Menu
Kontakt
Katalog bestellen

RFID-Technologie im Bereich der industriellen Kennzeichnung

von Jens Jonderko, am 27.11.19 14:15

Sind Sie in Ihrem Alltag schon einmal auf RFID gestoßen? Vermutlich schon häufiger, als Sie es bewusst wahrgenommen haben. Egal ob Sie kontaktlos mit Ihrer EC-Karte an der Supermarktkasse bezahlen, Ihre tierischen Lieblinge chippen lassen oder Ihr Fahrzeug automatisch ver- und entriegeln – Radio Frequency Identification, kurz RFID, ist in unserem Alltagsleben, besonders aber auch in den Abläufen der Arbeitswelt, präsent.

Nach dem Einzug der RFID-Technik in verschiedene Unternehmensteile ergänzte oder ersetzte sie bei Prozessschritten die bestehende Technik, wie z. B. die Kennzeichnung des internen Warenflusses mit Barcodes oder die Bewegung von Arbeitsmitteln in Unternehmen. Die unterschiedlichen Einsatzgebiete, die Wiederverwertbarkeit und die relativ günstigen Gesamtkosten sind die wesentlichen Argumente für die Etablierung der RFID-Technik in das Konzept „Smart Factory“ der Industrie-4.0-Bewegung.

Im Bereich der industriellen Kennzeichnung kommt die RFID-Technik überall dort zum Einsatz, wo Kennzeichnungsinhalte regelmäßig aktualisiert werden und Kennzeichen ihren Einsatz als Medien in Kommunikationsnetzwerken finden.

RFID-Technologie

Wie funktioniert RFID?

RFID (Deutsch: Funkerkennung) ist ein technisches System, welches das Lesen und Speichern von Daten ermöglicht, ohne dass es einen direkten Kontakt zwischen einer Datenquelle und einem Lesegerät benötigt. Auch für den hier verwendeten Informationsträger ist dessen optische Sichtbarkeit, anders als beispielsweise beim 1D-/2D-Code-Verfahren, kein notwendiges Kriterium, um dessen Funktion zu ermöglichen.

Die Technik besteht aus drei Komponenten:

  • dem Transponder
  • dem Lesegerät
  • dem Übertragungs- und Verarbeitungssystem bezeichnet als Middleware

printolux-rfid-funktionsweise

Die Bezeichnung Transponder, in Bezug auf RFID-Technik, auch als RFID-Tag oder RFID-Etikett bezeichnet, ergibt sich aus den beiden Bezeichnungen „transmit“ (=übertragen) und „response“ (=Antwort).

Dies bedeutet, dass der Transponder als dezentraler Datenspeicher gewisse Informationen enthält, welche auf dem integrierten „Integrated Circuit“ (auch IC oder Chip genannt) hinterlegt sind.  Bei einer Anfrage durch das Lesegerät werden diese übermittelt. Realisiert wird die Kommunikation von Seiten des Tags durch die mit dem Chip verbundene Antenne.

Während die Chips selbst oft nur einige Zehntel groß sind, kann die Antenne, je nach Einsatzzweck, die Größe einer Checkkarte annehmen. Chip und Antenne werden unter dem zusammengefassten Begriff „Inlay“ geführt, das je nach geforderter Beständigkeit des Tags, beispielsweise in Folien-Etiketten oder auch in robuste Kunststoffgehäuse verbaut wird.

printolux-rfid-transponder-aufbau

Differenzieren lässt sich zwischen aktiven und passiven Transpondern

Passive Transponder enthalten keine eigene Energiequelle. Die benötigte Energie wird aus den Funkwellen des Lesegeräts gewonnen, wobei die Transponder-Antenne als Spule dient, die einen internen Kondensator auflädt. Passive Transponder sind deshalb in ihrer Bauart kleiner und auch günstiger in der Anschaffung.

Aktive Transponder besitzen eine eigene Batterie, die sich bis zum Empfang eines Signales des Lesegerätes in einem Standby-Modus befindet. Bei Signaleingang wird die Information des Chipinhalts übermittelt. Der Vorteil der aktiven Transponder liegt darin, dass mit weniger Feldenergie, die vom Lesegerät abgeht, gearbeitet werden kann. Zudem ist auch die Generierung eines größeren Feldes möglich, was sich auf die Datenübermittlungsreichweite auswirkt. Gewonnene Informationen werden direkt an die computerunterstützte Software (Middleware) für den Datenaustausch geleitet. Die Middleware verarbeitet die Informationen umgehend und bildet sie gegebenenfalls auf einem Monitor ab.

Das RFID-Lesegerät arbeitet mit einem elektromagnetisch erzeugtem Fernfeld oder mit einem magnetisch erzeugtem, induktiven Nahfeld. Die Entscheidung mit welchem Feld gearbeitet wird, ergibt sich aus der benötigten Distanz von Sender und Empfänger.

Vollduplexverfahren und Halbduplexverfahren

Bei der Übertragung der Daten zwischen Transponder und Lesegerät, unabhängig ob aktive oder passive Technik, gibt es zwei Möglichkeiten:
 
  1. Das Vollduplexverfahren ermöglicht eine parallele Daten- und Energieübertragung zwischen Transponder und Lesegerät. Hier ist das Datenübertragungssystem verantwortlich für die Umsetzung. Beispielsweise gibt es die Möglichkeit, durch Mikrowelleneinsatz die Intensität einer Reflektion der Wellen zu messen und diese in Daten zu übersetzen. Ein anderes Beispiel ist die Messung der Absorption ausgehender Energie des Lesegeräts und dessen Übersetzung in Daten.
  2. Beim Halbduplexverfahren findet die Kommunikation zwischen Sender und Empfänger wechselseitig statt. Das Signal wird durch die Ladung des internen Kondensators aktiv versendet, sobald sich ein Transponder in das aktive Feld des Lesegeräts begibt. Durch die gewonnene Energie der Funkwellen kann die Information versendet werden. Damit entlädt sich zudem die Spannung des Chips, der nun wieder passiv verweilt, bis er wieder mit einem Energiefeld in Kontakt kommt.

Warum sollte RFID zum Einsatz kommen?

Der Beweghintergrund für den Einsatz von RFID ist, wie bei den meisten Veränderungsmaßnahmen, die Effizienz der Prozesse zu steigern, um schließlich Kosten zu senken oder einen qualitativen Nutzen zu schaffen. Abläufe werden transparenter, die digital gesammelten Daten können für spätere Analysezwecke herangezogen werden und zudem eignet sich die Technik dafür, ineffiziente Schwachstellen zu identifizieren.

Die Vorteile der RFID-Technik liegen im breiten Anwendungsspektrum, einem relativ günstigen Gesamtaufwand und überschaubaren Kosten.

Sehr stark werden RFID-Systeme in der Logistik eingesetzt. Vorzugsweise bei der Steuerung und Koordination des internen Warenflusses sowie bei der unternehmensübergreifenden Supply-Chain. Im Unternehmen selbst können beispielsweise Materialchargen zu jeder Zeit in ihrem derzeitigen Prozessstand ermittelt werden. Auch die Bewegung von Werkzeugen und somit deren Auffindung, die Ortung des Einsatzortes oder die Verwendungszeit können damit ermittelt werden.

Wo ist RFID zu finden?

Grundsätzlich steht beim Einsatz immer die Frage nach den Gegebenheiten des zu kennzeichnenden Objekts, dessen Umfang und die Art der Identifikation im Mittelpunkt. Nachfolgend einige beispielhafte Einsatzmöglichkeiten im industriellen Umfeld:

  • Bei logistischen Prozessen, z. B. bei Warenbewegungen, Just-in-time-Inventuren
  • Im Maschinenbau zur Reduzierung von Umrüstzeiten
  • In der chemischen Industrie als Kontrollinstrument
  • Bei der Gebäudesicherheit zur Regelung der Zugangsrechte
  • Als Marketinginstrument, um beispielsweise Kaufverhalten zu ermitteln und zu dokumentieren
  • Als Kontrollinstrument zum Erkennen von Produktfälschungen

Die umfassenden Einsatzmöglichkeiten geben kreativen Spielraum, um sich diese Technik zu Nutze zu machen. Der aktuelle Trend zeigt einen eindeutigen Anstieg beim Einsatz der Technik, da offensichtlich der Nutzen die Kosten legitimiert. 

printolux-wissenswert-rfid

RFID vs. 1D-Code/2D-Code

Ein weit verbreitetes Anwendungsgebiet, das durch die RFID-Technik ergänzt wird, ist das 1D-/2D-Code-System. Die parallele Nutzung beider Systeme aus Sicherheits- und Flexibilitätsgründen ist weit verbreitet. Kommt es beispielsweise zu einem technischen Defekt der Middleware oder zu einer Transponder-Störung bei der Warenfluss-Steuerung bedeutet das auch eine Störung der Prozesskoordination. Um dieses zu verhindern, werden z. B. Produktchargen mit einem Etikett markiert, das sowohl einen RFID-Chip beinhaltet, als auch mit einem 1D-Code bzw. 2D-Code gekennzeichnet ist. So kann im Notfall auf eine Alternative zurückgegriffen werden.

Um ein flexibles und störungsunanfälligeres System zu schaffen, bietet sich die Kombination aus 1D-Code/2D-Code und RFID an. Damit können die Vorteile beider Systeme in den betrieblichen Ablauf integriert werden.

Ein Vergleichspunkt sind die Anschaffungs- und Folgekosten beider Techniken. Die Anschaffungskosten der 1D-/2D-Code-Technik sowie die Folgekosten sind deutlich günstiger, als die Kosten für die RFID-Technik. Begründen lässt sich dies mit dem derzeitigen Marktangebot für beide Produkte und der stärkeren Marktverbreitung der 1D-/2D-Codes. Auch sind die simplen 1D-/2D-Code-Etiketten in der Herstellung günstiger, als die mit Mikrochips versehenen RFID-Labels. Unabhängig von der Wahl der Technik muss in beiden Fällen als weitere Komponente eine Softwarelösung geschaffen und gepflegt werden, die das Identifikationssystem abbildet und unterstützt.

Die Entscheidung, welche Technik zum Einsatz kommt, hängt von der Aufgabenstellung und dem Bedarf ab. Um für den Einsatz der RFID-Technik zu argumentieren, muss der entstehende Vorteil essentiell sein.

Alles über das Thema RFID gibt es hier in unserem Whitepaper. Einfach downloaden!

Neuer Call-to-Action

Themen:Kennzeichnungsverfahren