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Prof. Dr.-Ing. Rolf JansenFachgebiet Logistik
Universität Dortmund
RFID – Zwischen Hype und realen Anwendungen
Prof. Dr.-Ing. R. JansenFachgebiet LogistikUniversität Dortmund
14. Deutscher Materialfluss-KongressMünchen, 07. und 08.04.2005
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Logistisches Demonstrations-und Versuchsfeld
Logistisches Demonstrations-und Versuchsfeld
(Laborhallen und Freigelände)des
Prüflaboratoriumfür ausgewählte mechanisch-technologischePrüfungen an Verpackungen und Verpa-ckungsmitteln nach DIN EN ISO/IEC 17025DAP Deutsches AkkreditierungssystemPrüfungswesen GmbH,
vertreten im DeutschenAkkreditierungsRat
Prüfstelle Gefahrgutverpackung
der Bundesanstalt für Materialforschungund -prüfung (BAM), Berlinnach UN, RID, ADR, IATA
Prüflabor Wellpappe nachDIN CERTCO
Logistisches Identifikations-Labor
Prüf- und Testmöglichkeiten
aller RFID-Technologienund deren Einflussgrößen
Warensicherungs-Testlabor
Systemtests undZertifizierungen nach VDI 4470
Qualitätsprüfung von Sicherungs-mitteln nach VDI 4471
Quellensicherung nach VDI 4475
Qualitätssicherung von Etiketten(nach VDI 4473)
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Test- und Prüfprogrammefür RFID-Systeme (Auswahl)
unterBetriebsbedingungen / Umgebungsbedingungen
• Thermische Widerstandsfähigkeit
• Widerstandsfähigkeit gegen klimatische Einflüsse
• Mechanische Widerstandsfähigkeit(statisch / dynamisch)
• Widerstandsfähigkeit gegen chemische Stoffe
zurPerformance
• Applikationsuntergründe(Metall, Flüssigkeit etc.)
• Stoffdurchdringung
• Pulkfähigkeit
• Lesereichweite
• Erfassungsbereiche verschiedener Antennenlösungen
zu denelektromagnetischen Eigenschaften
• Elektrische und magnetische Feldstärken
• Schwingkreisgüte induktiver Systeme
• Bandbreite und Resonanzfrequenz
• Minimale magnetische Flussdichte bei unter-schiedlichen Frequenzen zum Lesen und Schreiben
Anwendungen/Pilotrealisierungen
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AutomatischeIdentifikationssysteme
RFID: Radio Frequency Identification(Verfahren zur Kommunikation zwischen Transponder und Schreib-/Leseeinheit)
Barcode-SystemeBarcode-Systeme
Auto-ID
Auto-ID
Bio-metrischeVerfahren
Bio-metrischeVerfahren
Chip-KartenChip-
Karten
OpticalCharacter
(OCR)
OpticalCharacter
(OCR)
RFIDRFID
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Argumente für die RFID-Einführung
Die unbestreitbaren Vorteile von RFID gegenüber dem Barcode werden zu einer ungeahnten Entwicklung der Informationslogistik führen:
Schreib-/Lesevorgänge ohne Sichtkontakt
Lesbarkeit durch verschiedene Materialien hindurch
Pulkfähigkeit (gleichzeitiges Lesen mehrerer Datenträger)
Erfassbarkeit bei hohen Relativgeschwindigkeiten
Anpassungsfähigkeit der Informationen auf dem Datenträger
Hohe Speicherkapazität
Widerstandsfähigkeit bei rauen Umgebungsbedingungen
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Funktionsprinzip von RFID-Systemen
Interne Computerapplikation
Schreib-/Leseeinheit mit Antenne Transponder
LuftschnittstelleLokaleSchnittstelle
Antenne/Spule
Gehäuse
Mikrochip
Steuerung und Datenverarbeitung
(Backend)
Magnetisches Feld (induktive Kopplung) oder elektromagnetische
Wellen (Backscatter-Kopplung)
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Transponder-Unterscheidungsmerkmale
Lese-/ Schreibeigenschaften- Read-Only-Transponder- Read-Write-Transponder- Write-Once-Read-Many-Transponder
(WORM)
Funktionsprinzip- Induktive-Kopplung (LF-, HF-Bereich)- Backscatter-Kopplung
(UHF-, SHF-Bereich)
Energieversorgung/Kommunikation- Aktiv/Passiv- Semiaktiv (mit Sensorfunktion)
Bauformen, Arbeitsfrequenzen, Lesereichweiten usw.
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Der Einsatz der Transponder-technologie erfolgt in zahl-reichen Bereichen und reicht von A wie Automobilbranche bis Z wie Zugangskontrolle.
Produktionssteuerung
Sicherheitstechnik
Personalidentifikation
...
Förder-/ Lagertechnik(Materialflusssteuerung)
Lagerbewirtschaftung
...
RFID-Anwendungsbeispiele
Steuerung von Kommissionierbehältern
Automatische Verkehrskontrolle
AutomatischePaketidentifikation
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ITEM-, CASE- und PALLET-Tagging sowie Transportmittelapplikation
Product-RFID Tag
Pallet-RFID Tag
Case-RFID Tag
TM-RFID Tags
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• Identifikation über Distanz und durch verschiedene Materialien hindurch
• Einfache Integration in Produkte, Verpackungen und Transporteinheiten
• Durchgängige Nutzbarkeit in der gesamten Supply Chain
• Hohe Speicherkapazitäten, große Lesereichweiten 2,45 GHz
2,45 GHz
13,56 MHz13,56 MHz
125 kHz125 kHz
868 MHz868 MHz
Auswahlproblem:Differenzierung nach der Übertragungsfrequenz
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Weltweite Frequenzverteilung
Europe125kHz, 13.56MHz
865-868MHz*2.45GHZ
South Africa125kHz, 13.56MHz
913-915MHz2.45GHz
US & Canada125kHz, 13.56MHz
915MHz2.45GHz
China-
915MHz****2.45GHz
Japan125kHz, 13.56MHz
950-956MHz**2.45GHz
Korea125kHz, 13.56MHz
910-914MHz***
Australia125kHz, 13.56MHz
918-926MHz2.45GHz
* Proposed by ETSI** Approval currently required, likely available by 2004
*** Used by industry but not allocated by government until the end of 2003**** Used in some projects
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30,00 bis 50,00 aktiv0,40 - 0,70 passiv
60,00 mit Temperatursensor
0,40 - 0,70 passiv8,00 mit Temperatursensor0,50 - 1,00 passivca. Preis je
Transponder [€]
Coin, Karte, DiscLabel, Kunststoff-Gehäuse
LabelGlasröhrchen, Stick, NagelformTransponder-
bauformen
Sehr Hoch (bis 848 kbps)HochNiedrig (ca. 4 kbps)Datenübertragungs-raten
EEPROM-Speicher (passive Read/Write Systeme) ca. 10.000 bis 100.000 Schreibzyklen,SRAM (aktive Read/Write-Systeme) nahezu unbegrenzte Anzahl von Schreibzyklen möglich,
bei aktiven und semiaktiven Systemen abhängig von der Lebensdauer der BatterieLebensdauer
Möglich (z.Z. bis 500 Stück)Möglich (z.Z. bis 500 Stück)Möglich (z.Z. bis 100 Stück)Technisch möglich, derzeitig wenig realisiert
Pulkfähigkeit (mehrfaches Auslesen)
Sehr hochHochNiedrigEinfluss von Flüssigkeiten
Reflexionen an Metalloberflächen, bei direkter Applikation der Antenne auf Metalluntergrund (Labeltransponder) Anpassungen notwendig
Abschwächung des magnetischen Feldes, Verstim-mung der Resonanzfrequenz, Ferritschichten oder
-kerne können Metalleinflüsse mindernEinfluss von Metall
Bis ca. 6,0 m bei passiven Systemen;Bis 100 m bei aktiven SystemenBis ca. 1,7 m< 1,0 mReichweite
Read Only und Read Write (i.d.R. bis 256 kBitSpeicherkapazität bei aktiven Systemen)
Fast ausschließlich Read/Write (i.d.R. bis 2 kBit
Speicherkapazität)
Read Only und ReadWrite (i.d.R. bis 2 kBit
Speicherkapazität)Datenspeicherung
Passiv und Aktiv Passiv und Semiaktiv (Batterie für Sensorik)PassivEnergieversorgung
Backscatter-Kopplung oder Erzeugung eigener elektromagnetischer WellenInduktive KopplungFunktionsprinzip
2,45 GHz868/915 MHz13,56 MHz100-135 kHzArbeitsfrequenz
Systemübersicht – z. T. verifiziert durch
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Internationale NormenTechnologiestandardsDatenstandardsAnwendungsstandards
Funkzulassungsvorschriften
EPC-Netzwerk von EPCglobal
Nationale Richtlinien
Standardisierungen
ISO/IEC 15693ISO/IEC 14443ISO/IEC 18000...
EPC Class 0EPC Class 1„Generation 2“...
VDI 4472 – Anforderungen an Transpondersystemezum Einsatz in der Supply Chain
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Kompatibilität:Testmethoden
(2,45 GHz)
TechnischeCharakteristiken
(868 MHz)
Kompatibilität:Testmethoden (100-135
kHz, 13,56 MHz)
ElektromagnetischeKompatibilität
(alle Frequenzen)
Containeridentifikation(868 MHz, 2,45 GHz)
„ISO-Transponder“Kontaktlose Chipkarten
(13,56 MHz)
Tieridentifikation(100-135 kHz)
Abfallentsorgung(100-135 kHz)
Anwendung / Frequenzbereich
EN 300440
EN 300220
EN 300330
EN 301489
ISO 10374
ISO 10536 / ISO 14443 / ISO 15693
ISO 11784 / ISO 14223
DIN-V 30745
Perfor-mance
Daten-sicherheit
Test-methoden
Position desTransponders
Kompa-tibilität
Code-struktur
In Normen definiert
Beispiele für durch Standardsabgedeckte Kriterien
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Richtlinienarbeit im Themenfeld RFID
VDI 4472 – Anforderungen an Transpondersysteme zumEinsatz in der Supply Chain
Blatt 1: Einsatz der Transpondertechnologie (Allgemeiner Teil)(erschienen im Januar 2005)
Blatt 2: Einsatz der Transpondertechnologie in der textilen Kette (HF-Systeme)(erschienen im Januar 2005)
Blatt 3: Einsatz der Transpondertechnologie in der textilen Kette (LF-/UHF-Systeme)(z. Z in Planung)
Blatt 4: Kostenbewertung von RFID-Systemen (am Beispiel der textilen Kette) (z. Z. in Bearbeitung)
Blatt 5: Einsatz der Transpondertechnologie in der Mehrweglogistik(z. Z. in Bearbeitung)
Blatt 6: Einsatz der Transpondertechnologie in der Kühlkette(z. Z. in Planung)
Blatt 7: Einsatz der Transpondertechnologie in der Entsorgungslogistik(z. Z. in Planung)
Tests imErmittlung und Dokumentation von - branchenspezifischen Anforderungsprofilen
- technologischen Leistungsbeschreibungen
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Nach EAN UCC existieren vier Parteien in einem Mehrwegsystem• MTV – Lieferant• Versender• Empfänger• Pooldienstleister
diesen können folgende Prozesse zugeordnet werden:• Befüllung• Transport• Lagerung• Entleerung / Entnahme• Prüfung• Reparatur• Reinigung
Identifikation erforderlich
Vorteile / Potenziale• Kontinuierliche Bestimmung des aktuellen Bestandes• Analyse des Zustandes der MTV• Bestandsreduzierungen• Bessere Kostenverteilung• Verringerung von Schwund- und Verwaltungskosten• Verbesserung des Servicegrades
VDI Richtlinienprojekt 4472 - Blatt 5Transpondereinsatz in der Mehrweglogistik
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Spediteur SpediteurProduktionHersteller
LagerHersteller
FilialeHandel
LagerHandelSpediteurZulieferer
Hersteller Spediteur
Manuelle Zähl-, Scann-,Erfassungs- und Kontrollvorgänge, die sich
mit Hilfe von RFID vereinfachen lassen
Manuelle Zähl-, Scann-,Erfassungs- und Kontrollvorgänge, die sich
mit Hilfe von RFID vereinfachen lassen
Supply Chain – RFID Schnittstellen
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Ziel: Schaffung einer soliden Planungsgrundlage, die Unternehmenunmittelbar bei ihren Investitionsentscheidungen bzgl. der Transponder-technologie unterstützt
Wegfall von manuellen händischen Zähl-, Such- und Sortierprozessen
Vereinfachung der Wareneingangs-/ -ausgangserfassung und -kontrolle
Sofortiger Abgleich von Lieferschein/Begleitschein mit der realen Warenanlieferung
...
Zeitnahe Verfügbarkeit der Lagerbestände
Schnelles Erfassen von Bestandsveränderungen
Authentifikations-/ Produktschutz- und Artikelsicherungsfunktion
...
Quantifizierung und Qualifizierungvon Nutzenpotentialen
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Wareneingangskontrolle
Mit einem Gatesystem (2 Antennen) werden Paletteninhalte auf einmal gelesen (Pulk-Lesung).
Die Daten werden auto-matisch ins Warenwirt-schaftssystem über-tragen und mit der Bestellung abgeglichen.
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Verlässliche Kontrollen auf Basis der Transpondertechnologie
Bei der Beladung von Transportmitteln sollten die eingebrachten Packstücke bzw. LE automatisch erfasst werden.
Prozesssicherheit –z. B. Vermeidung von falscher Zuordnung bzw. nicht registriertem Entfernen zugeordneter Packstücke aus dem Container
Entfall des Scannens von z. B. schlecht zugänglichen Barcode-Etiketten
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Intelligente Ladungsträger- und Lagerplatzidentifikation auf Basis der Transpondertechnologie
Probleme
Fehlermöglichkeiten bei der Zuordnung von Ladungsträgern zu Lagerplätzen
Zeitaufwändige manuelle Identifikationsprozesse
Barcodeeinsatz häufig nicht möglich
RFID-Antenne
Lösung
Ausstattung von GST mit RFID-Technologie(HF- bzw. UHF-Antenne + Reader)
Applikation von Transpondern an Lagerplätzen und Ladungsträgern
Erfassung der Lagerplatzinformation und „Verheiratung“mit der Ladungs-trägerinformation
Datenaustausch mit Host (LVS) via WLAN
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Elektrohängebahn mit RFID-Ausstattung zur Transportauftragssteuerung
(Tag in Palette integriert)
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Ortung von Objekten mithilfe von RFID
„Echtzeit“-OrtungReal Time Location System (RTLS)über große Distanzen:
- Aktives Transpondersystem (2,45 GHz, Read-Only) mit 4 Antennen
- Ortungsgenauigkeit 3 Meter
- Transponder kann nur im Sendemodus geortet werden, d.h. er muss eingeschaltet sein (beschränkte Lebensdauer)
Ereignisgesteuerte Ortung
- Identifikation beim Überfahren, Vorbei-oder Hindurchfahren bzw. Heranfahren
- Erhöhte Anzahl Lesestellen (Markierung z. B. an Lagerplätzen)
- Raster auf definiertem Fahrweg/Durch-gang oder auf beliebigem Areal (inkl. Bestimmung der Richtung)
Erkennungsmarke(Transponder)
Container
Lagerplatz
Antenne mitErfassungsbereich
Objekt mit Tag
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Tracking & Tracing / Rückverfolgbarkeit(durch RFID (nach EU 178/2002))
Verfolgung des Rohmaterials bis zum Endprodukt
Rückverfolgung des Endprodukts bis zum Rohmaterial
Rohstoff-erzeuger
z.B. Land-wirt
Spediteur Produzent
z.B.Fleisch-
verarbeit-ungs-
betrieb
Spediteur
Lager-halter/Groß-handel
Einzel-handel
Distribu-teur
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Middleware im RFID-System
SupplyChain
Management(SCM)
CustomerRelationshipManagement
(CRM)
WarehouseManagement
System(WMS)
EnterpriseRecourcePlanning
(ERP)
Enterprise Application Integration (EAI)
RFID Middleware
RFID Hardware(Transponder, Lesegeräte etc.)
Rohdaten
aufbereitete Daten und
Informationen
Infomations-und Daten-
anforderung
Hardware-konfiguration
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Gesamtkostenbetrachtung
Erfassung und Analyse aller relevanten Kosten, die durch die Implementierung von RFID-Systemen in den Unternehmen verursacht werden:
Investment Hardware (Transponder, Lesegeräte etc.)
Applikations- /Rüstkosten
Systemintegrationskosten (Software, Schnittstellenprogrammierung etc.)
...
Kosten für Systemtests und Ausfälle
Zulassungs- und Prüfkosten (CE)
Mitarbeiterschulungskosten
...
Die Reduktion der Diskussion auf den Transponderstückpreisist grundsätzlich unsachlich!
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Quelle: Jahresbericht 2004 des Deutschen Speditions- und Logistikverbandes e.V., Bonn
„Die RFID-Tags sind mit zurzeit 50 Cent pro Stück noch immer sehr teuer, weshalbsich der Einsatz der Technologie zum jetzigen Zeitpunkt wirtschaftlich noch nicht lohnt.
[...]
Viele Experten gehen davon aus, dass über einen längeren Zeitraum der Barcode undRFID parallel zum Einsatz kommen“.
„Im Rahmen der Transportlogistik lohnt sich RFID noch nicht“
Im Vergleich zur konventionellen Barcode-Technologie fallen drei Aspekte auf:
• Großes Einsparpotenzial beim Personalaufwand
• Hohe Anfangsinvestitionen
• Deutlich höhere Kosten bei Verbrauchsmaterialien
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„Nachgewiesener“ Nutzen durch RFID-Einsatzim Rahmen diverser Pilotprojekte (Stand 2004)
Handel
Dienstleistungsbranche
Automobilindustrie8,5 MonateROI
Quelle: EPC-Global
Quelle: RFID Benchmark study
Quelle: Silverstroke AG
bis zu 70 %Reduzierung des administrativen Aufwandes beim Wareneingang (in Verbindung mit elektronischem Lieferavis und NVE)
bis zu 20 %Reduzierung der Handlingskosten auf der Rampe
bis zu 13 %Reduzierung der Be- und Entladezeiten
bis zu 8,5 %Verbesserung des Handlings in Distributionszentren (pro Palette)
bis zu 10 %Reduzierung von Sicherheitsbeständen (MTV)
bis zu 95 %Reduzierung von Irrläufern
bis zu 75 %Reduzierung von Aufwand für die Suche nach Behältern
bis zu 3 %Reduzierung von Schwund (MTV)
bis zu 8 %Erhöhung der Umlaufgeschwindigkeit
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Technische Hürden/Investitionen -RFID-Entwicklung (Quelle: www.silicon.de, 2004)
Geplante Investitionen über 5 Jahre bis 2010 in Mio. $ / Jahr
50
30
HPIBM
Zahl zusätzlicher Mitarbeiterim RFID-Sektor in 5 Jahren
HPIBM
1.000
1.350
Berater
Mit-arbeiter
Umfrage unter 70 Experten bei Anbieternvon RFID-Technologien
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70%
Probleme aufgrund von Metall-/
Flüssigkeitseinfluss
Zu viele unter-schiedliche Standards
Probleme bei derErkennung einzelner
Kartons auf einer Palette
Zu geringe Reichweitenbeim Auslesen der
RFID-Etiketten
hohe Hemmnisse mittlere Hemmnisse
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Stufenweise Einführung der RFID-Technologie/Wachstumsmarkt
RFI
D-E
tiket
tenv
olum
enbz
w. E
AN
/EEP
C E
insa
tz
2004 2008 2014
Pallet
Case
Item Schritt 3:Fokussierung aufdie Vertriebsfläche und den POS
Schritt 2:Fokussierung auf die Supply Chain (Store Level)
Schritt 1: Fokussierung auf die Supply Chain (Distribution)
EAN-LabelEPC-Tag
Milliarden US-$
** nach Prognosen von ABI Research, 2004
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• Angst vor (kriminel-lem) Datenmissbrauch
• Unsicherheit über die gesetzliche Kontrolle
• „Big Brother“
• ...
• Unzureichende Kenntnisse über tatsächliche Fähig-keiten von RFID
• Mangelhafte Infor-mationspolitik der Industrie
Sicht der Verbraucher- und Datenschützer
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Datenschutz ≠ Informationssicherheit
Abhören der Kommunikation zwischen Tag und LeseeinheitUnautorisiertes Auslesen/ Verändern der Daten...
Ablösen des Tags vom TrägerobjektMechanische/chemische Zerstörung Zerstörung durch Feldeinwirkung/Missbrauch eines Kill-KommandosBlocken, Störsender, Frequenzverstimmung, Abschirmung
Quelle: BSI
Daten inkl. ID
Transponder
Trägerobjekt
Inhaltfälschen
Deaktivieren
Identitätfälschen
Ablösen
Luftschnittstelle
Abhören
Blocken Stören
Lesegerät
Identitätfälschen
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Der Einsatz der Auto-ID-Technologie wird in vielen Branchen deutliche Nutzenpotenziale generieren!
Grundsätzlich besteht jedoch bezüglich der RFID-Technologie nach wie vor ein hoher Aufklärungsbedarf.
Prozesse, die vorher ineffizient waren, werden nicht automatischdurch den Einsatz von RFID-Technologie wirtschaftlich.
Die Auseinandersetzung mit der Technologie ermöglicht,
Chancen und RisikenSpezifische Vor- und NachteileKosten-/Nutzen-EffekteLeistungsmerkmale
aufzuzeigen.
Fazit
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Der Einsatz der Auto-ID-Technologie wird in vielen Branchen deutliche Nutzenpotenziale generieren!
Grundsätzlich besteht jedoch bezüglich der RFID-Technologie nach wie vor ein hoher Aufklärungsbedarf.
Prozesse, die vorher ineffizient waren, werden nicht automatischdurch den Einsatz von RFID-Technologie wirtschaftlich.
Die Auseinandersetzung mit der Technologie ermöglicht,
Chancen und RisikenSpezifische Vor- und NachteileKosten-/Nutzen-EffekteLeistungsmerkmale
aufzuzeigen.
Fazit
EntwicklungenAufgrund der Transponderkosten zunächst schnelle Amortisation in geschlossenen Kreisläufen
Einsatz im Zusammenhang mit der EU-Verordnung 178/2002 zur Rückverfolgbarkeit
Sensornetzwerke (u. a. Informationsweitergabe an Tags auch außerhalb des Ansprechbereichs)
Polymer-Tags, chiplose Transponder, leitfähige Druckfarben
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Palettierer
Item-TaggingWrap-Around-Anlage Prüfung Trays
Warenausgangstor
HaubenstretcherPalettenregal
Case-Tagging
Gabelstapler mit RFID-System
Pallet-Tagging
Ein- und Auslagerung
Warenausgangskontrolle
LogIDLab®-HalleVersuchs- und Demonstrationszentrum
1. Anwendung
2. Anwendung
3. Anwendung
4. Anwendung
5. Anwendung
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LogIDLab®-FreigeländeVersuchs- und Demonstrationszentrum
7. Anwendung
6. Anwendung
8. Anwendung
Überdachung
Antenne 1Ortungssystem
Rolltor
Antenne 2Ortungssystemund Empfänger zur Zufahrtskontrolle
Antenne 3Ortungssystem
Antenne 4Ortungssystem
Bürocontainer/Leitstand
Gabelstapler mit Zufahrtskontroll-und Ortungstranspondern
Wechselbrücke mit Wechselbrückentransponderund Ortungstransponder
Readerantenne
Binnen-/ Seecontainermit Container- undOrtungstranspondern
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Logistikoptimierung im LogIDLab®
Test der RFID-Technologien auf Applikationsmöglichkeiten und Praxistauglichkeit sowie Einsatzbewertung
Ziel:Anpassung/Umstrukturierung/Neuorganisation/Automatisierung bestehender Logistikprozesse über die gesamte Supply Chain bis hin zum Aufbau selbststeuernder NetzeAufbau dezentraler Systeme durch „intelligente“ Fördergüter bzw. Verpackungs- und Transporteinheiten
unter Einsatz von:mobilen/stationären Schreib- und Lesegeräten über alle Frequenzbereiche (große Bandbreite an Transpondernunterschiedlicher Hersteller)HW/SW zur DatenverwaltungOrtungssysteme für Objekte im Innen- und Außenbereich
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Kooperationspartner und Sponsoren
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!