Flexibel und effizient – RFID als Infrastruktur-Element nutzen 01.04.2016, 00:00 Uhr

RFID unterstützt die digitale Produktion

Wie können Unternehmen im Hyperwettbewerb von morgen bestehen? Der konsequente Einsatz moderner Fertigungstechnologien ist ein Schlüssel, um effizient und flexibel die Produkte herzustellen, die anspruchsvolle Kunden fordern – Radio Frequency Identification (RFID) ist eine davon.

Bild 1. Während der RFID (Radio Frequency Identification )-Einsatz in der Automobil‧industrie schon lange etabliert ist …Bild: Siemens

Bild 1. Während der RFID (Radio Frequency Identification )-Einsatz in der Automobil‧industrie schon lange etabliert ist …Bild: Siemens

Schon Henry Ford sagte: „Sie können das Fahrzeug in jeder Farbe bekommen – so lange es schwarz ist.“ Dieses Zitat von ihm über die Angebotsbreite des berühmten „Model T“ weist auf ein wesentliches Paradigma der klassischen industriellen Fertigung hin. Möglichst viele Gleichteile zu produzieren galt als Schlüssel für sinkende Kosten („economy of scale“, Skaleneffekte). Allerdings haben sich die Märkte aufgrund hoher Sättigung mit Produkten einerseits und dem zunehmenden globalen Wettbewerb andererseits entscheidend verändert. Heute gibt es eine Vielzahl an Marken, Ausstattungsvarianten und technischen Eigenschaften, mit denen die Wünsche der Käufer immer differenzierter beantwortet werden. Die Konsequenz: Hersteller müssen ihre Flexibilität sowie Effizienz erhöhen und gleichzeitig die Zeit bis zur Marktreife („Time-to-market“) verkürzen.

RFID zur dezentralen Steuerung

Der Einsatz von RFID-Systemen zur Steuerung von Produktion und Materialversorgung ist ein seit Langem bewährtes Konzept, Bild 1. Hier werden Werkstückträger mit RFID-Transpondern versehen, die an den einzelnen Bearbeitungsstationen oder an den Verzweigungen in der Fördertechnik mit geeigneten RFID-Readern gelesen werden. Ziel ist es, eine variantenreiche Fertigung dezentral zu steuern. RFID wird gebraucht, um den einzelnen Maschinen oder Anlagenteilen „mitzuteilen“, was mit dem aktuellen Werkstück geschehen soll, Bild 2.

Bild 2. … erobert die Funktechnik zunehmend auch andere Fertigungsbranchen. Bild: Siemens

Die mögliche Alternative – eine genaue Vorhersage und Nachverfolgung in geeigneten IT (Informationstechnologie)-Systemen – ist hingegen viel zu fehleranfällig, da die Realität oft genug vom entsprechenden Daten­satz abweicht.

Für eine umfassende Nutzung in einer digitalisierten Fertigung ist es jedoch notwendig, die Identifikation am „smarten Erzeugnis“ über den Werks­zaun hinweg zu erreichen. Es entsteht ein Netzwerk kollaborierender Hersteller und Dienstleister, die arbeitsteilig an der Produktion und Auslieferung eines Erzeugnisses beteiligt sind. Je komplexer aber die resultierenden IT-Systeme aufgebaut werden, desto präziser muss die Synchronisierung mit der Wirklichkeit sein.

Es versteht sich von selbst, dass dabei die Symbolisierung und Systematik der Ident-Nummern unternehmensübergreifend standardisiert werden muss. Doch auch technologische Aspekte für den durchgängigen Einsatz müssen Beachtung finden. Zwar haben sich die entsprechenden Funkstandards – wie die Nutzung des Ultrahochfrequenzbandes um 865 MHz gemäß ISO 18000-63 – längst etabliert, doch die praktische Umsetzung hält nach wie vor einige Herausfor­derungen parat.

Einfache Inbetriebnahme für große Rollouts

So sind vor allem eine einfache Inbetriebnahme und ein robuster, störungsfreier Betrieb der RFID-Systeme erforderlich. Für einen großen Rollout müssen unter Umständen Hunderte von Lesestellen eingerichtet werden. Hier ist es besonders wichtig, dass die Inbetriebnahme schnell und problemlos stattfindet – und zwar auch durch Mitarbeiter, die nicht zuvor eine mehrtägige RFID-Schulung erhalten haben.

Siemens löst dies bei den neuen Lese­geräten „Simatic RF600“ durch eine Vielzahl von automatischen Algorithmen, zum Beispiel zur Steuerung der Sendeleistung, zur selbständigen Auswahl der Antennen-Polarisierung je Erfassungsvorgang oder zur Ausfilterung von Überreichweiten. Denn falls sich die Umgebungsbedingungen oder das mit Tags ausgerüstete Erzeugnis ändern, sollen die Lesestellen automatisch ohne Überarbeitung der Parameter oder Neuausrichtung von Antennen zuverlässige Erfassungsergebnisse liefern. Nur wenn RFID-Reader über genügend „Intelligenz“ und Leistungsreserven verfügen, sind sie fit für die typischen Veränderungen im Fabrik­alltag.

Hoher Bedienungskomfort – einfach integrierbar

Damit die Einrichtung der Reader besonders schnell vonstattengeht, hat Siemens auch deutlich in deren Bedienbarkeit investiert. Leistungsfähige Inbetriebnahmefunktionen unterstützen die schnelle Ermittlung der richtigen Parameter sowie die Ausrichtung der Antennen. Besonders praktisch: Zur Einstellung ist dank des „Web-based Managements“ keine spezielle Software erforderlich, ein üblicher Internet-Browser genügt. So ist es in der Praxis oft möglich, Lesestellen auch in schwierigen Umgebungen (zum Beispiel in mit Metall ausgekleideten Reinräumen) in wenigen Minuten in Betrieb zu nehmen.

Ein weiterer Aspekt betrifft die Integra­tion der RFID-Systeme in die bestehende IT-Umgebung. Im Rahmen der digitalen Fabrik werden die Lesegeräte nicht nur über Feldbusse mit den speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) kommunizieren müssen, denn neben der eigentlichen Produktionssteuerung benötigen auch Logistiksysteme, Planungsprogramme oder die Warenwirtschaft die Informationen, die durch RFID gewonnen werden. Aus diesem Grund bieten zum Beispiel die RF600-Lesegeräte von Siemens mehrere Schnittstellen und Protokolle in einem Gerät. So kann an einem Erfassungspunkt eine Integration über TPC/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) und XML (Extensible Markup Language) geschehen, während an einer anderen Lesestelle der gleiche Gerätetyp über Profinet mit einer Simatic-S7-Steuerung kommuniziert.

Neue Wege zur Systemintegration

Damit nicht genug – künftig sollen beide Welten über ein gemeinsames Protokoll basierend auf der „OPC Unified Architecture“ (OPC UA) abgedeckt werden, Bild 3.

Bild 3. Durch die Nutzung von „OPC Unified Architecture“ (OPC UA) entsteht eine durchgängige Integrationslandschaft. Bild: Siemens

Hier geht es auch darum, eine Standardisierung des Zugriffs auf RFID-Daten zu gewährleisten. IT-Systeme und Steuerungen sollen in gleicher Weise auf die Daten von RFID-­Readern zugreifen, unabhängig vom Gerätehersteller. Siemens hat sich deshalb zusammen mit anderen Anbietern in einer Arbeitsgruppe engagiert, um die entsprechende „Companion Specification“ zu OPC UA zu entwickeln. Auf der letzten „Hannover Messe“ wurden bereits Implementierungsstudien von Siemens und Harting gezeigt; im April 2016 soll die erste Version veröffentlicht und Herstellern sowie Integra­toren zugänglich gemacht werden.

Für die praktische Implementierung ist die Wahl des richtigen Transponders und dessen Anbringung mitentscheidend. Die Transponder müssen in einem Produktionsverbund dauerhaft am Erzeugnis verbleiben, um die Informationen am Werkstück beispielsweise vom Teilelieferanten in die Montage mitzugeben. Hier gilt es, eine geeignete Anbringungsstelle zu finden, die sowohl den Bedürfnissen der Produktions­ingenieure als auch den Anforderungen der RFID-Funktechnik entspricht.

Auch die mechanischen, thermischen oder chemischen Beanspruchungen müssen berücksichtigt werden. So treten bei verschiedenen Produktionsverfahren hohe Temperaturen oder Drücke auf, zum Beispiel bei der Herstellung von Kunststoff-, Spritzguss- oder Karbonteilen. Zwar wäre es aus Prozesssicht wünschenswert, den Transponder bei diesen Verfahren im Werkstück zu integrieren und es so zu einem „smarten Erzeugnis“ zu machen. Allerdings müssen die Transponder dann besonders tauglich gemacht werden, was sich nicht zuletzt auf die Kosten auswirkt. Ein weiterer Kosten­treiber kann danach auch noch die Anbringung der Transponder sein.

Siemens bietet deshalb bei den RFID-Systemen ein spezielles Tag-Customizing-Programm an. Hier werden spezifische Transponder für den jeweiligen Anwendungsfall entwickelt, die sich beispielsweise durch eine besondere Tauglichkeit für den Hochtemperaturbereich oder einen speziellen Halter auszeichnen. Die vergleichsweise geringen Kosten hierfür können oft schon durch eine höhere Verfügbarkeit oder schnellere Montage am Erzeugnis aufgefangen werden.

Heute bereits die Weichen stellen

Die RFID-Technik ist reif, um sie bereits heute in zentralen Anwendungen einzusetzen. Unternehmen können also jetzt schon die Weichen stellen, um auch morgen im Wettbewerb um das effizienteste und flexibelste Produktionskonzept mitzuhalten.

www.siemens.de/ident

Digitale Integration notwendig

Die Digitalisierung der Produktion soll helfen, die eingangs beschriebenen hohen Herausforderungen zu bewältigen. Die einzelnen Stufen der Wertschöpfung – innerhalb eines Betriebs und über Unternehmensgrenzen hinweg – werden durch digitale Systeme vernetzt und somit integriert. Hierzu ist eine digitale Infrastruktur notwendig, welche die durchgängige Kommunikation zwischen allen Komponenten zulässt, den gemeinsamen Zugriff auf die benötigten Daten sicherstellt und eine permanente sowie automatische Synchronisation zwischen dem digitalen Abbild und den realen Prozessen erlaubt. Die technologischen Antworten sind beispielsweise die umfassende Vernetzung mit „Profinet“ und „Industrial Ethernet“, „Cloud Computing“ oder die automatische Identifikation durch Radio Frequency Identification (RFID).

Bild 3. Durch die dauerhafte Kennzeichnung mit RFID verändert sich die Nutzung der Transponder – vom Einsatz in eng begrenzten Abschritten der Wertschöpfung über unternehmensweiten Einsatz hin zur Steuerung des gesamten Lieferantennetzwerkes.

Von Markus Weinländer

M. Sc. Markus Weinländer ist Leiter Produktmanagement Simatic Ident bei der Division „Process Industries and Drives“ bei Siemens in Nürnberg.

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