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Orbital-Verschweißung

RFID als wichtiges Mittel zur Produktionssteuerung

RFID steht als Zauberwort für eine Vielzahl von Anwendungen - von der elektronischen Wegfahrsperre bis zu den autonomen Logistiknetzen im „Internet der Dinge“. Auch in der Produktion spielt die Technologie eine wichtige Rolle - für dezentrale Steuerungskonzepte und mehr Transparenz.

Von Markus Weinländer, Leiter Marketing des Competence Center RFID, Siemens AG, Automation and Drives

Veröffentlicht: Septemberausgabe 2007 "RFID im Blick"

Die Automation einer Fertigung muss unterschiedliche Ziele unter einen Hut bekommen. Auf der einen Seite soll eine möglichst effiziente Produktion erreicht werden, was in der Regel identische Fertigungsschritte für alle Werkstücke verlangt. Erst durch die Wiederholbarkeit scheint es möglich, manuelle Abläufe wirtschaftlich zu automatisieren. Doch andererseits steigt die Variantenzahl: Immer mehr Produkte werden in immer mehr Varianten angeboten, um die Kundenanforderungen optimal zu erfüllen. Dies betrifft nicht nur hochwertige Fahrzeuge in der Automobilindustrie, sondern ebenso Consumer Produkte wie beispielsweise Personal Computer. Notwendig ist deshalb eine flexible und dennoch voll automatisierte Fertigung.

Technologie sorgt für Transparenz

RFID ist ein wichtiges Hilfsmittel im Baukasten der Automatisierungs-Ingenieure. Durch RFID kann jedes Werkstück selbst alle Informationen mitbringen, die für eine Folge von Bearbeitungsschritten benötigt werden. Zusammen mit flexiblen Maschinenkonzepten lassen sich so kleinste Losgrößen ohne Umrüstzeiten realisieren. Der Vorteil: effiziente Produktion kleinster Stückzahlen ohne fehlerträchtige, manuelle Eingriffe. Neben der Steuerung der Produktionsabläufe wird RFID auch zunehmend für mehr Transparenz in der Fertigung eingesetzt. Dabei geht es zum Beispiel um die Gewinnung aller relevanten Daten für die Qualitätssicherung der Produkte. Der Nutzen reicht von der gezielten Behebung möglicher Abweichungen bis hin zur Dokumentation für eine zweifelsfreie Rückverfolgbarkeit der einzelnen Bauteile oder Zutaten.

Die Anwendung macht den Unterschied

Die technischen Anforderungen von Anwendungen in Logistik und Handel an die RFID-Systeme unterscheiden sich erheblich von den vorgenannten. Natürlich ist bei allen Anwendungen eine zuverlässige Erfassung der Transponder unverzichtbar. Doch während in der Warendistribution viele unterschiedliche Gebinde und Warenkombinationen unter wechselnden Umgebungsbedingungen erfasst werden müssen, versuchen die Produktionstechniker die beeinflussenden Variablen möglichst konstant zu halten. So wird beispielsweise durch eine geeignete Fördertechnik der Leseabstand zwischen RFID-Reader und Transponder an allen Stationen möglichst minimiert, um Störquellen auszuschließen: oftmals genügen wenige Zentimeter. Auch die Pulkerfassung, ein wichtiges Kriterium bei RFID-Anwendungen in der Logistik, spielt in klassischen Produktionsanwendungen keine Rolle. Soll die Endmontage an einem Fahrzeug vorgenommen werden, macht es keinen Sinn, mehrere Transponder zu erfassen – im Gegenteil.

Trend zu intelligenten Werkstücken

In anderen Bereichen sind die Anforderungen der Automatisierer deutlich höher. So reicht der Speicherplatz von 96 Bit, wie ihn die Smart Labels nach EPC-Standard bieten, bei Weitem nicht aus. Das Problem: Wenn ein Werkstück nur über eine ID-Nummer im Transponder verfügt, muss die Bearbeitungsstation in einer Datenbank abfragen, was mit dem Werkstück zu geschehen hat und kostet wertvolle Zeit. Zwar stehen heute leistungsfähige Datenbank-Systeme zur Verfügung, um die hohe Taktzahl und Geschwindigkeit dieser Anfragen zu verarbeiten, doch es ist kostengünstiger, wenn die Werkstücke alle Daten selbst mitbringen. Typische RFID-Transponder für Produktionsanwendungen haben deshalb bis zu 64 KByte Speicher, um möglichst viele Informationen wie Stücklisten, Bearbeitungsvorschriften und Statusdaten aufnehmen zu können. Damit greift die RFID-Technologie einen wichtigen Trend im Anlagendesign auf, der weg von großen Steuerungsrechnern hin zu dezentralen, intelligenten Einheiten führt.

Auf die Schnelligkeit kommt es an

Durch diese vergleichsweise großen Speichermengen spielt auch die Lesegeschwindigkeit eine überragende Rolle: es kommt auf Bruchteile von Sekunden an. Manche Hersteller wie Siemens weichen deshalb von etablierten Standards ab, um die höchstmögliche Performance zu erzielen. So arbeitet das RFID-System Simatic RF300 zwar auf der international genormten Frequenz von 13,56 MHz (HF-Band), realisiert aber ein eigenes Kommunikationsprotokoll zwischen Transponder und Reader. Der Vorteil: die Übertragungsgeschwindigkeit ist viermal höher als bei einem ISO-kompatiblen Gerät. Da die Produktionslinien geschlossene Systeme darstellen, spielt die Abweichung von weltweiten Standards keine Rolle. Die Widerstandsfähigkeit der Transponder und Lesegeräte ist hingegen von überragender Bedeutung: Staub, Feuchtigkeit, hohe Temperaturen und gegebenenfalls chemische Einflüsse machen der Elektronik zu schaffen. Ein robustes Gehäuse mit hoher Schutzart ist deshalb selbstverständliche Voraussetzung für den Einsatz in der Industrie.

Speicherprogrammierbare Steuerung

Systemintegration über Profibus und Profinet

Abweichende Anforderungen finden sich auch bei der Integration der Systeme. Während in der Distributionslogistik die RFID-Daten von einer PC-basierten „RFID-Middleware“ gesammelt, aufbereitet und an die Unternehmens-Software weitergegeben werden, finden sich in den Produktionsanlagen vor Ort vor allem industrielle Controller, sogenannte speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) wie das SPS-System Simatic, das bei der Automatisierung zahlloser Anlagen Einsatz findet. Die RFID-Leser werden direkt an die SPS angeschlossen, die die Steuerung der Leser und die Verarbeitung der Transponder-Daten übernimmt. Um die hohen Anforderungen an Zuverlässigkeit und Performance zu gewährleisten, haben sich im Lauf der Entwicklung vielfach spezielle Lösungen und Standards herausgebildet, die von den RFID-Systemen zu berücksichtigen sind. So erfolgt die Netzwerk-Kommunikation über spezielle Protokolle wie Profibus oder Profinet, die zwar zum Teil auf den IT-Standards beruhen, aber wichtige Ergänzungen für die Automatisierung einbringen. RFID-Komponenten müssen diese speziellen Funktionen unterstützen, um sich nahtlos in die Automation einzufügen. Auch die Projektierung solcher Anlagen erfolgt mit speziellen Werkzeugen und Programmiersprachen. Im Automatisierungsumfeld sind etwa die Kontakt- und Funktionspläne (KOP / FUP) zur Programmierung einer SPS üblich. Vorgefertigte Funktionsbausteine erlauben es, aus dem Ablaufprogramm heraus auf die RFID-Daten zuzugreifen.

Mix aus Erfahrung und neuen Ideen

Dass RFID keine neue Erfindung, sondern ein bewährtes Werkzeug ist, wissen Automatisierer schon lange: Bereits seit über 25 Jahren setzen sie RFID-Lösungen zur Produktionssteuerung ein. Dennoch gibt es noch ein großes Innovationspotenzial – gerade die UHF-Technologie und ihr Einsatz in den fertigungsnahen Abläufen bietet zahlreiche, vielversprechende Möglichkeiten.