IntegRFID – Integrierte Planung RFID-basierter Materialflusssysteme und Produktionsanlagen

Ziel des Forschungsvorhabens IntegRFID ist die Entwicklung eines allgemeinen methodischen Vorgehens für die Integration der RFID-Systemplanung in die Planung von Materialfluss- und Produktionssystemen. Bei der Entwicklung der Methode sollen insbesondere die Wechselwirkungen zwischen den RFID-, Logistik- und Produktionssytemen im Fokus liegen. Dabei werden auch die Einsatzpotenziale von RFID mit Hilfe von Wellensimulation in beispielhaften Produktions- und Logistikumgebungen untersucht und daraus resultierende Erkenntnisgewinne analysiert. Mit Hilfe des entwickelten Vorgehensmodells soll zum einen eine Steigerung der Prozesssicherheit in RFID-basierten Materialflusssystemen und Produktionsanlagen bezweckt und zum anderen die Vermeidung von Mehrkosten einer Umplanung ermöglicht werden.

Ausgangssituation

Durch die Digitalisierung und Industrie 4.0 werden intelligente bzw. vernetzte Systeme in den Materialfluss- und Produktionsprozess eingesetzt. Solche Systeme können Radio Frequency Identification (RFID) Technologien beinhalten, die insbesondere zur schnellen, berührungslosen und gleichzeitigen Identifikation z.B. von Bauteilen oder Produkten verwendet werden. Auch kann eine Nachverfolgung von Gütern im Materialfluss mit Hilfe dieser Technologien erfolgen. Bei RFID-Systemen werden die auf den Gütern angebrachten RFID-Transpondern von Schreib- und Leseeinheiten mittels Funkwellen angesprochen und somit Informationen schnell übertragen, ohne dass dafür eine direkte Sichtverbindung zwischen den beiden Punkten nötig ist.

Dieser Prozess kann durch Reflexionen der Funkwellen z.B. an Metalloberflächen oder auch durch die Überlappung von Wellen unterschiedlicher RFID-Systeme benachteiligt werden. Die Überlappungen können dabei zu einer gegenseitigen Auslöschung der Wellen infolge von Interferenz und somit zu Flächen innerhalb des Funkgebietes führen, an denen die Transponder von einem Lese-/Schreibsystem nicht ausgelesen werden können.

Um die Funktionsfähigkeit eines RFID-Systems und die von dieser abhängigen Prozesseffizienz und -stabilität innerhalb eines Produktionssystems sicherstellen zu können, muss dieses RFID-System sorgfältig geplant und in Produktionsanlagen und Materialflusssysteme integriert werden. Aktuell existieren jedoch keine ganzheitlichen Planungsvorgehen, die Planende und Systemintegratoren bei dieser Aufgabe unterstützen. Stattdessen werden Machbarkeitsstudien an existierenden Systemen durchgeführt. Diese führen jedoch nur mit einem sehr hohen Aufwand (bzgl. Zeit, Kosten und nachträgliche Prozessumstellungen bzw. -anpassungen) zu einem eindeutigen Ergebnis.

Zielsetzung

Im Forschungsvorhaben IntegRFID soll eine Methode für ein generisches Planungsvorgehen entwickelt werden, welches die Planung von RFID-Systemen (Reader, Antennen, Transponder, ...) in einen allgemeinen Fabrikplanungsprozess integriert. Dabei liegt der Fokus auf den Bereichen der Materialfluss- und Produktionssystemplanung. Die Einzelschritte müssen dabei so definiert werden, dass sie für die Planung diverser Materialfluss- und Produktionssysteme eingesetzt werden können. Gleichzeitig muss das Vorgehen jedoch klare Randbedingungen und Gestaltungsbereiche für die Planende abstecken. Auf diese Art und Weise kann sichergestellt werden, dass Entscheidungen auch im Nachhinein nachvollzogen werden können und Planungen verschiedener Materialfluss- und Produktionssysteme mit RFID miteinander vergleichbar sind.

Um die Anwendbarkeit von RFID-Systemen und die praktische Umsetzung der Konzepte solcher Systeme zu überprüfen, soll zudem ein Verfahren entwickelt werden, um die Wechselwirkungen von RFID-Systemen untereinander und mit den Materialfluss- und Produktionssystemen in einer Wellensimulation zu simulieren. Die Visualisierung der Wechselwirkungen innerhalb der Simulation soll dabei helfen, diese zu bewerten und die geplanten Systeme dementsprechend anzupassen. So sollen z.B. Auslöschungen von Wellen in Lesebereichen erkannt und entweder das RFID-System oder der Logistikprozess angepasst werden, sodass diese Überschneidungen der Wellen verschwinden bzw. keine Auswirkungen auf den Leseprozess haben.

Das Verfahren der Wellensimulation und dessen Vorbereitung sollen dabei in die verschiedenen Phasen der Fabrikplanung soweit wie möglich und sinnvoll integriert werden. Die Herleitung der Schritte für die Integration der Wellensimulation in die Materialfluss- und Produktionsplanung sind hierbei Teil der Zielsetzung des Forschungsprojekts.  

Vorgehensweise

Den Beginn des Forschungsvorhabens bildet die Ermittlung von Anforderungen an RFID-Systeme und an die Simulation der Funkwellen. Gleichzeitig werden aus der Literatur aktuelle Einsatzgebiete sowie Planungsvorgehen für RFID-, Materialfluss- und Produktionssysteme herausgearbeitet. (AP1).

Während die Schritte der Fabrikplanung in AP2 um Schritte der RFID-Systemplanung erweitert und modifiziert werden, muss gleichzeitig eine anwendungsübergreifende Modellierungssprache der Einzelschritte zwischen der Materialfluss- und Produktionssystemplanung entwickelt werden (AP3). Zudem wird ein Vorgehen festgelegt, welches eine Überführung von Daten aus 3D-modellierten Fabriksystemen in eine Wellensimulation erlaubt

Welche Anforderungen für die Daten dafür entstehen, wird in AP4 ermittelt. Hinzu kommt zudem die Auswahl und Umsetzung einer Methode zur Simulation der Funkwelleneigenschaften der RFID-Systeme in einer Fabrikumgebung. Im finalen Arbeitspaket 5 stehen eine Evaluierung der integrierten Planungsmethode anhand einer Durchführung des entwickelten Planungsvorgehens innerhalb eines Anwendungsszenarios an. Mithilfe dieser sollen Rückschlüsse auf die Wirksamkeit gezogen sowie eine Übertragbarkeit des integrierten Planungsvorgehens auf beliebige Anwendungsfälle gezeigt werden. Mittels einer Sensitivitätsanalyse ist weiterhin zu bestimmen, inwieweit Abweichungen der Vorgehensweise zu Verfälschungen der Ergebnisse führen und in welchem Einsatzgebiet die zu entwickelten Methoden gültig sind.

Forschungspartner

Fraunhofer IGCV, Augsburg

Professur für Höchstfrequenztechnik, TUM, München

Förderung

Das Forschungsprojekt wird gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft mit der
Projektummer 426221637.

Ansprechpartner

Christian Looschen, M.Sc.