Werkzeug mit Lebenslauf

Schlaue Etiketten, die Informationen über Herstellung, Transportwege oder mögliche Beschädigungen tragen, sollen die Auslieferung von Waren oder die Wartung von Werkzeugen vereinfachen und beschleunigen. Die Pakete fahren Achterbahn im LogMotionLab am Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und Fabrikautomatisierung (IFF) in Magdeburg. Auf Förderbändern und Metallrollen sausen sie in einer rasanten Berg- und Talfahrt auf und ab, kreuz und quer durch die Halle – und durchlaufen oft mehrere Tage lang immer und immer wieder eine der Teststrecken in dem Forschungslabor. Dabei geht es nicht ums Vergnügen oder um Geschwindigkeitsrekorde. Die Wissenschaftler des IFF erproben mit dem simulierten Warenumlauf die Funktionstüchtigkeit so genannter RFID-Systeme, mit denen Pakete und Transportbänder ausgestattet sind. „RFID steht für eine Technologie, bei der Produktinformationen elektronisch gespeichert und per Funk ausgelesen werden können”, erklärt Steffen Fröhlich, der am IFF den Bereich Planung und Betrieb von Logistiksystemen leitet. Dazu dienen ein winziger Mikrochip als Datenspeicher und eine feine Antenne, um die Daten zu senden und zu empfangen. In Gestalt von kleinen, hauchdünnen Etiketten, die zum Beispiel auf ein Bauteil einer Maschine, ein Werkzeug oder eben ein Paket aufgeklebt werden, lässt sich dieses mit einer Fülle von Informationen versehen – etwa über Identität, Herkunft und Ziel sowie über den Preis und ein mögliches Verfallsdatum. Auch Wartungsintervalle oder Hinweise für eine korrekte Handhabung können auf dem Mikrochip des RFID-Etiketts vermerkt werden. Das macht die RFID-Technologie den Strichcodes überlegen, die bislang meist zur Kennzeichnung von Produkten und Transportbehältern genutzt werden. Während deren Fläche gerade ausreicht, um einer Ware etwa eine Identifikationsnummer, das Herstellungsdatum und den Preis als Code aufzuprägen, fasst der mehrere Kilobyte große Speicher eines RFID-Aufklebers Informationen, die bis zu 10 000 gedruckten Zeichen entsprechen. Daneben zeichnen sich RFID-Chips durch eine Reihe weiterer Vorteile gegenüber herkömmlichen Barcodes aus. So lassen sich mit ihnen die Daten sehr vieler Objekte gleichzeitig erfassen – das spart Zeit, beispielsweise beim Versand oder Wareneingang. Eine Sichtverbindung zwischen Etikett und Lesegerät ist beim Erfassen der Daten nicht erforderlich – das erleichtert das Registrieren der Güter und verringert den Platzbedarf. Und: Die Daten können verschlüsselt gespeichert und übertragen werden – das gewährleistet ein hohes Maß an Sicherheit gegen einen Missbrauch. Ein weiteres Plus der RFID-Chips: Sie sind wiederbeschreibbar. Die gespeicherten Informationen können bei Bedarf jederzeit gelöscht, geändert oder ergänzt werden. „Dadurch ist es möglich, ein Produkt oder Bauteil während seiner gesamten Nutzungsdauer immer wieder mit neuen oder zusätzlichen Informationen zu versehen – etwa über Verschleiß, Beschädigungen oder Reparaturen” , sagt Steffen Fröhlich. Das elektronische Etikett wird so zu einer vollständigen „Lebensakte” des Produkts. Künftig wäre es sogar denkbar, RFID-Chips mit Sensoren auszustatten, die schon im Voraus erkennen, wenn ein Bauteil defekt oder ein Transportbehälter leck zu werden droht. Vom Einsatz der RFID-Technologie erhoffen sich viele Unternehmen eine deutliche Vereinfachung bei der Handhabung, Auslieferung und Lagerhaltung ihrer Produkte – und damit eine Ersparnis von Zeit und Kosten. So lässt sich der Weg der Waren genau verfolgen und auswerten. Transportunternehmen erhalten durch die Identifizierung von Containern per RFID eine stets aktuelle Übersicht über die Ladungen, die von oder zu den Kunden unterwegs sind. Das Speditionsunternehmen Kühne & Nagel beispielsweise nutzt eine Online-Überwachung per RFID, um sicher zu stellen, dass sich die richtigen Fahrzeuge und Container zur richtigen Zeit am richtigen Ort befinden. Zudem eröffnet die RFID-Technologie die Möglichkeit, Transportwege und -zeiten im Nachhinein zu analysieren und so systematische Fehler bei der Planung zu erkennen – die Voraussetzung, um die Lieferungen zu optimieren und unnötige Wegstrecken zu vermeiden. Auch Verluste an Waren oder Transportbehältern lassen sich durch die Funk-Etiketten verringern. So schätzt das Kühne & Nagel-Institut für Logistik im schweizerischen St. Gallen, dass die Zahl der unterwegs verlorenen Container bei einem Einsatz von RFID um bis zu zehn Prozent reduziert würde. Wenn doch einmal etwas verschwindet, können die intelligenten Etiketten ebenfalls helfen: „Geht ein Teil der Lieferung verloren, kann man das anhand der per RFID übermittelten Informationen frühzeitig erkennen und gegebenenfalls sofort eine Nachlieferung auf den Weg bringen”, sagt der Logistik-Experte Fröhlich. Auch Produkte mit abgelaufener Haltbarkeit – etwa empfindliche Lacke für die Automobil-Industrie – können so noch beim Transport erkannt, aussortiert und gegen Ersatzprodukte ausgetauscht werden. „Die Logistik wird zunehmend eine Pufferfunktion beim Befördern von Waren wahrnehmen”, prophezeit Fröhlich. Denn die Informationen der RFID-Chips lassen sich auch nutzen, um Transporte zu beschleunigen, wenn die Daten anzeigen, dass ein Liefertermin bald überschritten wird. „Erkennt man das frühzeitig, kann man den Verzug oft durch einen Wechsel des Transportmittels – etwa vom Lkw auf das Flugzeug – wieder aufholen”, sagt Fröhlich. Am LogMotionLab des IFF, das im Juni 2004 eröffnet wurde, präsentieren die Magdeburger Fraunhofer-Forscher etliche Szenarien, die zeigen, wie sich mit Hilfe der RFID-Technik logistische Prozesse überwachen und steuern lassen. Fast alles, was es derzeit an Produkten mit dieser Technologie zu kaufen gibt und was an Prototypen in Entwicklungslabors existiert, haben sie dort installiert. Vor allem aber trimmen die Wissenschaftler in dem Testlabor die RFID-Technologie für ihren Einsatz in der Praxis. Dazu dient ihnen eine Vielzahl von Testeinrichtungen, mit denen sich die verschiedensten Systeme für jede denkbare Art von Anwendung aufbauen und auf Herz und Nieren prüfen lassen: zum Beispiel mobile und fest installierte Schreib- und Lesesysteme zur automatischen Identifizierung von Gütern, Funk-Transponder zum Übertragen der Daten, Sensoren zum Erfassen und Zählen von Warenströmen sowie Geräte, um einzelne Objekte gezielt orten und auffinden zu können. „Die Labortests sollen zeigen, wie viele Daten sich bei welchen Geschwindigkeiten noch korrekt erfassen lassen und wie die Transponder auf Temperatur, Vibration, Stöße, Chemikalien oder elektromagnetische Störungen reagieren”, sagt Prof. Michael Schenk, der Leiter des Fraunhofer-IFF. „Unternehmen, die eine Einführung der Technologie planen, können so erste Erfahrungen sammeln und überprüfen, ob die geplante Lösung realisierbar ist und den erhofften Nutzen bringt – ohne dazu das erforderliche Equipment im eigenen Betrieb einbauen und womöglich laufende Prozesse stören zu müssen.” Von einem weit verbreiteten Einsatz der RFID-Technologie kann bislang noch keine Rede sein. „Es wird viel getestet und experimentiert”, weiß IFF-Forscher Steffen Fröhlich. So betreibt das Handelsunternehmen Metro in Neuss seit April 2003 einen „ Future Store”. In diesem „Supermarkt der Zukunft” sind sämtliche Waren mit RFID-Etiketten versehen, auf denen der Preis elektronisch gespeichert ist. Passiert man als Kunde mit dem Einkaufswagen die Kasse des Future Store, registriert ein Lesegerät per Funk, welche Waren im Korb liegen und berechnet blitzschnell den Gesamtpreis. Das bislang übliche Ablegen der Waren auf einem Fließband und das mühsame Einscannen der Preisaufkleber per Hand ist nicht mehr erforderlich. Dass sich RFID-Systeme im Einzelhandel rasch durchsetzen werden, glaubt Bodo Ischebeck allerdings nicht. Das Argument des Leiters Ident Solutions beim Münchner Halbleiterunternehmen Infineon, einem der führenden Hersteller von RFID-Chips: Selbst bei einer Stückzahl von einer Million kostet heute die Herstellung der Elektronik – Chip, Antenne und Verbindung zwischen Chip und Antenne – für ein intelligentes Etikett noch etwa 50 Cent. Zwar erwarten Wissenschaftler der Universität St. Gallen und der Frankfurter Marktforschungsagentur Booz Allen Hamilton in einer im Juni veröffentlichten Studie, dass die Preise für die Herstellung der Chips in den nächsten Jahren – dank größerer Produktionsmengen und neuer Fertigungstechnologien – auf unter zehn Cent pro Chip fallen werden. Alle Joghurtbecher, Schokoladentafeln und Milchtüten im Ladenregal damit zu kennzeichnen, würde sich aber selbst dann nicht rechnen. Daher gilt die Logistik derzeit als wichtigster Schrittmacher bei der Einführung der RFID-Technologie. Im Jahr 2007 soll dieser Bereich nach Angaben der Marktforscher von Allied Biz Intelligence mit einem weltweiten Umsatz von 1,1 Milliarden Euro mehr als 50 Prozent des gesamten RFID-Marktes ausmachen. „Doch auch bei logistischen Anwendungen wird RFID wegen der hohen Investitionskosten zunächst nur dort zum Einsatz kommen, wo man es mit besonders hochwertigen Produkten zu tun hat”, prophezeit IFF-Leiter Michael Schenk – oder wo es darum geht, Logistikketten sicherer zu machen oder sie in Abhängigkeiten von bestimmten Zuständen der Produkte zu steuern. Ein Beispiel dafür ist die Luftfahrt-Industrie. So hat der europäische Luftfahrtkonzern Airbus gemeinsam mit den Forschern des Magdeburger Fraunhofer-Instituts ein System für das weltweite Management von Spezialwerkzeugen entwickelt – und bereits in der Praxis eingeführt –, das auf RFID-Technologie basiert. Die für Wartung und Reparatur der Airbus-Jets erforderlichen teuren Werkzeuge gibt es nur in einer begrenzten Zahl, und bei weitem nicht jeder Flughafen besitzt die nötigen Tools für alle Flugzeugmodelle. Daher verleiht Airbus die Werkzeuge an die Flughäfen und sorgt so dafür, dass sie stets dort verfügbar sind, wo man sie gerade braucht. „Die Werkzeuge müssen allerdings regelmäßig neu kalibriert werden”, sagt Steffen Fröhlich. Außerdem muss in bestimmten Intervallen die Qualität der empfindlichen Tools überprüft werden, um zu sehen, ob sie noch verwendbar sind oder repariert werden müssen. Bisher wurden sie dazu zunächst vom Flughafen zurück an Airbus und von dort, wenn nötig, weiter zu einem speziellen Dienstleister geschickt. Von da aus führte sie ihr Weg erneut zu Airbus und erst dann an ihren nächsten Einsatzort. „Nun verfügen die Wartungstools über eine intelligente Kennzeichnung per RFID”, sagt Fröhlich. Darauf ist vermerkt, wann ein Kalibrieren erforderlich ist, ob eine Qualitätsprüfung ansteht und für welchen nächsten Einsatzort das Werkzeug vorgesehen ist. Ein unnötiger Umweg über den Verleiher ist nicht mehr erforderlich. So werden pro Einsatz zwei Transportfahrten eingespart – die Durchlaufzeit konnte um zweieinhalb Tage pro Einsatz verkürzt werden. Künftig will Airbus darüber hinaus auch die Bauteile seiner Flugzeuge mit Funketiketten ausstatten. Das Ziel: Einzelne Komponenten sollen zuverlässiger und einfacher als bisher identifiziert werden können, und anhand eines auf dem Chip gespeicherten „Lebenslaufs” soll frühzeitig erkennbar sein, wann einzelne Teile gewartet oder ausgetauscht werden müssen. Die RFID-Technologie wird bei Airbus sogar noch weiter gehend genutzt: Die an den Wartungswerkzeugen angebrachten Funkchips erlauben einen direkten Zugriff auf spezielle Dateien, die eine virtuelle Anleitung für Wartung und Reparatur der Jets enthalten. Auch diese Technik wurde am Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und Fabrikautomation entwickelt. „Mit Hilfe einer Virtual-Reality-Software werden die Flugzeugkomponenten, Werkzeuge sowie alle erforderlichen Handgriffe dreidimensional visualisiert”, erklärt Dr. Eberhard Blümel, Leiter des IFF-Bereichs Virtuelle Entwicklung und Training. Die virtuellen Betriebsanleitungen sind interaktiv benutzbar: „Man kann mit ihnen die erforderlichen Arbeitsschritte zunächst am Rechner durchspielen und trainieren, bevor sie am realen Flugzeug ausgeführt werden”, erläutert Blümel. Das erleichtert dem Serviceteam die Arbeit und macht zudem die bislang oft erforderliche Anreise von Airbus-Spezialisten überflüssig – selbst bei komplizierten und aufwendigen Reparaturen. Zudem verkürzt die Unterstützung bei der Handhabung die Ausleihzeit der Werkzeuge. Derzeit feilen die Magdeburger Forscher daran, die RFID-Technologie fit für weitere Einsatzbereiche zu machen. Sie haben beispielsweise Lesegeräte entwickelt, die sowohl herkömmliche Barcodes als auch RFID-Etiketten entziffern können. Ein weiteres Ziel: Objekte mit Funketiketten sollen sich auf einfache Weise orten lassen. Dazu benutzen die Wissenschaftler so genannte aktive Chips, die mit einer Batterie ausgerüstet sind und dadurch eigenständig Signale aussenden können. Mit Hilfe solcher Transponder haben IFF-Leiter Schenk und seine Mitarbeiter ein Ortungssystem für die Gepäckwagen am Rhein-Main-Flughafen in Frankfurt entwickelt, das dort seit kurzem in Betrieb ist. Die Handgepäckwagen, die von ihren Benutzern für gewöhnlich weit verstreut über das Flughafengelände abgestellt werden, teilen ihrer Umgebung per RFID-Chip ständig ihren Aufenthaltsort mit. Funkantennen fangen die Signale auf und senden sie weiter an einen Zentralrechner in einer Leitstelle, wo man jederzeit live verfolgen kann, wie sich die Wagen im Airport bewegen. Die Mitarbeiter in der Leitzentrale haben darüber hinaus stets den Überblick, wo sich die für das Einsammeln der Gepäckwagen verantwortlichen Service-Angestellten aufhalten. Die sind dazu mit einem speziellen Taschencomputer ausgestattet, der per WLAN-Funknetz mit der Zentrale in Kontakt steht. Auf diese Weise lässt sich erkennen, wo es gerade an Gepäckwagen mangelt, wo unbenutzte Wagen zur Verfügung stehen und welcher Mitarbeiter sich am nächsten bei diesen befindet. Er bekommt dann per SMS einen Arbeitsauftrag übermittelt, die Wagen dorthin zu befördern, wo sie gebraucht werden. Die Einsatzmöglichkeiten von RFID sind vielfältig. Dennoch: „ Eine echte Killer-Applikation, die rasch den Durchbruch am Markt bringen könnte, ist bisher nicht in Sicht”, sagt Michael Schenk. So wird sich die Technologie wohl nur langsam in praktische Anwendungen einschleichen – „zunächst als Ergänzung, später als Ersatz der konventionellen Strichcodes”, glaubt der Fraunhofer-Forscher. Dass sich RFID auf Dauer durchsetzen wird, darin sind sich jedoch die meisten Fachleute einig. Schenk ist überzeugt: „Überall dort, wo strenge Sicherheitsstandards eingehalten werden müssen, wird die RFID-Technologie bereits in den nächsten Jahren Einzug halten.” ■ Ralf Butscher COMMUNITY internet Homepage des Fraunhofer-Instituts für Fabrikbetrieb und Fabrikautomatisierung (IFF): www.iff.fhg.de Informationen zum Future Store der Metro AG: www.future-store.org Gute Erklärung, wie RFID funktioniert (in Englisch): electronics.howstuffworks.com/smart-label.htm Infos von Siemens über Trends bei Logistik und RFID: www.siemens.de/ forschung und entwicklung Ohne Titel Das kürzel RFID steht für „Radio Frequency Identification”: das Identifizieren von Objekten per Funk – ohne sie zu berühren. Das Prinzip dieser Technologie: Daten werden kontaktlos aus einem Speicher ausgelesen, in diesen hineingeschrieben oder gelöscht. Die auf einem Mikrochip gespeicherten Daten kennzeichnen einen Gegenstand eindeutig und beschreiben seine Eigenschaften – zum Beispiel Typ, Herstellungs- und Haltbarkeitsdatum oder Preis. Das Auslesen der Informationen geschieht per Funk – ein Sichtkontakt zwischen Datenspeicher und Lesegerät ist dazu nicht erforderlich. Prinzipiell unterscheidet man zwischen aktiven und passiven RFID-Systemen. Während aktive RFID-Chips eine angeschlossene Batterie besitzen, haben passive Systeme keine eigene Stromversorgung. Ein Beispiel für aktive RFID-Transponder sind Autoschlüssel mit Funk-Fernbedienung. Passive RFID-Systeme befinden sich etwa auf elektronischen Etiketten, die zur Kennzeichnung auf Waren oder Transportbehältern aufgeklebt werden. Diese Etiketten enthalten neben dem RFID-Chip eine elektronischen Sendeschaltung und eine dünne Antennenschleife aus Kupfer oder Aluminium. Chip und Antenne sind gemeinsam in eine Kunststofffolie eingebettet und an einem aufklebbaren Stückchen Papier befestigt. Dort können die wichtigsten im Chip gespeicherten Informationen zusätzlich in gewöhnlicher Schrift aufgedruckt sein. Die RFID-Chips können ihre Informationen ohne Strom über viele Jahre speichern. Ausgelesen werden die Daten von speziellen Lesegeräten mit eingebauter Sende- und Empfangselektronik. Das Lesegerät sendet ständig ein Funksignal aus, das den RFID-Chip auffordert, sich zu melden. Trifft das Signal die Antenne eines elektronischen Etiketts, wird sein Chip aus dem Schlaf geweckt. Er prüft, ob er wirklich von dem Signal des Lesegeräts angesprochen wird, checkt außerdem, ob dieses ein Recht auf seine Daten hat, ruft die Informationen aus seinem Speicher ab und gibt sie verschlüsselt an das Lesegerät preis. Zum Übertragen der Daten nutzt der RFID-Chip die restliche Energie der Funkwellen des Lesegeräts. Weil das intelligente Etikett keine eigene Batterie besitzt, ist sein Antwortsignal sehr schwach. Die Reichweite beträgt maximal einen Meter. Wie weit genau das Signal reicht, hängt von der Fläche der Antennenschleife ab. Während das gesamte Etikett samt Antenne etwa die Größe einer Kreditkarte besitzt, ist der RFID-Chip selbst mit einer Fläche von etwa einem Quadratmillimeter so klein wie ein Sandkorn. RFID-Etiketten lassen sich grundsätzlich wiederverwenden: Die Daten können bis zu etwa 500 000-mal gelöscht und durch neue ersetzt werden. Zum Übertragen der Daten nutzen RFID-Chips meist eine Frequenz von 13,56 Megahertz. Spezielle Ultrahochfrequenz-Systeme funken dagegen bei 900 Megahertz. Sie haben auch eine deutlich größere Reichweite: Ihre Signale lassen sich bis zu vier Meter weit empfangen. Ohne Titel · Mit RFID-Funk-Etiketten lassen sich die Fahrtrouten von Warentransporten überwachen und optimieren. · Bei Airbus vereinfachen RFID-Labels die Handhabung von Spezialwerkzeugen und die Ausführung von Reparaturen. · Am Frankfurter Flughafen sorgen Funk-Etiketten dafür, dass Handgepäckwagen stets dort sind, wo man sie braucht.