RFID steht für Radiofrequenz-Identifikation. Es ermöglicht das kontaktlose Speichern und Auslesen von Daten. Angewendet wird RFID für das automatische Identifizieren und für das Lokalisieren von Gegenständen und Lebewesen. RFID erweitert das Barcode-Konzept, weil kein direkter Sichtkontakt notwendig ist und eine Erfassung im Stapel ermöglicht wird. Typische Anwendungen sind:
Eindeutiges Identifizieren eines Gegenstandes (Seriennummer)
Identifizieren von Gegenständen ohne Sichtkontakt
Gleichzeitiges Identifizieren von mehreren Objekten (bis zu 1000 Teilen)
Identifizieren von Gegenständen in einem Bereich zwischen wenigen Zentimetern bis zu mehreren Metern
Ein RFID-System besteht aus dem Lesegerät und einem Transponder (auch Tag oder Etikett), die miteinander über Funk – Wellen im Radiofrequenzbereich - kommunizieren. RFID Transponder können wenige Millimeter klein sein und erfordern so wenig Energie, dass sie keine Batterie benötigen um Daten mit den Lesegerät auszutauschen oder zu speichern. Man spricht in diesem Fall von passiven RFID Transpondern. Dies bietet die Möglichkeit kostengünstige Transponder auf Objekten (Gegenständen oder Lebewesen) anzubringen, die man identifizieren oder nachverfolgen möchte.
RFID Frequenzen
Die Funkwellen sind ein Transportsystem für Daten, die zwischen Transponder und Lesegerät ausgetauscht werden. Es gibt unterschiedliche Frequenzbereiche, die verwendet werden:
Mehrwegbehälter oder Paletten Identifikation, Handelsgüter
Transponder Kosten
50 Cent – 2 €
50 Cent – 2 €
Ab 8 Cent
Generell gilt: RFID Systeme im niedrigen Frequenzbereich haben eine geringere Reichweite und übertragen Daten langsamer, dafür sind diese besser für feuchte oder metallische Umgebungen geeignet. Je höher der Frequenzbereich ist, desto größer ist die Reichweite und desto schneller werden Daten übertragen.
Es gibt einzelne Hersteller die Lesegeräte für die unterschiedlichen Frequenzbereiche anbieten aber sehr viele, die sich in den letzten Jahren auf den UHF Bereich konzentrieren. Es gibt spezielle Transponder für die verschiedensten Anwendungen und Umgebungsbedingungen. Passive UHF Transponder sind in der Regel günstiger und leichter herzustellen als LF und HF Transponder.
Warum RFID?
Der Einsatz von RFID-Systemen eignet sich grundsätzlich überall dort, wo automatisch gekennzeichnet, erkannt, registriert, gelagert, überwacht oder transportiert werden muss. Die Anwendungsbereiche sind dementsprechend vielfältig. Hauptsächliches Einsatzgebiet ist der Produktions- und Logistikbereich.
Durch RFID kann ein Objekt selbst sagen was es ist, wo es ist, und sogar seinen Zustand mitteilen. RFID ist damit eine Schlüsseltechnologie für die Entwicklung des Internets der Dinge, einer global vernetzten Welt und von Projekten im Bereich Industrie 4.0.
RFID Anwendungen und Vorteile
Typische RFID Anwendungen und Vorteile
Anwendung
Vorteile
Zyklische Bestandserfassung und Bestandskontrolle im Gesundheitswesen, Handel, Produktion und Logistik
Es entsteht eine Nachvollziehbarkeit und Transparenz (Track and Trace, Chargennummern, Verfallsdatum)
Verbesserung des Shopping-Erlebnisses für den Verbraucher
Weniger Out-of-Stock
Schnellerer Return of Invenstment
Durchlaufzeiten werden reduziert und das Warenmanagement wird verbessert
Transparenz in der Lieferkette bringt einen effizienteren Vertrieb und reduziert Kosten
Durchlaufzeiten werden reduziert und Warenmanagement wird verbessert
Behältertracking, Assetmanagement, Instandhaltung
Es entsteht einer genauerer Bestand an welchen Orten/Lägern sind meine Assets
Verbesserte und genauere Abrechnung von Waren und Dienstleistungen
Echtheitsüberprüfung von Produkten
Es entsteht eine Nachvollziehbarkeit und Transparenz von der Produktion bis zum Endkunden (Track and Trace)
Chargenrückverfolgung und damit intelligente Rückruf Funktion von fehlerhaften oder gefährlichen Gegenständen wie verdorbene Lebensmittel, defektem Spielzeug, abgelaufene oder fehlerhafte Medikamente
Gefälschte Produkte frühzeitig in der Lieferkette erkennen
Steuerung und Überwachung von Produktionsabläufen
Es entsteht eine Nachvollziehbarkeit und Transparenz der Produktionsschritte (Track and Trace)
Automatische Auftragspriorisierung
Auftragstracking
Unterbrechungsfreie Nachlieferung von Teilen an die Produktionslinie (Kanban)
Automatische Bestellung von C-Teilen beim Lieferanten
Automatische Ermittlung von Lagerbeständen
Warensicherung
Reduzierung der Kosten für die Warensicherung
Reduktion von Diebstahl
Ein Edikett für Produkt und Warensicherung
RFID Anwendungsbereiche
PRODUKTION, LOGISTIK
In der Produktion werden RFID-Transponder entweder auf Ladungsträgern (z.B. Paletten) oder direkt am Produkt/Einzelteilen angebracht. Einzelteile können zum Beispiel Autozubehörteile oder kleine elektronische Bauteile sein. An verschiedenen Punkten in der Produktion werden diese Bauteile oder auch das produzierte Produkt erfasst – dadurch entsteht eine Nachvollziehbarkeit und Transparenz (Track and Trace, Chargennummern, Verfallsdatum).
Im Bereich Logistik spielt besonders die Bestandskontrolle eine Rolle. Beim Wareneingang/Warenausgang werden die Transponder automatisch erfasst. Dadurch entsteht ein genauerer Bestand als mit herkömmlichen Methoden und das in Echtzeit.
HANDEL
Im Bereich der Endkunden wird RFID zum zur Diebstahlssicherung oder als Warenetikett angewendet. Es gibt auch Elektronischen Artikelsicherungssysteme (EAS-Systeme) mit RFID Technologie. Werden z.B. alle Kleidungsstücke in einem Geschäft mit RFID versehen, kann der Transponder als Diebstahlsicherung genutzt werden. Der RFID Transponder kann auch für den Bezahlvorgang oder die Logistik im Geschäft verwendet werden.
KUNDEN- UND BEZAHLKARTEN
RFID Karten können als intelligente Kundenkarte verwendet werden, dabei weiß das kartenausgebende Unternehmen in der Regel was wann gekauft beziehungsweise welche Dienstleistung in Anspruch genommen wurde.
Mittlerweile erlauben neuere Bank-Karten das Bezahlen oder Beheben von Bargeld mit NFC Funktionalität.
AUTOMOBILBRANCHE
RFID-Systeme werden genutzt, um Autos diebstahlsicherer zu machen. Wegfahrsperren sollen verhindern, dass sich Unbefugte ohne Schlüssel Zugang zu einem Fahrzeug verschaffen.
RFID wird auch in der Automobilproduktion eingesetzt. Die Systeme werden dazu benutzt, Informationen von Montageanleitungen an die Roboter im Fertigungsbereich weiterzugeben. Die verwendeten aktiven Transponder sind hitzebeständig bis zu 250 °C und können aus einer Entfernung von bis zu zehn Metern ausgelesen werden. Über den Einsatz von RFID kann dokumentiert werden, welche Schritte mit welchem Teil durchgeführt wurden. Damit soll die Produktionssicherheit erhöht werden.
Transponder an der Windschutzscheibe machen RFID-fähige Mautstellen oder automatische Erfassungs- oder Öffnungssysteme möglich.
GESUNDHEITSWESEN
Im Bereich der Arzneimittel (auch Blutkonserven) dient RFID dazu, Medikamente zu identifizieren und zu lokalisieren, zur Qualitätsüberwachung sowie zur Dokumentationssicherheit. Der Einsatz von RFID soll vor Arzneimittelfälschungen schützen und die Rückverfolgbarkeit pharmazeutischer Produkte verbessern. Patientinnen und Patienten können an ihren Armbändern, die mit einem Transponder versehen sind, identifiziert werden. Der Chip enthält eine individuelle Patientennummer, unter welcher auf einem Server die Patientendaten gespeichert sind. Die behandelnden Ärzte können die Patientennummer durch ein mobiles Lesegerät auslesen und sodann über einen Computer alle auf dem Server vorhandenen Daten einsehen.
In einigen Pflegeeinrichtungen werden RFID-Armbänder eingesetzt, um den Zugang einzelner Personenkreise zu bestimmten Bereichen einzuschränken. Dies soll vor allem der Sicherheit Demenzkranker oder desorientierter Menschen dienen. So kann beispielsweise verhindert werden, dass ein Demenzpatient ohne Wissen des Pflegepersonals das Gebäude verlässt.
HAUS- UND NUTZTIERE
Bei der Tieridentifikation werden sowohl Wild- und Nutztiere als auch Haus- und Zootiere mit einem Chip versehen. Der Zweck bei Nutztieren ist es, Bestand und Logistik zu kontrollieren. Bei Haustieren dient es dem eindeutigen Zuordnen eines Tieres zu seiner Besitzerin.
BIBLIOTHEKEN UND BÜCHEREIEN
Bislang musste bei der Ausleihe in Bibliotheken und Büchereien jedes Medium einzeln von einer Mitarbeiterin oder einem Mitarbeiter erfasst werden, damit es als „verliehen“ verbucht war. In vielen Bibliotheken und Büchereien wird heute bereits mit RFID gearbeitet. Alle Medien werden mit einem Transponder versehen. Über den Chip können eine Vielzahl von medienrelevanten Informationen die in einer Datenbank gespeichert sind, mit dem Buch verknüpft werden. Bei der Verleihausgabe werden die Transponder dann von einem Lesegerät erfasst und ausgelesen.
RFID Lösungen
Ein RFID System besteht aus folgenden Teilen:
Transponder
Antenne mit Chip
Lesegerät
Einheit
Antenne
Software
Steuerungssoftware (für die Inbetriebnahme)
Middleware
Cloud Software
RFID Transponder
In dem RFID-System werden Transponder an alle Gegenstände angebracht, die man identifizieren oder nachverfolgenden möchte. Es gibt viele verschiedene Arten von Transpondern. Hier einige Beispiele: Transponder zur Tieridentifikation, Papierkelbeetikett für Handelsgüter, anschraubbare Transponder für Container oder in Metall eingebrachte Transponder zur Identifikation von Werkzeugen. Der Transponder-Chip hat einen Speicher, der das Produkt über einen elektronischen Produktcode (EPC) eindeutig identifizierbar macht.
Transponder bestehen aus:
Mikrochip, ungefähr einem Millimeter im Durchmesser
Antenne, meist in Form einer Spule oder eines Dipoles. Bei Miniaturtranspondern betragen die Abmessungen der Antenne einige wenige Millimeter, bei Anwendungen mit größeren Reichweiten kann es zu Antennenabmessungen von bis zu einem Meter kommen.
einem Träger oder Gehäuse. Das Gehäuse schützt die Transponderelektronik vor der Umgebung.
bei aktiven Transpondern: Einer Energiequelle (Batterie). Bei passiven Transpondern erfolgt die Energieversorgung über die Antenne von außen.
Maßgeblich für die Baugröße sind die Antenne und das Gehäuse; der Mikrochip kann hinreichend klein gefertigt werden. Dabei werden, bis auf die Antenne, alle benötigten elektronischen Bauelemente auf dem Mikrochip integriert. Die Form und Größe der Antenne ist abhängig von der Frequenz bzw. Wellenlänge und Anwendung. Je nach geforderter Anwendung werden Transponder in unterschiedlichen Bauformen, Größen und Schutzklassen angeboten. Die Reichweite von passiven Transpondern ist neben der Frequenz auch maßgeblich von der Antennen- oder Spulengröße (Inlaygröße) abhängig. Die Reichweite sinkt sowohl bei UHF als auch bei HF mit kleineren Antennen ab.
{BILDER TRANSPONDER}
RFID Chips
Der Chip oder IC beinhaltet die eigentliche Funktion des Transponders. Der Chip liefert Rechenleistung, Speicher und bei speziellen Transpondern erweiterte Funktionen (z.B. Verschlüsselungsfunktionen). Der Chip ist typischerweise mit einer Tag-ID (TID), einer eindeutigen Seriennummer (vom Chip-Hersteller) vorprogrammiert. Transponder im UHF Bereich verfügen über einen EPC Speicher. Dieser enthält den elektronischen Produktcode (EPC). Weiteres verfügen viele Chips über zusätzlichen Speicher (User Memory) der frei beschrieben werden kann. Passive RFID Chips können nur arbeiten, wenn sie über die Antenne mit Energie versorgt werden.
EM Microelectronic EM4123, EM4124, EM4126, EM4298, EM4324, EM4325, EM4423
Electronic Product Code (EPC)
Der Elektronische Produktcode (EPC) ist ein international verwendetes Schlüssel- und Codesystem für eine eindeutige Identifikationsnummer, mit dem Produkte, logistische Einheiten, Anlagen, Servicebeziehungen, Dokumente, Mehrwegtransportbehälter und Lokationen weltweit eindeutig gekennzeichnet und identifiziert werden können.
Der EPC ermöglicht eine eindeutige Kennzeichnung von Objekten nach Klasse oder Typ (z. B. eine GTIN = Die GTIN (Global Trade Item Number), oftmals als EAN Code bezeichnet, dient zur eindeutigen Identifikation von Handelseinheiten. Sie ist der Schlüssel zu den dahinterliegenden Stammdaten). Dafür wird der EPC auf einem Datenträger gespeichert, welcher an dem zu identifizierenden Objekt angebracht wird. Als Datenträger wird in der Regel ein RFID-Chip nach ISO 18000-6C verwendet, der diesen Code speichert und überträgt. Für die Verwaltung von EPC Codes ist EPCglobal® verantwortlich.
SGTIN 96
Hex Wert
3074257BF7194E4000001A85
GTIN
80614141123458
GS1 Element
(01)80614141123458(21)6789
Tag Uri
urn:epc:tag:sgtin-96:3.0614141.812345.6789
Pure Identity Uri
urn:epc:id:sgtin:0614141.812345.6789
Company Prefix Länge
7
Company Prefix
0614141
Filter
3
Transponder Antennen
Transponder Antennen nehmen die Energie aus den Funkwellen und leiten diese an den RFID-Chip weiter, um ihn einzuschalten. Im Allgemeinen gilt: Desto größer die Antenne, desto mehr Energie kann diese sammeln und dem Chip zur Verfügung stellen - der Lesebereich vergrößert sich. Aktuelle Chips kommen typischerweise mit weniger Energie aus. Ob bestimmte Objekte mit RFID Technologie erfasst werden können ist also immer ein Energiefrage.
RFID Lesegeräte
Ein RFID-Lesegerät ist ein elektronisches Gerät das die Verbindung zwischen den Transpondern und einer System-Software herstellt. Das Lesegerät kommuniziert mit den Transpondern, die sich im Lesefeld der Antenne befinden. Das RFID Lesegerät führt folgende Aufgaben aus: kontinuierliches Lesen von Transpondern, Filtern nach bestimmten Transpondern und Schreiben von Daten auf einen Transponder.
So wie es verschiedenste RFID-Transponder für die unterschiedlichen Einsatzfälle gibt, gibt es auch viele verschiedene Ausführungen von RFID-Lesegeräten. Je nach Anwendung können stationäre Lesegeräte (an der Kasse im Handel oder beim Packtisch, in der Produktion in der automatischen Förderstrecke oder im Lager an der Laderampe) oder mobil Lesegeräte (Bestandserfassung oder z.B. Wareneingangsprüfung) eingesetzt werden.
RFID-Lesegerät und RFID Antennen arbeiten als ein System, um RFID Transponder lesen zu können. RFID Antennen wandeln elektrischen Strom in elektromagnetische Wellen um, die dann in den Raum abgestrahlt werden, wo sie von einer Transponder-Antenne empfangen und zurück in elektrischen Strom verwandelt werden. Genau wie Transponder-Antennen gibt es eine Vielzahl von RFID Antennen. Die optimale Antenne variiert je nach der spezifischen Anwendung.
Die beiden häufigsten Antennentypen sind linear- und zirkularpolarisierte Antennen. Linear polarisierte Antennen bieten große Reichweiten und strahlen mit einer hohen Leistung. Diese ermöglichen es unterschiedliche Materialien zu durchdringen. Linear polarisierte Antennen sind empfindlich was die Antennen Orientierung des Transponders betrifft. Die falsche Lage eines Gegenstands kann dazu führen, dass dieser nicht gelesen wird. Umgekehrt besitzen zirkularpolarisierte Antennen kreisförmige Felder. Diese sind weniger empfindlich gegenüber der Transponder Ausrichtung, sind aber nicht in der Lage, so viel Leistung wie linearpolarisierte Antennen abzustrahlen.
RFID Software
In Bereich der RFID Software muss man folgende Bereiche unterscheiden:
Steuerungssoftware für RFID Lesegeräte
Mit dieser Art von Software lässt sich ein RFID-Lesegerät konfigurieren. Die Software bietet meist auch die Möglichkeit mit einem Lesegerät zu arbeiten d.h. Transponder zu lesen/schreiben, Parameter des Lesegeräts zu ändern und einfache RFID Tests durchzuführen. Im Standardfall wird diese Software vom Hersteller des Gerätes mit geliefert und auch Hersteller Tool oder Reader Tool bezeichnet.
RFID Middleware
Die RFID Middleware befindet sich zwischen RFID-Hardware auf der einen Seite und der Unternehmens-Software auf der anderen Seite. Die RFID Middleware dient einer Reihe von Schlüsselfunktionen: Sie konfiguriert und verwaltet RFID-Hardware aber auch andere Hardware wie Sensoren oder Drucker. Sie verarbeitet Transponder-Daten, wendet verschiedene Filter an (z.B. herausfiltern von doppelten Transpondern), aggregiert die Daten und leitet diese Daten an andere Back-End-Systeme weiter.
RFID Cloud Software
Eine RFID Cloud Software dient als Back-End für die RFID Middleware. Diese Software bietet ein Web-basiertes Userinterface um Daten des RFID Systems darzustellen. Die Cloud Software bietet dem User die Möglichkeit auf Basis von RFID Daten (Grafische Auswertungen, Reports/Berichte, Dashboard) Entscheidungen zu treffen. Es soll dem User eine einfache aber effektive Übersicht über das RFID System geben werden, damit der Mehrwert von RFID angewendet werden kann.
Aktive RFID Systeme
Bei einem aktivem RFID System haben Transponder eine eigene Energieversorgung (Batterie). Aktive RFID Systeme arbeiten typisch im UHF Band und bieten eine Reichweite von bis zu 100 m. Meist werden aktive Transponder für große Gegenstände wie Waggons, Container oder andere Gegenstände eingesetzt die über größere Distanzen identifiziert und nachverfolgt werden müssen. Es gibt zwei Arten von aktiven Transpondern: Transponder und Beacons.
Transponder werden durch ein bestimmtes Funksignal “aufgeweckt“. Normalerweise sind sie nicht aktiv um Energie zu sparen. Erst wenn ein Transponder ein bestimmtes Funksignal empfängt wird die Sende-Leseeinheit aktiviert.
Beacons werden hauptsächlich für Echtzeit-Lokalisierung (Real-Time Locating Systems - RTLS) eingesetzt. Dies ist dann notwendig wenn die genaue Position eines Gegenstandes zu jeder Zeit verfügbar sein muss. Beacon haben auch eine Batterie und übertragen ihre Daten in vordefinierten Abständen. Beacons sind nicht auf RFID beschränkt, sondern können auch im WLAN oder Bluetooth Standard funken.
