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SFB 637 1 IMSAS IMSAS RFID – eine Zukunftstechnologie für den Mittelstand Industrie- und Handelskammer Osnabrück-Emsland, 17.10.2007 Dipl.-Ing. Reiner Jedermann Sensorische Erfassung von Lebensmitteln über RFID Institut für Mikrosensoren, -aktuatoren und –systeme (IMSAS) Universität Bremen SFB 637 2 IMSAS IMSAS Sonderforschungsbereich Logistik Selbststeuerung autonomer logistischer Prozesse IMSAS / Microsystems Center Bremen Autonome Planung der Warenzuordnung Bremen Hannover Berlin Frankfurt Hamburg MCB MCB SFB 637 SFB 637 SFB 637 3 IMSAS IMSAS Bremen Research Cluster for Dynamics in Logistics „Forschungs- verbund Logistik“ SFB 637 4 IMSAS IMSAS Lebensmittel RFID und …. Standard Identifikation / Rückverfolgung Mit welchen Chemikalien wurde das Futter behandelt, dass die Kuh gefressen hat, von der die Milch stammt, aus der der Quark hergestellt wurde? Zusatzinformation Mehr als Seriennummer Temperaturüberwachung Qualitätsinformationen Einfluss durch Feuchte

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SFB 637 1IMSASIMSAS

RFID – eine Zukunftstechnologie für den MittelstandIndustrie- und Handelskammer Osnabrück-Emsland, 17.10.2007

Dipl.-Ing. Reiner Jedermann

Sensorische Erfassung von Lebensmittelnüber RFID

Institut für Mikrosensoren, -aktuatoren und –systeme (IMSAS)

Universität Bremen

SFB 637 2IMSASIMSAS

Sonderforschungsbereich Logistik

Selbststeuerung autonomer logistischer Prozesse

IMSAS / Microsystems Center Bremen

Autonome Planung der Warenzuordnung

Bremen

HannoverBerlin

Frankfurt

Hamburg

MCBMCB

SFB 637SFB 637

SFB 637 3IMSASIMSAS

Bremen Research Cluster for Dynamics in Logistics

„Forschungs-verbund Logistik“

SFB 637 4IMSASIMSAS

Lebensmittel

RFID und ….Standard Identifikation / Rückverfolgung

Mit welchen Chemikalien wurde das Futter behandelt, dass die Kuh gefressen hat, von der die Milch stammt, aus der der Quark hergestellt wurde?

ZusatzinformationMehr als Seriennummer

TemperaturüberwachungQualitätsinformationenEinfluss durch Feuchte

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Visionen

Zusatzinformationen auf RFID Tag

Selbstüberwachung der Ware

Alarm: Qualitätsverlust

durch Temperatur-abweichung!

Warenart: BananenHaltbar bis: 20.11.2007Temperatur: 16.5 °C

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Einteilung Kommunikation

Passive TagsKommunikation ohne eigene EnergieHF + UHFGen2 Tags

Semi-Passiv Zusätzlich Batterie für SensorikRFID Datenlogger nur HFErhöhung Reichweite UHF

Aktiv Höhere Reichweite, Batterieleistung und PreisContaineridentifikationDrahtlose Sensornetze

SFB 637 7IMSASIMSAS

RFID als Datenspeicher

Beispiel: 28 Byte User Memory

HB-FruchthofZiel (Text)80%Qualitätsindex

16.2 °CMax. Temperatur14.5 °CSoll-Temperatur

22.10.2007Haltbarkeitsdatum134.102.186.83IP Warenlager134.102.186.81IP Hersteller

1 ByteHeader

4.5 ByteSeriennummer

3 ByteProdukt-Code (Object)

3.5 ByteHersteller (Manager)

EPC 96 Bit = 12 Byte

1 Messung je 15 Minuten über 1 Woche = 700 Werte

Temperaturgeschichte

Welche Daten können auf dem Tag gespeichert werden?

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Datenrate

Wie schnell und wie sicher können diese Informationen gelesen werden?

Zeit wenige Sekunden für Durchfahrt Gate beim EntladenLesen und Schreiben

Außenseite oder innerhalb der Ware /Palette

ZugriffsgeschwindigkeitZeitmessungen und Analyse des Gen2-Protokolls

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Laborversuch Eindringtiefe und Beschreiben der Tags

20 Tags NXP / TagNology75*75 mm19*98 mm

Abstand Lese-gerät: 50 cm Seitliche Verschiebung 3 Positionen (-15, 0 +15 cm)

SFB 637 10IMSASIMSAS

0 200 400 600 800 1000 12000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Reader Power

Iden

tific

atio

n R

ate

%

front1st row2nd row3rd rowbetween bottles

Ergebnisse: Leserate im Inneren der Ware

Leserate für verschiedene Abstände zur Vorderseite

Variation der Sendeleistung

10 Wieder-holungen * 3 Verschiebungen * 4 Tags je Position und Leistungs-stufe

SFB 637 11IMSASIMSAS

0 200 400 600 800 1000 12000

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Reader Power

Iden

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n R

ate

%

front1st row2nd row3rd rowbetween bottles

0 200 400 600 800 1000 12000

10

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Reader Power

Iden

tific

atio

n R

ate

%

front1st row2nd row3rd rowbetween bottles

0 200 400 600 800 1000 12000

10

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70

80

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100

Reader Power

Writ

e R

ate

%

front1st row2nd row3rd rowbetween bottles

Ergebnisse: Leserate im Inneren der Ware

Iden

tifik

atio

nSc

hrei

ben

Mittelwert Beste aus 3 Positionen

0 200 400 600 800 1000 12000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Reader Power

Writ

e R

ate

%

front1st row2nd row3rd rowbetween bottles

SFB 637 12IMSASIMSAS

Datenrate EPC Class 1 Gen2 Protokoll

A big Mistery?Unterschiedliche Baudraten definiertUnterschiede in erlaubter Bandbreite (USA / Europa)Reduzierte Bandbreite bei weiteren Readern auf dem Firmengelände (1 km2)Wird die maximal angegebene Datenrate von 640 kBit pro Sekunde in der Praxis erreicht?

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SFB 637 13IMSASIMSAS

Analyse der HF-Modulation: Lesen

Deselectall Tags

Select oneEPC

RequestHandle

ReadCommand

Query Tag

Send EPC Send Data 28 Byte

Send Handle

Gesamtdauer Protokoll: 20 ms

4 ms

SFB 637 14IMSASIMSAS

Reale Dauer der Datenübertragung (28 Byte Lesen)

Reader Firmware = 64 ms

Datenübertragung PC-Reader-PC = 88 ms

Reaktionszeit PC = 110 - 190 ms

UHF Feld

stärke

COM Port

UHF-Modulation

SFB 637 15IMSASIMSAS

Dauer Protokoll-Sequenz

760 ms1280 msInventory + QualityIndex 40 Tags

688 ms1388 msInventory 4 Tags Temperaturprotokoll

9 ms17 msRead Quality Index97 ms222 msRead 1024 Byte10 ms20 msRead 28 Byte141 ms171 msWrite 28 Byte

15 …. 1000+ ms28 …. 1000+ msInventory 4 Tags

160 kBaud64 kBaudTag -> Interrogator80 kBaud40 kBaudInterrogator -> Tag

OptimisticPessimisticSetting

Abschät-zung

Zeitmes-sungen

Einstel-lungen

SFB 637 16IMSASIMSAS

Bewertung der Temperaturdaten auf dem Tag

Intelligent RFIDBewertung der Auswirkung von Temperaturabweichungen „on-chip“

Temperatur Protokoll

Warenspezifische Bewertungsfunktion

Nur errechneter Qualitätsindex wird beim Auslesen übertragen

0

6

12

18

0 10 20 30

T (°C)Shel

f Life

(day

s)

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SFB 637 17IMSASIMSAS

Definition und Messung von Qualität

Gesetzliche Vorschriften

Temperatur Grenzwerte

Physikalische Eigenschaften: Farbe, FestigkeitBakterien Wachstum Definition durch Verbraucher

Ja / NeinOK / Abgelaufen

Kontinuierlich /Prozentuale Skala

Fest (gedruck-tes Haltbarkeits-

datum)

Dynamisch (Neu-berechnung bei Tempe-

ratur Änderungen)

Allgemeine Skala:Keeping quality / Shelf lifeAnzahl der Tage bis ein definierter Schwellwert unterschritten wird (Farbverlust, Anzahl Micro Organismen, Konsumer Akzeptanz …)

Skalen zur QualitätsbewertungWas ist Qualität?

SFB 637 18IMSASIMSAS

Shelf Life Model

10 15 20 250

1

2

3

4

5

6

Temperataure in °C

Loss

per

Day

GreenTomato Q(15°C)=14.9478Tomato Red Q(15°C)=8.766Tomato Pink Q(15°C)=13.8277Papaya Q(15°C)=23.4488Beans Q(15°C)=3.2863

SFB 637 19IMSASIMSAS

Intelligent RFID im Prozess der Lieferkette

Schritt 1:Konfiguration

Schritt 2:Transport

Schritt 3: Ankunft

Schritt 4:Nachkontrolle

ProtokollListeResthaltbarkeit je Frachtstück

Handheld Reader

Temperatur-Messung und Aufzeichnung

Berechnung Qualitätsindex

Setzen des Statusflags

Reader GateHersteller

SFB 637 20IMSASIMSAS

Miniaturisierte Datenlogger

RFID 13.56 MHz HFTurbTag (RFID)KSW Variosens (RFID)

Electrical InterfaceIbutton

Genauigkeit: Anforderung Lebens-mittel: < 0.5 °CStandardabweichung: 2/3 der Werte innerhalb ±δ

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SFB 637 21IMSASIMSAS

Vergleich verschiedener Datenlogger-Typen

±++±Software

-+++Handhabung

> 40 $5-10 $Preis

One-WireRFIDRFIDInterface

< ± 0.1 °C± 0.18 °C± 0.4 °CGenauigkeit

0.0625 °C~ 0.2 °C~ 0.3 °CAuflösung

+++±Batterie

4000700700Datenpunkte

iButtonTurboTagKSWTyp

SFB 637 22IMSASIMSAS

Erfassung räumlichen Temperaturprofile in Praxistests

Lieferfahrzeuge mit 3 Kammern

Vortest mit 40 Datenloggern

SFB 637 23IMSASIMSAS1.5

2

2.5

3

0

0.5

1

1.5

2

0

0.5

1

1.5

2

4.87°C

4.01°C

5.06°C

3.97°C

3.33°C

5.11°C3.08°C

1.71°C

2.60°C

1.79°C

1.40°C

2.64°C

0.70°C

1.77°C

0.49°C

Räumliche Temperaturverteilung

Durchschnitt der Aggregatseite

~2°C kälterEinzelne Logger

verhalten sich chaotisch

Ersatz von Loggern durch Mittelwert nicht

möglich SFB 637 24IMSASIMSAS

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0

0.5

1

1.5

2

0

0.5

1

1.5

2

-23.07

-24.25

-24.82

-24.95

-22.31

-18.75

-21.29

-24.90

-25.16

-24.38

-22.44

-24.01

-25.33

-21.94

-17.64

-21.27

-22.70

-22.47

-21.48

-23.87

-23.89

-25.10

-26.74

-26.60

-21.54

-23.55

-24.92

-24.73

-27.02

Tiefkühlabteil nach 5 Stunden

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SFB 637 25IMSASIMSAS

Versiegelte Palette nach 60 Stunden

Anfangs-Temperatur 7 °C

SFB 637 26IMSASIMSAS

Zeitlicher Temperaturverlauf

5

10

15

01.12.06 03.12.06 05.12.06 07.12.06 09.12.06 11.12.06

Time

Tem

pera

ture

°C P19, 1 cm distance to surface

P33, 20 cm distance to surface

P30, 40 cm distance to surface

Jump ambient air

SFB 637 27IMSASIMSAS

Offline versus Online Überwachung

Semi-passive DatenloggerKostengünstig, Evlt. auch EinwegloggerZugriff nur durch (manuelles) Auslesen an UmschlagpunktenBegrenzte Speicherkapazität

Drahtlose SensornetzeHöhere KostenRückgabe/ feste InstallationOnline / On-road ZugriffSofortige Reaktion auf Störungen möglich

SFB 637 28IMSASIMSAS

Hardware

RFIDReader

LokaleVorver-

arbeitung

SensorKnoten

ExterneKommu-nikation

FrachtStück(RFID)

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SFB 637 29IMSASIMSAS

Warenbegleitende Informationsströme

Intelligenter Agent Software Reprä- sentation des physikalischen Objektes Transport- und Gebrauchs- anweisung

Logistisches Objekt passives RFID-Label

Dynamische Verknüpfung

Lager oder Transportmittel

Rechnerplattform Sensorik RFID-Reader

Lesen des RFID-Tagsbeim Beladen

Transportmittel fordert Agenten beim Beladen an

RFID

RFID

SFB 637 30IMSASIMSAS

Eingabe des Transportauftrages

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Oscilloscope View

0

6

12

18

0 10 20 30

T (°C)Shel

f Life

(day

s)

Humidity

Quality-Index

Temperature

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Nachrichten der Transportüberwachung

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SFB 637 33IMSASIMSAS

Automated transport coordination

M

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Messung des Reifungsindikators Ethylen

Erhöhung der Auflösung durch Preconcentrator

Reduktion von Quer-Empfindlichkeiten durch Gas Chromatographie

SFB 637 35IMSASIMSAS

Ende

Danke für Ihre Aufmerksamkeit

www.intelligentcontainer.comInstitut für Mikrosensoren, -aktuatoren und

–systeme (IMSAS)Universität Bremen, FB1Otto-Hahn-Allee, NW1D-28359 Bremen, GERMANYPhone +49 421 218 7364, Fax +49 421 218 2479Email [email protected]