturierung des Getriebeversands in Friedrichshafen mitgewirkt. Manfred Priemer: „Es werden auch die Daten der letzten Reparatur im Transponder hinterlegt, sodass sich das Instandhaltungspersonal im Feld mit einem Handheld über den Zustand des Motors informieren kann, ohne Verbindung zum zentralen Rechner.“
Diese punktuelle RFID-Anwendung ist überschaubar, aber die meisten sind komplexer. In einem solchen Business-Case geht es auch um Anpassungen der IT-Software im Unternehmen. Ein solcher Aufwand irritiert natürlich viele potentielle RFID-Anwender, die allein durch den Kauf von RFID-Produkten die Lösung all ihrer Probleme erwarten.
Aber die Projekte werden immer komplexer, weil eben mehr benötigt wird, als nur die technischen Komponenten. Das ist das Ergebnis einer aktuellen Studie der P3 Ingenieurgesellschaft und des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie IPT. An der Untersuchung beteiligten sich rund 100 Unternehmen, davon über die Hälfte aus den Bereichen Maschinenbau, Automobilbau, Luft- und Raumfahrt sowie Elektrotechnik. Ein Viertel kam aus der Logistik. Der Titel der Studie ist provokativ: „RFID – Spielwiese für Technologiebegeisterte oder Schlüsseltechnologie zur Effizienzsteigerung von Geschäftsprozessen?“ Und das Ergebnis der Studie weist eindeutig in eine Richtung. „Obwohl es RFID bereits seit Jahrzehnten gibt, steht die Erschließung der wahren Potenziale noch am Anfang“, sagt Ulf Glaser, Verantwortlicher für Transparenz in der Wertschöpfungskette und RFID bei P3.
Erschreckend ist, dass fast ein Viertel der befragten Unternehmen der Ansicht ist, dass RFID technisch noch unausgereift sei und man deshalb von einer Anwendung absehe. Rund 70 % der Anwender gaben an, dass Prozessoptimierung das vorrangige Ziel der RFID-Einführung war. Wertschöpfende Bereiche seien allerdings nur selten involviert gewesen. Die Motivation für RFID kommt bei 69 % aus den Bereichen IT und Logistik. Ulf Glaser: „Dadurch werden die Potenziale von RFID nicht genutzt. RFID scheint derzeit wirklich noch eine Beschäftigung für Technologiebegeisterte zu sein.“ Auch die technischen Anforderungen der RFID-Technik wurden unterschätzt: So ergab die Befragung, dass 30 % der Unternehmen im Vorfeld von RFID-Projekten keine technische Machbarkeitsstudie durchgeführt haben. „Dabei gibt es RFID heute auch bei Standardanwendungen noch nicht von der Stange“, mahnt RFID-Spezialist Glaser.
Siegfried Kämpfer Journalist in Solingen

Kosteneffizienz
RFID ist mehr als eine schicke Ident-Technik. Auf den Tags lassen sich ganze Fertigungsabläufe speichern. Theoretisch könnte die Produktion sogar weiterlaufen, wenn die IT ausgefallen ist. Auch das lästige Einscannen der alten Labels entfällt, das besorgen automatische Lesestationen. Audi konnte dadurch 20 min unproduktive Arbeitszeit pro Fahrzeug ausräumen. Und in Neckarsulm gehen täglich über 1000 Karossen vom Band. RFID lohnt sich.

„RFID kommt, Barcode geht“

Nachgefragt

Herr Dr. Lange, wird RFID den Barcode in der Produktion verdrängen?
Meiner Meinung nach haben beide ihre Berechtigung als Produktidentifikation. Besonderer Vorteil von RFID ist aber der automatische Datenaustausch und die Beschreibbarkeit der elektronischen Speicher während der Fertigung. Außerdem lassen sich diese Transponder wiederverwenden. Langfristig aber kann man sagen: RFID kommt, Barcode geht.
Was ist der große Vorteil von RFID?
Entscheidend ist die dezentrale Speicherung von Auftragsinformationen direkt am Objekt. Eine permanente Verbindung zum Unternehmensnetzwerk ist nicht nötig. Diese geringere Komplexität bedeutet mehr Sicherheit.
Warum kann sich RFID im Mittelstand nicht durchsetzen?
Vielfach scheut der Mittelstand Investitionen, solange der monetäre Nutzen noch nicht quantifiziert ist. Zudem bestehen aus seiner Sicht immer noch Unsicherheiten über die Machbarkeit von Geschäftsprozessen mit RFID.
Gibt es RFID von der Stange?
RFID-Systeme lassen sich nicht einfach von einer Anwendung zur nächsten übertragen. Insbesondere die Implementierung in eigene IT-Software stellt viele Unternehmen vor Herausforderungen.
Wie sieht es mit den Kosten aus?
Es gibt immer mehrere Varianten für eine RFID-Einführung. Diese ziehen oft eine Veränderung in den Produktionsabläufen nach sich, was wiederum neue Kosten bedeutet – aber eben auch Nutzen.
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