Die Maschine steht, nichts geht mehr. Der Grund: Ein Gabelstapler hat beim Verladen einer Gitterbox einen Steckverbinder beschädigt – ein kleiner Unfall mit großer Wirkung. Nun laufen in der Regel Mitarbeitende panisch los und durchsuchen zig Aktenordner, in der Hoffnung, dort in der Dokumentation herauszufinden, um welchen Steckverbinder mit welchen Einsätzen es sich genau handelt. Welche Artikelnummer hat der Stecker? Welche Artikelnummer haben die Einsätze? Wo kann man Ersatzteile bestellen? Und dies in einem Zeitalter, in dem mehr und mehr Produktionsunternehmen – ob Kleinunternehmen, Mittelständler oder Großkonzern – aktiv Industrie 4.0 vorantreiben.

Das Szenario nun in der ‚Industrie- 4.0-Version‘: Der Gabelstapler beschädigt den Steckverbinder, die Maschine steht. Der Servicetechniker kommt mit seinem mobilen Handheld und liest den RFID-Transponder am Steckverbinder aus. Seine App fragt beim SAP-System an, um welche Komponente es sich genau handelt und erfährt die Artikelnummer inklusive der verbauten Einsätze. Mit dieser Information erfolgt der ‚Absprung‘ ins eBusiness-Portal, in dem direkt Zeichnungen und Datenblätter zur Verfügung stehen. Nach kurzer Überprüfung sind aus der App heraus im eBusiness die passenden Ersatzteile bestellbar. Dies führt zu einer signifikanten Senkung des Zeitaufwands und verhindert kostspielige Irrtümer, beispielsweise indem falsche Ersatzteile bei Revisionsarbeiten bestellt werden.

Klingt nach Fiktion? Keinesfalls, denn über die enge Vernetzung von realer Welt und den verschiedenen IT-Systemen lässt sich ein solches Konzept heute schon umsetzen. Moderne Software-Entwicklungstools etwa ermöglichen die Erstellung von mobilen Apps, und dies unabhängig vom Betriebssystem des jeweiligen Gerätes dank des Einsatzes aktueller Technologien wie HTML5 und CSS3. Die Herausforderung liegt häufig in der Kommunikation zwischen der Feldebene und dem IT-System. Hier bietet sich oft das Protokoll OPC-UA an. Es ist Plattform- sowie Hersteller-unabhängig, schnell und es bietet Sicherheit. Zur Hannover Messe 2015 wurde diesbezüglich im Frühjahr ein neuer Kommunikationsstandard für Auto-ID-Geräte auf Basis von OPC-UA vorgestellt. Viele Industrie-unternehmen, inklusive Siemens und Harting, haben im Rahmen einer vom AIM-Verband geleiteten Arbeitsgruppe intensiv an der sogenannten ‚companion specification‘ gearbeitet und entwickeln diese auch kontinuierlich weiter. Dieser neue Standard definiert unter anderem, wie die bereits durch die GS1 standardisierten EPCs (Electronic Product Codes) per RFID und OPC-UA abgefragt werden können.

Per OPC-UA kann ein Handheld beispielsweise direkt mit dem SAP-Modul ‚Plant Connectivity‘ (PCo) kommunizieren. Eine andere Option ist die Nutzung der SAP ‚AutoID Infrastructure‘ (AII). Damit der Teil des Prozesses, der außerhalb des SAP geschieht, leicht zu erstellen ist, bequem angepasst werden kann und auch in Zukunft verständlich ist, empfiehlt sich dessen Beschreibung in BPMN. Dabei handelt es sich um ein Werkzeug zur visuellen Modellierung von Prozessen. Das Model kann anschließend ‚übersetzt‘ werden und dient als schneller Einstieg in die Erstellung der mobilen App.

Das spricht für RFID

Die RFID-Technologie ermöglicht auch weitere Innovationen in Bezug auf objektspezifische Datenerfassung und Speicherung: RFID-Tags können Objekte nicht nur eindeutig kennzeichnen. Der Anwender kann den Transponder mit zusätzlichen Informationen beschreiben, welche bei Bedarf ausgelesen oder aktualisiert werden können. Mit Sensor-Transpondern lassen sich Daten wie Temperaturwerte direkt am Objekt erfassen und im Transponder hinterlegen. Auf dieser Basis ist es zum Beispiel möglich, Rückschlüsse auf den fehlerhaften Gebrauch von Maschinen zu ziehen – ein weiteres Plus an Sicherheit.

Beispiele für robuste Transponder, die sich unter anderem aufgrund ihrer in Schutzart IP69k für den Einsatz in Industrie- oder Bahnprojekten eignen.

© Harting

Der wesentliche Vorteil von RFID: Es ist die einzige Technologie, die Informationen direkt am Produkt speichern und im Laufe des Produktionsprozesses ändern kann. Dabei ist keine Sichtverbindung erforderlich (Lesen und Schreiben durch Folie oder Karton hindurch) und auch keine spezielle Ausrichtung des RFID-Transponder in Bezug auf die Lese-Antenne. RFID-ICs sind heute in verschiedenen Speichergrößen verfügbar und auch die Transponder sind für schwierigste Umgebungen erhältlich (auf Metall, in Beton, bei extremer Temperatur, autoklavierbar). Von letzteren lassen sich bis zu 300 Stück pro Sekunde parallel erfassen (Bulk reading). Interpretiert man die Einheit physikalisches Produkt plus RFID-Transponder als ‚Cyber Physical System‘ ist man bereits im Kern der Integrated Industry angekommen.

EPC: Der Barcode für RFID

Der EAN-Barcode begegnet uns überall – auf dem Joghurtbecher im Supermarkt oder auf Versandpäckchen. Bei den Codes handelt es sich um eindeu-tige Identifikationsnummern. Der Vorteil liegt in der weltweit lesbaren und verständlichen Codierung. Analog zum EAN für Barcode gibt es für RFID den EPC (Electronic Product Code), um genau diese Eindeutigkeit auch für RFID sicherzustellen. Im Rahmen des EPC sind Produkte auch kategorisierbar, zum Beispiel als verkaufbares Gut (SGTIN: serialized global trade item) oder Palette (GRAI: Global Returnable Asset Identifier).

Für RFID werden verschiedene Frequenzbänder genutzt – etwa UHF (Ultra High Frequency, 865 MHz), das Lese-Reichweiten von 1 cm bis über 10 m erlaubt. Die Kommunikation zwischen RFID-Transponder (Tag) und RFID-Reader ist weltweit standardisiert (EPCglobal Class 1 Gen 2 – EPC C1G2). Vom Reader in Richtung Unternehmenssoftware gibt es ebenfalls einen Standard von der EPC-global: ALE 1.1 (Application Level Events). ALE schließlich spezifiziert ein Interface für das Lesen von RFID-Transpondern, das Schreiben und ebenso für die Administration.

Autoren: Dr. Jan Regtmeier ist Teamleiter Produktmanagement bei Harting IT Software Development und Olaf Wilmsmeier arbeitet als Produkt­manager bei Harting IT Software Development.