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Technikleitfaden für RFID-Projekte

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Technikleitfaden für

RFID-Projekte

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I

Hinweis

Dieser Technikleitfaden für RFID-Projekte basiert auf Erfahrungen des RFID-

Anwenderzentrum München (RFID-AZM) aus vielfältigen Projekten zur RFID-

Technologie und -Anwendung.

Ergänzend zum Forschungsprojekt „RFID im Mittelstand“ wurde dieser Technikleitfa-

den für RFID-Projekte den Forschungspartnern in einer Erst-Veröffentlichung des

bayme1 vbm2 zur Verfügung gestellt.

1 Bayerischer Unternehmerverband Metall und Elektro e.V.

2 Verband der Bayerischen Metall- und Elektro-Industrie e.V.

Forschungsprojekt „RFID im Mittelstand“

Gefördert durch die KME – Kompetenzzentrum Mit

telstand GmbH im Auftrag des bayme vbm.

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Impressum Herausgegeben von: Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. Willibald A. Günthner RFID-Anwenderzentrum München Technische Universität München Gesamtredaktion: Dipl.-Ing. Andreas Fruth Fachbeiträge: Dipl.-Ing. Andreas Fruth, Cand.-Ing. Kai Xiang Wang Bildredaktion: Dipl.-Ing. Andreas Fruth Bildnachweis: Lehrstuhl Fördertechnik Materialfluss und Logistik (fml) Gestaltung: Dipl.-Ing. Andreas Fruth

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Technikleitfaden für

RFID-Projekte

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IV

Profile der Autoren

Profile der Autoren

Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. Willibald A. Günthner

Prof. Dr. Willibald A. Günthner leitet seit 1994 den Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik (fml) an der TU München. Seit 2007 ist er Sprecher des RFID-Anwenderzentrum München, ei-nem Netzwerk aus Forschungsinstituten der Technischen Univer-sität München und Industrieunternehmen zur RFID-Technologie.

Andreas Fruth

Dipl.-Ing.

Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

Technische Universität München

Co-Autor

Kai Xiang Wang

Cand.-ing.

Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

Technische Universität München

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Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis

Profile der Autoren IV

Inhaltsverzeichnis V

Vorwort 1

1 Ausgangssituation und Zielsetzung 3

1.1 Ausgangssituation 3

1.2 Zielsetzung und Aufbau des Leitfadens 4

2 Grundlagen der Radiofrequenz Identifikation (RFID) 6

2.1 Beschreibung und Vergleich von (Auto-)ID-Technologien 6

2.2 Technische Grundlagen der Radiofrequenz Identifikation 9

2.2.1 Grundlegende Funktionsweise der Radiofrequenz

Identifikation 10

2.2.2 Elemente einer RFID-Lösung 11

2.3 Physikalische Grundlagen von RFID-Systemen 13

2.3.1 Elektromagnetische Felder und Wellen 13

2.3.2 Schwingkreis und Resonanz 14

2.3.3 Reflexion und Absorption 15

2.4 Frequenzbereiche von RFID-Systemen 15

2.4.1 Vorstellung der Frequenzbereiche 15

2.4.2 Low Frequency (LF), 9 kHz-135 kHz 16

2.4.3 High Frequency (HF), 135 kHz - 13,56 MHz 16

2.4.4 Eigenschaften von RFID-Systemen mit unterschiedlicher

Frequenz 17

2.4.5 Einteilung von RFID-Systemen anhand der Reichweite 18

2.5 Einflussfaktoren auf RFID-Systeme 19

2.5.1 Einflussfaktor: Materialien / Oberflächen 20

2.5.2 Einflussfaktor: RF-Quellen 25

2.5.3 Einflussfaktor: Umgebungszustände 26

2.5.4 Einflussfaktor: Prozessrandbedingungen 26

2.6 Standards und Normen für RFID-Systeme 28

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VI

Inhaltsverzeichnis

2.6.1 Institutionen und Einrichtungen zur Normung im RFID-

Umfeld 28

2.6.2 Normen und Standards der internationalen Institutionen 29

2.6.3 VDI Richtlinie 4472 30

2.6.4 VDA Richtlinien 30

3 Hardwarekomponenten einer RFID-Lösung 32

3.1 Der Identifikationspunkt bei RFID-Systemen 33

3.1.1 Hardwarekomponenten zur Identifikation 33

3.1.2 Beispiele für die Ausgestaltung eines Identifikationspunktes 35

3.1.3 Implementierung eines Identifikationspunktes 39

3.2 Der Transponder 41

3.2.1 Aufbau 41

3.2.2 Energieversorgung 42

3.2.3 Bauformen 44

3.2.4 Klassen 46

3.2.5 RFID-Sensoren 47

3.3 Das Schreib / -Lesegerät (Reader) 47

3.3.1 Aufbau 48

3.3.2 Betriebsart 49

3.3.3 Anti-Kollisionsverfahren / Pulkfähigkeit 50

3.3.4 Wichtige Parameter eines Schreib- / Lesegerätes 51

3.4 Die Antenne im RFID-Einsatz 54

3.4.1 Wichtige Antennenkennwerte 54

3.4.2 Häufige Antennenbauformen in der RFID-Technik 55

3.4.3 Das Antennenkabel 58

3.5 Input- / Output-Komponenten und Peripheriegeräte 58

3.5.1 Input- / Output-Komponenten 58

3.5.2 Peripheriegeräte 59

4 IT-Komponenten und IT-System 61

4.1 Architektur von RFID-IT-Systemen 61

4.1.1 Anforderungen an das IT-System 62

4.1.2 Aufgaben des IT-Systems 63

4.1.3 Logische IT-Architektur 65

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VII

Inhaltsverzeichnis

4.1.4 Physische IT-Infrastruktur 66

4.1.5 Zusammenhang zwischen der logischen Architektur und

der physischen Infrastruktur 70

4.2 Datenkonzepte für RFID-Systeme 71

4.2.1 Datenmanagement 71

4.2.2 Transponderspeicher 72

4.2.3 Speicherzugriffsrechte 74

4.2.4 Datensicherheit in RFID-Systemen 74

4.3 Identifikationsnummern und der Electronic Product Code (EPC) 77

4.3.1 Beispiele für Nummerierungsstandards bei RFID-Systemen 78

4.3.2 UID (Unique IDentification) oder TID (Tag ID) 78

4.3.3 Electronic Product Code (EPC) 79

4.4 Die RFID-Middleware / Edgeware 82

4.4.1 Aufgaben der Middleware 83

4.4.2 Bestandteile der Middleware 83

4.4.3 Funktionen der Event Middleware 84

4.4.4 Enterprise Application Integration (EAI) 87

4.4.5 Aufgaben der Edgeware 87

4.5 Schnittstellen und Datenfluss bei RFID-Systemen am Beispiel des

EPCglobal Netzwerkes 88

4.5.1 EPC Information Service (EPCIS) 88

4.5.2 Architektur und Datenfluss im EPCglobal Netzwerk 89

4.5.3 Vorteile und Herausforderungen im EPCglobal-Netzwerk 92

5 Die Integration von RFID-Systemen in logistische Prozesse 94

5.1 Logistische Prozesse für den RFID-Einsatz 95

5.1.1 Überblick über RFID-unterstützbare Prozesse der Logistik 95

5.1.2 Beschreibung RFID-unterstützbarer Prozesse und

Beispiele für den RFID-Einsatz 96

5.1.3 RFID-Einsatz in logistischen Hauptprozessen 102

5.1.4 Der Identifikationsprozess bei RFID-Systemen 103

5.2 Kennzeichnungsebenen für logistische Objekte 109

5.2.1 Eigenschaften von Kennzeichnungsobjekten mit

Auswirkung auf den RFID-Einsatz 111

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VIII

Inhaltsverzeichnis

5.2.2 Möglichkeiten zur Transponderanbringung an

Kennzeichnungsobjekten 118

5.3 Einfluss der Ausrichtung Transponder / Antenne 121

5.3.1 Ansprechfeldstärke eines Transponders 121

5.3.2 Orientierungsempfindlichkeit bei UHF / SHF-Systemen 122

5.3.3 Orientierung bei HF / LF-Systemen 123

5.4 Grundlagen des Testens von RFID-Systemen 124

5.4.1 Hierarchische Einteilung von Testverfahren 124

5.4.2 Testrelevante RFID-Systemkomponenten und

Einflussfaktoren 126

5.4.3 Ablauf von RFID-Systemtests /

Machbarkeitsuntersuchungen 127

Literaturverzeichnis 131

Abbildungsverzeichnis 136

Tabellenverzeichnis 138

Ansprechpartner 139

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1

Vorwort

Vorwort

AutoID-Technologien erfahren stetig eine wachsende Bedeutung zur Effizienzstei-

gerung in logistischen und produktionstechnischen Prozessen. Hierzu gibt es be-

reits zahlreiche erfolgreiche Beispiele durch die Anwendung der Radio Frequency

Identification-Technologie (RFID). Als Wegbereiter einer Verzahnung des Material-

und Informationsflusses bietet die RFID-Technologie in wirtschaftlich zunehmend

volatilen Zeiten ein großes Potenzial, effiziente Wertschöpfungsnetzwerke zu ge-

währleisten und abzusichern.

Allerdings unterscheidet sich die RFID-Technologie in ihrem physikalischen Ver-

halten und in der Integration in Unternehmensprozesse grundlegend von bisher

weit verbreiteten optischen Identifikationstechnologien. Die Möglichkeiten einer

berührungslosen Identifikation erfordern eine neue Auseinandersetzung mit der

Technologie, ihrer Gestaltungsmöglichkeiten und ihren Wechselwirkungen mit der

Einsatzumgebung. Analysen, basierend auf einer empirischen Erhebung am

RFID-Anwenderzentrum München (RFID-AZM), haben bei RFID-

Implementierungen die hohe Bedeutung von theoretischem Vorwissen und prakti-

schen Erfahrungen vor Projektbeginn als Faktoren für ein erfolgreiches Projekt

herausgestellt.

Um diesem Informationsbedürfnis zu begegnen, bietet dieser Technikleitfaden

eine prägnante und zielgerichtete Zusammenfassung der verfügbaren Literatur

und praktischen Erfahrungen zur RFID-Technologie und dem RFID-System. Er

bietet Aufschluss über die verschiedenen Ausprägungen eines RFID-Systems hin-

sichtlich der Hardware und Software. Hierbei werden sämtliche Frequenzbereiche

der RFID-Technologie mit ihren Eigenschaften behandelt, allerdings wird auch ein

Schwerpunkt auf den UHF-Frequenzbereich gesetzt. Diesem kommt in logisti-

schen und produktionstechnischen Prozessen eine hohe Bedeutung zu.

Das RFID-Anwenderzentrum München möchte Ihnen mit diesem Technikleitfaden

den Einstieg in die Diskussion und Konzeption RFID-basierter Anwendungen er-

leichtern, wie auch Ihr Know-how hinsichtlich der RFID-Technologie erweitern.

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2

Vorwort

Damit wünsche ich mir, Ihnen eine gute Basis für den Start in eine erfolgreiche

RFID-Implemtierung geben zu können.

Willibald A. Günthner

Sprecher des RFID-Anwenderzentrum München

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3

Ausgangssituation und Zielsetzung

1 Ausgangssituation und Zielsetzung

RFID-Know-how als entscheidender Erfolgsfaktor für RFID-Projekte

1.1 Ausgangssituation

„Wir glauben, dass RFID eine Zukunftstechnologie ist“ [Wir-10]. Mit dieser Aussa-

ge kommentiert Frank Semling, IT-Leiter bei Hansgrohe, die zukünftigen Progno-

sen für die automatische Identifikationstechnologie. Trotz guter Aussichten und

hohen Erwartungen an die Radiofrequenz Identifikation (RFID) kann heute aber

noch nicht von einer durchgängigen Verbreitung in der Logistik gesprochen wer-

den. Neben anderen ist eine Ursache gerade bei kleineren und mittleren Unter-

nehmen (KMU) das fehlende Know-how für eine RFID-Einführung (s. Abbildung

1).

Abbildung 1

Faktoren die den Einsatz von RFID erschweren

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik ([Reg-08], n=298)

Das Fehlen von Know-how bezieht sich dabei nicht nur auf das Management und

die Durchführung von Projekten, sondern auch auf Informationen zur RFID-

5,0

9,4

12,8

19,1

10,1

9,4

18,1

26,9

14,4

23,5

9,4

15,8

24,8

20,8

22,8

25,5

23,8

28,2

27,5

31,5

35,9

36,2

33,9

26,8

31,5

24,2

30,9

33,6

28,5

20,8

30,2

20,8

23,8

26,2

18,8

19,1

13,4

13,8

13,4

11,4

6,7

10,1

6,4

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90%

Lieferschwierigkeiten

Zugang zu allg. Informationenüber die Technologie

Zugang zu qualif izierter Beratung

Widerstand der Mitarbeiter

Datensicherheit / Datenschutz

Personelle Ressourcen

Technik zu komplex

Know-how des Managements

Fehlende Wirtschaf tlichkeit

Know-how der Mitarbeiter

Finanzielle Ressourcen

Großes Problem Mittelgroßes Problem Kleines Problem Kein Problem

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Ausgangssituation und Zielsetzung

Technik und ihren Eigenheiten. Zwar sind zahlreiche Informationen auch im Inter-

net zur RFID-Technik verfügbar, jedoch ist es gerade für kleine und mittlere Un-

ternehmen schwer und insbesondere sehr zeitaufwändig, diese gezielt für ihre

Fragestellungen aufzufinden und bezüglich ihrer Qualität zu beurteilen.

1.2 Zielsetzung und Aufbau des Leitfadens

Dieser Leitfaden soll Projektleitern und -mitarbeitern von Anwenderunternehmen

in kompakter Form Informationen zur RFID-Technik und zu RFID-Lösungen an die

Hand geben. Somit sollen diese in die Lage versetzt werden, zum einen eigene

Fragestellungen effizienter zu bearbeiten, zum anderen mit Systempartnern bei

RFID-Projekten effektiv kommunizieren zu können.

Die einzelnen inhaltlichen Kapitel sind Bestandteil einer „Vorgehensmethodik für

RFID-Projekte“, die im Projekt „RFID im Mittelstand“ am Lehrstuhl für Fördertech-

nik Materialfluss Logistik (fml) an der TU München entstanden ist (s. Anhang A.1).

Der vorliegende ist einer von drei Leitfäden, die zur Unterstützung von kleinen und

mittleren Unternehmen bei der Durchführung von RFID-Projekten entwickelt wur-

den und die bei bayme vbm vorliegen.

Der vorliegende Leitfaden teilt sich in vier Teile:

Im Kapitel 2 werden die Grundlagen, die Funktionsweise sowie die Eigenschaften

der RFID-Technik erläutert. Dabei wird auch vorgestellt, welche Elemente eine

RFID-Lösung aufweisen kann.

Kapitel 3 beschäftigt sich mit den Hardwarekomponenten einer RFID-Lösung. Ne-

ben den Komponenten für die Identifikation (z. B. Schreib- / Lesegerät, Transpon-

der, Antenne) wird auch auf weitere wichtige Hardwarekomponenten von RFID-

Systemen

(z. B. Drucker, Applikatoren) eingegangen.

Das IT-System und die Softwarekomponenten von RFID-Lösungen werden im

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5

Ausgangssituation und Zielsetzung

Kapitel 4 näher beleuchtet. Neben der Architektur und den Einzelkomponenten

wird auch auf RFID-Daten, Datenkonzepte und Datensicherheit eingegangen.

Das 5. Kapitel beschäftigt sich zum Abschluss mit der Integration von RFID in ei-

nen logistischen Prozess. Mögliche Prozesse zur Unterstützung sowie Objekte zur

Kennzeichnung werden vorgestellt und auf Eigenschaften bei der Kennzeichnung

hingewiesen.

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Grundlagen der Radiofrequenz Identifikation (RFID)

2 Grundlagen der Radiofrequenz Identifikation

(RFID)

Grundlegende Funktionsweise und Eigenschaften der RFID-Technik

Im Kapitel 2 werden zunächst grundlegende Eigenschaften und die Funktionswei-

se der Radiofrequenz Identifikation vorgestellt. Aufbauend auf einer allgemeingül-

tigen Darstellung werden die einzelnen Elemente einer RFID-Lösung in den dar-

auffolgenden Kapiteln näher erläutert.

2.1 Beschreibung und Vergleich von (Auto-)ID-

Technologien

Neben RFID existieren weitere automatische Identifikationsverfahren (Auto-ID),

die hier vorgestellt und verglichen werden sollen (s. Abbildung 2).

Die Radio Frequenz Identifikation (RFID) ist ein automatisches Identifikationsver-

fahren. Durch den Einsatz von Funkwellen im Radiofrequenzbereich speichert

oder liest es mittels elektromagnetischer oder elektrostatischer Kopplung eines

Schreib- / Lesegerätes und eines mobilen Datenträgers Informationen (meist eine

ID-Nummer) dieses Datenträgers (vgl. [Gün-07]).

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Grundlagen der Radiofrequenz Identifikation (RFID)

Abbildung 2

Überblick über Auto-ID-Technologie

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss und Logistik

Der Barcode ist ein automatisches Identifikationsverfahren mit hoher Verbreitung.

Es gibt verschiedene Standards, wie z. B. die Europäische Artikelnummerierung,

kurz EAN. Des Weiteren wird der Barcode in 1-D, 2-D und 3-D Barcodes unterteilt.

Ersteres ist der „bekannte” Strichcode, der sich auf Supermarkt-Artikeln, Büchern

usw. befindet. Die 2-D Barcodes, auch Stapel- oder Matrix-Codes, besitzen mehr

Speichervolumen und können so mehr Informationen transportieren. Populäres

Beispiel ist das Online-Bahn-Ticket. Von einem 3-D Barcode (oder farbigen 2-D

Barcode) spricht man, wenn mittels Farbe bei einem 2-D Barcode eine „dritte Di-

mension“ zur Datenspeicherung geschaffen wird. Gelesen wird der Barcode in der

Regel entweder über eine Kamera oder einen Laser (vgl. [Kom-11]).

Die Klarschriftlesung (OCR - Optical Character Recognition) beschreibt die Infor-

mationsspeicherung in einer Schriftart, die sowohl von Maschinen als auch von

Menschen lesbar ist. Ein bekanntes Beispiel stellen Überweisungsträger dar.

In die Gruppe der Identifikationsverfahren mittels Biometrie fallen diverse Möglich-

keiten an. Bekannt sind die Fingerabdruck-, Iris- oder auch Gesichtserkennung.

„Der Schwerpunkt liegt bei biometrischen Verfahren eindeutig auf Merkmalsein-

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Grundlagen der Radiofrequenz Identifikation (RFID)

deutigkeit und Fälschungssicherheit, wo hingegen er bei den anderen Verfahren

auf der schnellen und sicheren Lesbarkeit liegt” [Ker-07].

Chipkarten nutzen für die Informationsübertragung einen direkten galvanischen

Kontakt. Gegenüber den anderen Auto-ID-Systemen bieten sie den Vorteil, dass

die Informationen durch einen PIN geschützt werden können. Nachteilig wirken

sich im Vergleich zu kontaktlosen Systemen z. B. die relativ hohen Wartungskos-

ten der Leser aus.

Magnetstreifen ähneln in ihrer Funktionalität dem Barcode, mit dem Unterschied,

dass nicht eine optische Abtastung von hellen und dunklen Flächen erfolgt, son-

dern die Abfolge von Änderungen magnetisierter Bereiche. Diese werden dann in

eine Nummer umgesetzt. Die günstige und etablierte Technologie hat sich insbe-

sondere in der Gebäudezutrittskontrolle oder auf Geld- und Boardkarten etabliert

(vgl. [Ker-07]).

Die vorgestellten Auto-ID Technologien unterscheiden sich in der technischen

Ausgestaltung und damit auch in ihren Eigenschaften. Tabelle 1 zeigt eine Zu-

sammenfassung der Unterschiede zwischen den vorgestellten Technologien auf.

Nur die RF-Technologie erlaubt es, mehrere Kennzeichnungsobjekte praktisch

gleichzeitig, über größere Distanzen und ohne Sichtverbindung zu identifizieren.

Dadurch kann der Komfort und die Geschwindigkeit bei der Erfassung von Kenn-

zeichnungsobjekten gegenüber anderen Technologien gesteigert werden.

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Grundlagen der Radiofrequenz Identifikation (RFID)

Tabelle 1

Vergleich unterschiedlicher (Auto-)ID-Technologien

RFID-

System

(passiv)

RFID-

System

(aktiv)

Barcode OCR Bio-

metrie

Chipkar-

te

Lesereichweite ca. 5 m ca. 100 m bis 50 cm 1 cm geringe

Distanz

direkter

Kontakt

„Gleichzeitiges"

Ansprechen von

Ids

Ja ja nein nein nein nein

Datenspeicher bis 64 KB bis 8 MB bis 2 KB bis 100

Byte

- bis 8 MB

Sichtverbindung Nein nein ja ja ja Ja

Lesbarkeit durch

Personen

unmöglich unmöglich bedingt einfach schwer unmöglich

Lesbarkeit durch

Maschinen

Gut gut gut gut aufwendig Gut

Programmier-

barkeit

Ja ja nein nein nein Ja

Quelle: in Anlehnung an [Fin-08], [Ker-07]

2.2 Technische Grundlagen der Radiofrequenz Identifi-

kation

In diesem Kapitel werden die grundlegende Funktionsweise der Radiofrequenz

Identifikation und die prinzipiellen Elemente einer RFID-Lösung vorgestellt.

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10

Grundlagen der Radiofrequenz Identifikation (RFID)

2.2.1 Grundlegende Funktionsweise der Radiofrequenz Identifi-

kation

Zur Erklärung der grundlegenden Funktionsweise der RFID-Technik werden drei

Komponenten einer RFID-Lösung benötigt: Das Schreib- / Lesegerät, die Antenne

und der Transponder (s. Abbildung 3).

Schreib- / Lesegerät (Reader)

Ist die Komponente, die über eine oder mehrere Antennen die Verbindung mit

dem Transponder aufbaut. Der Reader initiiert und steuert die Kommunikation mit

einem oder mehreren Transpondern.

Antenne

Existiert in verschiedenen anwendungsspezifischen Ausführungsformen. Die Le-

seantenne (auch Readerantenne) ist mit dem Schreib- / Lesegerät verbunden.

Auch jeder Transponder besitzt eine Antenne. Die Antenne des Schreib- / Lesege-

rätes dient zum Aufbau eines Feldes bzw. sendet / empfängt Wellen zur Kommu-

nikation.

Abbildung 3

Grundlegende Funktionsweise der RF-Identifikation

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

Transponder (Tag)

Ist eine der wesentlichen Komponenten eines RFID-Systems. Er dient als dezen-

traler Datenspeicher am Kennzeichnungsobjekt und bildet somit die Schnittstelle

zwischen Materialfluss und Informationsfluss.

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Grundlagen der Radiofrequenz Identifikation (RFID)

Funkstrecke bzw. Luftschnittstelle

Keine Komponente im eigentlichen Sinn, sondern der Raum zwischen Transpon-

der und Antenne, über den die Informationsübertragung stattfindet.

Ablauf eines Identifikationsvorgangs

Ein Schreib- / Lesegerät (Reader) wird mit Strom versorgt und gibt ein Signal und

damit Energie über die Antenne an die Funkstrecke ab. Kann ein resonanter

Transponder durch die zur Verfügung gestellte Energie aktiviert werden, werden

durch ein festgelegtes Übertragungsverfahren Daten ausgetauscht. Der

Transponder sendet ein Antwortsignal an das Schreib- / Lesegerät, welches durch

eine verbundene Antenne aufgenommen werden kann. Es muss dabei kein direk-

ter Kontakt und keine Sichtverbindung zwischen Reader und Transponder beste-

hen, der Transponder kann prinzipiell durch alle nicht-ferromagnetischen Stoffe

hindurch ausgelesen werden (vgl. [VDI-4472-1]). Durch das Schreib- / Lesegerät

können auf dem Transponder gespeicherte Informationen gelesen, aber auch In-

formationen auf den Transponder geschrieben werden.

2.2.2 Elemente einer RFID-Lösung

Eine RFID-Lösung besitzt neben dem technischen RFID-System noch weitere

Elemente. Das technische System besteht aus Hardware- und Softwarekompo-

nenten. Weitere Elemente einer Lösung sind z. B. der Identifikationsprozess, die

Systemumgebung oder eine Schulung von RFID-Anwendern oder Systemadmi-

nistratoren. Obwohl diese Elemente nicht der technischen Lösung zuzuordnen

sind, müssen sie für eine erfolgreiche Einführung der RFID-Technik im Zuge eines

Projektes erarbeitet und ausgearbeitet werden. Abbildung 4 stellt die verschiede-

nen Elemente einer RFID-Lösung dar. Auf diese wird in den folgenden Kapiteln

dieses Dokuments ausführlich eingegangen.

Zentrale Komponenten des RFID-Systems sind insbesondere Bestandteile des IT-

Systems einer RFID-Lösung. Komponenten der IT-Infrastruktur sind z. B. Daten-

bank- oder Applikationsserver, Softwarekomponenten z. B. die RFID-Middleware

oder Schnittstellenkomponenten als Anbindung an ERP-Systeme.

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Grundlagen der Radiofrequenz Identifikation (RFID)

Dezentrale Komponenten eines RFID-Systems sind hauptsächlich Komponenten

zur Identifikation oder zur Kennzeichnung von Objekten. Sie enthalten Hardware-

komponenten wie beispielsweise Schreib- / Lesegeräte, Antennen und Transpon-

der, aber auch RFID-Labeldrucker oder -applikatoren. Weiterhin können dezentra-

le Softwarekomponenten, wie z. B. auf einem Reader implementierte Bestandteile

der Middleware (auch Edgeware), hier eingeordnet werden.

Abbildung 4

Elemente einer RFID-Lösung

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

Der RFID-unterstützte Logistik- / Geschäftsprozess stellt den Zusammenhang

zwischen dem Einsatz der RFID-Technik und dem Nutzen, der einem Unterneh-

men daraus resultieren kann, her. Nur wenn die Kennzeichnung von Objekten mit

Transpondern auch einen Mehrwert liefert, wird sich ein Unternehmen für den Ein-

satz der Technik entscheiden. Die Randbedingungen des Prozesses liefern wei-

terhin wichtige Anforderungen an die Ausgestaltung des RFID-Systems. Die An-

zahl gleichzeitig zu erfassender Objekte, die verfügbare Zeit zur Durchführung von

Lesungen oder die Packschemata von Kennzeichnungsobjekten sind Beispiele

dafür. Auch die physische Systemumgebung, die die Umgebungsbedingungen am

Ort der Identifikation und damit weitere Einflussfaktoren auf die Funktion eines

RFID-Systems beschreibt, ist von besonderer Bedeutung. Metallische Gegenstän-

Dezentrale Komponenten eines RFID-Systems

Dezentrale IT-Infrastruktur /

(Sonstige) Hardwarekomponenten

Hardwarekomponenten zur

Identifikation

Dezentrale

Softwarekomponenten

Zentrale Komponenten eines RFID-Systems

Zentrale Softwarekomponenten Zentrale IT-Infrastruktur /

Hardwarekomponenten

RFID-System

Hardwarekomponenten Softwarekomponenten

RFID-unterstützter Prozess

Kennzeichnungs-

objekt

Transponder

Prozesskomponenten

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Grundlagen der Radiofrequenz Identifikation (RFID)

de, Funkquellen o.ä. können die Sicherheit von Identifikationsvorgängen beim

Einsatz von RFID gefährden. Somit können Änderungen an Einrichtungen in der

Systemumgebung sowie die Anpassung der RFID-Lösung an die Systemumge-

bung nötig werden. Eine Anpassung des Prozesses oder Abstimmung des RFID-

Systems auf dessen Anforderungen ist damit ebenfalls ein wichtiges Element ei-

ner RFID-Lösung.

2.3 Physikalische Grundlagen von RFID-Systemen

Für das Verständnis der Eigenschaften eines RFID-Systems werden im Folgen-

den die physikalischen Grundlagen der Kommunikation mittels Funkwellen kurz

vorgestellt.

2.3.1 Elektromagnetische Felder und Wellen

In einem RFID-System werden Daten zwischen Transponder und Schreib- / Lese-

gerät über ein elektromagnetisches Feld (induktiv) bzw. elektromagnetische Wel-

len (Backscatter) ausgetauscht. Ein elektromagnetisches Feld entsteht im ein-

fachsten Fall mittels eines Stromflusses durch einen Leiter, der im RFID-System

durch die Leseantenne realisiert ist. Eine Änderung der Stromstärke sorgt für die

Entstehung eines Magnetfeldes, welches eine Spannung in der Spule (Antenne)

eines Transponders induziert. Elektromagnetische Wellen sind sich ausbreitende

Schwingungen des elektromagnetischen Feldes und entstehen durch dessen zeit-

liche Änderung. Vereinfacht gesagt können die Wellen als abgelöste Feldlinien

des Feldes bezeichnet werden. Diese „Ablösung” findet ab einer Entfernung von

16.0d

von der Antenne statt und bildet die Grenze zwischen Nah- und Fernfeld.

Innerhalb des Nahfeldes wird das elektromagnetische Feld als Übertragungsme-

dium genutzt, Änderungen des Feldes können durch die transformatorische Kopp-

lung direkt an der Antenne wahrgenommen werden. Im Fernfeld werden Daten

über die elektromagnetischen Wellen übertragen, eine „Änderung” der Welle ist

nur noch über Reflexion möglich (vgl. [Fin-08]). In Tabelle 2 sind typische Arbeits-

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Grundlagen der Radiofrequenz Identifikation (RFID)

frequenzen von RFID-Systemen, die dazugehörigen Wellenlängen und die Gren-

zen vom Nah- zum Fernfeld dargestellt.

Tabelle 2

Übersicht der Frequenzen, ihren korrespondierenden Wellenlängen

und der Grenze zwischen Nah- und Fernfeld

Frequenz Wellenlänge Nahfeld Kopplung

LF - 125 kHz ~2400 m ~354 m Induktiv

HF - 13,56 MHz ~22 m ~3,5 m Induktiv

UHF - 868 MHz ~0,35 m ~0,06 m Elektromagnetisch

MW - 2,45 GHz ~0,12 m ~0,02 m Elektromagnetisch

MW - 5,8 GHz ~0,05 m ~0,01 m Elektromagnetisch

2.3.2 Schwingkreis und Resonanz

Innerhalb eines Transponders wird durch einen Kondensator und eine Spule ein

sogenannter Schwingkreis realisiert. Die „Schwingung“ entsteht durch den periodi-

schen Energieaustausch zwischen der Spule und dem Kondensator, wodurch

entweder eine hohe Spannung beim Aufbau des Kondensatorfeldes oder eine ho-

he Stromstärke beim Aufbau des Magnetfeldes vorliegt. Die Frequenz mit der sich

dieser Austausch wiederholt, lautet

.

Sie ist nur abhängig von der Induktivität der Spule und der Kapazität des Konden-

sators. Diese werden nun so ausgelegt, dass die sich ergebende Frequenz gleich

der Sendefrequenz der Reader-Antenne ist. Die Reader-Antenne und der

Transponder sind somit in Resonanz, wodurch der Schwingkreis im Transponder

mitzuschwingen beginnt. Dadurch entzieht der Transponder aus dem Feld die für

den Betrieb notwendige Energie und kann z. B. über Lastmodulation Daten über-

tragen.

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Grundlagen der Radiofrequenz Identifikation (RFID)

Ein Transponder kann von einem Reader nur ausgelesen werden, wenn beide in

Resonanz stehen, also die Sendefrequenz gleich / relativ nahe bei der Frequenz

des im Transponder integrierten Schwingkreises ist. Relativ kleine Verstimmungen

des Transponders reduzieren in der Regel die Leistung (z. B. mögliche Le-

sereichweite) eines RFID-Systems, während die prinzipielle Funktionalität jedoch

erhalten bleibt (vgl.

[Fin-08]).

2.3.3 Reflexion und Absorption

Elektromagnetische Wellen werden von Objekten, deren Ausdehnung größer als

die Wellenlänge ist, reflektiert. Einerseits wird diese Eigenschaft beim Backscatter-

Übertragungsverfahren ausgenutzt, andererseits können unbeabsichtigte Reflexi-

onen das RFID-System negativ beeinträchtigen. Weiterhin können Objekte elekt-

romagnetische Wellen auch absorbieren. Hierbei wird die auf das Objekt eintref-

fende Energie in Wärme umgewandelt. Die Absorptionsrate eines Materials wird

durch spezifische Materialkonstanten angegeben und steigt, je höher die Arbeits-

frequenz ist. Beide Effekte führen dazu, dass sich elektromagnetische Wellen in

der Praxis ungleichmäßig ausbreiten und eine Vorhersage des realen Antennen-

feldes erschweren (vgl. [Fin-08], [VDI-4472-5]).

2.4 Frequenzbereiche von RFID-Systemen

Die Wahl der Arbeitsfrequenz hat einen entscheidenden Einfluss auf die Eigen-

schaften eines RFID-Systems. In diesem Kapitel werden die gängigen Frequenz-

bereiche von RFID-Systemen mit ihren wichtigsten Eigenschaften vorgestellt.

2.4.1 Vorstellung der Frequenzbereiche

Um vorhandene Funkdienste nicht zu beeinträchtigen und Lizenzgebühren zu spa-

ren, wurden in den Anfängen der Radiofrequenz Identifikation die speziell für die

Industrie, Naturwissenschaft und Medizin global definierten ISM-Bänder genutzt.

Diese werden, zusätzlich zum LF-Bereich auch weiterhin für den RFID-Einsatz

verwendet (vgl.[Fin-08]). Weltweit gibt es einige Unterschiede bei der Zulassung

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Grundlagen der Radiofrequenz Identifikation (RFID)

von Arbeitsfrequenzen für den RFID-Einsatz. Diese werden in Abbildung 5 darge-

stellt.

2.4.2 Low Frequency (LF), 9 kHz-135 kHz

Dieser Frequenzbereich enthält viele Schutzbereiche, die bereits durch andere

Dienste etc. belegt sind. Deshalb ist die für RFID relevante Frequenz bei 125 kHz.

Unter anderem die hohe Standardisierung in diesem Frequenzbereich hat zu zahl-

reichen konkreten Anwendungen, beispielsweise in der Tieridentifikation, geführt.

Realisierbare Lesereichweiten sind ca. 20 cm.

2.4.3 High Frequency (HF), 135 kHz - 13,56 MHz

Die Frequenz bei 13,56 MHz ist die momentan am häufigsten eingesetzte Fre-

quenz für HF-RFID-Systeme, auch bedingt durch die bereits hohe Standardisie-

rung und die weltweit freie Nutzung. Die im Vergleich zur Low Frequency höhere

Taktfrequenz ermöglicht auch die Verwendung von Mikroprozessoren, zum Bei-

spiel für die Verschlüsselung der gespeicherten Daten. Lesereichweiten sind hier

bis ca. 1,5 m möglich.

Abbildung 5

Übersicht der weltweit verwendeten Frequenzen

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik (in Anlehnung an [Gil-07])

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Grundlagen der Radiofrequenz Identifikation (RFID)

Ultra-High Frequency (UHF), 865-867 MHz (Europa)

Die am weitesten verbreitete Frequenz im UHF Frequenzband in Europa ist 868

MHz. Die höheren Frequenzen erlauben gemäß der Spezifikation höhere Sende-

leistungen, und damit verbunden auch höhere Lesereichweiten. An Gebäuden und

anderen Hindernissen tritt im UHF-Frequenzbereich eine signifikante Dämpfung

und Reflexion der einfallenden elektromagnetischen Welle in Erscheinung. Die

kurzen Wellenlängen dieser Frequenzen ermöglichen die Konstruktion von Anten-

nen, die im Vergleich zu HF und LF deutlich kleiner sind und einen besseren Wir-

kungsgrad besitzen. Durch die Verwendung von aktiven Transpondern kann hier

die Reichweite bis auf ca. 100 m gesteigert werden, bei passiven Systemen ist in

Abhängigkeit der konkreten Anwendung eine Lesereichweite von etwa 10 m zu

erzielen.

Microwave (MW) / Super-high Frequency (SHF), 2,45 GHz und 5,8 GHz

In diesem Frequenzspektrum wirken, ähnlich wie im UHF-Band, Gegenstände,

Gebäude und andere Hindernisse als Reflektoren und können eine elektromagne-

tische Welle beim Durchgang sehr stark dämpfen. Eine geringe vorherrschende

Standardisierung, insbesondere bei der Frequenz um 5,8 GHz, hat zu einer bisher

vergleichsweise geringen Anzahl an Anwendungen in diesem Band geführt. Durch

die hohe Reichweite von bis zu 300 m bei der Verwendung aktiver Transponder

und ca. 3 m im passiven Modus besitzt dieser Frequenzbereich dennoch ein ho-

hes Nutzenpotenzial.

2.4.4 Eigenschaften von RFID-Systemen mit unterschiedlicher

Frequenz

Auf Grundlage von Vorgaben (insbesondere Standardisierungsvorgaben) und

physikalischen Gegebenheiten, besitzen RFID-Systeme bei unterschiedlichen

Frequenzen auch unterschiedliche Eigenschaften. Diese können die Entscheidung

für einen Frequenzbereich und die Konzeption einer Lösung für einen gegebenen

Anwendungsfall nachhaltig beeinflussen. Sie bestimmen in vielen Bereichen die

Leistungsfähigkeit und mögliche Funktionalitäten, die durch das RFID-System rea-

lisiert werden können.

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Grundlagen der Radiofrequenz Identifikation (RFID)

Abbildung 6 zeigt wichtige Eigenschaften von RFID-Systemen in Abhängigkeit des

Frequenzbereiches auf.

Abbildung 6

Eigenschaften von RFID-Systemen in Abhängigkeit der Arbeitsfrequenz

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

2.4.5 Einteilung von RFID-Systemen anhand der Reichweite

Unter der Reichweite eines RFID-Systems wird der maximale Lese- / Schreibab-

stand zwischen Transponder und Reader bezeichnet. Dieser ist oftmals mit aus-

schlaggebend für eine zuverlässige Funktion eines RFID-Systems, sowie häufig

ein Indikator für die Leistungsfähigkeit. Die Reichweite wird in vier Bereiche unter-

teilt, die jeweils stark mit dem eingesetzten Übertragungsverfahren zusammen-

hängen (vgl. [Fin-08]). Die Angaben über erzielbare Reichweiten sind theoreti-

scher Natur und abhängig vom Anwendungsfall.

Close-coupling

Bezeichnet den Leseabstand von ca. 1 cm. Meist werden deshalb die Transpon-

der direkt in Lesegeräte gesteckt oder auf eine markierte Oberfläche gebracht.

Das Close-coupling nutzt entweder das elektrische oder induktive Übertragungs-

verfahren. Durch den hohen Wirkungsgrad der Leistungsübertragung vom Reader

zum Transponder ist Close-coupling prädestiniert für die Verwendung von Chips

mit hohem Energiebedarf, beispielsweise mit integrierten Mikroprozessoren, und

Vo

rga

be

nP

hys

ik

125 kHz

(LF)

13,56 MHz

(HF)

868 MHz

(passiv / aktiv) (UHF)

2,45 GHz

(passiv / aktiv) (MW / SHF)

Kopplung Induktiv (Nahfeld) Induktiv (Nahfeld)Elektromagnetisch

(Fernfeld)

Elektromagnetisch

(Fernfeld)

Einfluss von

FlüssigkeitenNiedrig Niedrig Mittel/Hoch Sehr Hoch

Praktischemax.

Reichweite [m]0,2 1,5 10/100 3/300

Daten-

übertragungsratenNiedrig Hoch Sehr Hoch Sehr Hoch

Pulkfähigkeit Nein Ja Ja/Ja Nein/Ja

Standardisierung Hoch Hoch MittelHoch Niedrig

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Grundlagen der Radiofrequenz Identifikation (RFID)

unterstützt so z. B. eine Verschlüsselung der Daten. Close-coupling Systeme sind

bei Anwendungen interessant, die eine sehr geringe Reichweite aber dafür hohe

Sicherheitsanforderungen benötigen, z. B. kontaktlose Chipkartensysteme.

Proximity-coupling

Unterstützt Reichweiten geringer als 15 cm und wird hauptsächlich bei Smart-

Card-Systemen verwendet. Die korrespondierenden RFID-Systeme sind in der

Regel sehr preisgünstig und arbeiten mit einer geringen Feldstärke (vgl. [VDI

4472-1]).

Remote-coupling: Induktiv gekoppelte Systeme, deren Reichweite bis zu ca. 1,5 m

betragen. Für viele Remote-coupled Anwendungen existieren bereits eine Reihe

von Normen. Es werden LF- und HF-Bänder verwendet. Durch die induktive Kopp-

lung bei Remote-Coupling Systemen muss berücksichtigt werden, dass bei hohen

Entfernungen nahe der maximalen Reichweite die übertragbare Betriebsenergie

sehr beziehungsweise zu gering werden kann (vgl. [VDI 4472-1]).

Long-range Systeme

Beinhalten RFID-Systeme mit Reichweiten deutlich über 1 m und nutzen die UHF-

oder Mikrowellen-Bereiche. Daten werden dabei mittels Backscatter übertragen.

„In diesem Zusammenhang ist es wichtig zu wissen, dass je höher eine Frequenz

ist (…), umso besser kann durch geeignete Antennen eine gerichtete Ausbreitung

und damit eine höhere Lesereichweite erreicht werden“ [VDI-4472-8].

2.5 Einflussfaktoren auf RFID-Systeme

Die Nutzung von elektromagnetischen Feldern bzw. Wellen zur Informationsüber-

tragung ist vorrangig für die Vorteile von RFID gegenüber anderen (Auto-)ID-

Technologien verantwortlich. Dieser Umstand macht die Technik jedoch auch an-

fällig gegenüber Störeinflüssen, die durch verschiedene Umgebungsbedingungen

und Materialien hervorgerufen werden können. Eine Übersicht über Einflussfakto-

ren auf RFID-Systeme zeigt Tabelle 3. In den folgenden Kapiteln wird auf die ein-

zelnen Einflussfaktoren näher eingegangen.

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Grundlagen der Radiofrequenz Identifikation (RFID)

Tabelle 3

Übersicht von Einflussfaktoren auf RFID-Systeme

Materialien /

Oberflächen

RF-Quellen Umgebungs-

zustände

Prozessrand-

bedingungen

Reflektierende Oberflächen Störfrequenzen, z. B.

durch Motoren, WLAN,

Frequenzumformer,

Bildschirme

Feuchte (Luftfeuchtig-

keit, Kondenswasser,

Regen, Nebel, Frost)

Relativgeschwindigkeit

Elektrisch leitende

Oberflächen

RFID-Systeme / -Kom-

ponenten in der Umge-

bung (z. B. mehrere

Schreib- / Lesegeräte,

andere Transponder,

mehrere Antennen)

Temperatur (auch

direkte Sonnenein-

strahlung)

Datenmenge

Absorbierende Materialien Weitere Salzgehalt der Luft

(z. B. Seeluft)

Pulkerfassung

Elektrostatische Aufladung Chemikalien,

Schmiermittel

Weitere

Weitere Weitere

Quelle: in Anlehnung an [VDI 4472-10]

2.5.1 Einflussfaktor: Materialien / Oberflächen

Um den Einfluss verschiedener Materialien auf die Kommunikation zwischen Rea-

der und Transponder zu verdeutlichen, wurde am Lehrstuhl für Fördertechnik Ma-

terialfluss Logistik (fml) an der TU München ein dreigeteiltes Materialmodell zur

standardisierten Beschreibung von RFID-Anwendungsfällen entwickelt. Dieses

wird dort unter anderem für Grundlagenuntersuchungen von RFID-

Systemkomponenten eingesetzt, auf Grundlage deren Ergebnisse eine Voraus-

wahl von Komponenten für einen spezifischen Anwendungsfall getroffen werden

kann. Abbildung 7 zeigt die Bestandteile des Modells.

Das Applikationsmaterial ist das Material der Oberfläche des Kennzeichnungsob-

jektes, auf das der Transponder appliziert werden soll. Das Applikationsmaterial

hat einen großen Einfluss auf die Ausprägung des Nah- und damit auch Fernfelds.

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Grundlagen der Radiofrequenz Identifikation (RFID)

Bei ungünstigem Materialuntergrund kann die Funktion des RFID-Systems stark

beeinträchtigt werden. Deshalb kann beispielsweise auf ein sogenanntes Ab-

standsmaterial zurückgegriffen werden.

Das Abstandsmaterial ist das Material eines Objektes, welches sich zwischen dem

Applikationsmaterial und dem Transponder befinden kann. Ein Abstandsmaterial

wird beispielsweise gezielt eingesetzt, wenn das Applikationsmaterial eine direkte

Anbringung eines Transponders nicht zulässt. Auch die Verpackung von Objekten

kann als Abstandsmaterial fungieren.

Abbildung 7

Materialmodell

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik (vgl. [Gün-09])

Als Luftschnittstellenmaterial wird das Material bezeichnet, das sich zwischen der

Antenne des Readers und dem Transponder befindet. Neben dieser Freiraum-

dämpfung üben feste und flüssige Materialien durch Reflexion oder Absorption

großen Einfluss auf das RFID-System aus und werden als Materialdämpfung spe-

zifiziert.

Abbildung 8 zeigt schematisch die grundsätzlichen Auswirkungen verschiedener

Materialien auf ein UHF-RFID-System, in dem sie die Abnahme der Lesereichwei-

te in Abhängigkeit der eingesetzten Materialkombinationen darstellt.

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Grundlagen der Radiofrequenz Identifikation (RFID)

Abbildung 8

Auswirkungen von Materialkombinationen auf die Lesereichweite

eines UHF-Systems

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik (eigene Darstellung in Anlehnung an [Jan-06])

Einfluss durch das Applikationsmaterial / Abstandsmaterial

Das Applikationsmaterial und damit das Abstandsmaterial kann auf Grund ver-

schiedener Effekte Einfluss auf die Funktionalität eines Transponders / RFID-

Systems ausüben.

Wirbelstromverluste / Ferritabschirmung bei metallischen Objekten

Das Anbringen eines Transponders sehr nahe an einer metallischen Oberfläche

kann insbesondere bei HF- und LF-Systemen aufgrund von Wirbelstromverlusten

zu Problemen in der Funktionalität führen. Abhilfe bietet der Einsatz von hochper-

meablen Ferriten (Metalloxide) zwischen der Transponderspule und der Oberflä-

che (vgl. [Fin-08]). Eine direkte Anbringung von UHF / MW-Labeln ohne Abstand

auf metallischen Oberflächen führt zu einem HF-Kurzschluss der Transponderan-

tenne und ist nicht möglich. Auch bei UHF-Systemen können in geringerem Um-

fang Verluste durch das Applikationsmaterial auftreten.

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Grundlagen der Radiofrequenz Identifikation (RFID)

Verstimmung

Eine Verstimmung eines Transponders durch ein Applikationsmaterial tritt haupt-

sächlich bei UHF-Transpondern auf. Sie kann durch das Auf- / Einbringen des

Transponders auf / in ein Dielektrikum hervorgerufen werden. Eine ungewollte

Verstimmung kann zu einer Verschlechterung der Ansprechempfindlichkeit des

Transponders auf der Sendefrequenz und somit einer Verringerung der Le-

sereichweite führen. Dieser Effekt wirkt sich umso stärker aus, je höher die Die-

lektrizitätskonstante und die Dicke des Dielektrikums ist (vgl. [Fin-08]). Abbildung 9

zeigt beispielhaft die Verstimmung eines UHF-Transponders durch unterschiedli-

che Applikationsmaterialien. Diese drückt sich durch die Änderung der Frequenz

mit maximaler Lesereichweite (Resonanzfrequenz) aus. In Abhängigkeit der Fre-

quenz ergeben sich demnach unterschiedliche theoretische Lesereichweiten. Es

ist erkennbar, dass Aluminium, mit einer hohen Dielektrizitätskonstante die Maxi-

malreichweite stärker senkt als Kunststoff (Polypropylen - PP) bzw. Styropor. Wei-

terhin ist ersichtlich, dass durch die geänderte Resonanzfrequenz die max.

Reichweite bei unterschiedlichen Frequenzen erreicht wird.

Abbildung 9

Verstimmung eines UHF-Transponders bei verschiedenen

Applikationsmaterialien

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

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Grundlagen der Radiofrequenz Identifikation (RFID)

Reflexion

Zuletzt kann eine Reflexion von Wellen bei UHF-Systemen am Applikationsmate-

rial zu Feldauslöschungen führen und damit einen Einfluss auf die Funktionsfähig-

keit in der näheren Umgebung des Transponders haben. Die Größe der einzelnen

Einflüsse sowie ihre Auswirkung auf eine gegebene Anwendung, können theore-

tisch kaum abgeleitet und auch in der der Praxis nicht unterschieden werden.

Auf Grund dieser Einflussfaktoren kommen für die Anwendung auf elektrisch leit-

fähigen Objekten spezielle Transponder oder Lösungen zum Einsatz, die die ne-

gativen physikalischen Eigenschaften beachten und zum Teil durch Gegenmaß-

nahmen kompensieren. Sowohl Kauflösungen, als auch anwendungsspezifische

Lösungen (z. B. Flag-Tags, On-Metal-Tags, Einsatz eines Abstandmaterials) kön-

nen Ansätze bieten. Dennoch gibt es physikalische Rahmenbedingungen, die

auch speziell abgestimmte Lösungen nicht umgehen können.

Einfluss durch Werkstoffe in der Luftschnittstelle

Im realen Prozess ist der Raum der Luftschnittstelle selten nur mit Luft gefüllt,

sondern wird (zumindest temporär) durch andere Gegenstände bzw. weitere

Kennzeichnungsobjekte ausgefüllt. Diese Materialien beeinträchtigen die Leistung

des RFID-Systems, da sie die Energie elektromagnetischer Wellen reflektieren

oder absorbieren können (s. Tabelle 4).

Im ungünstigsten Fall kann es dazu kommen, dass die Sendeleistung komplett

absorbiert / reflektiert wird und daher keinerlei Informationen zwischen Schreib- /

Lesegerät und Transponder ausgetauscht werden können. Die Rate der Absorpti-

on eines Materials ist dabei u.a. abhängig von der Frequenz einer auftreffenden

Welle. So ist z. B. „die spezifische Absorptionsrate (Dämpfung) bei 100 kHz (…)

für Wasser oder nichtleitende Stoffe etwa um den Faktor 100 000 niedriger als bei

1 GHz, damit findet praktisch keine Absorption oder Dämpfung statt” [Fin-08]. Be-

züglich der Dämpfung durch nichtleitende Materialien ergibt sich daher eine grö-

ßere Robustheit für niederfrequente LF- und HF-Systeme. „Zusätzlich kommt noch

der Wirkmechanismus der Nahfeldbeeinflussung hinzu. So ändert ein Material im

Nahfeld (bei UHF-RFID ca. 5 cm) einer Antenne (Sendeantenne oder Transpon-

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Grundlagen der Radiofrequenz Identifikation (RFID)

der) die Charakteristik einer Antenne und somit die Leistungsfähigkeit eines RFID-

Systems“ [Gün-09].

Tabelle 4

Übersicht der Auswirkungen von Störungen auf unterschiedliche

RFID-Frequenzen

125 KHz (LF) 13,56 MHz

(HF)

868 MHz

(UHF)

2,45 GHz

(MW)

Empfindlich-

keit

gegenüber

Wasser und

Flüssigkeiten

Relativ unempfindlich bei Wasser oder

anderen Flüssigkeiten, nur wenn voll-

ständig bedeckt

Lesereichweite wird

stark beeinflusst

durch Wasser und

andere Flüssigkei-

ten entweder vor

oder hinter dem

Transponder

Lesereichweite wird

sehr stark beein-

flusst durch Wasser

und andere Flüs-

sigkeiten

Reflektion/

Absorbtion

- Durchdringen Oberflächen und

Materialien, die Feuchtigkeit und

Wasser enthalten

- Umgehen kleine leitfähige Gegenstände

- Reflektion bei leitfähigen Oberflächen,

die größer sind als die Wellenlänge

- Absorption an Oberflächen, die

Feuchtigkeit oder Wasser enthalten

- Reflektion von leitfähigen Oberflächen,

die beständig größer sind als die

Wellenlänge

Anwendung - Kann direkt auf Behälter angebracht

werden, die Wasser / Flüssigkeiten

enthalten

- Unterliegen keiner Dämpfung und ähn-

licher Beeinträchtigung der Leserate,

wenn der Transponder unter Materialien

platziert wird, die Feuchtigkeit enthalten

- Kann nicht direkt auf metallische Ober

flächen platziert werden

- Lesereichweite ist direkt von der

Transpondergröße abhängig

- Kann nicht direkt auf Behälter

angebracht werden, die Wasser /

Flüssigkeiten enthalten

- Unterliegen möglicherweise einer

Dämpfung und ähnlicher Beeinträchti-

gung der Leserate, wenn der Transpon-

der unter Materialien platziert wird, die

Feuchtigkeit enthalten

- Kann nicht direkt auf metallische Ober-

flächen platziert werden

Quelle: [VDI-4472-5]

2.5.2 Einflussfaktor: RF-Quellen

Störungen von RFID-Systemen können durch elektromagnetische Wellen im

RFID-Frequenzband, ausgesandt von anderen Geräten, entstehen. Diese „Stör-“

Wellen können durch andere Kommunikationssysteme oder auch z. B. durch An-

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Grundlagen der Radiofrequenz Identifikation (RFID)

lagen (z. B. Elektromotoren) erzeugt werden. Oftmals lassen sich solche Störun-

gen nur durch eine geschickte räumliche Anordnung oder durch Abschirmungen

vermeiden / verringern.

Da zum einen viele Quellen elektromagnetischer Strahlung nicht beabsichtigten

Ursprungs und zum anderen die Ausbreitungscharakteristika der Wellen schwer

zu simulieren sind, empfiehlt es sich vor der Integration der RFID-Technologie ei-

ne Analyse der elektromagnetischen Strahlung vor Ort durchzuführen.

2.5.3 Einflussfaktor: Umgebungszustände

Nach Gillert sollten auch Belastungen auf das RFID-System, die durch den realen

Prozess oder die Umgebungsbedingungen hervorgerufen werden, bei der Ausle-

gung berücksichtigt werden. Folgende Aspekte sind Beispiele hierfür:

- Mechanische Belastungen, die vorrangig auf den Transponder wirken und

diesen beschädigen oder ablösen können, wie Stöße, Schwingungen, Druck,

Reibung oder Scherkräfte.

- Chemische Belastungen, die einen Transponder angreifen können, wie Öle,

Reinigungsmittel, Schmierstoffe, Laugen, Säuren, Tenside, Lösungsmittel

etc.

- Thermische Belastungen wie sehr hohe oder niedrige Temperaturen am Ort

des RFID-Einsatzes.

- Witterungsbedingte Einflüsse, die die Kommunikation zwischen Transponder

und Schreib- / Lesegerät negativ beeinflussen können, wie Regen, Nebel,

Luftfeuchtigkeit, Frost, Seeluft etc. (vgl. [Gil-07]).

Die Analyse der auftretenden Einflussfaktoren, sowie die Definition von Abhilfe-

maßnahmen, sind wichtiger Bestandteil eines RFID-Projektes.

2.5.4 Einflussfaktor: Prozessrandbedingungen

Relativgeschwindigkeit und Datenmenge

Das Auslesen eines Transponders durch ein Schreib- / Lesegerät benötigt eine

gewisse Zeit, die z. B. abhängig ist von der Datenmenge oder der Arbeitsfrequenz.

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Grundlagen der Radiofrequenz Identifikation (RFID)

Je höher die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Transponder und Reader ist,

desto fehleranfälliger ist die Erfassung der Daten. Bei einer zu hohen Relativge-

schwindigkeit kann es insbesondere bei dem Versuch einer gleichzeitigen Lesung

mehrerer Transponder vorkommen, dass ein Transponder nicht mehr erfasst wird

(vgl. [VDI-4472-5]).

Folgende Maßnahmen können helfen diese Problematik zu reduzieren:

- Die Datenmenge wird verringert, bzw. es wird nur eine Identifikationsnummer

auf dem Transponder gespeichert.

- Durch eine geschickte Ausrichtung bzw. Anordnung der Antennen kann der

erfasste Bereich vergrößert und dem System so mehr Zeit für die Auslesung

gegeben werden. Der gleiche Effekt wird auch durch eine Verringerung der

Geschwindigkeitsdifferenz erreicht.

- Der Einsatz einer anderen Arbeitsfrequenz kann in Betracht gezogen wer-

den.

Pulkerfassung

Bei einer Pulkerfassung können sich Fehlauslesungen z. B. durch folgende Prob-

leme ergeben:

- Innenliegende Transponder sind durch andere Objekte abgeschirmt und

werden nicht erfasst.

- Einige Transponder sind im Verhältnis zur Antenne ungünstig ausgerichtet.

- „Die zur Verfügung stehende Zeit (bedingt durch hohe Geschwindigkeiten

der Transportmittel oder durch kurze Leseintervalle) reicht nicht aus, um alle

notwendigen Informationen auszulesen” [VDI-4472-5].

- Die zur Verfügung stehende Zeit reicht nicht aus, um alle Transponder zu er-

fassen.

- Bei hoher Transponderanzahl erfolgt eine Kollision von Daten.

- Transponder innerhalb des Erfassungsbereiches, die eigentlich nicht erfasst

werden sollen, werden fälschlicherweise gelesen („false positives“).

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Grundlagen der Radiofrequenz Identifikation (RFID)

2.6 Standards und Normen für RFID-Systeme

In diesem Kapitel werden Standards und Normen für RFID-Systeme, sowie Ver-

weise auf die entsprechenden Quellen zum Bezug derselben, vorgestellt.

2.6.1 Institutionen und Einrichtungen zur Normung im RFID-

Umfeld

Normen werden im Umfeld von RFID von verschiedenen nationalen und internati-

onalen Institutionen entwickelt (vgl. [Sch-11], [Gri-11]):

- Deutsches Institut für Normung (DIN): Institut, welches für Deutschland ho-

heitlich mit der Entwicklung von Normen vertraut ist und Deutschland in in-

ternationalen Gremien vertritt

- Europäisches Komitee für Normung (CEN): Entwicklung allgemeiner Normen

auf europäischer Ebene

- Europäisches Komitee für elektrotechnische Normung (CENLEC): Entwick-

lung elektrotechnischer Normen auf europäischer Ebene

- European Telecommunications Standards Institution (ETSI): Entwicklung von

Funknormen auf europäischer Ebene

- International Organization for Standardization (ISO): Entwicklung allgemeiner

Normen auf weltweiter Ebene

- International Electrotechnical Commission (IEC): Entwicklung elektrotechni-

scher Normen auf weltweiter Ebene

- International Telecommunication Union (ITU): Entwicklung Funknormen auf

weltweiter Ebene

- EPCglobal: Joint Venture der beiden Behörden UCC und EAN zur Entwick-

lung von Industrienormen für einen weltweiten RFID-Einsatz

Weiterhin existieren in Deutschland Verbände und Vereine, die Empfehlungen und

Richtlinien für den RFID-Einsatz bereitstellen. Beispiele sind der Verband der Au-

tomobilindustrie e. V. (VDA) oder der Verein Deutscher Ingenieure e.V. (VDI).

Auch international gibt es weitere Einrichtungen wie z. B. die Air Transportation

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Grundlagen der Radiofrequenz Identifikation (RFID)

Association of America, Inc. (ATA) oder das amerikanische Verteidigungsministe-

rium (DoD), die Standards und Normen für spezifische RFID-Bereiche entwickeln.

2.6.2 Normen und Standards der internationalen Institutionen

Normen aus dem RFID-Umfeld lassen sich in verschiedene Bereiche einteilen

(vgl. [GRI-11]):

- Luftschnittstellenstandards,

- Anwendungsstandards,

- Konformitäts- und Leistungsstandards,

- Datenkodierungsstandards und -protokolle,

- Standards und Protokolle zum Datenaustausch,

- Datenschutz und -sicherheitsrichtlinien,

- Datenstandards,

- Geräteschnittstellenstandards und

- Umweltschutzrichtlinien.

Das Europäische Forschungsprojekt GRIFS - The Global RFID Interoperability

Forum for Standards - hat aktuell 127 veröffentlichte sowie 48 sich in Entwicklung

befindende Standards für RFID identifiziert. Weitere aktuelle Informationen zu den

einzelnen Normen dieser internationalen Institutionen können unter

http://www.grifs-project.eu/db/ ?q=facet gefunden werden. VDI Richtlinien und

VDA Empfehlungen sind bei GRIFS nicht gelistet und werden im Folgenden sepa-

rat vorgestellt.

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Grundlagen der Radiofrequenz Identifikation (RFID)

2.6.3 VDI Richtlinie 4472

Der Verein Deutscher Ingenieure hat in mehreren Blättern Richtlinien zu RFID

ausgearbeitet. Sie beschäftigen sich neben dem allgemeinen Teil (Blatt 1) mit

speziellen Anwendungen (Blätter 2, 5, 12), Teilaspekten des Vorgehens in Projek-

ten (Blätter 4, 8) sowie dem Testen von RFID-Systemen (Blatt 10). Diese Richtli-

nien sind im Folgenden aufgezeigt:

- VDI 4472 Blatt 1: Anforderungen an Transpondersysteme zum Einsatz in der

Supply Chain - Allgemeiner Teil.

- VDI 4472 Blatt 2: Anforderungen an Transpondersysteme zum Einsatz in der

Supply Chain - Einsatz der Transpondertechnologie in der textilen Kette -

HF-Systeme.

- VDI 4472 Blatt 4: Anforderungen an Transpondersysteme zum Einsatz in der

Supply Chain - Kosten-Nutzenbewertung von RFID-Systemen in der Logistik.

- VDI 4472 Blatt 5: Anforderungen an Transpondersysteme zum Einsatz in der

Supply Chain - Einsatz der Transpondertechnologie in der Mehrweglogistik.

- VDI / VDEB 4472 Blatt 8: Anforderungen an Transpondersysteme zum Ein-

satz in der Supply Chain - Leitfaden für das Management von RFID-

Projekten.

- VDI/AIM 4472 Blatt 10: Anforderungen an Transpondersysteme zum Einsatz

in der Supply Chain - Testverfahren zur Überprüfung der Leistungsfähigkeit

von Transpondersystemen (RFID).

- VDI 4472 Blatt 12: Anforderungen an Transpondersysteme zum Einsatz in

der Supply-Chain - Einsatz der Transpondertechnologie zur Unterstützung

der Rückverfolgbarkeit am Beispiel der automobilen Supply-Chain.

2.6.4 VDA Richtlinien

Der Verband der Automobilindustrie hat für wichtige Anwendungsfälle der Branche

folgende Empfehlungen entwickelt, die er digital zur Verfügung stellt

(www.vda.de):

- VDA 5501: RFID im Behältermanagement der Supply Chain

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31

Grundlagen der Radiofrequenz Identifikation (RFID)

- VDA 5510: RFID zur Verfolgung von Teilen und Baugruppen in der Automo-

bilindustrie

- VDA 5520: RFID in der Fahrzeugdistribution; SFVR-Standardisierung von

Fahrzeug-Versand-Informationen für den RFID-Einsatz

- VDA 5520 - Anhang: Beispiel Versandlabel

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32

Hardwarekomponenten einer RFID-Lösung

3 Hardwarekomponenten einer RFID-Lösung

Vorstellung von Hardwarekomponenten zur Identifikation und weiteren wichtigen dezentralen Hardwarekomponenten von RFID-Systemen

Im Kapitel drei werden die wichtigsten Hardwarekomponenten von RFID-

Systemen zur Identifikation vorgestellt. Diese werden insbesondere zur Ausgestal-

tung des Identifikationspunkts als den Ort, an dem die logistischen Daten eines

Objektes erfasst und kontrolliert werden (in Anlehnung an [Arn-08]), eingesetzt.

Aber auch Komponenten, die nicht direkt zur Identifikation beitragen, wie z. B.

RFID-Drucker, werden in diesem Kapitel näher beleuchtet (s. Abbildung 10).

Abbildung 10

Kapitel 3 – Übersicht

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

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33

Hardwarekomponenten einer RFID-Lösung

3.1 Der Identifikationspunkt bei RFID-Systemen

Identifikationspunkte (I-Punkte) in einem RFID-System sind Orte, an denen Kenn-

zeichnungsobjekte identifiziert werden. Die Ermittlung der Anzahl und Positionie-

rung von I-Punkten oder deren technische Ausgestaltung sind Aufgaben im Rah-

men eines RFID-Projektes. Dabei ist zu beachten, dass der Vorgang der Identifi-

kation am I-Punkt, wie auch die eingesetzte Hardware, Unternehmensabläufe

möglichst wenig negativ beeinflussen.

3.1.1 Hardwarekomponenten zur Identifikation

Die Ausgestaltung von Identifikationspunkten ist von zentraler Bedeutung zur Ge-

währleistung eines sicheren Identifikationsvorganges. Abbildung 11 zeigt Kompo-

nenten, die in der Regel Bestandteil eines Identifikationspunktes sind.

Abbildung 11

Komponenten eines Identifikationspunktes

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

Transponder

Wird auch als Tag bezeichnet und ist eine der wesentlichen Komponenten eines

RFID-Systems. Er dient als Datenspeicher am Kennzeichnungsobjekt und ist so-

mit die Schnittstelle zwischen Materialfluss und Informationsfluss.

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34

Hardwarekomponenten einer RFID-Lösung

Funkstrecke bzw. Luftschnittstelle

Keine Komponente im eigentlichen Sinn, sondern der Raum zwischen Transpon-

der und Antenne über den die Informationsübertragung stattfindet.

Antenne

Gibt es in verschiedenen anwendungsspezifischen Ausführungsformen. Sie ist mit

dem Schreib- / Lesegerät verbunden. Auch jeder Transponder besitzt eine Anten-

ne. Die Antenne des Schreib- / Lesegerätes dient zum Aufbau eines Feldes bzw.

sendet / empfängt Wellen, die von der Antenne des Transponders aufgenommen

und von diesem reflektiert werden können.

Schreib- / Lesegerät (Reader)

Ist die Komponente, die über eine oder mehrere Antennen die Verbindung mit

dem Transponder aufbaut. Der Reader initiiert und steuert die Kommunikation mit

einem oder mehreren Transpondern.

Portal / Anbringung

Die Komponente(n) am Identifikationspunkt, die für die Anbringung und Positionie-

rung der Antenne(n) sorgen. Oftmals kommen Ständer oder Gates zum Einsatz,

aber auch Tunnel, Flurförderfahrzeuge oder Regale können als Anbringungsge-

genstand dienen. Da diese Konstruktion selbst Einfluss auf die Funktionalität des

RFID-Systems nehmen kann, muss Sie bei der Auslegung des Identifikations-

punktes mit beachtet werden.

Input / Output-Komponenten

Sie werden hauptsächlich genutzt, um mögliche, im Prozess aufgetretene, Prob-

leme zu melden oder Aktionen durchzuführen sobald ein Ereignis eingetroffen ist.

Häufig dienen sie als Auslöser und / oder als Schnittstelle in der Maschine /

Mensch-Kommunikation.

Peripheriegeräte

Komponenten zur Unterstützung des RFID-Einsatzes. Sie dienen z. B. zur Erzeu-

gung und Anbringung von Transpondern an Kennzeichnungsobjekten und beinhal-

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35

Hardwarekomponenten einer RFID-Lösung

ten RFID-Etikettendrucker und Applikatoren zur automatisierten Anbringung von

Tags.

3.1.2 Beispiele für die Ausgestaltung eines Identifikationspunk-

tes

Im Folgenden werden exemplarisch technische Ausgestaltungen von Identifikati-

onspunkten bei Einsatz der RFID-Technik vorgestellt.

„Einfacher“ I-Punkt mit einzelner Antenne

Der Identifikationspunkt besteht aus einem Reader mit einer Antenne, montiert

beispielsweise auf einem Ständer oder an einer Wand (s. Abbildung 12).

Tendenziell nimmt die Lesereichweite mit der Größe der Antennenfläche zu, aller-

dings auch die Störempfindlichkeit (vgl. [Ker-07]). Auf Grund des eingeschränkten

Lesebereiches und der Feldausbreitung – ausgehend von nur einer Antenne –

muss darauf geachtet werden, dass sich keine reflektierenden oder absorbieren-

den Materialien zwischen Antenne und Transponder befinden, um eine korrekte

Auslesung zu gewährleisten.

Abbildung 12

Einfacher Identifikationspunkt mit einzelner UHF-Antenne

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

Handlesegerät

Handlesegeräte können z. B. an einem Notebook angeschlossen sein, in ein PDA

integriert werden oder sind eigenständige Geräte (s. Abbildung 13) und dienen zur

mobilen Identifikation. Somit ist bei der Verwendung dieser Geräte die Akkukapa-

zität zu berücksichtigen. Für die Kommunikation zur Middleware unterstützen sie

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36

Hardwarekomponenten einer RFID-Lösung

in der Regel drahtlose Verbindungen (zum Beispiel WLAN, Bluetooth) oder sind

über ein Kabel angeschlossen. Sie werden beispielsweise bei der Kommissionie-

rung oder Inventur verwendet (vgl. [Ker-07]).

Abbildung 13

Handlesegerät

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

Antennensysteme als Gate / Portal

„Mit dem Begriff „Gate“ wird ein Antennensystem bezeichnet, das aus [mindes-

tens] zwei gegenüberstehenden einzelnen Antennen (-systemen) besteht [s. Ab-

bildung 14]. Die Reichweitenangabe bei einer Gate-Antenne bezieht sich auf den

Abstand, mit dem die (…) einzelnen Antennen (-systeme) aufgestellt werden kön-

nen, um den jeweiligen Transponder bei optimaler Kopplung lückenlos lesen oder

beschreiben zu können“ [VDI-4472-10]. Somit können Gates so ausgelegt werden,

dass sie einen möglichst großen Bereich abdecken und bieten eine Erfassung in

frontaler, seitlicher und gegebenenfalls auch Deckenorientierung. Teilweise kom-

men deshalb weitere Antennen, zum Beispiel oberhalb des Erfassungsbereiches,

zur Anwendung. Angewendet werden Portale oftmals dort, wo viele Transponder

in kurzer Zeit ausgelesen werden sollen, also zum Beispiel an der Laderampe.

Dabei sind die Dimensionen speziell für die Durchfahrt von Flurförderfahrzeugen

ausgelegt. Aufgrund der möglichen Reichweiten der verschiedenen Frequenzbän-

der kommt hauptsächlich UHF neben HF zum Einsatz (vgl. [Ker-07]).

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37

Hardwarekomponenten einer RFID-Lösung

Abbildung 14

RFID-Gate: Durchfahrt eines Gabelstaplers

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

Bei der Verwendung von UHF-RFID-Systemen können sich durch Reflexionen

Auswirkungen auf das Erfassungsfeld ergeben. Neben einer Einschränkung der

Erfassbarkeit von Objekten kann es insbesondere auch bei Gate-Aufbauten zu

Überreichweiten und damit verbunden zu fälschlichen Lesungen von Transpon-

dern und damit Objekten kommen. Dies ist z. B. möglich, wenn Objekte an einem

Gate vorbeifahren und nicht hindurch, aber dennoch gelesen werden. Eine falsche

Verbuchung der Objekte muss durch geeignete Maßnahmen vermieden oder zu-

mindest kenntlich gemacht werden.

Tunnelleser

Tunnelleser werden häufig für die Identifikation an Fließbändern eingesetzt, die

dann durch einen Tunnel geleitet werden (s. Abbildung 15).

Somit ist eine „sorglose“ Platzierung der Kennzeichnungsobjekte auf dem Fließ-

band möglich, da keine Rücksicht auf die Lage des Transponders genommen

werden muss. Für jede Achse sind, im einfachsten Fall, je zwei einzelne Anten-

nensysteme als Gate „verschaltet“ (vgl. [VDI-4472-10]). Bei der Umsetzung sollten

die Antennen ca. 45 cm vom Fließband entfernt montiert werden, da es sonst zu

starken Reflexionen kommen kann (vgl. [Bri-10a]).

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38

Hardwarekomponenten einer RFID-Lösung

Abbildung 15

Schematische Darstellung eines Tunnellesers

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

Regalleser

Ein Regalleser prüft ständig bzw. in regelmäßigen Abständen, ob sich ein Objekt

in seinem Empfangsbereich befindet und kann so die vorhandene Menge eines

Artikels / von Behältern überwachen und gegebenenfalls eine Aktion auslösen. Zu

beachten ist hierbei, dass die richtige Orientierung des Transponders gewährleis-

tet wird (vgl. [Ker-07]). Häufig wird das HF-Frequenzband verwendet, da die

Reichweite ausreichend ist, es relativ unempfindlich gegenüber Flüssigkeiten und

elektrisch leitenden Materialien ist und Überreichweiten ein geringeres Problem

als bei UHF-Systemen darstellt (vgl. [Bri-10a]). Durch die unkritische zeitliche An-

forderung genügt es, mehrere Antennen über einen Multiplexer zusammenzu-

schalten, d.h. nacheinander zu aktivieren (vgl. [Ker-07]). Regalleser können ge-

nutzt werden, um zum Beispiel Anlieferungsstrategien wie Kanban zu unterstützen

(vgl. [Bar-08]). Abbildung 16 zeigt ein solches Kanban-Regal, ausgestattet mit

RFID-Antennen.

Abbildung 16

RFID-unterstütztes Kanban-Regal (Versuchsaufbau)

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

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Hardwarekomponenten einer RFID-Lösung

Gabelzinkenantenne / Gabelstapler-Frontantenne (vgl. [Gün-09])

Speziell für Gabelstapler gibt es eigene Lösungen für die Erfassung von

Transpondern respektive der zugehörigen Kennzeichnungsobjekte. Bei der Front-

antenne ist / sind die Antenne(n) am Gabelrücken montiert, bei der Gabelzinken-

antenne sitzt die Antenne in der Gabelzinke (s. Abbildung 17).

Abbildung 17

Gabelzinkenantenne (link) und Gabelstapler-Frontantenne (rechts)

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

Die Gabelzinkenantenne eignet sich speziell für die Identifikation von Paletten und

Gitterboxen. Sie ist in der Lage, UHF-Transponder die unter einer Gitterbox oder

in einer Palette senkrecht montiert sind, sicher zu erfassen, auch bei einer mehr-

fachtiefen Anwendung. Jedoch ist es nicht möglich, gestapelte Paletten zu erken-

nen. Eine Frontantenne ist bei passender Transponderanbringung und Sicherheit

der Ausrichtung in der Lage, gestapelte Paletten / Gitterboxen zu identifizieren.

Die sichere Identifikation von mehrfachtief geladenen Ladehilfsmitteln gestaltet

sich hingegen als Herausforderung.

3.1.3 Implementierung eines Identifikationspunktes

Die folgende Auflistung zeigt ausschnittsweise wichtige Aspekte, die bei der Um-

setzung eines Identifikationspunktes berücksichtigt werden sollten (vgl. [Bri-10a]):

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Hardwarekomponenten einer RFID-Lösung

Anzahl und Anordnung der Reader und Antennen

Das reale Antennenfeld entspricht durch Störungen nicht dem theoretischen An-

tennenfeld. Um den vorgegebenen Erfassungsbereich realisieren zu können,

müssen deshalb teilweise mehrere Antennen parallel betrieben werden. Dabei ist

darauf zu achten, dass diese sich nicht gegenseitig stören, beispielsweise durch

eine geschickte Anordnung oder spezielle Funktionen des Schreib- / Lesegerätes.

Bei der Anordnung an einem Gate sollte darauf geachtet werden, dass die Anten-

nen nicht auf der exakt gegenüberliegenden Position befestigt sind. Dies könnte

Interferenzen zwischen den Antennen verursachen und somit die Kommunikation

mit den Transpondern stören. Auch bestimmte Abstände, insbesondere zu Metal-

len, sollten eingehalten werden, da es auch hier zu störenden Wechselwirkungen

kommen kann (vgl. [Sie-06]).

Anpassung der Hardware-Parameter

Um die Leistungsfähigkeit eines Identifikationspunktes zu optimieren, müssen die

Parameter der einzelnen Hardware-Komponenten an das Erfassungsszenario an-

gepasst werden. Gerade bei Pulkerfassungen kann so die Erfassungsquote der

gekennzeichneten Objekte deutlich gesteigert werden. Neben verschiedenen Re-

ader-Parametern (Q-Wert, Sessionflags etc.) müssen beispielsweise auch die In-

put- / Output-Komponenten berücksichtigt und angepasst werden.

Schutz der Komponenten

Bei I-Punkten wie Gates oder Tunnellesern, bei denen die Kennzeichnungsobjekte

mit Hilfe von Flurfördermitteln oder anderem Gerät bewegt werden, muss darauf

geachtet werden, dass die Komponenten (z. B. Reader, Antennen, Kabel, …) nicht

beschädigt werden können.

Relativgeschwindigkeit der Kennzeichnungsobjekte

Findet die Identifizierung von Kennzeichnungsobjekten bei einer Relativbewegung

zwischen Reader und Transponder bzw. Kennzeichnungsobjekt statt, muss darauf

geachtet werden, dass der Reader genug Zeit hat, die Daten auszulesen. Für eine

hohe Zuverlässigkeit sollte hierbei auch berücksichtigt werden, dass die Zeit ge-

gebenenfalls ausreicht, um auch mehrere Ausleseversuche zu beginnen. Insbe-

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Hardwarekomponenten einer RFID-Lösung

sondere ist dies von Bedeutung, wenn im Pulk eine große Anzahl an Transpon-

dern „gleichzeitig“ gelesen werden soll.

Orientierung der Kennzeichnungsobjekte

Die richtige Orientierung zwischen Reader und Transponder sollte ebenfalls bei

der Installation berücksichtigt werden. Falls keine einheitliche Lage der Transpon-

der gewährleistet werden kann, müssen technische Maßnahmen zur Sicherung

der Identifikation ergriffen werden (z. B. Einsatz mehrerer Antennen / zirkular pola-

risierte Antennen, Einsatz spezieller Transponder, …).

Trennung der Arbeitskanäle

Werden auf kleinem Raum mehrere Schreib- / Lesegeräte eingesetzt, ist auf eine

klare Trennung der Arbeitskanäle zu achten. Alternativ sind geeignete Maßnah-

men und bauliche Einrichtungen zur Abschirmung zu treffen, um eine gegenseitige

Störung zu vermeiden. Eine Abstimmung der Schreib- / Lesegeräte untereinander

und ihrer Umwelt sollte erfolgen (vgl. [VDI-4472-8]).

3.2 Der Transponder

Der Transponder befindet sich an dem zu kennzeichnenden Objekt. Er enthält di-

gitale Daten (meist eine Identifikationsnummer), die an einem Objekt mitgeführt

werden sollen. Diese kann der Transponder auf Abruf an ein resonantes Schreib- /

Lesegerät übermitteln, welches die Daten letztendlich an ein übergeordnetes IT-

System weitergibt. Häufig wird neben der Bezeichnung Transponder auch das

Wort Tag verwendet.

3.2.1 Aufbau

Nach Finkenzeller gibt es einen universalen Aufbau eines Transponders nicht, da

sich Transponder je nach Funktionsrahmen, Betriebsfrequenz und Anwendungs-

fall unterscheiden. Jedoch gibt es zwei Komponenten, die alle Transponder ge-

mein haben. Einen Mikrochip bzw. im einfachsten Fall eine Verschaltung von

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Hardwarekomponenten einer RFID-Lösung

Kondensatoren und Spulen, eine Antenne und eine elektronische Schaltung für

weitere Funktionen des Transponders.

Der Mikrochip enthält selbst weitere Komponenten, wie z. B. den Nutzspeicher,

Speicher für das Betriebssystem und in komplexen Anwendungsfällen sogar einen

Mikroprozessor. Wie bereits erwähnt, reicht aber im einfachsten Fall statt des Mik-

rochips eine Verschaltung elementarer elektronischer Bauelemente aus, welches

dann genau 1 Bit speichern kann und beispielsweise für Warensicherungssysteme

(Electronic Article Surveillance - EAS) genügt.

Die Antenne ist die Komponente des Tags, die die Kopplung mit der Außenwelt

respektive dem Reader ermöglicht. Über sie können Daten ausgetauscht und der

Transponder mit Energie versorgt werden. Aufbau, Form und Material sind u.a.

von der Wahl der Frequenz abhängig, auf der das RFID-System betrieben werden

soll (vgl. [Fin-08]).

3.2.2 Energieversorgung

Für den Betrieb eines Transponders wird eine externe Energieversorgung, das

Feld der Reader-Antenne, benötigt. In manchen Anwendungen kann es allerdings

sinnvoll sein, den Tag mit einer Batterie auszustatten. Es werden deshalb nach

Finkenzeller drei verschiedene Energieversorgungsarten unterschieden (vgl. [Fin-

08]):

Passiv

Passive Transponder verwenden keine eigene Energiequelle. Sie müssen voll-

ständig durch das elektromagnetische Feld bzw. Wellen der Antenne des Readers

mit Energie versorgt werden, sowohl für die Speisung des Chips als auch für die

Kommunikation über das Feld / die Wellen. Daraus resultiert u.a. der Nachteil,

dass kein RAM-Speicher genutzt werden kann.

Semi-aktiv (auch semi-passiv / aktiv)

Diese Art von Transpondern wird in verschiedenen Quellen unterschiedlich, als

aktiv, semi-passiv oder auch semi-aktiv bezeichnet. Im Folgenden wird der Begriff

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Hardwarekomponenten einer RFID-Lösung

semi-aktiv verwendet. Semi-aktive Transponder besitzen eine eigene Batterie, die

sogenannte Stützbatterie. Diese übernimmt die Aufgabe der Energieversorgung

des Mikrochips. Dadurch kann sich der Funktionsrahmen eines Transponders um

folgende Funktionen erweitern:

- Verwendung von SRAM-Speicher

Im Gegensatz zu EEPROM benötigen die RAM Speicher, die u.a. eine höhe-

re Kapazität besitzen, zur Aufrechterhaltung ihrer gespeicherten Daten eine

ständige Energieversorgung. Da Transponder nur im Feld des Readers mit

Energie versorgt werden, ist deshalb außerhalb der Betriebsphase diese „zu-

sätzliche“ Stromquelle notwendig.

- Höhere Reichweite

Die Batterie versorgt den Mikrochip mit Energie. Aufgrund dessen reicht ein

schwächeres Feld der Reader-Antenne für den Betrieb des Transponders

aus. Folglich kann sich die Reichweite deutlich erhöhen.

- Schnellere Reaktion

Die Energieversorgung durch die Batterie ermöglicht eine deutlich schnellere

Inbetriebnahme des Transponders. Im Gegensatz zum passiven Transpon-

der, der sich erst vollständig über das Feld aufladen muss, benötigt der akti-

ve nur ein kurzes „Aufwach-Signal“ und beginnt dann sofort mit dem Reader

zu kommunizieren.

- Unterstützung von sensorischen Funktionalitäten

Durch die Batterie können im Transponder Sensoren implementiert werden.

Einschränkend ergibt sich durch die Kapazität der Batterie eine endliche Lebens-

dauer. Diese beträgt in den meisten Fällen ca. 3-5 Jahre, manche Anbieter spre-

chen von bis zu 10 Jahren.

Aktiv (auch Telemetriesender)

Diese Klasse von aktiven Transpondern, also mit integrierter Batterie, verfügt

selbst über einen aktiven Sender und häufig auch über einen qualitativ hochwerti-

gen Empfänger. Diese Komponenten werden über die eingebaute Batterie ge-

speist. Deshalb ist dieser Transpondertyp selbst in der Lage, ein Feld auszusen-

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Hardwarekomponenten einer RFID-Lösung

den, im Gegensatz zum bereits vorgestellten semi-aktiven Transponder, der das

Feld der Reader-Antenne lediglich reflektiert. Durch das eigene, aktiv erzeugte

Feld sind vergleichsweise große Reichweiten möglich.

3.2.3 Bauformen

Transponder treten für die unterschiedlichen Anwendungen in verschiedensten

Bauformen auf. Hier soll ein kurzer Überblick über häufige Vertreter gegeben wer-

den (vgl. [Fin-08]).

Disks und Münzen

Hier handelt es sich um Transponder in einem runden Spritzgussgehäuse mit

Durchmessern von wenigen Millimetern bis zu 10 cm. Falls die Anwendung höhe-

re Temperaturanforderungen stellt, kann statt dem Spritzguss auch Polystyrol oder

Epoxidharz verwendet werden (s. Abbildung 18).

Abbildung 18

Disktransponder

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

Glastransponder

Die 12 bis 32 mm langen Glasröhrchen werden in der Tieridentifikation eingesetzt.

Aufgrund der guten Eigenschaften gegenüber Absorption wird meistens das LF-

Band genutzt, das vorteilhaft für die kompakte Bauform ist, da als Antenne eine

um einen Ferritkern gewickelte Spule verwendet werden kann (s. Abbildung 19).

Glas bietet einen hervorragenden Schutz vor Feuchtigkeit. Im Zusammenspiel mit

dem LF-Band sind Glastransponder sehr gut für feuchte Umgebungsbedingungen

geeignet.

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Hardwarekomponenten einer RFID-Lösung

Abbildung 19

Glastransponder

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

Inlays / Smart Label

Inlays sind die Grundlage für viele Arten von Transponder-Bauformen. Dabei han-

delt es sich um papierdünne Transponder, die durch Ätztechnik oder Siebdruck

auf einer 0,1 mm dicken Plastikfolie aufgebracht werden (s. Abbildung 20).

Diese sind bereits voll funktionsfähig, müssen aber aus Schutz vor Umwelteinflüs-

sen noch mit einer Schutzschicht ausgestattet werden. Um Verstimmungen zu

vermeiden ist die Resonanzfrequenz schon auf das Schutzmaterial oder einen

Applikationsuntergrund abgestimmt. Je nach Auswahl des Schutzmaterials und

der Bauform entstehen zum Beispiel die Chipkarte oder ein Smart Label. Letztere

sind nur mit einer dünnen Folie geschützt. Dadurch sind sie flexibel und für das

Markieren vieler Kennzeichnungsobjekte nutzbar. Des Weiteren lässt sich die

Vorderseite der Smart Label leicht mit einem Barcode bedrucken und unterstützt

so den Übergang oder Parallelbetrieb von Barcode und RFID. Das Bedrucken

kann durch einen RFID-Drucker automatisiert werden (vgl. [Ker-07]).

Abbildung 20

Inlays mit Mikrochip und Antennenspule

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

Plastikgehäuse (Hard-Tags)

Üblicherweise handelt es sich hierbei um oben genannte Smart Label, die in spe-

zielle Kunststoffgehäuse eingegossen werden (s. Abbildung 21). Diese Bauart ist

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Hardwarekomponenten einer RFID-Lösung

besonders für Anwendungen mit hohen mechanischen Anforderungen (z. B. Vib-

rationen) geeignet (vgl. [Hel-09]), und bietet Vorzüge bei der direkten Applikation

auf Metall („On-Metal-Tags“).

Abbildung 21

RFID-Hard Tags

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

Kontaktlose Chipkarten

Die bekannte „ID-1 Bauform“ von ec-Karten gewinnt in der RFID als kontaktlose

Chipkarte immer mehr an Bedeutung. Eingesetzt werden in der Regel LF- und HF-

Transponder. In einigen Anwendungen wird das Mikrowellen-Frequenzband ge-

nutzt. Dadurch können die Vorzüge des Backscatter-Verfahrens, zum Beispiel ei-

ne deutlich erhöhte Reichweite, genutzt werden.

Coil-on-Chip

Besitzt im Gegensatz zu den bereits genannten Bauformen die Besonderheit,

dass die Antennenspule direkt auf dem Chip integriert ist und folglich kleinste Ab-

messungen ermöglicht (ø 6 mm x 1,5 mm).

3.2.4 Klassen

Um die Vielzahl an Transponder zu gliedern, gibt es von der EPCglobal eine Klas-

sifikation anhand des Funktionsumfangs (vgl. [Arm-09]). Die Klassen sind als Hie-

rarchiestufen zu sehen, bei der die höhere Klasse die Eigenschaften der niedrige-

ren Klassen und zusätzlich weitere Funktionen unterstützt.

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Hardwarekomponenten einer RFID-Lösung

- Klasse 1: Passive Backscatter Transponder mit minimalem Funktionsum-

fang, die hauptsächlich der reinen Identifikation des Objekts mit Hilfe einer

UID dienen.

- Klasse 2: Transponder mit einem im Vergleich erweiterten Funktionsumfang,

- z. B. einem erweiterten Nutzspeicher oder einer Zugriffskontrolle.

- Klasse 3: Aktive Transponder, die Sensor-Funktionen übernehmen können.

- Klasse 4: Aktiver Transponder, der einen eigenen Sender besitzt.

3.2.5 RFID-Sensoren

Eine erweiterte Form von Transpondern sind sogenannte RFID-Sensoren. Diese

erlauben neben der Speicherung der Identifikationsnummer und gegebenenfalls

weiteren Nutzdaten auch die Protokollierung von Umgebungsparametern bzw.

-einflüssen (vgl. [Bar-08], [Fin-08]).

Da RFID-Sensoren in der Regel deutlich teurer als Transponder ohne Sensorfunk-

tionen sind, muss der Nutzen ihres Einsatzes abgewägt werden. Andererseits er-

öffnen sich durch die Verwendung von RFID-Sensoren weitere Gestaltungsmög-

lichkeiten für den RFID-Einsatz, zum Beispiel der Zuordnung von Temperaturver-

läufen zu einem Produkt.

3.3 Das Schreib / -Lesegerät (Reader)

Dieses Kapitel geht auf das Schreib- / Lesegerät (SLG) bzw. den Reader ein. Der

Reader stellt das „Gegenstück” zum Transponder dar. Er baut über seine Anten-

ne(n) eine Verbindung nach einem bestimmten Übertragungsverfahren mit einem

resonanten Transponder auf und kann so Daten austauschen. Diese leitet er dann

weiter an die Edgeware / Middleware, die ihrerseits die Daten nach anwendungs-

spezifischen Gesichtspunkten bearbeitet und an ein übergeordnetes Informations-

system weitergibt.

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Hardwarekomponenten einer RFID-Lösung

3.3.1 Aufbau

Reader sind, obwohl es Unterschiede in der Art der Kopplung, der Betriebsart und

der Übertragungsverfahren gibt, in der prinzipiellen Funktionsweise und somit

auch im Aufbau sehr ähnlich. Sie können auf grundsätzliche Funktionsblöcke re-

duziert werden (vgl. [Fin-08]):

Die Steuerung besitzt auf der einen Seite die Aufgabe, mit der Applikationssoft-

ware zu kommunizieren und ihre Befehle auszuführen. Auf der anderen Seite

muss sie die Kommunikation mit einem Transponder steuern und dessen Signale

codieren bzw. decodieren. Zusätzlich sind weitere komplexe Funktionen möglich:

- Ausführen eines Anti-Kollisionsalgorithmus,

- im Falle einer Verschlüsselung der Daten die Ent- und Verschlüsselung und

- die Abwicklung einer Authentifizierung zwischen Transponder und Reader.

Das HF-Interface hat mehrere Aufgaben. Es erzeugt eine hochfrequente Sende-

leistung um den Transponder zu aktivieren und mit Energie zu versorgen. Weiter-

hin moduliert es ein Sendesignal zur Übertragung von Daten an den Transponder

um anschließend die vom Transponder empfangenen HF-Signale zu demodulie-

ren.

Der Reader besitzt diverse Anschlüsse. Hervorzuheben ist der Antennenan-

schluss, an dem über ein Koaxial-Kabel die Antenne angeschlossen wird. In der

Regel besitzen Reader zwei bis vier, teilweise aber auch bis zu acht solcher An-

schlüsse und unterstützen so mehrere Antennen (vgl. [Bri-10a]). Auf der anderen

Seite besitzt der Reader eine digitale Schnittstelle um mit der Middleware / Edge-

ware zu kommunizieren.

Weitere Funktionalitäten können durch einen Reader unterstützt / realisiert werden

(Beispiele):

- Ein „Embedded-Rechner” kann einige der Aufgaben der Middleware, wie

z. B. die Filterung von Daten, übernehmen und diese so entlasten (vgl.[Gün-

09]).

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Hardwarekomponenten einer RFID-Lösung

- Ein Multiplexer erlaubt das Umschalten zwischen verschiedenen Antennen-

anschlüssen. Diese Funktion ist beispielsweise an Identifikationspunkten mit

mehreren Antennen von Vorteil, da somit Störungen vermieden werden kön-

nen.

- Ein Zirkulator ermöglicht das Senden und Empfangen am gleichen Anten-

nenanschluss (monostatisch). Wird diese Funktion nicht unterstützt, müssen

zwei separate Antennenanschlüsse und somit auch zwei Antennen verwen-

det werden (bistatisch).

3.3.2 Betriebsart

Bei RFID kommen drei Datenübertragungsverfahren zur Anwendung, die sich

grundsätzlich in der Energieversorgung des Transponders und den Übertra-

gungsmöglichkeiten der Daten unterscheiden (vgl. [Fin-08]):

FDX

Beim sogenannten Full-Duplex-Verfahren existieren zwei „Übertragungskanäle“.

Dabei nutzt der Transponder entweder Teilfrequenzen (subharmonische) oder

gänzlich andere Frequenzen (aharmonische) als Kanäle für den Datenaustausch

zum Reader. Dadurch kann der Datenaustausch vom Transponder zum Reader

und vice versa gleichzeitig stattfinden. Die Energieversorgung des Transponders

findet kontinuierlich statt.

HDX

Die Datenübertragung vom Transponder zum Reader und umgekehrt findet beim

Halb-Duplex-Verfahren zeitversetzt im Wechsel statt, da nur die „Grundfrequenz“

für die Datenübertragung verwendet wird. Die Energieversorgung des Transpon-

ders verläuft dabei kontinuierlich.

Sequentiell

Der große Unterschied zu den beiden Duplexverfahren liegt in der gepulsten

Energieübertragung, also einer diskontinuierlichen Energieversorgung des

Transponders. In diesen „Versorgungspausen“ findet die Datenübertragung vom

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50

Hardwarekomponenten einer RFID-Lösung

Transponder zum Reader statt. Dadurch ist das Antwortsignal des Transponders

sauber getrennt. Als Folge benötigt der Transponder für dieses Verfahren einen

größeren Energiespeicher.

Abbildung 22

Visualisierung der zeitlichen Abfolge von Daten- und Energieübertragung

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik [Fin-08]

Abbildung 22 verdeutlicht die Übertragung von Daten und Energie im Verlauf der

Zeit bei den unterschiedlichen Übertragungsverfahren. Der Datenaustausch vom

Transponder zum Reader wird auch als Uplink und vom Reader zu Transponder

als Downlink bezeichnet.

3.3.3 Anti-Kollisionsverfahren / Pulkfähigkeit

Anti-Kollisionsverfahren ermöglichen einem Reader, mehrere Transponder im An-

tennenfeld zu unterscheiden und quasi gleichzeitig zu lesen (= Pulkerfassung). Die

Bezeichnung stammt daher, dass die Signale der im Lesebereich befindlichen und

dadurch aktivierten Transponder kollidieren und somit eine Unterscheidung der

einzelnen Signale schlecht bzw. unmöglich ist. Auf der Basis der Variation von

Frequenz, Zeit, Kodierung und der räumlichen Lage existieren verschiedene Ver-

fahren zur Anti-Kollision. Detailliertere Informationen finden sich zum Beispiel bei

Finkenzeller [Fin-08]. Anti-Kollisions Verfahren werden derzeit nur von den HF-,

UHF-, und aktiven SHF-Transpondern unterstützt (vgl. [Gün-09]). Durch die unter-

schiedlichen Übertragungsgeschwindigkeiten der verschiedenen Frequenzbänder

ist die Anzahl der gleichzeitig erfassbaren Transponder variabel. Sie reicht von 10-

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51

Hardwarekomponenten einer RFID-Lösung

40 Transpondern pro Sekunde im HF-Bereich bis ca. 50 Transponder pro Sekun-

de im UHF- und SHF-Band (vgl. [Bri-10b]).

Im Zusammenhang mit der Anti-Kollision wird von folgenden zwei Leistungsgrö-

ßen gesprochen:

- Die Erkennungsrate ist die Geschwindigkeit, mit der die zu erfassenden

Transponder aus der Gesamtmenge der Transponder im Erfassungsbereich

richtig erkannt werden.

- Die Erkennungsquote ist die Anzahl der richtig erfassten Transponder aus

der Gesamtmenge der Transponder im Erfassungsbereich.

Durch Anti-Kollisionsverfahren wird ein großer Vorteil der Radiofrequenz Identifi-

kation, die Identifikation vieler Objekte (nahezu) gleichzeitig, erst ermöglicht. Je-

doch ist hierfür eine schnelle Datenübertragung überaus wichtig, da „die Abfrage

mehrerer Transponder im Feld eines Lesegeräts (...) ein Vielfaches der Summe

der Lesezeiten der Einzeltransponder“ [VDI-4472-8] erfordert.

3.3.4 Wichtige Parameter eines Schreib- / Lesegerätes

Schreib- / Lesegeräte besitzen unterschiedliche Parameter, deren Einstellung die

Leistungsfähigkeit des Identifikationssystems beeinflussen. Wichtige sollen an

dieser Stelle vorgestellt werden.

Sendeleistung

Die Sendeleistung, die in die Reader-Antenne eingespeist wird, ist in zweierlei

Hinsicht bedeutend. Zum einen kann durch sie die Erfassungsreichweite von

Transpondern beeinflusst werden. Zum anderen muss darauf geachtet werden,

dass die Sendeleistung nicht die national gültigen Normen überschreitet. Dabei

unterscheidet sich die tatsächlich abgestrahlte Leistung von der eingespeisten

Sendeleistung. Einflussfaktoren auf die abgestrahlte Leistung sind z. B. die Dämp-

fung des Antennenkabels, die Polarisation oder der Richtgewinn der eingesetzten

Antenne. Grundsätzlich wird zwischen zwei verschiedenen Bezugsangaben für die

abgestrahlte Leistung unterschieden:

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52

Hardwarekomponenten einer RFID-Lösung

- EIRP = Equivalent Radiated Isotropic Power: „Beschreibt, mit welcher Sen-

deleistung ein Isotropenstrahler gespeist werden muss, um eine vorgegebe-

ne Strahlungsleistung im Abstand r zur Antenne zu erzeugen” [Hel-09].

- ERP = Equivalent Radiated Power beschreibt die Strahlungsleistung im Ab-

stand r zur Antenne.

Für die Berechnung der erlaubten Sendeleistung, die an der Reader-Antenne ein-

gespeist werden darf, können bekannte Dämpfungen, z. B. durch Kabel, An-

schlüsse oder Polarisationsverluste berücksichtigt werden. Weiterhin müssen

auch Richtwirkungen, die zu effektiv höheren Sendeleistungen in Teilgebieten füh-

ren, in eine solche Berechnung einfließen.

Tabelle 5 zeigt einen Auszug der gesetzlichen Vorgaben bezüglich der erlaubten

Sendeleistung. Weitere Informationen sind u.a. in VDI4472-8, CEPT/ERC/REC

70-03, DIN EN 300 330, DIN EN 300 220, DIN EN 300 440 und DIN EN 302 208

zu finden.

Tabelle 5

Beispiele für gesetzliche Vorgaben zur maximalen Sendeleistung

Land Frequenz Kanäle Leistung Modus

Deutschland 869,4 - 869,65 MHz 1 0,5 W ERP „listen-before-talk"

Deutschland 865,6 - 867,6 MHz 10 2,0 W ERP „listen-before-talk"

USA 902 - 924 MHz 50 4,0 W ERP „frequency-hopping"

Japan 952 - 954 MHz 10 4,0 W ERP „frequency-hopping"

Quelle: [Wag-09]

Schreib- / Lesereichweite (vgl. [Hel-09])

Eine Einstellung oder einfache Berechnung der Reichweite eines RFID-Systems

ist nicht möglich. Folgende Faktoren sind Beispiele, die in der Praxis z. B. einen

Einfluss auf die theoretisch erzielbare Reichweite ausüben:

- Ausgestrahlte Leistung

- Frequenz

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53

Hardwarekomponenten einer RFID-Lösung

- Antennengewinn der Sende- / Empfangsantenne

- Antennengewinn der Transponder-Antenne

- Empfindlichkeit des Lesegerätes

- Ansprechempfindlichkeit des Transponders und

- Umgebungseinflüsse

Parameter der Anti-Kollision

Die Anti-Kollision ermöglicht die nahezu gleichzeitige Erfassung vieler Transpon-

der durch verschiedene Verfahren. Folgende Parameter können die Zuverlässig-

keit beim Auslesen vieler Transponder verbessern und spielen dementsprechend

keine Rolle, wenn nur ein Transponder (in endlich kurzer Zeit) gelesen werden

muss:

Q-Wert

„Der Q-Wert ist Teil des Algorithmus zur Tag-Selektion beim Lesevorgang. Der

Wert ist abhängig von der zu erwartenden Anzahl an Transpondern. In zahlreichen

Versuchsreihen zu verschiedenen Anwendungen am Lehrstuhl für Fördertechnik

Materialfluss Logistik, durch Erfahrungen anderer Anwender und aus Veröffentli-

chungen in entsprechender Fachpresse, hat sich ein Wert von zirka 1/2 bis 2/3 der

zu erwartenden Taganzahl als gut geeignet herausgestellt” [Win-10]. Der Q-Wert

wird abhängig von der Anzahl an erwarteten Transpondern voreingestellt, parallel

erfolgt auch eine automatische Anpassung durch das Schreib- / Lesegerät.

Sessionflags

Sessionflags stellen eine Möglichkeit dar, den Anti-Kollisions-Algorithmus effizien-

ter zu gestalten. Nach der erfolgten Auslesung eines Transponders wird der Ses-

sionflag temporär auf diesem gespeichert. Dadurch wird der Transponder vorü-

bergehend stumm geschaltet und antwortet dem Schreib- / Lesegerät nicht. Somit

wird die Auslesewahrscheinlichkeit für die weiteren Transponder im Lesefeld er-

höht.

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54

Hardwarekomponenten einer RFID-Lösung

Dense Reader Modus / Listen before Talk

Hierbei handelt es sich um Betriebsmodi die genutzt werden, wenn mehrere UHF-

Reader und Antennen auf engem Raum verwendet werden. Um Interferenzen

zwischen den verschiedenen Antennen zu verringern, wechseln die korrespondie-

renden Reader jeweils ihre Betriebsfrequenz innerhalb eines definierten Fre-

quenzspektrums („Dense Reader Modus“). Dies wird durch eine weitere Funktion,

dem „Listen before Talk“ unterstützt. Bevor ein Reader auf eine neue Frequenz

wechselt, „hört“ er diese ab. So kann der Reader feststellen, ob die neue Fre-

quenz schon in Verwendung ist und gegebenenfalls direkt auf eine weitere, unbe-

nutzte wechseln (vgl. [Rfj-10]).

3.4 Die Antenne im RFID-Einsatz

Die Antenne spielt als Schnittstelle zwischen Transponder und Reader eine wich-

tige Rolle bei RFID-Systemen. Es gibt verschiedene Antennenarten mit unter-

schiedlichen Eigenschaften. Einerseits sollen optimale Abstrahlungseigenschaften

für jedes Frequenzband erreicht, andererseits die Vorgaben bzgl. der Bauform und

Baugröße erfüllt werden.

3.4.1 Wichtige Antennenkennwerte

Antennen besitzen charakteristische Kennwerte, die für die Beurteilung ihrer Leis-

tungsfähigkeit erforderlich sind. Der kurze Überblick soll das Verständnis dieser

Kennwerte fördern. Für die konkrete Berechnung oder detailliertere Informationen

ist z. B. [Spi-89] heranzuziehen.

Antennengewinn

Maß für die Richtwirkung und den Wirkungsgrad einer Antenne. Er gibt das Ver-

hältnis der in Hauptrichtung abgegebenen Strahlstärke, verglichen mit einem Ku-

gelstrahler als Bezugsantenne gleicher Speiseleistung, an. Der Kugelstrahler ist

ein theoretischer, idealer Punktstrahler, der in alle Raumrichtungen gleichmäßig

verlustlos sendet.

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55

Hardwarekomponenten einer RFID-Lösung

Richtwirkung

Von einer Richtwirkung spricht man, wenn eine Antenne nicht isotrop, das heißt

unterschiedlich in verschiedene Raumrichtungen, abstrahlt. Sie ist im Allgemeinen

proportional zu den Abmessungen, d.h. je höher die strahlende Fläche, desto hö-

her der Richtgewinn. Lineare Antennen wie z. B. der Dipol, benötigen nur in einer

Dimension große Maße. Da eine reale Antenne nicht in alle Richtungen gleich

stark strahlt, geben die sogenannte Richtcharakteristik bzw. das Richtdiagramm,

die richtungsabhängigen Eigenschaften einer Antenne an (vgl. [Sch-05]).

Bandbreite

Antennen werden für eine gegebene Frequenz / einen Frequenzbereich optimiert

entwickelt. Die Bandbreite ist ein Intervall um diese Frequenz, in der die Antenne

hinreichend gut funktioniert.

Öffnungswinkel

Bei dem Öffnungswinkel handelt es sich um den Winkelbereich, in dem die nor-

mierte Spannung des Strahlungsdiagramms auf den Wert 2/1 absinkt. Somit

kann der Öffnungswinkel als Maß für die Grenzen des Lesebereichs dienen. Es

werden jeweils Winkel für die horizontale und die vertikale Ebene angegeben (vgl.

[Spi-89]).

Alle genannten Kennwerte sind frequenzabhängig, weshalb die Frequenz immer

angegeben sein muss. Bei allgemeinen Angaben ist es zweckmäßig, die Minimal-

und Maximalwerte anzugeben. Zu beachten ist, dass die Bildung dieser Werte

quellenabhängig ist (vgl. [Spi-89]).

3.4.2 Häufige Antennenbauformen in der RFID-Technik

Dipolantenne

Die Dipolantenne ist im einfachsten Fall ein gerader Leiter mit einer definierten

Länge, der keine Leistung in axialer Richtung abstrahlt. Die ideale Länge ist halb

so groß wie die Wellenlänge der genutzten Frequenz, beispielsweise beträgt sie

bei 868 MHz (UHF) ca. 18 cm. Die Bandbreite einer Antenne ist abhängig vom

Durchmesser-Längen-Verhältnis des Leitungsstücks und nimmt mit größerem

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Hardwarekomponenten einer RFID-Lösung

Durchmesser zu. Die Dipolantenne besitzt einen großen Öffnungswinkel mit einem

relativ geringen Antennengewinn (vgl. [Sch-05]). Dipolantennen werden beispiels-

weise bei UHF-Transpondern eingesetzt (s. Abbildung 23).

Abbildung 23

Dipolantenne am Beispiel eines Transponders

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

Wendel- / Helixantenne

Eine Wendelantenne besteht aus einem helixförmig angeordneten Leiter. Diese

Antennenform realisiert eine zirkular polarisierte Antenne und wird deshalb z. B.

eingesetzt, wenn die Lage der Transponder nicht im Voraus bekannt ist (vgl. [Bri-

10b]).

Ferritantenne

Kommt insbesondere in kleinen, induktiv gekoppelten Transpondern zum Einsatz,

also im LF und HF-Spektrum. Durch den (hochpermeablen) Ferritkern ist es dem

Transponder trotz relativ leistungsschwacher Spule möglich, genügend Energie

durch das elektromagnetische Feld zu beziehen (vgl. [Sch-05]).

Patch- oder Mikrostripantenne

Patchantennen sind Flächenantennen, die zum Beispiel auf Platinen geätzt wer-

den können.

Abbildung 24

Patchantenne an einem Gate montiert

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

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57

Hardwarekomponenten einer RFID-Lösung

Durch die leichte Herstellung und ihre Kompaktheit gewinnen sie für die Verwen-

dung in kleinen Geräten wie Mobiltelefonen oder dem Transponder immer mehr

an Popularität. Die Resonanzfrequenz der Antenne wird im Wesentlichen durch

die Länge und weniger durch die Breite des Patches bestimmt (vgl. [Fin-08]). Be-

sonders geeignet sind sie für die zirkulare Polarisation, die z. B. durch die Einspei-

sung der Signale an zwei verschiedenen Kanten realisiert werden kann (vgl. [Sch-

05]). Ein weiterer Vorteil von Patchantennen ist die Möglichkeit, mehrere zu soge-

nannten Gruppenantennen zusammenzufassen, um die Richtwirkung und den

Gewinn zu erhöhen (vgl. [Fin-08]). Die Patchantenne ist eine häufige Bauform für

Leseantennen von RFID-Systemen (s. Abbildung 24).

Schlitzantenne

Bei einer Metallfläche kann ein (z. B. eingefräster) Schlitz als Antenne verwendet

werden. Ein Dielektrikum (s. Abbildung 25, weißes Material) dient zur Abstimmung

der Resonanzfrequenz. Die optimale Schlitzlänge liegt, wie beim Dipol, bei der

halben Wellenlänge. Deshalb ist auch die Schlitzantenne erst ab dem UHF-

Bereich sinnvoll anwendbar. Die Breite ist sehr viel kleiner (vgl. [Sch-05]).

Abbildung 25

Schlitzantenne an der Gabelzinke eines Flurförderfahrzeuges

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

In der Regel werden für die Nahfeldkommunikation, also über das elektromagneti-

sche Feld, Spulenantennen verwendet. Dabei befinden sich im LF-Bereich Anten-

nen mit Ferritkern im Einsatz, während im HF-Bereich vorwiegend Luftspulen ver-

wendet werden, die sehr flach auf einer Folie aufgebracht sind.

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58

Hardwarekomponenten einer RFID-Lösung

Für die Kommunikation im Fernfeld über elektromagnetische Wellen werden übli-

cherweise Dipol-Antennen und ihre Variationen eingesetzt (vgl. [Ker-07]).

3.4.3 Das Antennenkabel

Die Verbindung zwischen einem Schreib- / Lesegerät und einer Antenne wird über

ein Antennenkabel hergestellt. Das Kabel hat die Aufgabe, das Signal zwischen

dem Schreib- / Lesegerät und der Antenne zu transportieren. „Um Frequenzen wie

UHF-RFID zu transportieren, werden im Allgemeinen Koaxialkabel verwendet. Da

diese wie alle Kabel einen endlichen Widerstand besitzen und auch HF-

spezifische Verluste im Material auftreten, kommt an der Antenne nicht die gesam-

te vom Reader abgegebene Sendeleitung an (…). Koaxialkabel bestehen aus ei-

nem Innenleiter und einem Außenleiter bzw. Mantel oder Schirm. Dieser Typ Ka-

bel strahlt durch den Schirm bei korrekter Montage an eine Antenne keine Leis-

tung ab und nimmt von außen keine Leistung auf.“ [Gün-09]. Bei der Anbringung

wie auch im Betrieb ist eine Knickung des Antennenkabels zu vermeiden. Dies

kann zu einer Beschädigung führen und den Signaltransport zwischen Antenne

und Schreib- / Lesegerät verhindern.

3.5 Input- / Output-Komponenten und Peripheriegeräte

Peripheriegeräte und Input- / Output-Komponenten sind wichtige Bestandteile von

RFID-Systemen, die die eigentliche Identifikation unterstützen, jedoch nicht direkt

dafür zuständig sind. Sie werden in diesem Kapitel vorgestellt.

3.5.1 Input- / Output-Komponenten

Input- / Output-Komponenten sind Komponenten am Identifikationspunkt, die als

Aktoren und Sensoren von RFID-Systemen eingesetzt werden. Sie werden zur

Meldung von möglichen, im Prozess aufgetretenen Problemen oder zur Durchfüh-

rung von Aktionen, die durch ein Ereignis ausgelöst wurden, eingesetzt. Häufig

dienen sie als Auslöser und / oder als Schnittstelle in der Maschine / Mensch-

Kommunikation. Beispiele für Feedbackkomponenten sind:

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59

Hardwarekomponenten einer RFID-Lösung

Kamerasysteme

Detektieren Objekte und / oder können verifizieren, ob die Transponder richtig am

Kennzeichnungsobjekt appliziert wurden.

Ampel-Systeme

Leisten durch visuelles oder akustisches Feedback Unterstützung für das Perso-

nal. Beispielsweise kann durch grün und rot signalisiert werden, ob das Kenn-

zeichnungsobjekt korrekt ausgelesen wurde oder ob Probleme aufgetreten sind

und ein manuelles Eingreifen nötig ist.

Bewegungsmelder

Können z. B. signalisieren, dass Kennzeichnungsobjekte an einem bestimmten

Ort eingetroffen sind.

Lichtschranke

Reagiert, sobald der Lichtstrahl durch ein Objekt unterbrochen wurde. Häufig wird

die Lichtschranke als Auslöser für weitere Aktionen durch die Hard- oder Software

genutzt.

Real-Time Location Systeme (RTLS)

Werden dafür eingesetzt, um in Echtzeit die Position von Kennzeichnungsobjekten

zu übermitteln, die speziell dafür mit einem Transponder ausgestattet wurden.

Auch weitere Sensorik und Aktorik kann zur Erfüllung der Identifikationsaufgabe

verwendet und eingesetzt werden. In der Regel werden die vorgestellten Kompo-

nenten direkt an ein Schreib- / Lesegerät angeschlossen, so dieses die Funktiona-

litäten unterstützt und steuert.

3.5.2 Peripheriegeräte

Zu den Peripheriegeräten zählen Komponenten, die zur Unterstützung und Vorbe-

reitung einer Identifikation mittels RFID eingesetzt werden.

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60

Hardwarekomponenten einer RFID-Lösung

RFID-Drucker

RFID-Drucker sind (je nach Ausführung) in der Lage, Transponder gleichzeitig

auszulesen und mit einem Barcode zu bedrucken. In der Regel werden hierfür

sogenannte Smart-Label-Transponder verwendet. Bei der Auswahl eines RFID-

Druckers sind folgende Anforderungen zu beachten (vgl. [Bri-10a]):

- Robustheit gegenüber Umwelteinflüssen,

- Unterstützung verschiedener Etikettengrößen,

- Unterstützung verschiedener Protokolle,

- ausreichende Druckgeschwindigkeit und

- automatische Erkennung fehlerhafter RFID-Etiketten.

Applikator

Applikatoren ermöglichen eine automatische Applikation der Transponder an Ob-

jekten. In der Regel besitzen sie hierfür ein Magazin an Transpondern, die Objekte

werden am Gerät vorbei bewegt. Zwei Beispiele für Applikatoren sind (vgl. [Bri-

10a]):

- Pneumatische Kolbenapplikatoren

- Automatische Erkennung eines vorbeifahrenden Objektes, welches dann mit

dem Kolben gestoppt wird um den Transponder zu applizieren.

- Wipe-On Labelapplikator

- Automatische Erkennung des vorbeifahrenden Objektes, welches in der Be-

wegung gekennzeichnet wird. Der Transponder wird mithilfe einer Walze auf

das bewegte Objekt appliziert.

Neben den hier vorgestellten Beispielen werden Applikatoren auch eigens für indi-

viduelle RFID-Anwendungen entwickelt und hergestellt.

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61

IT-Komponenten und IT-System

4 IT-Komponenten und IT-System

Vorstellung von zentralen und dezentralen IT-Komponenten von RFID-Systemen

Im Kapitel vier werden die wichtigsten IT-Komponenten von RFID-Systemen vor-

gestellt. Neben der IT-Infrastruktur sind das insbesondere Softwarekomponenten

zur Verarbeitung und Weitergabe der mittels RFID generierten Daten. Auch Da-

tenkonzepte und -strukturen (z. B. auf dem Transponder) sind Bestandteil dieses

Kapitels (s. Abbildung 26).

Abbildung 26

Kapitel 4 – Übersicht

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

4.1 Architektur von RFID-IT-Systemen

„RFID-Daten finden in verschiedensten Applikationen Verwendung und machen

daher häufig einen hohen Integrationsaufwand erforderlich. Die gewählte Informa-

tionssystem-Architektur spielt aus diesem Grund eine entscheidende Rolle für den

Erfolg einer RFID-Einführung (…)” [Fle-05].

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62

IT-Komponenten und IT-System

In diesem Kapitel werden im ersten Schritt allgemeine Anforderungen an und Auf-

gaben des IT-Systems vorgestellt und im Anschluss Möglichkeiten und Strukturen

der Umsetzung aufgezeigt. Abbildung 27 zeigt einen Überblick über die einzelnen

Komponenten des IT-Systems. Hierbei wird zwischen Softwarekomponenten

(hellblau, auch logische IT-Architektur) und Hardwarekomponenten (dunkelblau,

auch IT-Infrastruktur, physische IT-Architektur) unterschieden.

Abbildung 27

Übersicht der Bestandteile eines RFID-IT-Systems

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

4.1.1 Anforderungen an das IT-System

Fleisch und Mattern definieren folgende Anforderungen an ein RFID-IT-System

(vgl. [Fle-05]):

Integration

RFID-Systeme dienen in der Regel als Schnittstelle zwischen den physischen

Vorgängen und den Informationssystemen zur Beeinflussung dieser Vorgänge.

„Die Möglichkeiten zur flexiblen Integration in eine bestehende Systemlandschaft

sind daher für den Nutzen von RFID-Systemen entscheidend” [Fle-05].

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63

IT-Komponenten und IT-System

Performance

Bei der Prozesssteuerung fallen häufig hohe Datenmengen an, die verarbeitet

werden müssen. Diese Verarbeitung muss, insbesondere bei Echtzeitanforderun-

gen, mit einer ausreichenden Geschwindigkeit erfolgen.

Skalierbarkeit

Um steigenden Leistungsanforderungen gerecht zu werden, sollte die Möglichkeit

zur Erweiterung des IT-Systems z. B. auf mehrere Rechner vorgesehen werden.

Hierbei sollte der Punkt berücksichtigt werden, dass durch die Erweiterung / Ver-

teilung zusätzliche Aufgaben entstehen, beispielweise die Notwendigkeit zum Da-

tenaustausch.

Robustheit

Mögliche Fehler, die bei der Steuerung und Kontrolle eines Prozesses auftreten

können, können in der Regel nicht unmittelbar durch Benutzereingriffe behoben

werden. „Deshalb muss [das IT-System] jederzeit in der Lage sein, auftretende

Fehler zu behandeln bzw. an übergeordnete Systeme weiterzuleiten, ohne dass

die Funktionsfähigkeit des Gesamtsystems beeinträchtigt wird” [Fle-05].

Sicherheit

Die Sicherheit des IT-Systems muss gewährleistet werden. So ist z. B. eine Mani-

pulationen an den einzelnen Systemkomponenten zu verhindern oder die Siche-

rung der Daten zu realisieren.

Für gegebene Anwendungsfälle müssen diese allgemeinen Anforderungen indivi-

duell erweitert werden.

4.1.2 Aufgaben des IT-Systems

Das RFID-IT-System stellt die Schnittstelle zwischen dem physischen Material-

fluss und übergeordneten Unternehmenssystemen dar. Die Aufgaben des IT-

Systems können daher in zwei Gruppen eingeteilt werden: Informationsverarbei-

tung ausgehend vom Materialfluss zu den übergeordneten Unternehmenssyste-

men, und als zweite Richtung von den Unternehmenssystemen zurück zum Mate-

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IT-Komponenten und IT-System

rialfluss. In der ersten Richtung (auch Sensorebene) ergeben sich folgende Bear-

beitungsschritte (vgl. [Fle-05]):

Bereinigung

In diesem Bearbeitungsschritt werden verschiedene Filtermechanismen aktiv, die

die durch Störungen verursachten fehlerhaften Daten aussortieren oder korrigie-

ren. Des Weiteren werden auch irrelevante und doppelte Daten gefiltert.

Aggregation

Bei der Aggregation sollen die Einzelinformationen vom IT-System zu komplexe-

ren, der Betrachtungsebene entsprechenden Aussagen, zusammengefasst wer-

den. Als Beispiel kann die Erfassung eines LKWs genannt werden, bei der primär

nicht die einzelne Objekt-Identifikation, sondern die aus mehreren Identifikationen

an verschiedenen Identifikationspunkten abgeleitete Bewegungsinformation von

Belang ist.

Transformation

Die Datentransformation hat sowohl semantische als auch syntaktische Anteile.

Letztere dienen der Kompatibilität der unterschiedlichen Protokolle auf den ver-

schiedenen Systemebenen. Bei der semantischen Transformation werden Infor-

mationen weggelassen oder hinzugefügt, z. B. die Ergänzung einer Transponder-

ID um eine dazugehörige Produktionslosnummer.

Speicherung

Diese Aufgabe befähigt das IT-System, Daten temporär oder dauerhaft zu spei-

chern und so die RFID-Informationen auf Anfrage bereitstellen zu können.

In der umgekehrten Richtung, vom Unternehmenssystem zu den physischen Ob-

jekten (auch Aktorebene), ergeben sich beispielsweise folgende Aufgaben:

- Generierung einer Identifikationsnummer,

- Auswahl des jeweils geeigneten Gerätes zur Identifikation,

- Umwandlung in das entsprechende Kommunikationsprotokoll und

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65

IT-Komponenten und IT-System

- Zwischenspeicherung bei Nichtverfügbarkeit.

4.1.3 Logische IT-Architektur

Die logische IT-Architektur beschreibt, „was ein RFID IT-System aus einer prob-

lemorientierten Sicht leisten soll und auf welche Art und Weise diese Aufgaben

durch das Zusammenspiel einzelner Module gelöst werden können” [Fle-05].

Wichtige Module in diesem Sinn sind die einzelnen Softwarekomponenten, aber

auch Schnittstellen zwischen diesen Komponenten und zu systemexternen Kom-

ponenten. Ein RFID-IT-System besitzt externe Schnittstellen zu zwei Ebenen (s.

Abbildung 28). Zum einen zur RFID-Hardware, die Transponderdaten von physi-

schen Vorgängen im Materialfluss aufnimmt und nutzbar macht. Zum anderen zu

übergeordneten Unternehmenssystemen (ERP, SCM, CRM, LVS, …), in denen

die mittels RFID generierten Daten den Geschäftsprozessen zur Verfügung ge-

stellt werden. Zentrale Softwarekomponenten dienen zur Datenaufbereitung, -

weiterverarbeitung und -weiterleitung. Über sie greift der Anwender in der Regel

auf Informationen zu, nachdem sie in den Kontext eines Geschäftsprozesses ge-

stellt wurden. Dezentrale Softwarekomponenten können Bestandteile von Identifi-

kationspunkten sein, wo sie z. B. als Edgeware die Ansteuerung von Schreib- /

Lesegeräten vornehmen. Auch Applikationen auf mobilen Endgeräten sind Bei-

spiele für dezentrale Komponenten.

Übergeordnete Unternehmenssysteme

Bei den Unternehmenssystemen handelt es sich um höhere Unternehmensan-

wendungen. Beispiele von Systemen, die RFID-Daten zielführend zur Unterstüt-

zung von Geschäftsprozessen nutzen können, sind ERP-Systeme (Enterprise

Ressource Planning), SCM-Systeme (Supply Chain Management), CRM-Systeme

(Customer Relationship Management) oder Lagerverwaltungssysteme (LVS).

(Webbasierte) RFID-Anwendungen

RFID-Anwendungen sind eigene Module, die speziell für die Nutzung mittels RFID

generierter Daten entwickelt und implementiert werden. Sie können z. B. zur Visu-

alisierung von Standorten oder zur Verwaltung von Beständen dienen, wenn sol-

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66

IT-Komponenten und IT-System

che Funktionen nicht durch die existierenden Unternehmenssystemen unterstützt

werden oder eine Integration nicht gewünscht ist. Weiterhin können sie die Mög-

lichkeit bieten, RFID-Daten auch über Unternehmensgrenzen hinweg nutzbar zu

machen. Beispiele dafür sind E-Commerce-Anwendungen aber auch proprietäre

Lösungen, die einen Austausch von logistischen Daten für mehrere Unternehmen

möglich machen.

Abbildung 28

Softwarekomponenten eines RFID-Systems

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

Middleware

Die Middleware bei RFID-Systemen hat in der Regel drei wichtige Module: Die

Enterprise Application Integration, die Event-Middleware und die Edgeware

(vgl. [Gil-07], [Fle-05]). Diese werden in Kapitel 4.4 näher vorgestellt.

4.1.4 Physische IT-Infrastruktur

Die physische IT-Infrastruktur zeigt, wie ein RFID-IT-System aus Hardwaresicht

aufgebaut sein kann. Unter der IT-Infrastruktur werden dabei Hardwarekomponen-

ten verstanden, auf denen Vorgänge zur Datenaufbereitung, -verteilung und -

verarbeitung vorgenommen werden. Hardwarekomponenten, deren Aufgabe vor-

rangig in der Identifikation liegt, werden den Hardwarekomponenten zur Identifika-

Dezentrale Softwarekomponenten

Enterprise Application Integration

Middleware

Event

Middleware

EdgewareEdgeware

Edgeware

Übergeordnete

Unternehmenssysteme (z. B. ERP, SCM, CRM, LVS, …)

(Webbasierte)

RFID-Anwendungen

Transponderdaten

Zentrale Softwarekomponenten

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67

IT-Komponenten und IT-System

tion zugeordnet. Grundlegend kann in zentrale und dezentrale Komponenten un-

terschieden werden (s. Abbildung 29), die bei Fleisch näher vorgestellt werden

(vgl. [Fle-05]).

Mobile Endgeräte, Schreib- / Lesegeräte

Zu den mobilen Endgeräten gehören neben Schreib- / Lesegeräten auch Handys,

PDAs, Scanner, Sensoren usw. Sie realisieren insbesondere die Sensorik eines

RFID Systems, können aber auch teilweise als Aktor ins System eingreifen (z. B.

Steuerungen von Toren). Zu beachten ist, dass einzelne Geräte oftmals über ei-

gene Anschlüsse und Steuerungsprotokolle verfügen und somit eine individuelle

Anbindung an das IT-System notwendig wird. Dies kann über eine zusätzliche

Schnittstelle oder, eine entsprechende Programmierbarkeit vorausgesetzt, direkt

auf dem Gerät erfolgen.

Access Points

Mobile Endgeräte, wie z. B. PDAs, können häufig programmiert werden und benö-

tigen in diesem Fall keinen Konnektor. Zusätzlich unterstützen sie Drahtlosverbin-

dungen wie Bluetooth oder WLAN und sind somit, eine ausreichende Batterieka-

pazität vorausgesetzt, prädestiniert für den mobilen Einsatz. Allerdings ist über die

Drahtlosverbindung noch kein direkter Zugriff auf das Unternehmens-Netzwerk

möglich. Deshalb wird ein Access Point für den Zugang benötigt.

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68

IT-Komponenten und IT-System

Abbildung 29

Beispiel einer physischen IT-Infrastruktur von RFID-Systemen

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik (eigene Darstellung, in Anlehnung an [Fle-05])

Konnektor

Im Falle von Geräten, die keine Möglichkeit der Programmierung mitbringen, aber

z. B. eine serielle Schnittstelle bieten, ist ein Computer mit entsprechender Steue-

rungssoftware als „Konnektor” notwendig. Dieser stellt als Vermittler zwischen

dem IT-System und dem angeschlossenen Gerät die Integration dessen sicher.

Messaging-Server

In einer heterogenen Systemlandschaft, wie sie üblicherweise in größeren Unter-

nehmen zu finden ist, ist eine Anpassung von Anwendungen an einzelne Schnitt-

stellen in der Regel nicht mit vertretbarem Aufwand durchführbar. Durch eine

Messaging-Infrastruktur werden hier verschiedene Verfahren zur Datentransfor-

mation, Triggermechanismen bis hin zur Abbildung ganzer Geschäftsprozesse

implementiert.

Applikationsserver

Durch den Applikationsserver kann für die RFID-Middleware ein eigener Server

zur Verfügung gestellt werden. Dieser stellt für seine Clients Funktionen zur

Sammlung, Speicherung und Auswertung von Daten zur Verfügung. Der Applika-

Dezentrale IT-Infrastruktur / Hardwarekomponenten

Zentrale IT-Infrastruktur / Hardwarekomponenten

WebserverApplikationsserver DatenbankserverMessagingserver

Monitoring Client Reporting Client

Konnektor

Hardware zur Identifikation

?

Andere

Geräte

Access

PointsMobile Endgeräte

Externes Informationssystem Webclient

Schreib- /

Lesegerät

@

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69

IT-Komponenten und IT-System

tionsserver ist in der Regel das einzige System, das neben dem Lesezugriff auch

Daten auf dem Datenbankserver schreiben darf.

Datenbank-Server

Der Datenbankserver dient als Datenspeicher für das RFID-System.

Webserver / Webclient

Der Webserver ermöglicht den Zugriff auf das RFID-System über das Internet und

stellt hierfür eine grafische Oberfläche oder einen Webservice zur Verfügung.

Der Webclient, häufig ein Browser oder eigene Webanwendungen, nutzt den

Webservice und erlaubt so den Zugriff. In der Regel kommt eine Firewall zum

Schutz vor unerwünschten Zugriffen zum Einsatz.

Reporting-Client

Für den Reporting-Dienst kann z. B. ein Endbenutzer-PC eingesetzt werden, wel-

cher in regelmäßigen Abständen RFID-Informationen in die eigene Datenbasis

überträgt. Die Reportingkomponente bereitet Vergangenheitsdaten auf und stellt

diese z. B. über einen Reportgenerator zur Verfügung.

Monitoring-Client

Die Echtzeit-Überwachung (und evtl. Steuerung) erfolgt in der Regel über einen

Endbenutzer-PC. Für eine lückenlose Aufzeichnung muss dieser dauerhaft ver-

bunden sein.

Externes Informationssystem

Externe Informationssysteme (aus Sicht der RFID-IT-Infrastruktur) können z. B.

ERP-Systeme oder Systeme zur Produktionsplanung oder Lagerverwaltung sein,

die über den oben genannten Messaging-Server mit dem RFID-IT-System ver-

bunden sind.

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70

IT-Komponenten und IT-System

4.1.5 Zusammenhang zwischen der logischen Architektur und

der physischen Infrastruktur

Die physische IT-Infrastruktur zeigt mögliche zentrale und dezentrale Hardware-

komponenten in einem RFID-System. Die logische IT-Architektur stellt hingegen

die Softwarekomponenten und mögliche Zusammenhänge dar. In Abbildung 30 ist

in Anlehnung an Fleisch (vgl. [Fle-05]) dargestellt, wie der Zusammenhang der

beiden Ansichten in einem RFID-IT-System realisiert werden kann. Individuelle

Anwendungen, Systeme, Unternehmensstrukturen usw. können dabei zu unter-

schiedlichen Ausprägungen des IT-Systems führen. Die Erarbeitung der IT-

Architektur, aufbauend auf den unternehmens- und lösungsspezifischen Randbe-

dingungen, ist daher ein wichtiger Bestandteil von RFID-Projekten.

Abbildung 30

Zusammenhang zwischen der logischen und der physischen Architektur

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik (eigene Darstellung, in Anlehnung an [Fle-05])

Dezentrale IT-Infrastruktur / Hardwarekomponenten

Zentrale IT-Infrastruktur / Hardwarekomponenten

WebserverApplikationsserver DatenbankserverMessagingserver

Monitoring Client Reporting Client

Hardware zur Identifikation

?

Andere

Geräte

Access

PointsMobile Endgeräte

Externes Informationssystem Webclient

Schreib- /

Lesegerät

@

Enterprise Application

Integration

Übergeordnete

Unternehmenssysteme

EdgewareEdgeware

Enterprise Application

Integration

Webbasierte

Anwendungen

Event

Middleware

Edgeware

Konnektor

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71

IT-Komponenten und IT-System

4.2 Datenkonzepte für RFID-Systeme

4.2.1 Datenmanagement

Für die Verwaltung der im Prozess anfallenden bzw. erzeugten RFID-Daten exis-

tieren unterschiedliche Konzepte (vgl. [VDI-4472-5]):

Data-on-Tag

Hier werden objektbezogene Daten direkt auf dem Transponder gespeichert. Da-

durch entsteht eine dezentrale Datenhaltung, da jeder Transponder für sich einer

kleinen Datenbank entspricht (vgl. [VDI4772-5], [Tam-10]).

Data-on-Network

Bei diesem Konzept ist nur eine Identifikationsnummer auf dem Transponder ge-

speichert und mit den entsprechenden Daten in einer Datenbank verknüpft. Über

ein lokales oder weltweites Netzwerk kann auf die Daten zugegriffen werden (vgl.

[VDI4772-5], [Tam-10]).

Mischform aus Data-on-Tag und Data-on-Network

Wird beispielsweise bei Anwendungen eingesetzt, bei denen keine ständige

Netzwerkverfügbarkeit gewährleistet werden kann und die eine laufende Protokol-

lierung bestimmter Parameter (Sensor- oder Prozessdaten) über einen gewissen

Zeitraum erfordert. Neben dem Identifikator kann auf dem Transponder zusätzlich

auch ein Protokoll gespeichert werden. Nach der VDI4472 Blatt 5 ist es beispiels-

weise „derzeit oft vorteilhaft, bei offenen Mehrwegsystemen nur den Identifikator

auf dem RFID-Chip zu speichern und alle weiteren Informationen über ein Netz-

werk mit verteilten Datenbanken zur Verfügung zu stellen” [VDI4772-5].

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72

IT-Komponenten und IT-System

Die folgende Tabelle zeigt vergleichend die jeweiligen Vorteile der Konzepte Data-

on-Tag und Data-on-Network.

Tabelle 6

Data-on-Tag und Data-on-Network im Vergleich

Eigenschaften von Data-on-Tag Eigenschaften von Data-on-

Network

Setzt keine ständige Netzwerkverbindung voraus In der Regel keine redundante Datenhaltung,

da die Daten nur einmal zentral gesichert wer-

den müssen

Daten stehen zeitnah nach Erfassung

zur Verfügung

Einfachere Backup-Strategie (z. B. in Bezug auf

Aktualität und Widerspruchsfreiheit) durch die

zentrale Speicherung der Daten

Eindeutigere Beziehung zwischen Transponder

und Kennzeichnungsobjekt

Kürzere Zugriffszeiten bei Pulkerfassung, da

nur die relativ kurzen IDs ausgelesen werden

müssen

Durch die Entkopplung von zentralen Prozessen

kann die Zuverlässigkeit erhöht werden

Niedrigere Transponderpreise, wenn durch

Data-on-Network kleinere Speicher ausreichen

Bisher nur branchenspezifische Vorschläge für die

Standardisierung der Datenspeicherung auf dem

Transponder (z. B. VDA 5501 - RFID im Behälter-

management der Supply Chain)

Einfacheres Sicherheitskonzept bei unterneh-

mensübergreifendem Einsatz, da nur eine ID

auf dem Tag vorgesehen ist und nicht unter-

schiedliche Partner diesen beschreiben müssen

Bessere Skalierbarkeit, da die angeschlossenen

Informationssysteme durch die dezentrale Speiche-

rung entlastet werden

Weit fortgeschrittene Standardisierung, sowohl

branchenspezifisch als auch international

Quelle: zusammengefasst von [VDI4772-5], [Tam-10], [Bar-08])

4.2.2 Transponderspeicher

Der im Transponder eingebaute Speicher kann verschiedene Größen aufweisen.

Weiterhin können zur Realisierung des Speichers unterschiedliche Technologien

zum Einsatz kommen, die sich auf die Transpondereigenschaften auswirken (vgl.

[Fin-08]).

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73

IT-Komponenten und IT-System

1 Bit-Speicher

Dieser benötigt keinen Mikrochip und wird als einfachster Transponder bei EAS

Systemen (Elektronische Artikelsicherung) verwendet. Er kann nur die zwei Zu-

stände ja / nein signalisieren.

32 Bit-Speicher

Hier kann nur die UID gespeichert werden (vgl. [Ker-07]). Es handelt sich um ei-

nen read-only Transponder.

EEPROM, 16 Byte-8 KB

EEPROM findet hauptsächlich bei niedrigen Frequenzen / induktiver Kopplung

Anwendung und benötigt keine Energie um Daten zu erhalten. Hier können zu-

sätzlich zur UID noch weitere Informationen abgespeichert werden. Es werden

momentan bis zu 105 Schreibzyklen unterstützt. Nachteilig wirken sich die relativ

lange Dauer und der sehr hohe Energiebedarf beim Beschreiben des Speichers

aus.

FRAM, bis 32 KB

Wie bei EEPROM wird keine Energie benötigt um die Daten im Speicher zu hal-

ten. Vorteilhaft gegenüber EEPROM ist die deutlich geringere Zeit und Energie

zum Beschreiben. Auch die Schreibzyklen liegen mit 1012 Schreibzyklen deutlich

höher. Der FRAM hat sich jedoch bisher nicht im breiten Stil durchgesetzt, da die

Technik noch nicht vollständig ausgereift ist.

SRAM, 1 KB-512 KB

Der Vorteil von SRAM ist der große Speicher bei gleichzeitig kurzer Transaktions-

zeit und eine unbegrenzte Wiederbeschreibbarkeit. Allerdings wird eine Batterie,

die sogenannte Stützbatterie benötigt. Verwendung vorwiegend bei der elektro-

magnetischen Kopplung im SHF-Bereich, aber auch induktiv.

Durch die Speicherart werden die Lebensdauer, der Lese- und Schreiberfolg und

der Preis des Transponders beeinflusst. Je größer der Speicher ist, desto teurer

wird ein Transponder. Des Weiteren wird großer Speicher in Form von SRAM-

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74

IT-Komponenten und IT-System

Modulen nur durch die Verwendung einer Batterie unterstützt, die positive und ne-

gative Eigenschaften mit sich bringt. Deshalb sollte eine sorgfältige Analyse der

Anforderungen an den Speicherplatz durchgeführt werden.

4.2.3 Speicherzugriffsrechte

Der im Transponder eingebaute Speicher kann verschiedene Schreibrechte besit-

zen, die hier kurz erläutert werden (vgl. [Gil-07]):

Read-Only

Bei Read-Only Transpondern ist nur der Lesezugriff möglich, d.h. der Transponder

wird einmalig beim Hersteller beschrieben und kann nicht mehr verändert werden.

„Der Transponder dient in diesem Fall als ein rein referenzierendes Medium, das

eine Vorhaltung der zugehörigen Daten der gekennzeichneten Einheit in einer

zentralen Datenbank erfordert“ [VDI-4472-1].

Write-Once, Read Many (WORM)

Diese Art von Speicher enthält ebenfalls eine vom Hersteller festgelegte Serien-

nummer. Allerdings kann, im Gegensatz zum read-only Speicher, der Kunde einen

zusätzlichen, oftmals kleinen Speicher einmalig beschreiben. Dieser eignet sich

zum Beispiel insbesondere für die Verwendung des EPC (vgl. [VDI-4472-1]).

Read and Write

Ein beliebig oft beschreibbarer Speichertyp, der deshalb häufig in Verbindung mit

einem großen Speicherplatz und somit auch einem großen Nutzspeicher auftritt.

Diese Speicherbereiche sind auch individuell beschreibbar und können verschlüs-

selt werden.

4.2.4 Datensicherheit in RFID-Systemen

Daten, die durch RFID-Systeme generiert werden, sind verschiedenen Bedrohun-

gen ausgesetzt. Im Zuge dieses Kapitels sollen neben einer allgemeinen Definition

von Datensicherheit Bedrohungen für Hardwarekomponenten von RFID-Systemen

beispielhaft vorgestellt werden.

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75

IT-Komponenten und IT-System

Datensicherheit

Datensicherheit ist nach VDI/VDE 2182 Blatt 1 definiert als Schutz vor unberech-

tigtem Zugriff auf Daten (vgl. [VDI-2182-1]). Betrachtet werden müssen demnach

alle materiellen und immateriellen Komponenten eines RFID-Systems, auf denen

Daten gespeichert werden, oder über die auf Daten zugegriffen werden kann. Die

Gewährleistung der Datensicherheit erfordert die Einhaltung von Schutzzielen.

Diesen Schutzzielen stehen Bedrohungen entgegen, die auf ein RFID-System wir-

ken können. Eine Bedrohung kann technische, organisatorische oder benutzerbe-

dingte Ursachen haben, wobei die benutzerbedingten Bedrohungen vorsätzlicher

oder nicht vorsätzlicher Natur sein können.

Ein allgemeines Vorgehensmodell zur Gewährleistung der Datensicherheit mit

einem zyklischen, prozessorientierten Ansatz ist z. B. in der VDI / VDE-Richtlinie

2182, Blatt 1 dargestellt.

Allgemeingültige Schutzziele

„Schutzziele sind Teilaspekte der Informationssicherheit (…). Operative Schutzzie-

le beziehen sich immer auf ein Asset (…). Die Verhinderung aller Angriffsarten

kann von diesen grundlegenden Schutzzielen abgeleitet werden. In der Praxis

kann die Definition weiterer Schutzziele die Risikoanalyse und die Auswahl der

Schutzmaßnahmen erleichtern“ [VDI-2182-1]. Allgemeine Schutzziele in der In-

formationssicherheit sind (vgl. [VDI-2182-1], [Bun-07]):

Datenauthentizität

Daten sollen eine gesicherte Identität und eindeutige Herkunft besitzen, sowie auf

Basis bestimmter Charakteristika das Kriterium der Vertrauenswürdigkeit erfüllen.

Datenintegrität

Fehlerlosigkeit, Konsistenz und Richtigkeit von Daten. Darin inbegriffen ist die

vollständige und unveränderte Übertragung und Speicherung der Daten.

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76

IT-Komponenten und IT-System

Error- und Exception-Handling

Regelt den Umgang mit falschen Daten, d.h. bei Verstößen gegen die Dateninteg-

rität. Dabei sollte zwischen zu erwartenden Fehlern („Errors“) und Ausnahmefeh-

lern („Exceptions“) differenziert werden.

Verfügbarkeit

Zu einem vorgegebenen Zeitpunkt oder während einer vorgegebenen Zeitdauer

muss die Erfüllung datenspezifischer Funktionen gewährleistet werden.

Vertraulichkeit

Daten oder die darin enthaltenen Informationen sind nur für autorisierte Benutzer

zugänglich.

Datensicherheit bei Komponenten von RFID-Systemen

Aus den Schutzzielen ergeben sich unterschiedliche Bedrohungsszenarien für die

verschiedenen Komponenten eines RFID-Systems. Im Folgenden werden für ein-

zelne Komponenten mögliche Bedrohungen exemplarisch vorgestellt (vgl. [Gru-

11]):

Transponder

- Einsatz von gefälschten Transpondern (Datenauthentizität)

- falsche Beschriftung von Transpondern (Datenintegrität)

- Transponder defekt (Datenintegrität, Error- und Exception-Handling)

- Transponder wird auf Grund widriger Prozessbedingungen nicht gelesen

- (Datenintegrität, Error- und Exception-Handling) und

- Transponder wird von Unbefugten ausgelesen (Vertraulichkeit)

Funkstrecke

- Datentransfer kommt auf Grund von Störeinflüssen nicht zu Stande

- (Datenintegrität, Error- und Exception-Handling) und

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77

IT-Komponenten und IT-System

- Datentransfer über die Funkstrecke wird von Unbefugten abgehört

- (Vertraulichkeit)

Hardwarekomponenten

- Geräteausfall (Verfügbarkeit, Datenintegrität)

- Beschädigung von Komponenten (Verfügbarkeit, Datenintegrität) und

- unberechtigter Zugriff von außen (Vertraulichkeit)

Softwarekomponenten

- Unberechtigter Zugriff von innen (Vertraulichkeit)

- unberechtigter Zugriff von außen (Vertraulichkeit)

- fehlerhafte Software (Datenintegrität)

- Datenverlust auf Softwaresystemen (Datenintegrität) und

- Ausfall von Softwarekomponenten (Verfügbarkeit, Datenintegrität)

Im Zuge eines RFID-Projektes sollten projekt- und anwendungsspezifische Bedro-

hungsszenarien erarbeitet und geeignete Gegenmaßnahmen identifiziert und aus-

geführt werden.

4.3 Identifikationsnummern und der Electronic Product

Code (EPC)

In Analogie zur European Article Number (EAN) bzw. dem Universal Product Code

(UPC) für den Barcode existieren auch für RFID Standards für Identifikations-

nummern. Dabei ermöglicht die RFID-Technik wegen des z. B. im Vergleich zum

Barcode hohen Speicherplatzes auf dem Transponder eine eindeutige Nummerie-

rung auf Artikelebene. In diesem Kapitel werden Beispiele von existierenden

Nummerierungsstandards vorgestellt und der Electronic Product Code (EPC) als

stark verbreiteter Vertreter genauer betrachtet.

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78

IT-Komponenten und IT-System

4.3.1 Beispiele für Nummerierungsstandards bei RFID-Systemen

Folgende Nummerierungsstandards sind Beispiele für existierende Spezifikationen

unterschiedlicher Branchen.

- Bei der ATA (Air Transport Association) wurde für die Flugzeugindustrie der

Standard Spec 2000 erarbeitet. Dieser ist inkompatibel zum EPC, was auch

kurzfristig nicht durch eine Harmonisierung beseitigt werden kann. Deshalb

wird in der Luftfahrtbranche zum Teil zweigleisig gefahren: für Artikel aus

dem Handelssektor, wie z. B. dem Catering, wird der EPC verwendet, die

Tags auf den Flugzeugteilen werden mit den Branchenstandard Spec 2000

beschrieben (vgl. [Gil-07]).

- Das amerikanische Verteidigungsministerium nutzt den eigenen DoD-96

Standard. Dieser Standard verbindet eine eindeutige Identifikationsnummer

(36bit) mit dem „Government Managed Identifier“, der für jeden Lieferanten

individuell ist (vgl. [DoD-11]).

- Das IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) hat ebenfalls ei-

nen Standard entwickelt. Dieser ist mit 64 Bit im Vergleich zum EPC kürzer

und besteht aus 2 Feldern. 24 Bit sind für den Hersteller und 40 Bit für die

Seriennummer reserviert. Dieser Standard ist für die Kennzeichnung elektro-

nischer Teile gedacht (vgl. [Gil-07]).

4.3.2 UID (Unique IDentification) oder TID (Tag ID)

Die internationale Norm ISO/IEC 15963:2004 beschreibt ebenfalls eine Identifika-

tionsnummer, die UID. Diese wird direkt beim Transponder-Hersteller auf den

Transponder geschrieben und soll so in der späteren Verwendung sicherstellen,

dass die Informationen auf dem richtigen Transponder gespeichert werden (vgl.

[VDI-4472-5]). Die UID ist weltweit eindeutig und wird im Read-Only-Memory eines

Tags gespeichert. Somit ist Sie nur durch einen Chip-Hersteller aufzubringen und

damit sehr fälschungssicher.

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79

IT-Komponenten und IT-System

4.3.3 Electronic Product Code (EPC)

Die von der EPCglobal entwickelte Identifikationsnummer EPC bietet durch die

Verwendung verschiedener Definitionen die Möglichkeit nicht nur Produkte, son-

dern auch Versandeinheiten, Transporthilfsmittel usw. eindeutig zu kennzeichnen.

Die acht verschiedenen EPC Typen sind im EPC Tag Data Standard beschrieben

(vgl. [GS1-10b]):

SGTIN (Serialized GTIN)

In Anlehnung an die Global Trade Item Number (GTIN), dem Nachfolger der Eu-

ropäischen Artikelnummer (EAN), wird die SGTIN für die individuelle Identifizie-

rung von Objekten verwendet. Da die GTIN nicht die Anforderung der Einzigartig-

keit erfüllt, ergibt sich die EPC-konforme SGTIN aus einer GTIN und einer zusätz-

lichen Seriennummer. Abbildung 31 zeigt den Aufbau eines EPC am Beispiel einer

SGTIN-96:

- Header

Gibt an, um welches Nummerierungsschema es sich handelt.

- Filter

Erlaubt eine „Vorauswahl zwischen einzeln zu behandelnden Gütern sowie

verschiedenen Arten logistischer Verpackungseinheiten“ [Fin-08].

- Partition

Gibt Auskunft darüber, wie der Speicher auf den Company Prefix und die Ob-

ject Class verteilt sind, da sich beide die folgenden 44 bit unterschiedlich tei-

len können.

- EPC-Manager (Company Prefix)

Kennzeichnung des Unternehmens, das den jeweiligen EPC vergeben hat.

- Objekt Klasse

Bezeichnet die Artikelklasse.

- Seriennummer

Ist die zur eindeutigen Identifizierung vergebene Seriennummer.

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IT-Komponenten und IT-System

Abbildung 31

Aufbau des EPC am Beispiel eines SGTIN-96

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik (in Anlehnung an [Tam-10])

SSCC (Serial Shipping Container Code)

Dieser wird auch als „Nummer der Versandeinheit“ (NVE) bezeichnet. Er ermög-

licht die eindeutige Kennzeichnung von Versandeinheiten und gewährleistet somit

die lückenlose Sendungsverfolgung auf der Ebene von Versandeinheiten (vgl.

[Hel-09]).

SGLN (Serialized Global Location Number)

Sie beschreibt Unternehmen und ihre relevanten Orte, wie z. B. Warenlager, spe-

zielle Laderampen oder Regalplätze. Ähnlich der SGTIN besteht auch die SGLN

aus einer GLN und einer zusätzlichen Seriennummer, um die Einzigartigkeit zu

erfüllen.

GRAI (Gobal Returnable Asset Identifier)

Mit dem GRAI werden Transportmittel wie Paletten oder Fässer gekennzeichnet.

Er besteht aus einer Basisnummer und zusätzlichen zwei, von den jeweiligen Un-

ternehmen vergebenen Nummern, einer Behältertyp- und einer Seriennummer.

GIAI (Global Individual Asset Identifier)

Mit der GIAI wird Inventar gekennzeichnet, das im Unternehmen verbleibt und für

die Geschäftstätigkeit notwendig ist. Der GIAI besteht aus einem Bezeichner für

das Unternehmen und einem Bezeichner für das individuelle Objekt.

GDTI (Global Document Type Identifier)

Er dient der Identifikation von physischen und virtuellen Dokumenten.

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IT-Komponenten und IT-System

GSRN (Global Service Relation Number)

Sie beschreibt eindeutig die Beziehung zwischen einem Anbieter und dem Emp-

fänger von Dienstleistungen.

GID (General Identifier)

Ein 96-Bit EPC, der unabhängig von jeglicher existierender Spezifikation oder

Konvention ist.

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IT-Komponenten und IT-System

Tabelle 7 listet von EPCglobal definierte Nummerierungsstandards auf.

Tabelle 7

Übersicht der existierenden EPC-Identifikationsnummern

EPC Typ Verschlüs-

selungsart

Speicher-

verbrauch

Vorgesehenes

Einsatzfeld

SGTIN SGTIN-96 96 bit

Ware, Produkt

SGTIN-198 198 bit

SSCC SSCC-96 96 bit Ladehilfsmittel, Lade-

einheit

SGLN SGLN-96 96 bit Lager, Boden, Unter-

nehmensbereich SGLN-195 195 bit

GRAI GRAI-96 96 bit

Mehrwegbehälter

GRAI-170 170 bit

GIAI GIAI-96 96 bit

Inventar, Assets

GIAI-202 202 bit

GSRN GSRN-96 96 bit Dienstleistung

GDTI GDTI-96 96 bit

Dokumente

GDTI-113 113 bit

GID GID-96 96 bit Beliebig

Quelle: in Anlehnung an [GS1-10b]

Die erweiterte Speichernutzung bei einigen Standards, z. B. dem SGLN, wird

durch die Unterstützung alphanumerischer Seriennummern, also Zahlen und auch

Buchstaben, bedingt.

4.4 Die RFID-Middleware / Edgeware

Der Middleware wird in der Radiofrequenz Identifikation eine zentrale Rolle zuge-

ordnet. Sie stellt die Basisdienste für darauf aufbauende komplexe und verteilte

Applikationen bereit und bildet also die softwaremäßige Verbindung zwischen Re-

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83

IT-Komponenten und IT-System

ader und weiterverarbeitenden Applikationen (vgl. [Fle-05]). Damit kristallisiert sich

ihre Hauptaufgabe heraus: Die Verarbeitung der Datenströme von den Schreib- /

Lesegeräten und die Weiterleitung an die entsprechenden Anwendungen (vgl.

[VDI-4472-5]).

4.4.1 Aufgaben der Middleware

Die Middleware soll den in beiden Richtungen stattfindenden Informationsverkehr

zwischen einem Reader und einer RFID-Anwendung sicherstellen. Folglich erge-

ben sich daraus die wesentlichen Aufgaben der Middleware (vgl. [VDI-4472-5]):

- Übermittlung von Daten und Informationen vom Schreib- / Lesegerät an

übergeordnete Applikationen und Unternehmenssysteme.

- Kriterienbasiertes Filtern von erkannten Transpondern und deren Identifikati-

onsnummern.

- Aufbereitung der RFID-Daten (Bereinigung, Aggregation, Pufferung und

Transformation).

- Übermittlung von Daten und Informationen von übergeordneten Applikatio-

nen und Unternehmenssystemen an das Schreib- / Lesegerät oder andere

RFID-Kompo-nenten (z. B. Labeldrucker).

- Erleichterung und Durchführung der Verwaltung von Schreib- / Lesegeräten,

d.h. Gewährleistung des Hinzufügens neuer Reader (Offenheit) und guter

Skalierbarkeit.

- Anbindung des RFID-Systems an übergeordnete Unternehmenssysteme.

- Transport von RFID-Leseereignissen und RFID-Schreibbefehlen in Echtzeit.

Zunehmend werden Reader mit erweiterten Funktionalitäten („Embedded-

Rechner“, vgl. [Gün-09]) angeboten, die einige der o.g. Aufgaben übernehmen

können. Beispielsweise werden Geräte mit Filterfunktionalität angeboten.

4.4.2 Bestandteile der Middleware

Die Middleware in RFID-Systemen kann in mehrere Ebenen untergliedert werden.

Auf unterster Ebene und damit nahe an der Identifikationshardware eines RFID-

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IT-Komponenten und IT-System

Systems, sind sogenannte Edgeware-Komponenten angesiedelt. Die Event Midd-

leware (auch RFID-Dienst, vgl. [Fle-05]) erfüllt Aufgaben wie z. B. den Empfang,

die Speicherung und die Verarbeitung von Events, das Filtern und Aufbereiten von

Daten oder das Setzen von Zugangsberechtigungen. Die Enterprise Application

Integration (EAI)-Komponente stellt die Schnittstelle zu den übergeordneten In-

formationssystemen eines Unternehmens dar (vgl. Abbildung 32). Zum Teil wer-

den in der Literatur die Event Middleware und die EAI-Komponente zur sogenann-

ten Middleware, der Softwareschicht zwischen den Unternehmenssystemen und

der RFID-Hardware, zusammengefasst.

4.4.3 Funktionen der Event Middleware

Um den Anforderungen der RFID-Technologie an das IT-System gerecht zu wer-

den, wurden spezielle Funktionen definiert, die nach Gillert als Event Middleware

bezeichnet werden (s. Abbildung 32). Diese werden im Folgenden vorgestellt (vgl.

[Gil-07]):

Device Administration

Die Device Administration (Geräte-Administration) dient der Kommunikation mit

den Schreib- / Lesegeräten sowie deren Verwaltung. Dadurch werden deren Be-

triebszustände überwacht und ihre Funktion gewährleistet. Bei Unstimmigkeiten

oder Problemen wird ein Alarmsignal gemeldet.

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85

IT-Komponenten und IT-System

Abbildung 32

Aufbau der Middleware in RFID-Systemen

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

Event und Alert Management

Diese Funktion sorgt für den Empfang sowie für die Verarbeitung und Speicherung

der von der Edgeware weitergeleiteten Ereignisse. Ereignisse werden z. B. bei der

Lesung eines Transponders durch ein Schreib- / Lesegerät ausgelöst. Die ent-

scheidende Aufgabe liegt in der Interpretation und Verarbeitung der Events. Die

Aufbereitung der empfangenen Events ist somit die Grundlage für eine sinnvolle

Weitergabe an übergeordnete IT-Systeme.

Clearing house & Repository

Das Repository stellt die Datenbank dar, die alle erforderlichen Daten der unter-

stützten Prozesse zu Objekten, Routen und Teilnehmern beinhaltet. Hier werden

die mittels RFID generierten Daten abgelegt. Sie stellt die Grundlage für das Clea-

ring dar, was insbesondere das spezifische Filtern der Daten nach Abfragen be-

zeichnet. So können den Anwendungssystemen die abgefragten Informationen

gezielt zur Verfügung gestellt werden.

Middleware

Enterprise Application Integration (EAI)

Transponderdaten

GSM / GPRS Gateway

EPC Code Mapping

Value AddedApplications

Auto-ID Portal

Device Ad-ministration

Event / Alert Management

EPCIS

Event

Middleware

Repository

Clearing house & Tracking& Tracing

EdgewareEdgewareEdgeware

Middleware

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86

IT-Komponenten und IT-System

Auto-ID Portal

Es regelt die Zugriffsrechte auf das System und die im Repository abgelegten Da-

ten.

Value Added Applications

Damit werden vorrangig Funktionen zur statistischen Auswertungen des Datenbe-

standes im Repository bezeichnet.

Tracking & Tracing

Funktion, die die Verfolgung von Objekten und Routen unterstützt. Durch Ablage

von Soll-Informationen können Abweichungen im realen Materialfluss durch Ab-

gleich mit hinterlegten Daten festgestellt und damit automatisch Warnungen aus-

gelöst werden. Es werden also die geplanten und tatsächlichen Wege der einzel-

nen Objekte abgespeichert. Mit Tracking & Tracing lassen sich auch Suchabfra-

gen nach einzelnen Objekten beantworten.

GSM / GPRS Gateway

Nicht jedes Lesegerät ist stationär. Dieses Gateway kontrolliert den von mobilen

Lesegeräten über GSM / GPRS-Leitungen erzeugten Nachrichtenverkehr.

Weiterhin kann es in einer Middleware Funktionen geben, die bei der Verwendung

des EPC-Netzwerkes benötigt werden. Beispiele sind:

EPCIS

Funktion zur Regelung des Zugriffs auf das und durch das EPCglobal Netzwerk.

EPC Code Mapping

Die Event Middleware führt bei dieser Funktion EPC-Tabellen, die in der Lage

sind, bei dem Einsatz verschiedener Branchenstandards diese ineinander umzu-

setzen.

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87

IT-Komponenten und IT-System

4.4.4 Enterprise Application Integration (EAI)

Die höheren Anwendungen im Unternehmen, wie z. B. SCM- oder ERP-Systeme,

sind in der Regel nicht auf das Empfangen von Events und einen Echtzeit-

Datenverkehr ausgelegt, wie er bei RFID-Systemen auftritt. Im Zuge der Integrati-

on der IT-Systeme stellt die EAI-Komponente die Schnittstelle zu den übergeord-

neten Informationssystemen (Unternehmenssysteme, proprietäre RFID-

Anwendungen) dar. Diese Komponente nutzt eine Messaging-Infrastruktur um

zwischen zwei Systemen zu vermitteln, also z. B. Kommandos vom Unterneh-

menssystem an das RFID-IT-System weiterzuleiten oder RFID-Informationen an

das Unternehmenssystem zu übergeben (vgl. [Fle-05]). Auch EDI-Komponenten

(Electronic Data Interchange) können hier zugeordnet werden, die einen elektroni-

schen Datenaustausch zwischen Unternehmen, wie z. B. einen elektronischen

Lieferschein, ermöglichen (vgl. [Gil-07]). Manche EAI-Komponenten unterstützen

auch Workflow-Funktionen, mit denen systemübergreifende Geschäftsprozesse

abgebildet werden können (vgl. [Fle-05]).

4.4.5 Aufgaben der Edgeware

Die Edgeware ist eine Softwareschicht unterhalb der Event Middleware. Allerdings

ist die Angabe einer konkreten Abgrenzung nicht möglich. Sie ist als direkte Ver-

bindung zu den Geräten und Transpondern für den Zugriff zuständig und trennt

somit die „höheren“ Anwendungen von der Interaktion mit der Hardware (vgl. [Bar-

08]). Sie dient als Übersetzer zwischen dem RFID-System und den angeschlos-

senen Geräten und kann dabei auch erste, gerätebezogene Fehler erkennen (vgl.

[Fle-05]). In einigen Quellen wird die Edgeware als Teil der Middleware gesehen

und tritt nicht explizit in Erscheinung. Demzufolge werden dann die Aufgaben der

Edgeware, die im Folgenden aufgelistet werden, der Middleware zugeordnet (vgl.

[Gil-07]):

- Kontrolle der Reader auf Einsatzbereitschaft

- Erzeugung von Alarmsignalen bei Problemen, die von der Middleware wei-

terverarbeitet werden

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88

IT-Komponenten und IT-System

- Erste Validierung der übertragenen Daten und Filterung von Mehrfachlesun-

gen

- Weiterleitung von verdichteten, betriebswirtschaftlich aussagekräftigen Er-

eignissen

- Datenpufferung bei zeitweiser Nicht-Verfügbarkeit des nachfolgenden Sys-

tems

Die Edgeware ist „jener Teil der RFID-Middleware, der die darunter liegende

Hardwarelandschaft abstrahiert und ein Interface zum Erfassen und Schreiben

von Daten, zur Vorverarbeitung der Daten und zur Geräteverwaltung zur Verfü-

gung stellt“ [Bar-08].

4.5 Schnittstellen und Datenfluss bei RFID-Systemen am

Beispiel des EPCglobal Netzwerkes

„Das EPCglobal Network ist eine Standardisierungsinitiative zur Entwicklung von

Industrienormen für ein weltweites Netzwerk, mit dessen Hilfe Handelspartner alle

Produkte, die mit einem RFID-basierten Electronic Product Code (EPC) versehen

sind, verfolgen und Produkt-bezogene Informationen austauschen können” [Bar-

08]. Die Organisation EPCglobal entstand Mitte 2003 als Joint Venture der beiden

Behörden UCC und EAN, die bereits die internationalen Standards für Barcodes

festlegen (vgl. [Fle-05]). Fortgeschrittene Standards und die daraus resultierenden

Vorteile haben dazu geführt, dass das EPC Netzwerk an großer Popularität und

Verbreitung gewonnen hat. Aus diesem Grund wird das EPC Netzwerk in diesem

Kapitel genauer betrachtet und anhand seiner Struktur mögliche Datenflüsse in

einem RFID-System aufgezeigt.

4.5.1 EPC Information Service (EPCIS)

Der EPC Information Service ist ein Standard für den Austausch von Daten über

Zustand und Fluss von Objekten, die auf dem Electronic Product Code (EPC) ba-

sieren. Der EPCIS-Standard definiert ein Schema für diese Daten sowie Schnitt-

stellen für das Erfassen und Abfragen derselben (in Anlehnung an [GS1-09]).

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89

IT-Komponenten und IT-System

Abbildung 33

Zwischenbetriebliche Kommunikation und Datenaustausch im

EPCglobal Netzwerk

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik (in Anlehnung an [Gil-07])

Ziel der Standardisierungsbemühungen ist es, Daten- und Datenflüsse von RFID-

Systemen zu vereinheitlichen und somit austauschbar zwischen Unternehmen zu

machen. Weiterhin ermöglicht eine Standardisierung Herstellern von RFID-

Komponenten einheitliche Schnittstellen zu implementieren und damit eine Intero-

perabilität zu erzielen.

Sollen Informationen im EPC Netzwerk unternehmensübergreifend ausgetauscht

werden, werden neben den lokalen IT-Strukturen innerhalb eines Unternehmens-

netzwerkes auch übergeordnete Systeme zur Koordination benötigt. Im EPC

Netzwerk erfolgt das Auffinden von Daten bei Partnerunternehmen über das Inter-

net durch den Dienst „Object Naming Service - ONS“ (s. Abbildung 33).

4.5.2 Architektur und Datenfluss im EPCglobal Netzwerk

Die Standardisierung von EPCglobal bezieht sich nicht auf die gesamte IT-

Architektur von RFID-Systemen. Ziel der Standardisierung sind insbesondere die

Schnittstellen zwischen den Hard- und Softwarekomponenten, um einen einheitli-

chen und durchgängigen Datenfluss vom physischen Objekt zum Geschäftspro-

zess zu ermöglichen. Das hat den Vorteil, dass individuelle Softwarepakete erstellt

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90

IT-Komponenten und IT-System

werden können. Erfüllen sie den Standard, kann EPCglobal diese Lösungen zerti-

fizieren (vgl. [Tam-10]).

Abbildung 34 zeigt die unterschiedlichen Standards sowie den dadurch vorgese-

henen Datenfluss im EPCglobal Netzwerk.

Die Standards dienen zur Spezifizierung wichtiger IT-Schnittstellen bei RFID-

Systemen, die nach dem EPCIS-Framework aufgebaut werden. Die Schnittstellen

sind zum Teil bereits auf entsprechend zertifizierten Komponenten implementiert.

Insbesondere auf höherer Ebene sind tatsächliche Umsetzungen bisher selten

anzutreffen. Die anwendungsindividuelle Spezifizierung und Implementierung von

Schnittstellen stellt weiterhin eine bedeutende Aufgabe bei RFID-Projekten dar.

Zusätzlich zu den hier vorgestellten gibt es weitere Komponenten im EPCIS-

Framework, die aktuell in Planung oder in Erarbeitung sind.

Im Folgenden werden die einzelnen Schnittstellen und Standards zur Erzielung

des durchgängigen Datenflusses im EPC Netzwerk kurz vorgestellt:

Tag-Daten-Übersetzung (TDT)

Standard für die Umwandlung der Transponderdaten in ein internetkompatibles

Format, wie z. B. XML (vgl. [Gil-07]).

EPC-Tag-Datenstandard

Beschreibt die Struktur des verfügbaren Speichers eines RFID-Transponders (vgl.

[GS1-10b]).

EPC-Luftschnittstellenbeschreibung

Dient dem Auslesen und Schreiben von Daten auf dem Transponder. Zwischen

Lesegerät und Transponder kontrolliert die Schnittstelle folglich die Eigenschaften

des elektromagnetischen Feldes und des Formats der ausgetauschten Daten.

Wollen Hardware-Hersteller an EPCglobal angepasste Schreib- / Lesegeräte und

Transponder verkaufen, ist die Einhaltung dieser Schnittstellenstandards für sie

wesentlich (vgl. [Gil-07]).

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91

IT-Komponenten und IT-System

Lesegerätmanagement-Schnittstelle

Schnittstelle, die die Überwachung sowie die Konfiguration des Schreib- / Lesege-

rätes durch eine Lesegerätmanagement-Komponente ermöglicht.

Abbildung 34

EPCglobal-Netzwerk - Schnittstellen Komponenten und Datenfluss

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik (eigene Darstellung in Anlehnung an [Arm-09])

Lesegerät-Protokoll (RFID-Lesegerät-Schnittstelle)

Standard für die Kommunikation zwischen Schreib- / Lesegerät und der RFID-

Middleware (vgl. [Gil-07]). Dient zur Steuerung des Lesegeräts sowie der Weiter-

gabe von Rohdaten an die Middleware.

Ereignisse auf Anwendungsebene / Application Level Events (ALE)

Als Schnittstelle zwischen RFID-Middleware und Unternehmenssystemen (vgl.

[Flo-05]) ist sie der Standard dafür, wie die von den Readern an die Middleware

Hardwarekomponente Softwarekomponente Schnittstelle/EPC-Standard

EPC-Tag-Datenstandard /

EPC-Luftschnittstellenbeschreibung

Transponder/Tag

Schreib-/Lesegerät

Lesegerät-Protokoll

Middleware

Ereignisse auf

Anwendungsebene (ALE)

Applikation zur EPCIS-

Datenerfassung

EPCIS-Erfassungsschnittstelle

EPCIS-Datenverzeichnis

EPCIS-Abfrageschnittstelle

Applikation mit Zugriff auf EPCIS

(Unternehmenssystem, z.B. ERP)

Lesegerätmanagement-

Schnittstelle

Lesegerätmanagement /

Edgeware

Tag-Daten-Übersetzung (TDT)

ONS-

Schnittstelle

Unternehmen A

Internet

Haupt ONS

Applikation mit Zugriff auf EPCIS

Unternehmen B

ONS

(lokal)

ONS-Schnittstelle

Hard

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Pull oder Push

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92

IT-Komponenten und IT-System

übertragenen Informationen „zu zählen, zu aggregieren und zu interpretieren

sind.“ [Gil-07]. Sie trennt die Datenerfassung und die Geschäftslogik (vgl. [Bar-

08]).

EPCIS-Erfassungsschnittstelle

Sie „stellt einen Kommunikationsweg zur Weitergabe von EPCIS-Ereignissen, z.

B. an das EPCIS-Datenverzeichnis (EPCIS-Repository) zur Verfügung“ [Arm-09].

EPCIS-Datenverzeichnis (EPCIS-Repository)

Standard für die Datenbank, in der alle EPCIS-Ereignisse in einem vorgegebenen

Format abgespeichert werden (vgl. [Tam-10]).

EPCIS-Abfrageschnittstelle

Sie macht den Zugriff auf das EPCIS-Datenverzeichnis mit Unternehmenssyste-

men (ERP, SCM, etc.) möglich. Die Abfrage kann unternehmensintern, aber auch

unternehmensübergreifend erfolgen. So sind hier auch Zugriffsrechte spezifiziert

(vgl. [Arm-09]).

ONS-Schnittstelle (Objekt Name Service)

Dieser standardisierte Dienst ermöglicht es Informationen zu einem EPC und da-

mit einem logistischen Objekt in der Datenbank eines anderen Unternehmens zu

finden (vgl. [Tam-10]).

4.5.3 Vorteile und Herausforderungen im EPCglobal-Netzwerk

Nach der VDI 4472, Blatt 12 verfolgt das EPCglobal Netzwerk mit seinen Ansät-

zen folgende Prinzipien:

- Die Integration neuer Teilnehmer soll ohne großen technischen Aufwand und

unabhängig von dessen Softwareplattform möglich sein,

- das System soll beliebig skalierbar sein,

- neue Funktionen und Konzepte sollen schnell integrierbar sein,

Page 103: Technikleitfaden für RFID- · PDF fileI Hinweis Dieser Technikleitfaden für RFID-Projekte basiert auf Erfahrungen des RFID-Anwenderzentrum München (RFID-AZM) aus vielfältigen

93

IT-Komponenten und IT-System

- die Daten im EPCglobal Netzwerk dürfen nicht für Unberechtigte einsehbar

sein,

- existierende IT-Datenstandards (z. B. XML) sollen integrierbar sein,

- das EPCglobal Netzwerk soll für und durch Teilnehmer bei Einhaltung der

Standards offen erweiterbar sein,

- das Netzwerk soll eine moderne, serviceorientierte Architektur besitzen,

- das Netzwerk soll neue Technologien unterstützen und

- eine redundanzfreie Datenspeicherung soll ermöglicht werden.

Demgegenüber stehen auch Nachteile / Schwächen des Ansatzes:

- EPCIS stellt eine neue, wenig erprobte Technologie dar,

- es existiert weiterer Standardisierungsbedarf,

- EPCIS stellt nur Standards zur Verfügung, der Implementierungsaufwand

verbleibt bei den Anwendern der Standards und

- es existieren zum Teil Vorbehalte gegen die Standardisierung (vgl. [VDI-

4472-12]).

„Das EPCglobal Network ist eine Technologie, die es Handelspartnern ermögli-

chen soll, den Aufenthaltsort einzelner Waren und Güter innerhalb der Lieferkette

(Supply Chain) möglichst in Echtzeit dokumentieren und feststellen zu können.

Auch zusätzliche Informationen über die Waren und Güter, wie zum Beispiel das

Herstellungs- oder Verfallsdatum eines Produkts, sollen damit zwischen den Han-

delspartnern leicht ausgetauscht werden können” [Fin-08].

Für weitere, aktuellere Informationen wird auf die Webseite der GS1 Germany

GmbH wie auch auf Dokumente von GS1 Germany oder EPCglobal (z. B. [GS1-

07], [Arm-09]) verwiesen.

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94

Die Integration von RFID-Systemen in logistische Prozesse

5 Die Integration von RFID-Systemen in logisti-

sche Prozesse

Prozesse für den RFID-Einsatz und Elemente der Prozessintegration der RFID-Technik

In diesem Kapitel werden logistische Prozesse, in denen RFID zur Unterstützung

potenziell eingesetzt werden kann, vorgestellt. Darüber hinaus wird auf Eigenhei-

ten der Integration der Technik in logistische Prozesse unter Betrachtung der zu

kennzeichnenden Objekten eingegangen. Abgeschlossen wird das Kapitel mit

Hinweisen zum Testen von entwickelten RFID-Lösungen (s. Abbildung 35).

Abbildung 35

Kapitel 5 – Übersicht

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

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95

Die Integration von RFID-Systemen in logistische Prozesse

5.1 Logistische Prozesse für den RFID-Einsatz

5.1.1 Überblick über RFID-unterstützbare Prozesse der Logistik

Durch die RFID-Technik lassen sich diverse logistische Prozessketten unterstütz-

ten und somit effizienter gestalten. Diese Prozessketten (kurz Prozesse) können

den Bereichen der Unternehmenslogistik (z. B. Distributions-, Beschaffungs-, Pro-

duktionslogistik) zugeordnet werden, oder es handelt sich um spezielle, teilweise

bereichsübergreifende Prozesse (z. B. Behältermanagementprozess, Nachschub-

prozess bei JIT / JIS-Anlieferung). Die häufigsten unterstützten Prozesse in der

Metall- und Elektroindustrie sind nach einer Untersuchung aus dem Jahr 2010 in

den Bereich der Produktions- und Intralogistik, der Lagerlogistik sowie der Distri-

butionslogistik zu finden (s. Abbildung 36).

Abbildung 36

RFID-unterstützte Prozesse – Untersuchung an durchgeführten RFID-Projekten

in der M+E Industrie 2010

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik (n=89)

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96

Die Integration von RFID-Systemen in logistische Prozesse

Im Folgenden werden die unterstützten Prozessketten sowie Beispiele für

Einsatzmöglichkeiten der RFID-Technik kurz erläutert.

5.1.2 Beschreibung RFID-unterstützbarer Prozesse und

Beispiele für den RFID-Einsatz

Produktionslogistischer / Intralogistischer Prozess

Die Intralogistik beschäftigt sich mit der Planung, Steuerung und Überwachung der

innerbetrieblichen Material- und Informationsflüsse ausgehend von der Beschaf-

fung über die unterschiedlichen Stufen des Produktionsprozesses bis hin zum Fer-

tigteillager (in Anlehnung an [Gün-10]). Unter die Produktionslogistik fallen ähnli-

che Aufgaben, allerdings aus der Sicht und als Bestandteil des Produktionssys-

tems eines Unternehmens. Die Produktionslogistik- / Intralogistik ist somit die

Schnittstelle zwischen Beschaffungs- und Distributionslogistik. Der Einsatz der

RFID-Technik kann innerhalb verschiedener Teilprozesse zielführend erfolgen.

Beispiele sind die Unterstützung der Warenidentifikation oder der Mengenkontrolle

am Wareneingang, sowie die Fehlervermeidung bei Lager- und Kommissionier-

vorgängen.

Lagerlogistischer Prozess

Unter der Lagerlogistik versteht man sämtliche Aufgaben und Maßnahmen für die

Planung, Steuerung und Überwachung des Material- und Informationsflusses in-

nerhalb von Lägern. Damit setzt sich die Lagerlogistik insbesondere auch mit in-

nerbetrieblichen Transport- und Lagerungsproblemen auseinander. Sie dient als

Bindeglied zwischen angrenzenden Logistikbereichen, wie z. B. der Beschaffungs-

und der Produktionslogistik oder der Produktions- und Distributionslogistik. Der

Einsatz der RFID-Technik kann innerhalb der Lagerlogistik zur automatischen

Identitätsprüfung einer Lagereinheit oder eines Lagerplatzes erfolgen. Weiterhin

ist die Realisierung einer automatisierten Buchung von Lagervorgängen möglich.

Dadurch können Fehler und Suchzeiten vermieden werden. Eine verbesserte La-

gerplatzverwaltung und damit -nutzung kann zu einer Erhöhung der Lagerkapazi-

tät führen.

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97

Die Integration von RFID-Systemen in logistische Prozesse

Distributionslogistischer Prozess

Die Distributionslogistik dient zur Überbrückung von räumlichen und zeitlichen Un-

terschieden zwischen Güterproduktion und -verbrauch. Sie beschäftigt sich mit der

Planung, Steuerung und Überwachung überbetrieblicher Informations- und Mate-

rialflüsse zwischen einem Lieferanten und einem Kunden (in Anlehnung an [Gün-

10]). Somit verbindet sie die Intralogistik / Produktionslogistik eines Unternehmens

mit dem Kunden. Aus dessen Sichtweise lassen sich die betreffenden Vorgänge

der Beschaffungslogistik zuordnen. Prozesse der Distributionslogistik können

durch den Einsatz der RFID-Technik vielfältig unterstützt werden. Zum einen

durch Erzielung einer erhöhten Effizienz und Transparenz, in dem gekennzeichne-

te Waren und Ladehilfsmittel automatisch identifiziert und z. B. ein Avis automa-

tisch angestoßen werden kann. Aber auch eine verbesserte Fehlervermeidung bei

Kommissionier- und Versandvorgängen oder eine Unterstützung bei der Prüfung

im Warenausgang kann erreicht werden. Zum anderen kann die RFID-

Kennzeichnung von Waren und Gütern neue Nutzenpotenziale bei Kunden hervor-

rufen, indem diesen Informationen am Objekt bereitgestellt werden.

Überbetrieblicher Transportprozess

Prozess der überbetrieblichen Logistik, welcher die Planung, Steuerung und

Überwachung überbetrieblicher Informations- und Materialflüsse insbesondere zur

Überbrückung räumlicher Unterschiede zwischen einem Unternehmen und exter-

nen Partnern umfasst. Der überbetriebliche Transport verbindet Partner der Wert-

schöpfungskette und kann Bestandteil z. B. der Distributions- oder Beschaffungs-

logistik eines Partners sein. RFID kann beim überbetrieblichen Transport zum Bei-

spiel zur Steigerung der Transparenz und Effizienz beim Be- und Entladen von

Transportmitteln, bei der Sendungsverfolgung von Waren, aber auch beim Trans-

port selbst zur Überwachung von Zuständen am transportierten Gut zum Einsatz

kommen. Ein Beispiel hier ist die Temperaturüberwachung mittels sensorgestütz-

ter RFID-Transponder während des Transportes von Lebensmitteln oder Medika-

menten.

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Die Integration von RFID-Systemen in logistische Prozesse

Entsorgungslogistischer Prozess

Die Entsorgungslogistik umfasst die Planung, Steuerung und Überwachung von

Tätigkeiten zur umweltgerechten Verwendung, Verwertung und geordneten Besei-

tigung von Reststoffen (in Anlehnung an [Gün-10]). Neben der Überbrückung

räumlicher und zeitlicher Unterschiede ist insbesondere auch die sorten- und

mengenmäßige Änderung der Reststoffe Gegenstand der Entsorgungslogistik. Die

bei Herstellungsbetrieben anfallenden Abfallprodukte müssen zum Teil unter ho-

hem Kostenaufwand von Spezialfirmen beseitigt oder zur weiteren Verwendung

aufbereitet werden. RFID kann hier unterstützen, indem z. B. die benötigten Be-

hälter gekennzeichnet und die oft rechtlich notwendigen Nachweise so erbracht

werden können, wobei gleichzeitig eine Verwechslung der Materialien und Müll-

verursacher ausgeschlossen werden kann (vgl. [BVL-05]).

Beschaffungslogistischer Prozess

Die Beschaffungslogistik dient zur wirtschaftlichen Versorgung eines Unterneh-

mens mit betriebsfremden Gütern (in Anlehnung an [Gün-10]). Sie beschäftigt sich

mit der Planung, Steuerung und Überwachung überbetrieblicher Informations- und

Materialflüsse zwischen einem Lieferanten und einem Kunden aus Sicht des Kun-

den. Somit stellt sie die Schnittstelle zwischen dem Beschaffungsmarkt und der

Intralogistik / Produktionslogistik eines Unternehmens dar. Prozesse der Beschaf-

fungslogistik können durch den Einsatz der RFID-Technik vielfältig unterstützt

werden. So können z. B. durch Lieferanten gekennzeichnete Waren und Behälter

effizient identifiziert, geprüft und vereinnahmt werden. Weiterhin kann die Sen-

dungsverfolgung in der Beschaffung transparenter gestaltet werden.

Behältermanagementprozess

Das Behältermanagement bezieht sich auf die Planung, Steuerung und Überwa-

chung des Einsatzes und der Verwaltung von Mehrwegbehältern. Insbesondere

die Überwachung und Steuerung von Beständen sowie die Steuerung von Behäl-

terkreisläufen und der Versorgung mit Behältern, auch über Unternehmensgren-

zen hinweg, stehen im Fokus des Behältermanagements. Aufgaben wie die Pflege

und Wartung sind dabei ebenso zu nennen. Durch den Einsatz der RFID-Technik

kann für Behälter eine erhöhte Transparenz über den Lagerort und den -bestand

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Die Integration von RFID-Systemen in logistische Prozesse

erreicht werden. Das kann helfen, deren Menge und damit verbundene Kapitalbin-

dungskosten bei gleichbleibender Verfügbarkeit zu reduzieren. Auch kann die Effi-

zienz der Handhabung von Behältern oder der Prüfung des Inhaltes durch den

Einsatz der RFID-Technik gesteigert werden.

Nachschubprozess (Just-in-Time / Just-in-Sequence-Anlieferung, Kanban-Anlieferung)

Der Nachschubprozess bezieht sich auf die Planung, Steuerung und Überwa-

chung der Teilebereitstellung für einen Produktionsprozess. Dabei können ver-

schiedene Anlieferstrategien wie Just-in-Time, Just-in-Sequence oder Kanban

eingesetzt werden.

Die Just-in-Time-Belieferung (JIT, gerade rechtzeitig) ist ein produktionssynchro-

nes Anlieferkonzept, unter dem man die zeitgenaue Anlieferung von Materialien /

Produkten beim Verbraucher versteht. Damit wird eine Einlagerung des Materials

vor dem Verbrauchen obsolet. Stattdessen kommen Materialpuffer für eine kurze

zeitliche Überbrückung einer Bedarfslücke zum Einsatz. Bei einer Anlieferung

Just-in-Sequence (JIS, gerade in der Sequenz) erfolgt die Anlieferung von Material

beim Verbraucher, zusätzlich in der für die Produktion benötigten Reihenfolge (vgl.

[Gün-10], [Kom-11]).

Bei der Kanban-Anlieferung erfolgt eine Einteilung der Produktionsprozesse in

selbststeuernde Regelkreise, die nach dem Pull-Prinzip (auch Hol-Prinzip ge-

nannt) arbeiten. Der Anstoß der Bestandsauffüllung erfolgt dabei durch das Kan-

ban-Lager selbsttätig nach der Leerung eines Kanban-Behälters (vgl. [Gün-10],

[Kom-11]).

RFID kann zur Unterstützung der Planung und Steuerung des Nachschubes ein-

gesetzt werden, in dem z. B. Bestände am Produktions- oder Montageband auto-

matisch überwacht und Bestellungen ausgelöst werden. Auch können im Zuge

des Nachschubes automatische Prüfungen von Bauteilen (richtiges Bauteil am

richtigen Ort) erfolgen und somit Montagefehler vermieden werden. Häufig erfolgt

dabei die Kennzeichnung von Behältern und Transportgestellen. Letztere können

z. B. mit RFID-Transpondern ausgestattet werden, die Informationen über den

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100

Die Integration von RFID-Systemen in logistische Prozesse

Produktions- und Montageprozess enthalten und somit den Nachschub steuern

und überwachen helfen.

Ersatzteilprozess

Die Ersatzteillogistik beschäftigt sich mit der Planung, Steuerung und Überwa-

chung überbetrieblicher Informations- und Materialflüsse zur Versorgung von Kun-

den mit Ersatzteilen. Bestandteile der Ersatzteillogistik sind die Ersatzteilbeschaf-

fung, -lager-haltung, und -distribution. Somit verbindet sie die Intralogistik / Pro-

duktionslogistik eines Unternehmens mit dem Kunden. Der Einsatz der RFID-

Technik kann zum einen bei logistischen Aufgaben der Ersatzteillogistik, analog zu

bereits oben genannten Aspekten, unterstützten. Besonders hervorzuheben sind

in diesem Zusammenhang darüber hinaus zwei zusätzliche Gegebenheiten. Zum

einen kann die Kenzeichnung von Bauteilen und die Möglichkeit, weitere Informa-

tionen z. B. über die Charge, Version usw., das Auffinden von passenden Ersatz-

teilen vor Ort erleichtern. Zum anderen bietet RFID die Möglichkeit zur eindeutigen

und sicheren Kennzeichnung von Bauteilen, auf deren Grundlage Originalteile und

Nachbauten oder Fälschungen unterschieden werden können.

Inventur- und Bestandsmanagementprozess

Bestandsmanagement beinhaltet die Planung, Steuerung und Überwachung von

Beständen. Bestände dienen zum Ausgleich mengenmäßiger oder zeitlicher Un-

terschiede, zwischen Bedarf und Verfügbarkeit von Waren und Gütern. Die Erfas-

sung und Überwachung von Beständen kann in bestimmten Situationen (z. B. In-

ventur) oder für bestimmte Bauteile und Produkte (kritische Bauteile zur Absiche-

rung gegen Störungen) von besonderer Bedeutung sein. Die Inventur stellt eine

Bestandsaufnahme dar, die durchgeführt wird, um das Inventar zu erstellen (in

Anlehnung an [VDI-4492]). Die RFID-Technik kann bei der Erfassung von Bestän-

den helfen, indem sie passiv für die Identifikation bei Ein- und Auslagervorgängen

zum Einsatz kommt, aber auch aktiv, indem sie hilft Bestände in Echtzeit aufzu-

nehmen und an ein übergeordnetes Informationssystem weiterzugeben.

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101

Die Integration von RFID-Systemen in logistische Prozesse

Supply-Chain-Management-Prozess

Das Supply-Chain-Management (SCM) „umfasst die prozessorientierte Gestal-

tung, Planung und Steuerung aller Material-, Informations- und Werte-Ströme vom

Kunden bis zum Rohstofflieferanten, mit dem Ziel, Wertschöpfungspartner in einer

win-win-Beziehung zu integrieren, und so die Wettbewerbsfähigkeit der gesamten

Logistikkette zu steigern" [Kom-11]. Somit ist das Ziel des SCM eine Optimierung

der gesamten Wertschöpfungskette. Die RFID-Technik kann das SCM neben der

Unterstützung von Teilaufgaben, wie dem überbetrieblichen Transport, auch um-

fassender unterstützen, indem es als Basis für unternehmensübergreifende Sys-

teme zum Informationsaustausch dient. So können mittels RFID generierte Infor-

mationen auf Artikelebene automatisch unterschiedlichen Supply-Chain-Partnern

zugängig gemacht und somit die Transparenz über die gesamte logistische Kette

gesteigert werden.

Retourenprozess

Die Retoure ist eine „Kundenrücklieferung, die unter Umständen mit Reklamatio-

nen bzgl. fehlende[n] Artikel[n] oder Mengen, falsche[n) Artikel[n], Qualitäts- und

Verpackungsmängeln usw. verbunden ist" [Hom-08]. Aus Sicht eines Unterneh-

mens führt eine Retoure zu einer Prüfung von Kundendaten und Inhalten einer

Nachbehandlung oder Rücksendung mit einer anschließenden Entscheidung über

eine Vereinnahmung der Ware (vgl. [VDI 4490]). Auf Grundlage einer Retoure er-

folgt damit in der Regel der Anstoß weiterer Prozesse im Unternehmen. Die RFID-

Technik kann logistische Prozesse, die durch eine gekennzeichnete Retoure aus-

gelöst werden, unterstützten, da direkt am Objekt Informationen über die Retoure

bereitgestellt werden. Da Retouren in der Regel nicht erwartet werden, kann eine

schnelle Informationsbereitstellung besonders hilfreich sein. Betrifft die Ursache

der Rücksendung eines Artikels auch andere Produkte z. B. aus derselben Char-

ge, kann RFID durch die Möglichkeit der Zuordnung von Chargen zu Objekten

weiterhin eine effiziente Chargenrückverfolgung und damit effiziente Rückrufaktion

ermöglichen.

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102

Die Integration von RFID-Systemen in logistische Prozesse

5.1.3 RFID-Einsatz in logistischen Hauptprozessen

Eine Ebene detaillierter betrachtet, kann der Einsatz RFID-Technik auch auf der

Ebene von Hauptprozessen dargestellt werden. In Anlehnung an die VDI 4490

[VDI4490], sollen hier intralogistische Hauptprozesse innerhalb eines Unterneh-

mens vorgestellt werden, die zwischen der Ankunft von Waren am Wareneingang

und dem Verlassen von Waren liegen. Ein möglicher Einsatz der RFID-Technik

wird dabei vorgestellt.

Der Wareneingang besteht im Wesentlichen darin, „technische und organisatori-

sche Arbeiten durchzuführen, wie Entladen, Puffern, Auspacken, Sortieren, neu

Verpacken, Zusammenstellen und für die Einlagerung bzw. die Produktion vorzu-

bereiten. Informatorische Funktionen sind im WE auszuführen, z. B. Einlesen der

eingegangenen Güter in das LVS, Mengenprüfung und Qualitätskontrolle im quan-

titativen sowie im qualitativen Bereich“ [Mar-09]. Das Hauptaugenmerk des RFID-

Einsatzes wird im Wareneingang auf das Vermeiden von Zählfehlern, ggf. Entfall

von Lieferpapieren und automatischen Soll- / Ist Vergleichen gelegt (vgl. [BVL-

05]). Auch die Automatisierung von Identifikationsvorgängen sowie die Vermei-

dung von Tätigkeiten zur Vereinzelung von Paletten oder die Verringerung von

Liegezeiten zwischen Ankunft und Identifikation, sind hier zu nennen.

Prozesse der Qualitätssicherung (QS) laufen in einzelnen Unternehmen sehr indi-

viduell ab (vgl. [VDI 4490]). RFID kann bei der Qualitätssicherung unterstützen,

indem durch den Einsatz einer objektbezogenen Identifikationsnummer QS-

relevante Historiendaten eindeutig zugeordnet werden können. Weiterhin können

durch die Automatisierung von Identifikationsvorgängen manuelle Fehler vermie-

den und damit die Prozessqualität gesteigert werden (vgl. [BVL-05]).

Bei der Ein- und Auslagerung finden eine Identitätsprüfung der Lagereinheit, eine

Zuweisung zu einem Stellplatz und der Transport (Einlagerung) von Waren statt.

Außerdem erfolgt eine Überprüfung der Stellplatzadresse bzw. Buchung auf eine

Stellplatzadresse. Durch die Implementierung „intelligenter Lagerplätze“ (Lager-

platz ist getagt) können Fehler gegenüber einer manuellen Lagerplatzzuordnung

vermieden werden (vgl. [BVL-05]).

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103

Die Integration von RFID-Systemen in logistische Prozesse

Die Kommissionierung ist die „Übernahme des Kundenauftrags, Bearbeitung und

nachfolgende Übergabe des Kommissionierungs-Auftrags an nachgelagerte Abtei-

lungen“ [VDI4490]. Weiterhin ist das Zusammenstellen von bestimmten Teilmen-

gen (Artikeln) aus einer bereitgestellten Gesamtmenge (Sortiment), aufgrund ei-

nes Auftrages Teil einer Kommissionierung (vgl. [Gün-09]). Die RFID-Technik

kann zum Beispiel zur Vermeidung von Kommissionierfehlern eingesetzt werden,

in dem Pick-Vorgänge auf ihre Korrektheit kontrolliert werden.

Der Warenausgang / Versand „ist die Bearbeitung des Versandauftrags inklusive

Kontrolle und Verpackung, sowie der Bearbeitung der Dokumente und die Avisie-

rung der Transporte mit anschließender Verladung bzw. Warenausgang“ [VDI

4490]. Die RFID-Technik kann unter dem Einsatz elektronischer Ladelisten helfen,

manuelle Erfassungsvorgänge zu vermeiden (vgl. [BVL-05]). Automatische Wa-

renausgangskontrollen sind ebenso möglich.

5.1.4 Der Identifikationsprozess bei RFID-Systemen

Neben den Prozessen, die auf Makroebene das Einsatzgebiet der RFID-Technik

beschreiben, ist für die Erstellung einer RFID-Lösung auch der Identifikationspro-

zess auf Mikroebene von Bedeutung. Dieser wird an einem Beispiel im Folgenden

vorgestellt.

Der Identifikationsprozess – Vorstellung an einem Beispiel im Wareneingang

Nach Freund wird durch einen Prozess ein Ablauf von Schritten beschrieben, für

den eine Wiederholbarkeit charakteristisch ist. Ein Prozess kann dann implemen-

tiert werden, wenn einzelne Schritte immer einen gleichen Ablauf aufweisen und

somit standardisiert werden können (vgl. [Fre-08]).

Mit dem Identifikationsprozess sollen die Schritte innerhalb eines Logistikprozes-

ses beschrieben werden, die zur Identifikation eines Objektes durch die RFID-

Technik dienen. Dabei sind Tätigkeiten der Identifikation selbst (z. B. Objekt erfas-

sen, Information erzeugen, Information verändern oder Information übermitteln),

genauso von Bedeutung, wie vorbereitende Tätigkeiten (z. B. Objekt mit

Transponder ausstatten oder Transponder beschreiben). Für die Ausarbeitung

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104

Die Integration von RFID-Systemen in logistische Prozesse

eines Identifikationspunktes oder einer RFID-Lösung ist es von Bedeutung, die

Veränderungen innerhalb des logistischen Materialflussprozesses, wie auch das

Zusammenspiel mit dem Informationsfluss ausreichend detailliert zu beschreiben

und aufzuzeigen.

Abbildung 37 zeigt beispielhaft einen möglichen Wareneingangsprozess ohne (Ist-

Prozess), Abbildung 38 mit RFID-Unterstützung (Soll-Prozess) auf. Im Soll-

Prozess wird die RFID-Technik zur Identifikation von Objekten im Wareneingang

eingesetzt. Auch die Weiterverarbeitung der generierten Daten wird vorgestellt.

In dem aufgezeigten Beispiel wird die eingehende Lieferung von einem Stapler in

den Bereich des Wareneingangs transportiert. Dort wird die gesamte Lieferung

identifiziert. Während beim Ist-Prozess ohne RFID-Einsatz eine Vereinzelung der

Objekte auf der Palette mit einer anschließenden manuellen Identifikation durch

einen Lagermitarbeiter erfolgt, werden diese Schritte beim Einsatz der RFID-

Technik automatisch durchgeführt. Zur Identifikation mittels RFID wird hier der der

Electronic Product Code (EPC) eingesetzt. Weitere Prozessschritte des Waren-

eingangsprozesses bleiben weitgehend unberührt. Bei der Zuordnung von Lager-

plätzen (die hier auch mit RFID-Transpondern ausgestattet sind) zu einzelnen Be-

hältern erfolgt weiterhin eine informationstechnische Zuordnung („Aggregation“)

von Lagerplatz und Behälter in der RFID-Middleware.

Die Erzeugung, Veränderung und Übermittlung von Informationen durch das

RFID-System werden in Abbildung 39 dargestellt. Durch den Einsatz verschiede-

ner Nummerncodes wie sie im EPC definiert sind, können im Beispiel Paletten,

Kisten, Produkte wie auch Flurförderfahrzeuge eindeutig identifiziert werden. Bei

der Verarbeitung und Auswertung von Lesevorgängen an dem eingesetzten Lese-

gate entstehen informationstechnische Ereignisse (Events, grüne Waben). „Ein

Event bezeichnet [allgemein] einen bestimmten Sachverhalt zu einem bestimmten

Zeitpunkt an einem bestimmen Ort“ [Gil-07]. Diese Ereignisse dienen z. B. zur

Weitergabe von Informationen von der Middleware, zu einem übergeordneten La-

gerverwaltungssystem.

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105

Die Integration von RFID-Systemen in logistische Prozesse

Abbildung 37

Beispielhafter Wareneingangsprozess ohne RFID-Unterstützung

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

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106

Die Integration von RFID-Systemen in logistische Prozesse

Abbildung 38

Beispielhafter Wareneingangsprozess mit RFID-Unterstützung

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

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107

Die Integration von RFID-Systemen in logistische Prozesse

Das Beispiel zeigt auf granularer Ebene mögliche Veränderungen in festgelegten

Abläufen in der Logistik, durch den Einsatz von RFID. Neben den „Standard“-

Prozessen kann auch die Definition von „Exceptions“ notwendig werden, die fest-

legt was passiert wenn eine Lesung / Identifikation nicht oder falsch erfolgt. Im

Zuge eines RFID-Projektes sind die Ausarbeitung der Prozesse am Identifikati-

onspunkt (Regelprozesse, Ausnahmeprozesse), sowie die Planung der Informati-

onsbereitstellung und Verbindung zu den Informationssystemen, durchzuführen.

Abbildung 39

Informationsfluss am Identifikationspunkt vom Lesegate zu einem

Lagerverwaltungssystem

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

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108

Die Integration von RFID-Systemen in logistische Prozesse

Attribute von Prozessschritten

Neben der Ausarbeitung des Identifikationsprozesses als Ablauf von einzelnen

Tätigkeiten kann, für den Ist-Prozess wie auch für den Soll-Prozess, das Ermitteln

von Attributen einzelner Prozessschritte von Bedeutung sein. Attribute sind Eigen-

schaften von einzelnen Tätigkeiten und Teilprozessen, die zu deren Beschreibung

und Bewertung eingesetzt werden. Somit kann eine detaillierte Grundlage zur

Ausarbeitung eines RFID-Systems sowie einzelner Identifikationspunkte geschaf-

fen werden. Im Folgenden sollen Beispiele für bedeutende Prozessattribute gege-

ben werden (vgl. [Gün-11]):

Beispiele für Attribute des Materialflusses

- Identifikationsobjekt (welches Objekt / welche Objekte sollen identifiziert

- werden?),

- Kennzeichnungsobjekt (welches Objekt / welche Objekte sollen mit

- RFID gekennzeichnet werden?),

- Handling Unit,

- Anzahl Objekte je Handling Unit (wie viele Kennzeichnungsobjekte

- werden gleichzeitig gehandhabt?) und

- Packschemata (wie sind die Kennzeichnungsobjekte auf einem

- Ladungsträger angeordnet?).

Beispiele für Attribute des Informationsflusses

- Informationsträger (welcher Informationsträger wird bisher eingesetzt /

- soll eingesetzt werden?),

- Information auf Informationsträger (welche Informationen werden auf

- einem Informationsträger gespeichert / sollen gespeichert werden?),

- Information je Kennzeichnungsobjekt (welche Informationen werden je

- Kennzeichnungsobjekt benötigt?) und

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109

Die Integration von RFID-Systemen in logistische Prozesse

- Information je Handling Unit (welche Informationen werden je Handling

- Unit benötigt?).

Beispiele für Attribute der Systemumgebung des Identifikationspunktes

- Ort (wo befindet sich der Identifikationspunkt?),

- Systemumgebung (wie ist die Systemumgebung am Identifikationsort

- bzgl. des RFID-Einsatzes beschaffen?),

- eingesetzte Mitarbeiter,

- eingesetzte Technik und

- Zweck und Restriktionen (was soll durch einen Prozessschritt erreicht

- werden? Welche Einschränkungen ergeben ich für den Prozessschritt?).

Beispiele für Attribute zur Bewertung

- Durchführung (wie wird der Prozessschritt durchgeführt? Manuell /

- automatisch?),

- Dauer (wie lange dauert der Prozessschritt?) und

- Häufigkeit (wie häufig wird der Prozess durchgeführt?).

Die detaillierte Aufnahme von logistischen Ist-Prozessen zu Beginn eines RFID-

Projektes dient als Grundlage für die Konzipierung und Erarbeitung einer RFID-

Lösung. Der ausgearbeitete Soll-Prozess ist Bestandteil der RFID-Lösung. Die

Umsetzung erfolgt zum einen durch die Implementierung des Informationsflusses

durch Hardware- sowie IT-Systemkomponenten. Zum anderen durch die Umset-

zung des neuen Soll-Prozesses in den täglichen Abläufen durch Vorgaben und

Schulungen der durchführenden Mitarbeiter eines Unternehmens.

5.2 Kennzeichnungsebenen für logistische Objekte

Für die Betrachtung des RFID-Einsatzes können logistische Objekte verschiede-

nen Kennzeichnungsebenen zugeordnet werden. Die angestrebte Kennzeich-

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110

Die Integration von RFID-Systemen in logistische Prozesse

nungsebene für eine RFID-Anwendung hat dabei Einfluss auf die Ausgestaltung

des RFID-Systems. Zur Festlegung von Standards für die eingesetzte RFID-

Technik sind verschiedene ISO-Normen entstanden (vgl. [Bar-08]). Diese können

den Kennzeichnungsebenen zugeordnet werden. Im Folgenden werden die ein-

zelnen Ebenen kurz vorgestellt (s. Abbildung 40):

- Ebene 1 – Ware / Produkt (ISO 17367)

Die erste Ebene bilden elementare, einzelne Waren und Güter (z. B. Stück-

güter, Schüttgüter).

- Ebene 2 – Nicht-unterfahrbare Ladehilfsmittel / Verpackung (ISO 17366, ISO

17365)

In Ebene 2 sind die nicht unterfahrbaren Ladehilfsmittel (LHM) zusammenge-

fasst, die umschließend und stapelfähig sind. Im Allgemeinen werden diese

auch als Behälter bezeichnet (z. B. Lagersichtkästen, Kunststoffbehälter) und

beinhalten auch standardisierte Kleinladungsträger. Auch (Transport-)Ver-

packungen können dieser Ebene zugeordnet werden.

- Ebene 3 – Unterfahrbare Ladehilfsmittel (ISO 17364)

In der 3. Ebene werden unterfahrbare Ladehilfsmittel zusammengefasst, die

sich unter anderem dadurch auszeichnen, dass sie mit Gabelstaplern o.ä.

transportiert werden können (z. B. Paletten, Gitterboxen).

- Ebene 4 – Gebinde (ISO 17363)

Innerhalb der 4. Ebene werden Ladehilfsmittel gelistet, die Güter für den

Transport und Umschlag zusammenfassen (z. B. Container).

- Ebene 5 – Transportmittel (ISO 17363)

Die 5. Ebene beinhaltet Transportmittel (z. B. Gabelstapler, LKW), die als lo-

gistische Objekte selbst auch mit RFID gekennzeichnet werden können.

- Ebene 6 – Lagerplätze / Boden

Die 6. Ebene umfasst Lagerplätze und -orte innerhalb und außerhalb von

Gebäuden (z. B. Regal, Bodenblocklager).

Die Identifikationsebene einer RFID-Anwendung kann von der Kennzeichnungs-

ebene abweichen. Ist dies der Fall, werden in der Regel Kennzeichnungs- und

Identifikationsobjekt informationstechnisch verknüpft. Ein Beispiel ist die Identifika-

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Die Integration von RFID-Systemen in logistische Prozesse

tion von übereinander gestapelten Paletten. In der Umsetzung kann es sinnvoll

sein, nur eine untenliegende Palette zu kennzeichnen und mittels RFID direkt zu

identifizieren (Kennzeichnungsebene Gebinde). Wurde die obenstehende Palette

in einem Informationssystem der gekennzeichneten Palette zugeordnet, erfolgt

indirekt die Identifikation beider Paletten (Identifikationsebene Ladehilfsmittel).

Durch eine solche logische Verknüpfung mehrerer Objekte, kann bei manchen

Anwendungsfällen eine höhere Leistungsfähigkeit einer Lösung erzielt werden.

Abbildung 40

Kennzeichnungsebenen für RFID-Systeme

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik (in Anlehnung an [Gün-09])

5.2.1 Eigenschaften von Kennzeichnungsobjekten mit Auswir-

kung auf den RFID-Einsatz

Dieses Kapitel befasst sich mit der Charakterisierung von häufig gekennzeichne-

ten logistischen Objekten, die den vorgestellten Ebenen zugeordnet werden kön-

nen. Dabei wird auf deren spezielle Eigenschaften für den RFID-Einsatz einge-

gangen.

Ware / Produkt (Ebene 1)

Auf Stückgüter kann in vielen Fällen direkt ein Transponder appliziert werden,

wenn am Objekt eine ausreichende Fläche zur Verfügung steht (s. Abbildung 41).

Ebene 3

Unterfahrbare LHM*

Ebene 5

TransportmittelEbene 6

Lagerplatz / Boden

Ebene 2

Nicht-unterfahrbare

LHM* / Verpackung

* LHM = Ladehilfsmittel

Ebene 4

Gebinde (nicht dargestellt)

Ebene 1

Ware / Produkt

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112

Die Integration von RFID-Systemen in logistische Prozesse

Zu beachten sind hierbei die Verstimmung oder Wirbelstromverluste, die vom Ap-

plikationsuntergrund abhängig sind. Bei Schüttgütern wird häufig ein stabiler

Transponder ins Schüttgut geworfen. Wie in Abbildung 46 dargestellt, haben ins-

besondere die Feuchtigkeit und auch die Leitfähigkeit des Schüttgutes einen signi-

fikanten Einfluss auf die Leistungsfähigkeit eines RFID-Systems. Kennzeich-

nungsobjekte der Ebene 1 lassen sich bei relativ kleiner Größe und Bauform bei

der Verwendung eines Förderbandes, z. B. durch Tunnelleser, erfassen. Aufwen-

diger, dafür flexibler, ist der Einsatz von mobilen Erfassungsgeräten. Auch die Er-

fassung bei der Durchfahrt von Gates ist je nach konkreter Anwendung eine mög-

liche Option. Aufgrund der Robustheit gegenüber Materialeinflüssen ist noch häu-

fig die Verwendung des HF-Spektrums üblich (vgl. [Gil-07]).

Abbildung 41

Gekennzeichnete Waren und Produkte

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

Nicht-unterfahrbare Ladehilfsmittel / Verpackung (Ebene 2)

Behälter und Kleinladungsträger (KLT) sind in der Regel aus Kunststoffen wie PP

oder PE und können so kleine Stückgüter bzw. geringe Mengen Schüttgut auf-

nehmen.

Wie in Abbildung 46 ersichtlich, wirkt sich der Kunststoff selbst nur geringfügig auf

das RFID-System aus, weshalb Behälter selbst oftmals gut für den RFID-Einsatz

geeignet sind. Zu beachten ist dabei jedoch die Beladung der Behälter. Ihr Inhalt

kann die Funktionalität eines RFID-Systems negativ beeinflussen. Oftmals ist

durch die Definition der Abläufe für die Identifikation und einem geeigneten Sys-

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113

Die Integration von RFID-Systemen in logistische Prozesse

temaufbau, eine sichere Identifikation vereinzelter Behälter, aber auch mehrerer

im Pulk zu gewährleisten. KLT wie auch Großladungsträger (GLT) lassen sich

durch ihren modularen Aufbau sehr gut zu Ladeeinheiten, z. B. auf einer Palette,

zusammenfassen. Bei einer (Portal-)Identifika-tion ist auf die Identifikationssicher-

heit, insbesondere von innenliegenden Behältern, zu achten, da die Beladung der

umliegenden abschirmend wirken kann. Je nach Anwendungsfall, kann daher eine

Applikation des Transponders vorne (s. Abbildung 42), an einer Seite oder auch

am Boden eines Behälters optimal sein.

Abbildung 42

KLT-Behälter mit UHF-RFID-Label

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

Unterfahrbare Ladehilfsmittel (Ebene 3)

Die Euro-Palette als ein bekannter Vertreter dieser Ebene, ist üblicherweise aus

Holz und kann Lasten bis 1500 kg tragen. Sie dienen dazu, Ladeeinheiten zu bil-

den, die für den Transport mit einem Flurförderfahrzeug geeignet sind.

Abbildung 43

Holzpalette mit RFID-Kennzeichnung

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

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114

Die Integration von RFID-Systemen in logistische Prozesse

Holz eignet sich in der Regel etwas schlechter für den RFID-Einsatz. Grund ist die

Feuchtigkeit im Holz (vgl. [VDI4772-5]). Abhilfe bringen hier z. B. Paletten aus

Kunststoff, die von speziellen Anbietern z.T. bereits bei Verkauf mit UHF-

Transpondern ausgestattet werden. Speziell für die Erfassung von Paletten exis-

tieren neben Portallösungen auch Lösungen am Flurförderfahrzeug, wie z. B. die

Gabelzinkenantenne oder Frontantennen. Üblicherweise wird für die Identifikation

von Paletten das UHF-Band genutzt (vgl. [Gil-07]). Wichtig bei der Kennzeichnung

von unterfahrbaren Ladehilfsmitteln ist auch der Ort der Anbringung des

Transponders. Dieser muss auf die eingesetzten Identifikationssysteme und die

Identifikationsaufgabe abgestimmt sein. Abbildung 43 zeigt eine RFID-

Kennzeichnung einer Holzpalette an der Seite.

Gebinde (Ebene 4)

ISO-Container mit einer Tragfähigkeit von bis zu ca. 30 t erlauben eine geschlos-

sene Transportkette, durch die Verfrachtung über z. B. LKW, Bahn oder Schiff.

Um Verstimmungen oder Wirbelstromverluste durch die Applikation eines

Transponders am Stahlcontainer zu vermeiden, muss eine geeignete Transpon-

derlösung gewählt werden. Anforderungen z. B. an die Reichweite, sind bei Con-

tainern teilweise höher als in der Intralogistik. Für das Tracking von Containern

werden daher oftmals aktive Transponder im SHF-Band verwendet (vgl. [Gil-07]).

Transportmittel (Ebene 5)

RFID kann auch zur Kennzeichnung von Flurförderfahrzeugen (FFZ) eingesetzt

werden. Häufig wird eine Kombination aus einer Kennzeichnung des Flurförder-

fahrzeuges selbst und einer Ausstattung mit einem Schreib- / Lesegerät umge-

setzt. So kann beim Be- / Entladen direkt die Ladungseinheit durch das Lesegerät

des Flurförderfahrzeuges erfasst werden, welches später selbst an einem vorge-

gebenen Identifikationspunkt identifiziert wird. Durch die Assoziation Transportmit-

tel / Ladungseinheit wird ein registrierter Transportvorgang gebildet, der z. B. im

Rahmen einer zentralen Steuerung ein Produktionsereignis auslösen kann. So

kann eine indirekte Form der Nachschubsteuerung realisiert werden (vgl. [Jan-

04]). Weiterhin ist der Einsatz von RFID zur Zutritts-kontrolle von FFZen in be-

stimmte Unternehmensbereiche möglich (s. Abbildung 44). Transportmittel können

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115

Die Integration von RFID-Systemen in logistische Prozesse

z. B. durch Portale, die in ihrer Größe und Anordnung der Antennen angepasst

sind, identifiziert werden.

Abbildung 44

Flurförderfahrzeug mit RFID-Kennzeichnung zur Zutrittskontrolle

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

Lagerplatz / Boden (Ebene 6)

Lagerplätze können durch ihre Vielzahl an Varianten, z. B. Hochregale oder Um-

laufregallager, unterschiedlichste Transporteinheiten lagern. Aus der Kombination

des Werkstoffes des Lagers, der Ladungseinheiten und der Ladung selbst erge-

ben sich Einflüsse auf einen RFID-Einsatz.

Abbildung 45

Palettenlager mit RFID-Kennzeichnung

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

Durch die Kennzeichnung von Lagerplätzen lassen sich eine effiziente Lagerver-

waltung sowie eine automatische Zuordnung von Lagerplätzen zu Lagereinheiten

realisieren (s. Abbildung 45). Eine weitere Anwendung im Lager ist das Be-

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Die Integration von RFID-Systemen in logistische Prozesse

standsmanagement. Dies kann durch eine Anbringung von Schreib- / Lesegeräten

an Lagerplätzen erfolgen. Hier werden nicht Lagerplätze selbst gekennzeichnet,

sondern die Lagereinheiten (Artikel, Behälter). Dadurch können Ein- und Auslage-

rungen kontrolliert und Bestände in Echtzeit erfasst werden. Wichtig bei der Um-

setzung ist eine angepasste Abschirmung zwischen den Lagerplätzen und eine

gezielte Ansteuerung einzelner Antennen, damit es nicht zu Doppel- oder Falsch-

lesungen kommt (vgl. [Bri-10a]). Es existieren verschiedene Lösungen, die direkt

auf die Identifikation und das Verwalten von Lagerplätzen zugeschnitten sind.

Die folgende Abbildung gibt einen qualitativen Überblick über die Auswirkungen

unterschiedlicher Applikationsmaterialien (Objektmaterialien) und Schnittstellen-

materialien (Verpackungsmaterialien), auf einen RFID-Einsatz. Auf Grund der

Vielzahl an möglichen Materialkombinationen, ist der Nachweis über die Identifika-

tionssicherheit bei einer RFID-Lösung, in der Regel im Zuge eines Projektes indi-

viduell zu erbringen. Prinzipiell bleibt anzumerken, dass sich Kennzeichnungsob-

jekte aus (nichtleitendem) Kunststoff oder Papier / Pappe, besser für den RFID-

Einsatz eignen als metallische Objekte oder Flüssigkeiten. Dabei ist jedoch nicht

nur das Kennzeichnungsobjekt selbst, sondern auch das Umfeld des RFID-

Einsatzes zu beachten.

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Die Integration von RFID-Systemen in logistische Prozesse

Abbildung 46

Qualitativer Überblick (ohne Frequenzbezug) über verschiedene Materialkombinationen

und deren Einfluss auf die Erfassung mit RFID

*) Leitfähige Stoffe: Z. B. Metalle, leitfähige Kunststoffe: Neutrale Stoffe: Z. B. Kunststoffe, (trockenes) Holz, Wellpappe.

Bewertung: -- Lesen und Schreiben nur mit besonderen Maßnahmen möglich. - Lesen und Schreiben eingeschränkt möglich; eventuell zusätzliche

Maßnahmen notwendig; sollte im Einzelfall getestet werden. 0 Lesen und Schreiben möglich; sollte im Einzelfall getestet werden. + Lesen und Schreiben uneingeschränkt möglich.

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik [VDI4472-5]

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118

Die Integration von RFID-Systemen in logistische Prozesse

5.2.2 Möglichkeiten zur Transponderanbringung an Kennzeich-

nungsobjekten

Mögliche Applikationsarten am Kennzeichnungsobjekt

Eine optimale Anbringungsposition ist von der jeweiligen Anwendung, den Umge-

bungs- und Prozessbedingungen oder auch der eingesetzten Technik, abhängig.

Daher muss sie für einen Anwendungsfall individuell abgeleitet werden. Grund-

sätzlich können Transponder außen an ein Objekt angebracht, oder in ein Kenn-

zeichnungsobjekt integriert werden.

Anbringung außen / oberflächlich

Die äußere Applikation ist eine technisch vergleichsweise einfach zu realisierende

Applikationsart, da sie in der Regel keine / nur eine geringe Modifikation am Kenn-

zeichnungsobjekt selbst benötigt. Nachteilig wirkt sich aus, dass dabei der

Transponder verschiedenen Umwelt- und Prozesseinflüssen ausgesetzt ist. Auf

eine ausreichende Robustheit ist daher zu achten. Zur äußeren Anbringung gibt

es eine Vielzahl an Lösungen. Beispielhaft sollen hier einige vorgestellt werden:

Ankleben

Das Ankleben von Transpondern ist eine einfache Möglichkeit zur Anbringung an

nahezu allen Arten von Kennzeichnungsobjekten. Allerdings muss darauf geachtet

werden, dass der Applikationsuntergrund sowie die Verklebung keine negativen

Einflüsse auf die Funktion besitzen. Dem kann durch Abstimmung des Transpon-

ders entgegengewirkt werden.

Selbstklebend

Diese Variante der Montage eines Transponders unterscheidet sich zur vorherigen

dadurch, dass der Transponder bereits bei der Produktion auf einer Seite mit ei-

nem Kleber versehen wird. Dies bietet den Vorteil, dass die Applikation schneller

erfolgt und auch eine automatische Applikation unterstützt wird.

Nageln / Schrauben

Um Transponder z. B. an Kennzeichnungsobjekten aus Holz zu applizieren, gibt

es die Möglichkeit des Annagelns / Anschraubens. Auch gibt es spezielle

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Die Integration von RFID-Systemen in logistische Prozesse

Transponderbauformen, die bereits als Nagel ausgeführt sind (sogenannte Na-

geltransponder).

Applikation auf Metalloberflächen

Zur Applikation auf Metalloberflächen gibt es spezielle Lösungen. Die Anbringung

erfolgt wiederum über Kleben oder Nageln / Schrauben. Den Lösungen gemein ist

die Verwendung eines Abstandsmaterials, welches den Transponder kaum beein-

flusst aber die negativen Auswirkungen des Applikationsmaterials deutlich redu-

ziert. Abbildung 47 zeigt als Beispiele Hard-Tags mit integriertem Abstandsmateri-

al und einen Flag-Tag, der den benötigten Abstand über seine Formgebung her-

stellt.

Abbildung 47

Transponderanbringung auf Metalloberflächen:

Hard-Tags (links) und Flag-Tag (rechts)

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

Integration

Eine weitere Möglichkeit um Objekte mit Transpondern zu kennzeichnen, ist die

Integration des Transponders in das Objekt. Dem erhöhten Aufwand einer Integra-

tion steht eine höhere Robustheit der Lösung gegenüber. Abbildung 48 zeigt zwei

Beispiele für die Integration von Transpondern in Paletten. Besitzt das Material, in

welches ein Transponder integriert wird, leitende oder abschirmende Bestandteile

(z. B. kohlefaserverstärkte Kunststoffe), sind die Auswirkungen des Materials auf

die Funktionalität des RFID-Einsatzes gesondert zu untersuchen. Gleiches gilt für

den Herstellprozess / Integrationsprozess des Transponders. Wird dieser durch

ein beanspruchendes Verfahren durchgeführt (z. B. Spritzguss), sind der jeweilige

Herstellprozess sowie seine Randbedingungen zu beachten.

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Die Integration von RFID-Systemen in logistische Prozesse

Abbildung 48

Vorrichtung zur Transponderapplikation an einer Holzpalette (oben)

und einer Kunststoffpalette (unten)

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik [VDI-4472-5]

Beispiel: Vergleich verschiedener Transponderpositionen an Paletten

Die Wahl der Transponderposition kann einen starken Einfluss auf die Performanz

eines RFID-Systems haben. Dies soll anhand der Kennzeichnung einer Palette

beispielhaft gezeigt werden. Dafür werden zwei mögliche Positionen der Anbrin-

gung von Transpondern gegenübergestellt (siehe Abbildung 49).

Zwei Transponder in den diagonal gegenüberliegenden Ecken

Diese Lösung eignet sich für den Einsatz von RFID-Systemen, die das Erken-

nungsfeld seitlich von der Palette aufbauen. Beispiele dafür sind Gate-Lösungen

oder Stapler-Frontan-tennen. Sie besitzt den Vorteil, dass zumindest einer der

beiden Transponder direkt von einer seitlich dazu angebrachten Antenne ange-

sprochen werden kann. Dafür benötigt sie jedoch mindestens zwei Transponder

pro Palette. Befinden sich abschirmende Objekte zwischen Palette und Antenne,

hat das negative Auswirkungen auf die Erfassung. Sind mehrere Transponder an

einem Kennzeichnungsobjekt angebracht, muss weiterhin sichergestellt werden,

dass alle die gleichen Informationen enthalten.

Dies kann mit einem erhöhten Aufwand und Kosten verbunden sein.

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Die Integration von RFID-Systemen in logistische Prozesse

Abbildung 49

Möglichkeiten der Anordnung von Transpondern an einer Palette

Quelle: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

Ein Transponder im Mittelklotz (zentral)

Diese Lösung bietet den Vorteil, dass mit nur einem Transponder beim Einsatz

einer Antenne an den Gabelzinken eines Flurförderfahrzeuges, eine sichere Iden-

tifikation erzielt werden kann. Auf der anderen Seite ist die Erfassung an einem

Portal oder durch eine Frontantenne schwieriger zu gewährleisten.

5.3 Einfluss der Ausrichtung Transponder / Antenne

Die Polarisation von elektrischen Feldern kann bei RFID-Anwendungen zu Erfas-

sungsproblemen führen. Die Ursachen und mögliche Abhilfemaßnahmen werden

in diesem Kapitel vorgestellt.

5.3.1 Ansprechfeldstärke eines Transponders

Ob an einer Leseantenne eine Lesung eines sich in der Nähe befindenden passi-

ven Transponders erfolgt, hängt insbesondere auch von zwei Bedingungen ab:

Reicht die durch den Transponder aufgenommene Energie für dessen Betrieb aus

und falls ja, reicht die abgegebene Energie des Tags aus, um von der Leseanten-

ne erfasst zu werden. Dies führt zur Definition von zwei Größen (vgl. [Fin-08]):

- Die Vorwärtsreichweite eines Transponders ist der max. Abstand zwischen

Leseantenne und Transponder, für den der Transponder noch ausreichend

mit Energie versorgt werden kann.

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122

Die Integration von RFID-Systemen in logistische Prozesse

- Die Rückwärtsreichweite eines Transponders gibt den max. Abstand zwi-

schen Leseantenne und Transponder an, für den ein mit ausreichend Ener-

gie versorgter Transponder noch gelesen werden kann.

Die Ansprechfeldstärke Emin elektromagnetischer Systeme ist die minimale Feld-

stärke, bei der die für den Betrieb des Transponders nötige Spannungsversorgung

gerade noch gegeben ist. Die minimale Ansprechfeldstärke Emin wird erreicht,

wenn die Polarisationsrichtungen der Antennen des Readers und des Transpon-

ders exakt übereinstimmen, da dann die Energieübertragung optimal ist.

5.3.2 Orientierungsempfindlichkeit bei UHF / SHF-Systemen

Nach Finkenzeller ist die Energieübertragung zwischen zwei parallelen linear pola-

risierten Antennen maximal, wenn ihre Polarisationsrichtung identisch ist. Ein

Übertragungsminimum wiederum bildet sich, wenn beide Antennen zueinander um

±90° verdreht sind. Dann ist mit einer zusätzlichen Dämpfung, auch Polarisations-

verlust genannt, von 20 dB auszugehen. Dies entspricht 1/100 der von der Rea-

der-Antenne ursprünglich abgestrahlten Leistung. Durch die Polarisation ist also

die Zuverlässigkeit der Erfassung im starken Maße auch abhängig von der Lage

des Transponders gegenüber der Reader-Antenne. In der praktischen Umsetzung

kann eine immer gleiche Orientierung eines Kennzeichnungsobjektes relativ zur

Sendeantenne, oftmals nur schwer oder gar nicht dauerhaft gewährleistet werden.

So können zum Beispiel Paletten von vier Seiten eingefahren oder Objekte frei

orientiert auf Ladehilfsmitteln gestapelt werden. Sind die Reader- und die

Transponderantenne nun per Zufall um 90° gegeneinander verdreht, kann eine

sichere Identifikation nicht mehr erfolgen.

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123

Die Integration von RFID-Systemen in logistische Prozesse

Abbildung 50

Lesbarkeit eines UHF-Transponders in Abhängigkeit der Antennenorientierung

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik (in Anlehnung an [Ker-07])

Sofern sichergestellt ist, dass die Reader-Antenne und die Transponder-Antenne

parallel zueinander stehen, kann die Verwendung einer zirkular polarisierten An-

tenne Abhilfe für diese Problematik leisten. Eine rechtwinklige Orientierung des

Transponders führt jedoch weiterhin zu einer hohen Dämpfung (s. Abbildung 50).

Kann die Orientierung von Kennzeichnungsobjekten durch entsprechende Maß-

nahmen immer gleich sichergestellt werden, kann sich der Einsatz einer linear po-

larisierten Leseantenne mit einer Ausrichtung parallel zur Transponderantenne

empfehlen. Zum einen kann dieselbe Lesereichweite bei geringerem Energieein-

satz erreicht werden, zum anderen werden „falsch“ orientierte Transponder gezielt

für eine Lesung ausgeblendet. Ist keine Aussage über die Orientierungen der

Transponder im realen Prozess möglich, ist der Einsatz einer zirkular polarisierten

Antenne in der Regel von Vorteil. Jedoch kann auch eine zirkular polarisierte An-

tenne keine Lesung sicherstellen, wenn die Transponderantenne rechtwinklig zur

Leseantenne steht. Dafür ist der Einsatz einer zweiten Antenne (Leseantenne

oder Transponderantenne) erforderlich (vgl. [Fin-08]).

5.3.3 Orientierung bei HF / LF-Systemen

Auch beim induktiven Übertragungsverfahren, wie es bei HF- / LF-Systemen an-

gewendet wird, spielt die Orientierung der Transponder-Antenne eine Rolle. Da

die Kopplung über das elektromagnetische Feld stattfindet, ändert sich der Erfas-

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124

Die Integration von RFID-Systemen in logistische Prozesse

sungsbereich signifikant mit der Orientierung der Transponderantenne (s. Abbil-

dung 51).

Abbildung 51

Erfassungsbereiches eines LF-RFID-Systems bei Änderung der

Antennenorientierung des Transponders

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik (in Anlehnung an [Ker-97])

5.4 Grundlagen des Testens von RFID-Systemen

Im Zuge dieses Kapitels werden Grundlagen sowie Verfahren des Testens von

RFID-Systemen vorgestellt. Ziel ist dabei weniger eine konkrete Anleitung für Sys-

temtests zu geben, sondern die grundlegenden Abläufe und Randbedingungen zu

erläutern.

5.4.1 Hierarchische Einteilung von Testverfahren

Tests und Versuche bei RFID-Systemen können aufeinander aufbauend in drei

Versuchstypen unterteilt werden (vgl. [Gün-09]). Auf unterster Ebene werden bei

Forschungseinrichtungen oder Herstellern grundlegende „synthetische“ Laborun-

tersuchungen zur Leistungsfähigkeit von Systemkomponenten durchgeführt. Diese

dienen dazu, Leistungskennzahlen für einzelne Komponenten von RFID-

Systemen zu ermitteln. Beispiele sind theoretische Lesereichweiten von

Transpondern, die Veränderung der Lesereichweite bei Variation der Arbeitsfre-

quenz, usw. Die Ergebnisse dienen dazu, für das Design einer konkreten Anwen-

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125

Die Integration von RFID-Systemen in logistische Prozesse

dung eine erste Auswahl an Systemkomponenten anhand konkreter Kriterien

durchführen zu können. Aufbauend auf diesen Ergebnissen werden ebenfalls

noch im Laborumfeld „teilsynthetische“ Versuche zur Leistungsfähigkeit verschie-

dener Systeme, -varianten und -konfigurationen mit möglichen Komponenten einer

spezifischen RFID-Lösung durchgeführt. Dazu wird der isolierte Testaufbau syn-

thetischer Versuche verlassen und gezielt reale Gegebenheiten bei standardisier-

ten Testbedingungen nachgestellt. Ziel dieser Versuche ist es, Basisinformationen

über Funktionalität und Leistungsfähigkeit nicht nur isolierter Komponenten, son-

dern auch von Systemaufbauten im Laborumfeld zu erhalten, und so praktische

Machbarkeitsuntersuchungen zu vereinfachen und zu beschleunigen. Dies wird

durch eine Variation von einzelnen Systemkomponenten sowie einzelnen Parame-

tern innerhalb einer definierten Versuchsumgebung erreicht. Auf der obersten Stu-

fe an Testverfahren stehen RFID-Systemtests im industriellen Umfeld für im Pro-

jekt entwickelte Lösungen. Diese können projektabhängig zunächst als Machbar-

keitsanalyse unter realitätsnahen Bedingungen durchgeführt werden, aber auch

bereits als Pilot im realen, späteren Einsatzfeld stattfinden. Nur eine Pilotuntersu-

chung kann dabei eine maximale Abbildungsgüte der Gegebenheiten des RFID-

Einsatzes gewährleisten. Pilotversuche sind in der Regel die aufwendigste Form

von Versuchsreihen und bedingen oftmals einen Eingriff, in die laufenden Prozes-

se eines Unternehmens. Daher empfiehlt es sich, durch eine profunde Vorauswahl

und realitätsnahe Machbarkeitsuntersuchungen die Erfassungssituation der ge-

planten RFID-Anwendung mit den relevanten Umgebungseinflüssen möglichst

exakt nachzustellen, um die Testläufe vor Ort so weit wie möglich zu reduzieren.

Pilotversuche beim Anwendungsunternehmen dienen dann lediglich als finale Va-

lidierung, der im Vorfeld nachgewiesenen prinzipiellen Funktions- und Leistungs-

fähigkeit einer RFID-Lösung.

In diesem Abschnitt wird insbesondere auf Testverfahren, zur Ermittlung der Funk-

tionsfähigkeit und Leistungsfähigkeit im Rahmen von Machbarkeits- und Pilotun-

tersuchungen, eingegangen. Das Testen von RFID-IT-Systemen ist hier nicht Ge-

genstand der Betrachtung.

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126

Die Integration von RFID-Systemen in logistische Prozesse

5.4.2 Testrelevante RFID-Systemkomponenten und Einflussfak-

toren

Die VDI 4472-10 zeigt relevante Systemkomponenten für RFID-Systemtests sowie

wichtige Eigenschaften dieser Komponenten auf. Die Leistungs- und Funktionsfä-

higkeit eines RFID-Systems bezüglich der Erfassungssicherheit und -

geschwindigkeit wird vorrangig von den Hardwarekomponenten Schreib- / Lesege-

rät, Leseantenne und Transponder determiniert (vgl. Tabelle 8). Zusätzlich gibt es

weitere Hardwarekomponenten, aber auch anderweitige Einflussfaktoren, die sich

auf die Funktionsfähigkeit auswirken können.

Tabelle 8

Übersicht Testrelevanter RFID-Systemkomponenten

Schreib- / Lesegerät Leseantenne Transponder

Frequenz Richtcharakteristik Richtcharakteristik

Antennenausgangsleistung Anzahl, Anordnung, Ausrichtung

und Abstand der Antennen

Empfindlichkeit bei der Aktivierung

durch einen Reader

Ansteuerung mehrerer Antennen Polarisation der Antenne

oder Q-Faktor

Polarisation der Antenne

oder Q-Faktor

Intervall der Kommunikations-

versuche

Verbindungskabel vom Reader

Empfindlichkeit beim Empfang

der Transponderdaten

Verbund aus Sende- und

Empfangsantenne

Fehlerbehebung

Quelle: in Anlehnung an [VDI 4472-10]

Eine Übersicht über Einflussfaktoren auf RFID-Systeme und deren Funktionalität

und Leistungsfähigkeit gibt Tabelle 3 in Kapitel 2.5. Diese lassen sich in die Berei-

che Materialien / Oberflächeneigenschaften von Objekten innerhalb des Lesebe-

reiches eines RFID-Systems, RF-(Stör-)Quellen, Umgebungszustände und Pro-

zessrandbedingungen einteilen.

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127

Die Integration von RFID-Systemen in logistische Prozesse

5.4.3 Ablauf von RFID-Systemtests / Machbarkeitsuntersuchun-

gen

Der Ablauf von RFID-Machbarkeitsuntersuchungen kann in sechs Schritte einge-

teilt werden. Zunächst werden die Komponenten Transponder und Reader (inkl.

Readeran-tennen) ausgewählt, das Schreib- / Lesegerät wird konfiguriert. Im An-

schluss wird die Versuchsanordnung aufgebaut und mögliche Störquellen und Ein-

flussfaktoren am Versuchsort ermittelt. Die Versuche werden unter mehrmaligen

Wiederholungen durchgeführt und abschließend dokumentiert (s. Abbildung 52).

Transponderauswahl

Der erste Schritt einer Machbarkeitsuntersuchung ist die Auswahl eines / mehrerer

geeigneter Transponder für die Versuche. Ausgehend vom Lösungskonzept und

den ermittelten Anforderungen gibt es in der Regel zahlreiche Transponder ver-

schiedener Hersteller mit unterschiedlichen Eigenschaften, die für eine Versuchs-

durchführung in Frage kommen. Die Auswahl geeigneter Transponder erfolgt ent-

weder durch die Erfahrung von Experten oder die Analyse anwendungsspezifi-

scher Transponderleistungs-kenngrößen in entsprechenden Datenbanken oder

Veröffentlichungen. Als Beispiele für Einrichtungen, die detaillierte Informationen

über Grundlagenuntersuchungen von RFID-Komponenten zur Verfügung stellen,

können das European EPC Competence Center GmbH (EECC) oder das RFID-

Anwenderzentrum München genannt werden.

Abbildung 52

Ablauf einer Machbarkeitsuntersuchung

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

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128

Die Integration von RFID-Systemen in logistische Prozesse

Die Auswahl eines anwendungsspezifischen Transponders ist, zur Erzielung einer

konstanten Funktionalität und Leistungsfähigkeit eines RFID-Systems, ein wichti-

ger Faktor. Um theoretische Abschätzungen über das Verhalten bei einer konkre-

ten Anwendung im Vorfeld einer Untersuchung treffen zu können, sind Aussagen

über den Einfluss unterschiedlicher Applikationsuntergründe und Luftschnittstel-

lenmaterialien von Bedeutung. Auswahlkriterien für eine Vorauswahl können z. B.

die theoretische Lesereichweite von Transpondern bei der anvisierten Betriebsfre-

quenz oder die generelle Empfindlichkeit eines Transponders bezüglich, unter-

schiedlicher Materialien (s. Abbildung 53) sein.

Auswahl und Konfiguration Schreib- / Lesegerät

Neben der Leistungsfähigkeit der Transponder haben auch die für die Anwendung

geplanten Antennen und Schreib- / Lesegeräte sowie deren Position und räumli-

che Anordnung, zusätzlichen Einfluss auf die Funktionalität des RFID-Systems.

Bei der Konfiguration des Readers werden dabei Einstellungen z. B. zur Sende-

leistung, zu den eingesetzten Anti-Kollisionsverfahren oder zum Betriebsmodus

festgelegt. Für die passende Auswahl und Konfiguration von Schreib- / Lesegerät

und Antenne wird in der Regel auf Expertenwissen oder spezielle Reader-

Benchmarks zurückgegriffen.

Abbildung 53

Lesereichweite eines Transponders über der Frequenz für

unterschiedliche Applikationsmaterialien

Bild: Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik

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129

Die Integration von RFID-Systemen in logistische Prozesse

Versuchsaufbau

Der Versuchsaufbau erfolgt in Abhängigkeit der Anforderungen des Anwenders.

Im Allgemeinen sind Untersuchungen bezüglich der Einzel- bzw. Pulkerfassung im

Zusammenhang mit dem Erfassungstyp (feststehender oder mobiler Reader)

durchzuführen. Weitere Bestandteile des Versuchsaufbaus umfassen z. B. die

Transponderan-bringung am Kennzeichnungsobjekt, die Nachstellung möglichst

realitätsnaher Umgebungsbedingungen, den Einsatz realitätsnaher Transportmit-

tel, oder die Umsetzung der geforderten Relativbewegung zwischen Kennzeich-

nungsobjekt / Transponder und Identifikationsaufbau. Auch das Packschema, die

Pulkgröße und die möglichen Orientierungsmuster vom Transponder zur Lesean-

tenne müssen nachgestellt werden. Für verschiedene Anwendungsfälle können

Normen oder Vorschläge für den Versuchsaufbau gefunden werden (z. B. [VDI-

4472-10], [GS1-10a], [Bri-11]). Dabei bleibt generell festzuhalten, je näher ein

Versuchsaufbau an den realen Einsatzbedingungen in der späteren Anwendung

ist, desto sicherer können die Aussagen zu Funktions- und Leistungsfähigkeit auf

diesen übertragen werden.

Störquellenermittlung

Vor dem Beginn des Versuchs ist eine Messung der Rauschleistung und der Inter-

ferenzquellen im Frequenzbereich des RFID-Systems durchzuführen. Sind diese

Störungen im realen Umfeld nicht zu erwarten, sollten sie isoliert werden um eine

Verfälschung der Ergebnisse zu vermeiden.

Versuchsdurchführung und -wiederholungen

Die VDI-4472-10 empfiehlt für jedes Untersuchungsobjekt und jede Parameter-

kombination eine Durchführung von mindestens 100 Durchläufen zur Absicherung

der Testergebnisse [VDI-4472-10]. Bei der Untersuchung verschiedener Parame-

ter steigt der Untersuchungsaufwand daher schnell stark an. Zur Minimierung der

Anzahl zu testender Parameterkombinationen bei gleichzeitig klaren Ergebnissen

ist die Anwendung einer teilfaktoriellen Versuchsplanung hilfreich. Ziele von Un-

tersuchungen von RFID-Systemen können neben anderen sein:

- Aussagen über die optimale räumliche Anordnung der RFID-Komponenten

für den Einsatzfall,

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130

Die Integration von RFID-Systemen in logistische Prozesse

- die Erkennungsquote als die Anzahl der richtig erfassten Transponder aus

der Gesamtmenge der Transponder im Erfassungsbereich,

- die Erkennungsrate als die Geschwindigkeit, mit der die zu erfassenden

Transponder aus der Gesamtmenge der Transponder im Erfassungsbereich

richtig erkannt werden und

- die Erkennungshäufigkeit als die Anzahl erfolgreicher Lesungen jedes ein-

zelnen Transponders bei einem Testdurchlauf.

Versuchsdokumentation

Die Versuchsdokumentation ist der zu untersuchenden Problematik entsprechend

zu gestalten. Die Dokumentation muss die wichtigen Parameter der einzelnen Un-

tersuchungen wie auch die Ergebnisse in anschaulicher Form enthalten. Beispiele

für Versuchsparameter sind die geometrische Anordnung der RFID-Komponenten,

die Position und Verteilung von Transpondern (im Pulk), Readerparameter, Rela-

tivgeschwindigkeiten usw. Die Ergebnisse (oftmals primär die Erkennungsquote)

sind in Abhängigkeit der einzelnen Parameterkombinationen darzustellen.

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136

Abbildungsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1 Faktoren die den Einsatz von RFID erschweren

Abbildung 2 Überblick über Auto-ID-Technologien

Abbildung 3 Grundlegende Funktionsweise der RF-Identifikation

Abbildung 4 Elemente einer RFID-Lösung

Abbildung 5 Übersicht der weltweit verwendeten Frequenzen

Abbildung 6 Eigenschaften von RFID-Systemen in Abhängigkeit der Arbeitsfrequenz

Abbildung 7 Materialmodell

Abbildung 8 Auswirkungen von Materialkombinationen auf die Lesereichweite

eines UHF-Systems

Abbildung 9 Verstimmung eines UHF-Transponders bei verschiedenen

Applikationsmaterialien

Abbildung 10 Kapitel 3 – Übersicht

Abbildung 11 Komponenten eines Identifikationspunktes

Abbildung 12 Einfacher Identifikationspunkt mit einzelner UHF-Antenne

Abbildung 13 Handlesegerät

Abbildung 14 RFID-Gate: Durchfahrt eines Gabelstaplers

Abbildung 15 Schematische Darstellung eines Tunnellesers

Abbildung 16 RFID-unterstütztes Kanban-Regal (Versuchsaufbau)

Abbildung 17 Gabelzinkenantenne (link) und Gabelstapler-Frontantenne (rechts)

Abbildung 18 Disktransponder

Abbildung 19 Glastransponder

Abbildung 20 Inlays mit Mikrochip und Antennenspule

Abbildung 21 RFID-Hard Tags

Abbildung 22 Visualisierung der zeitlichen Abfolge von Daten- und Energieübertragung

Abbildung 23 Dipolantenne am Beispiel eines Transponders

Abbildung 24 Patchantenne an einem Gate montiert

Abbildung 25 Schlitzantenne an der Gabelzinke eines Flurförderfahrzeuges

Abbildung 26 Kapitel 4 – Übersicht

Abbildung 27 Übersicht der Bestandteile eines RFID-IT-Systems

Abbildung 28 Softwarekomponenten eines RFID-Systems

Abbildung 29 Beispiel einer physischen IT-Infrastruktur von RFID-Systemen

Abbildung 30 Zusammenhang zwischen der logischen und der physischen Architektur

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137

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 31 Aufbau des EPC am Beispiel eines SGTIN-96

Abbildung 32 Aufbau der Middleware in RFID-Systemen

Abbildung 33 Zwischenbetriebliche Kommunikation und Datenaustausch im

EPCglobal Netzwerk

Abbildung 34 EPCglobal-Netzwerk - Schnittstellen Komponenten und Datenfluss

Abbildung 35 Kapitel 5 – Übersicht

Abbildung 36 RFID-unterstützte Prozesse – Untersuchung an durchgeführten

RFID-Projekten in der M+E Industrie 2010

Abbildung 37 Beispielhafter Wareneingangsprozess ohne RFID-Unterstützung

Abbildung 38 Beispielhafter Wareneingangsprozess mit RFID-Unterstützung

Abbildung 39 Informationsfluss am Identifikationspunkt vom Lesegate zu einem

Lagerverwaltungssystem

Abbildung 40 Kennzeichnungsebenen für RFID-Systeme (in Anlehnung an

Abbildung 41 Gekennzeichnete Waren und Produkte

Abbildung 42 KLT-Behälter mit UHF-RFID-Label

Abbildung 43 Holzpalette mit RFID-Kennzeichnung

Abbildung 44 Flurförderfahrzeug mit RFID-Kennzeichnung zur Zutrittskontrolle

Abbildung 45 Palettenlager mit RFID-Kennzeichnung

Abbildung 46 Qualitativer Überblick (ohne Frequenzbezug) über verschiedene Materialkombinati-

onen und deren Einfluss auf die Erfassung mit RFID

Abbildung 47 Transponderanbringung auf Metalloberflächen: Hard-Tags (links)

und Flag-Tag (rechts)

Abbildung 48 Vorrichtung zur Transponderapplikation an einer Holzpalette (oben)

und einer Kunststoffpalette (unten)

Abbildung 49 Möglichkeiten der Anordnung von Transpondern an einer Palette

Abbildung 50 Lesbarkeit eines UHF-Transponders in Abhängigkeit der

Antennenorientierung

Abbildung 51 Erfassungsbereiches eines LF-RFID-Systems bei Änderung der

Antennenorientierung des Transponders

Abbildung 52 Ablauf einer Machbarkeitsuntersuchung

Abbildung 53 Lesereichweite eines Transponders über der Frequenz für unterschiedliche Applika-

tionsmaterialien

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Tabellenverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1 Vergleich unterschiedlicher (Auto-)ID-Technologien

Tabelle 2 Übersicht der Frequenzen, ihren korrespondierenden Wellenlängen

und der Grenze zwischen Nah- und Fernfeld

Tabelle 3 Übersicht von Einflussfaktoren auf RFID-Systeme

Tabelle 4 Übersicht der Auswirkungen von Störungen auf unterschiedliche

RFID-Frequenzen

Tabelle 5 Beispiele für gesetzliche Vorgaben zur maximalen Sendeleistung

Tabelle 6 Data-on-Tag und Data-on-Network im Vergleich

Tabelle 7 Übersicht der existierenden EPC-Identifikationsnummern

Tabelle 8 Übersicht Testrelevanter RFID-Systemkomponenten

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Ansprechpartner

Ansprechpartner

Frank Hohenstein

Projektleiter RFID-AZM

RFID-Anwenderzentrum München

Technische Universität München

Boltzmannstrasse 15

85748 Garching b. München

Telefon: 089-289 15417

Email: [email protected]

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