Ihr wahres Können zeigen RFID-Tags (Radio Frequency Identification) nicht an der Sicherheitsschleuse an der Warenhaustür. Ihr Einsatz dort beschränkt sich auf eine einzige, verhältnismäßig simple Funktion: Beim Passieren der Ausgangskontrolle wird lediglich kurz geprüft, ob der auf dem Mikrochip im Etikett gespeicherte Diebstahlschutz an der Kasse deaktiviert wurde oder nicht. Wozu die kleinen elektronischen Labels darüber hinaus fähig sind, erklärt René Dünkler vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS am Beispiel eines Logistikzentrums: »Warenfluss und Informationsfluss werden über die RFID-Tags direkt miteinander verknüpft – und das nicht nur innerhalb des einzelnen Unternehmens, sondern entlang der gesamten Produktions- und Lieferketten.« Bei einem Barcode-System muss jeder Container, jede Palette oder sogar jedes einzelne Paket erst einmal mit dem Label in den Sichtbereich eines Scanners gebracht und so erfasst werden. RFID-Tags dagegen bauen ab Passieren der Eingangsschleuse des Logistikzentrums automatisch eine Kommunikationsbrücke zur Warenfluss-IT auf. Ein Sichtkontakt ist dafür nicht erforderlich und vor allem wird dabei nicht nur festgestellt, dass Paketnummer »0815« jetzt vor Ort ist. Auf den Elektronik-Tags haben die einzelnen Sendungen ihre gesamten Lieferpapiere immer mit dabei. »In der Industrie 4.0 sagt der Container dem Hebekran selbst, wo er abgeladen werden muss oder lotst der Bauteilenachschub den selbstfahrenden Gabelstapler in der Produktionshalle gezielt an die richtige Arbeitsstation«, so Dünkler.

Meilensteine für das Internet der Dinge

Szenarien wie dieses sind mit den aktuellen Technikinnovationen im Bereich RFID und Funkkommunikation im Grundsatz bereits möglich. Denn die technische Basis dafür liefern Anwendungen, mit dem das Internet der Dinge (Internet of things – IoT) auch für den Endkunden praxistauglich wird. Eine der größten Hürden auf diesem Weg ist von den Forschern des Fraunhofer IIS inzwischen genommen worden: Die »en bloc«-Erfassung von mehreren RFID-Tags. So können die Waren einer kompletten Lieferpalette »auf einmal« erfasst werden, auch wenn auf ihr hundert oder mehr Pakete oder Produkte gelagert sind. »Wir setzen intelligente Antennen und speziell für den jeweiligen Anwendungszweck optimierte Systeme für die Pulk-Erfassung ein. Damit schaffen wir es, alle Transponder verlässlich und nahezu gleichzeitig auszulesen«, sagt Dünkler.

Auch ein zweites großes Problem haben die Forscher mittlerweile im Griff: Die Kommunikation zwischen RFID und den Empfangsantennen unter besonders ungünstigen Voraussetzungen. »Es war bislang nur sehr eingeschränkt möglich, die Funkkommunikation in Umgebungen wo viele metallene Einbauten und Gegenstände in der Nähe sind verlässlich aufzubauen oder an metallenen Produkten angebrachte Tags auszulesen. Die Streuungen und Reflexionen an metallischen Gegenständen stören die Funkverbindungen erheblich«, so Dünkler. Die Forscher arbeiten deshalb mit neuen Metall-Transpondern. Sie sind bei auftretenden Signalstörungen so »durchsetzungsfähig«, dass sie einen verlässliche und robuste Funkkommunikation ermöglichen.

Dass die beiden – entscheidenden - Probleme nun weitgehend gelöst sind, ist allein deshalb von so hoher Bedeutung, weil die RFID-Technologie nun ihre Vorteile gegenüber anderen Systemen zur Produktkennzeichnung und Informationserkennung voll ausspielen kann: Ihr Einsatz beschränkt sich nicht nur darauf, einmal gespeicherte Informationen auszulesen. Vielmehr können sie immer wieder neu beschrieben werden und übernehmen so über den gesamten Lebenszyklus der Produkte hinweg verschiedenste Aufgaben. Ersatzteile von Maschinen etwa tragen nicht nur die Herstellerinformationen immer bei sich, sondern können jederzeit Auskunft geben, wann und von wem sie eingebaut wurden oder wann die nächste Routinewartung ansteht. Über zusätzlich integrierte Sensoren lässt sich die lückenlose Einhaltung von Lagerbedingungen kontrollieren oder Erschütterungen, denen die Ware ausgesetzt wurde dokumentieren.

Dinge flexibel und sicher vernetzt

Der kontinuierliche Kontakt zu Waren, Transportbehältern oder Maschinen ist eines der grundlegenden Prinzipien für die Steuerung von Prozessen der Industrie 4.0. Im Gegensatz zur Diebstahlschleuse im Warenhaus ist die bloße RFID-Erfassung an einem Antennengate im industriellen Bereich allerdings nicht ausreichend. Um auch das flächendeckende Erfassen der Informationen vieler Sensoren auf einem weitläufigen Areal zu ermöglichen, haben die Forscher am Fraunhofer IIS deshalb eine Telemetrieplattform entwickelt. »Letztlich ist diese Plattform eine flexibel einsetzbare Basislösung, mit der eine robuste, schmalbandige Funkkommunikation in eine Entfernung bis zu 40 Kilometern erreicht wird. Damit lassen sich die Daten von einer Million einzelner Sensoren problemlos erkennen und verarbeiten«, erklärt Dünkler. Die Plattform kann den Warenfluss und die Logistiksteuerung von Produktionsprozessen ebenso unterstützen wie die Sensorüberwachung in Industrieanlagen oder das Smart-Metering im intelligenten Stromnetz von Morgen. Auf der CeBIT 2015 stellen die Forscher ihre drahtlose IoT-Telemetrieplattform in Verbindung mit Lösungsansätzen für den RFID-Einsatz für verschiedenste Anwendungsbereiche vor.

(stw)