RFID – Zwischen Hype und realen Anwendungen · Prof. Dr.-Ing. Rolf Jansen Fachgebiet Logistik Universität Dortmund RFID – Zwischen Hype und realen Anwendungen Prof. Dr.-Ing

Prof. Dr.-Ing. Rolf JansenFachgebiet Logistik

Universität Dortmund

RFID – Zwischen Hype und realen Anwendungen

Prof. Dr.-Ing. R. JansenFachgebiet LogistikUniversität Dortmund

14. Deutscher Materialfluss-KongressMünchen, 07. und 08.04.2005



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Logistisches Demonstrations-und Versuchsfeld

Logistisches Demonstrations-und Versuchsfeld

(Laborhallen und Freigelände)des

Prüflaboratoriumfür ausgewählte mechanisch-technologischePrüfungen an Verpackungen und Verpa-ckungsmitteln nach DIN EN ISO/IEC 17025DAP Deutsches AkkreditierungssystemPrüfungswesen GmbH,

vertreten im DeutschenAkkreditierungsRat

Prüfstelle Gefahrgutverpackung

der Bundesanstalt für Materialforschungund -prüfung (BAM), Berlinnach UN, RID, ADR, IATA

Prüflabor Wellpappe nachDIN CERTCO

Logistisches Identifikations-Labor

Prüf- und Testmöglichkeiten

aller RFID-Technologienund deren Einflussgrößen

Warensicherungs-Testlabor

Systemtests undZertifizierungen nach VDI 4470

Qualitätsprüfung von Sicherungs-mitteln nach VDI 4471

Quellensicherung nach VDI 4475

Qualitätssicherung von Etiketten(nach VDI 4473)



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Test- und Prüfprogrammefür RFID-Systeme (Auswahl)

unterBetriebsbedingungen / Umgebungsbedingungen

• Thermische Widerstandsfähigkeit

• Widerstandsfähigkeit gegen klimatische Einflüsse

• Mechanische Widerstandsfähigkeit(statisch / dynamisch)

• Widerstandsfähigkeit gegen chemische Stoffe

zurPerformance

• Applikationsuntergründe(Metall, Flüssigkeit etc.)

• Stoffdurchdringung

• Pulkfähigkeit

• Lesereichweite

• Erfassungsbereiche verschiedener Antennenlösungen

zu denelektromagnetischen Eigenschaften

• Elektrische und magnetische Feldstärken

• Schwingkreisgüte induktiver Systeme

• Bandbreite und Resonanzfrequenz

• Minimale magnetische Flussdichte bei unter-schiedlichen Frequenzen zum Lesen und Schreiben

Anwendungen/Pilotrealisierungen



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AutomatischeIdentifikationssysteme

RFID: Radio Frequency Identification(Verfahren zur Kommunikation zwischen Transponder und Schreib-/Leseeinheit)

Barcode-SystemeBarcode-Systeme

Auto-ID

Auto-ID

Bio-metrischeVerfahren

Bio-metrischeVerfahren

Chip-KartenChip-

Karten

OpticalCharacter

(OCR)

OpticalCharacter

(OCR)

RFIDRFID



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Argumente für die RFID-Einführung

Die unbestreitbaren Vorteile von RFID gegenüber dem Barcode werden zu einer ungeahnten Entwicklung der Informationslogistik führen:

Schreib-/Lesevorgänge ohne Sichtkontakt

Lesbarkeit durch verschiedene Materialien hindurch

Pulkfähigkeit (gleichzeitiges Lesen mehrerer Datenträger)

Erfassbarkeit bei hohen Relativgeschwindigkeiten

Anpassungsfähigkeit der Informationen auf dem Datenträger

Hohe Speicherkapazität

Widerstandsfähigkeit bei rauen Umgebungsbedingungen



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Funktionsprinzip von RFID-Systemen

Interne Computerapplikation

Schreib-/Leseeinheit mit Antenne Transponder

LuftschnittstelleLokaleSchnittstelle

Antenne/Spule

Gehäuse

Mikrochip

Steuerung und Datenverarbeitung

(Backend)

Magnetisches Feld (induktive Kopplung) oder elektromagnetische

Wellen (Backscatter-Kopplung)



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Transponder-Unterscheidungsmerkmale

Lese-/ Schreibeigenschaften- Read-Only-Transponder- Read-Write-Transponder- Write-Once-Read-Many-Transponder

(WORM)

Funktionsprinzip- Induktive-Kopplung (LF-, HF-Bereich)- Backscatter-Kopplung

(UHF-, SHF-Bereich)

Energieversorgung/Kommunikation- Aktiv/Passiv- Semiaktiv (mit Sensorfunktion)

Bauformen, Arbeitsfrequenzen, Lesereichweiten usw.



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Der Einsatz der Transponder-technologie erfolgt in zahl-reichen Bereichen und reicht von A wie Automobilbranche bis Z wie Zugangskontrolle.

Produktionssteuerung

Sicherheitstechnik

Personalidentifikation

...

Förder-/ Lagertechnik(Materialflusssteuerung)

Lagerbewirtschaftung

...

RFID-Anwendungsbeispiele

Steuerung von Kommissionierbehältern

Automatische Verkehrskontrolle

AutomatischePaketidentifikation



8

ITEM-, CASE- und PALLET-Tagging sowie Transportmittelapplikation

Product-RFID Tag

Pallet-RFID Tag

Case-RFID Tag

TM-RFID Tags



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• Identifikation über Distanz und durch verschiedene Materialien hindurch

• Einfache Integration in Produkte, Verpackungen und Transporteinheiten

• Durchgängige Nutzbarkeit in der gesamten Supply Chain

• Hohe Speicherkapazitäten, große Lesereichweiten 2,45 GHz

2,45 GHz

13,56 MHz13,56 MHz

125 kHz125 kHz

868 MHz868 MHz

Auswahlproblem:Differenzierung nach der Übertragungsfrequenz



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Weltweite Frequenzverteilung

Europe125kHz, 13.56MHz

865-868MHz*2.45GHZ

South Africa125kHz, 13.56MHz

913-915MHz2.45GHz

US & Canada125kHz, 13.56MHz

915MHz2.45GHz

China-

915MHz****2.45GHz

Japan125kHz, 13.56MHz

950-956MHz**2.45GHz

Korea125kHz, 13.56MHz

910-914MHz***

Australia125kHz, 13.56MHz

918-926MHz2.45GHz

* Proposed by ETSI** Approval currently required, likely available by 2004

*** Used by industry but not allocated by government until the end of 2003**** Used in some projects



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30,00 bis 50,00 aktiv0,40 - 0,70 passiv

60,00 mit Temperatursensor

0,40 - 0,70 passiv8,00 mit Temperatursensor0,50 - 1,00 passivca. Preis je

Transponder [€]

Coin, Karte, DiscLabel, Kunststoff-Gehäuse

LabelGlasröhrchen, Stick, NagelformTransponder-

bauformen

Sehr Hoch (bis 848 kbps)HochNiedrig (ca. 4 kbps)Datenübertragungs-raten

EEPROM-Speicher (passive Read/Write Systeme) ca. 10.000 bis 100.000 Schreibzyklen,SRAM (aktive Read/Write-Systeme) nahezu unbegrenzte Anzahl von Schreibzyklen möglich,

bei aktiven und semiaktiven Systemen abhängig von der Lebensdauer der BatterieLebensdauer

Möglich (z.Z. bis 500 Stück)Möglich (z.Z. bis 500 Stück)Möglich (z.Z. bis 100 Stück)Technisch möglich, derzeitig wenig realisiert

Pulkfähigkeit (mehrfaches Auslesen)

Sehr hochHochNiedrigEinfluss von Flüssigkeiten

Reflexionen an Metalloberflächen, bei direkter Applikation der Antenne auf Metalluntergrund (Labeltransponder) Anpassungen notwendig

Abschwächung des magnetischen Feldes, Verstim-mung der Resonanzfrequenz, Ferritschichten oder

-kerne können Metalleinflüsse mindernEinfluss von Metall

Bis ca. 6,0 m bei passiven Systemen;Bis 100 m bei aktiven SystemenBis ca. 1,7 m< 1,0 mReichweite

Read Only und Read Write (i.d.R. bis 256 kBitSpeicherkapazität bei aktiven Systemen)

Fast ausschließlich Read/Write (i.d.R. bis 2 kBit

Speicherkapazität)

Read Only und ReadWrite (i.d.R. bis 2 kBit

Speicherkapazität)Datenspeicherung

Passiv und Aktiv Passiv und Semiaktiv (Batterie für Sensorik)PassivEnergieversorgung

Backscatter-Kopplung oder Erzeugung eigener elektromagnetischer WellenInduktive KopplungFunktionsprinzip

2,45 GHz868/915 MHz13,56 MHz100-135 kHzArbeitsfrequenz

Systemübersicht – z. T. verifiziert durch



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Internationale NormenTechnologiestandardsDatenstandardsAnwendungsstandards

Funkzulassungsvorschriften

EPC-Netzwerk von EPCglobal

Nationale Richtlinien

Standardisierungen

ISO/IEC 15693ISO/IEC 14443ISO/IEC 18000...

EPC Class 0EPC Class 1„Generation 2“...

VDI 4472 – Anforderungen an Transpondersystemezum Einsatz in der Supply Chain



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Kompatibilität:Testmethoden

(2,45 GHz)

TechnischeCharakteristiken

(868 MHz)

Kompatibilität:Testmethoden (100-135

kHz, 13,56 MHz)

ElektromagnetischeKompatibilität

(alle Frequenzen)

Containeridentifikation(868 MHz, 2,45 GHz)

„ISO-Transponder“Kontaktlose Chipkarten

(13,56 MHz)

Tieridentifikation(100-135 kHz)

Abfallentsorgung(100-135 kHz)

Anwendung / Frequenzbereich

EN 300440

EN 300220

EN 300330

EN 301489

ISO 10374

ISO 10536 / ISO 14443 / ISO 15693

ISO 11784 / ISO 14223

DIN-V 30745

Perfor-mance

Daten-sicherheit

Test-methoden

Position desTransponders

Kompa-tibilität

Code-struktur

In Normen definiert

Beispiele für durch Standardsabgedeckte Kriterien



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Richtlinienarbeit im Themenfeld RFID

VDI 4472 – Anforderungen an Transpondersysteme zumEinsatz in der Supply Chain

Blatt 1: Einsatz der Transpondertechnologie (Allgemeiner Teil)(erschienen im Januar 2005)

Blatt 2: Einsatz der Transpondertechnologie in der textilen Kette (HF-Systeme)(erschienen im Januar 2005)

Blatt 3: Einsatz der Transpondertechnologie in der textilen Kette (LF-/UHF-Systeme)(z. Z in Planung)

Blatt 4: Kostenbewertung von RFID-Systemen (am Beispiel der textilen Kette) (z. Z. in Bearbeitung)

Blatt 5: Einsatz der Transpondertechnologie in der Mehrweglogistik(z. Z. in Bearbeitung)

Blatt 6: Einsatz der Transpondertechnologie in der Kühlkette(z. Z. in Planung)

Blatt 7: Einsatz der Transpondertechnologie in der Entsorgungslogistik(z. Z. in Planung)

Tests imErmittlung und Dokumentation von - branchenspezifischen Anforderungsprofilen

- technologischen Leistungsbeschreibungen



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Nach EAN UCC existieren vier Parteien in einem Mehrwegsystem• MTV – Lieferant• Versender• Empfänger• Pooldienstleister

diesen können folgende Prozesse zugeordnet werden:• Befüllung• Transport• Lagerung• Entleerung / Entnahme• Prüfung• Reparatur• Reinigung

Identifikation erforderlich

Vorteile / Potenziale• Kontinuierliche Bestimmung des aktuellen Bestandes• Analyse des Zustandes der MTV• Bestandsreduzierungen• Bessere Kostenverteilung• Verringerung von Schwund- und Verwaltungskosten• Verbesserung des Servicegrades

VDI Richtlinienprojekt 4472 - Blatt 5Transpondereinsatz in der Mehrweglogistik



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Spediteur SpediteurProduktionHersteller

LagerHersteller

FilialeHandel

LagerHandelSpediteurZulieferer

Hersteller Spediteur

Manuelle Zähl-, Scann-,Erfassungs- und Kontrollvorgänge, die sich

mit Hilfe von RFID vereinfachen lassen

Manuelle Zähl-, Scann-,Erfassungs- und Kontrollvorgänge, die sich

mit Hilfe von RFID vereinfachen lassen

Supply Chain – RFID Schnittstellen



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Ziel: Schaffung einer soliden Planungsgrundlage, die Unternehmenunmittelbar bei ihren Investitionsentscheidungen bzgl. der Transponder-technologie unterstützt

Wegfall von manuellen händischen Zähl-, Such- und Sortierprozessen

Vereinfachung der Wareneingangs-/ -ausgangserfassung und -kontrolle

Sofortiger Abgleich von Lieferschein/Begleitschein mit der realen Warenanlieferung

...

Zeitnahe Verfügbarkeit der Lagerbestände

Schnelles Erfassen von Bestandsveränderungen

Authentifikations-/ Produktschutz- und Artikelsicherungsfunktion

...

Quantifizierung und Qualifizierungvon Nutzenpotentialen



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Wareneingangskontrolle

Mit einem Gatesystem (2 Antennen) werden Paletteninhalte auf einmal gelesen (Pulk-Lesung).

Die Daten werden auto-matisch ins Warenwirt-schaftssystem über-tragen und mit der Bestellung abgeglichen.



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Verlässliche Kontrollen auf Basis der Transpondertechnologie

Bei der Beladung von Transportmitteln sollten die eingebrachten Packstücke bzw. LE automatisch erfasst werden.

Prozesssicherheit –z. B. Vermeidung von falscher Zuordnung bzw. nicht registriertem Entfernen zugeordneter Packstücke aus dem Container

Entfall des Scannens von z. B. schlecht zugänglichen Barcode-Etiketten



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Intelligente Ladungsträger- und Lagerplatzidentifikation auf Basis der Transpondertechnologie

Probleme

Fehlermöglichkeiten bei der Zuordnung von Ladungsträgern zu Lagerplätzen

Zeitaufwändige manuelle Identifikationsprozesse

Barcodeeinsatz häufig nicht möglich

RFID-Antenne

Lösung

Ausstattung von GST mit RFID-Technologie(HF- bzw. UHF-Antenne + Reader)

Applikation von Transpondern an Lagerplätzen und Ladungsträgern

Erfassung der Lagerplatzinformation und „Verheiratung“mit der Ladungs-trägerinformation

Datenaustausch mit Host (LVS) via WLAN



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Elektrohängebahn mit RFID-Ausstattung zur Transportauftragssteuerung

(Tag in Palette integriert)



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Ortung von Objekten mithilfe von RFID

„Echtzeit“-OrtungReal Time Location System (RTLS)über große Distanzen:

- Aktives Transpondersystem (2,45 GHz, Read-Only) mit 4 Antennen

- Ortungsgenauigkeit 3 Meter

- Transponder kann nur im Sendemodus geortet werden, d.h. er muss eingeschaltet sein (beschränkte Lebensdauer)

Ereignisgesteuerte Ortung

- Identifikation beim Überfahren, Vorbei-oder Hindurchfahren bzw. Heranfahren

- Erhöhte Anzahl Lesestellen (Markierung z. B. an Lagerplätzen)

- Raster auf definiertem Fahrweg/Durch-gang oder auf beliebigem Areal (inkl. Bestimmung der Richtung)

Erkennungsmarke(Transponder)

Container

Lagerplatz

Antenne mitErfassungsbereich

Objekt mit Tag



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Tracking & Tracing / Rückverfolgbarkeit(durch RFID (nach EU 178/2002))

Verfolgung des Rohmaterials bis zum Endprodukt

Rückverfolgung des Endprodukts bis zum Rohmaterial

Rohstoff-erzeuger

z.B. Land-wirt

Spediteur Produzent

z.B.Fleisch-

verarbeit-ungs-

betrieb

Spediteur

Lager-halter/Groß-handel

Einzel-handel

Distribu-teur



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Middleware im RFID-System

SupplyChain

Management(SCM)

CustomerRelationshipManagement

(CRM)

WarehouseManagement

System(WMS)

EnterpriseRecourcePlanning

(ERP)

Enterprise Application Integration (EAI)

RFID Middleware

RFID Hardware(Transponder, Lesegeräte etc.)

Rohdaten

aufbereitete Daten und

Informationen

Infomations-und Daten-

anforderung

Hardware-konfiguration



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Gesamtkostenbetrachtung

Erfassung und Analyse aller relevanten Kosten, die durch die Implementierung von RFID-Systemen in den Unternehmen verursacht werden:

Investment Hardware (Transponder, Lesegeräte etc.)

Applikations- /Rüstkosten

Systemintegrationskosten (Software, Schnittstellenprogrammierung etc.)

...

Kosten für Systemtests und Ausfälle

Zulassungs- und Prüfkosten (CE)

Mitarbeiterschulungskosten

...

Die Reduktion der Diskussion auf den Transponderstückpreisist grundsätzlich unsachlich!



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Quelle: Jahresbericht 2004 des Deutschen Speditions- und Logistikverbandes e.V., Bonn

„Die RFID-Tags sind mit zurzeit 50 Cent pro Stück noch immer sehr teuer, weshalbsich der Einsatz der Technologie zum jetzigen Zeitpunkt wirtschaftlich noch nicht lohnt.

[...]

Viele Experten gehen davon aus, dass über einen längeren Zeitraum der Barcode undRFID parallel zum Einsatz kommen“.

„Im Rahmen der Transportlogistik lohnt sich RFID noch nicht“

Im Vergleich zur konventionellen Barcode-Technologie fallen drei Aspekte auf:

• Großes Einsparpotenzial beim Personalaufwand

• Hohe Anfangsinvestitionen

• Deutlich höhere Kosten bei Verbrauchsmaterialien



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„Nachgewiesener“ Nutzen durch RFID-Einsatzim Rahmen diverser Pilotprojekte (Stand 2004)

Handel

Dienstleistungsbranche

Automobilindustrie8,5 MonateROI

Quelle: EPC-Global

Quelle: RFID Benchmark study

Quelle: Silverstroke AG

bis zu 70 %Reduzierung des administrativen Aufwandes beim Wareneingang (in Verbindung mit elektronischem Lieferavis und NVE)

bis zu 20 %Reduzierung der Handlingskosten auf der Rampe

bis zu 13 %Reduzierung der Be- und Entladezeiten

bis zu 8,5 %Verbesserung des Handlings in Distributionszentren (pro Palette)

bis zu 10 %Reduzierung von Sicherheitsbeständen (MTV)

bis zu 95 %Reduzierung von Irrläufern

bis zu 75 %Reduzierung von Aufwand für die Suche nach Behältern

bis zu 3 %Reduzierung von Schwund (MTV)

bis zu 8 %Erhöhung der Umlaufgeschwindigkeit



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Technische Hürden/Investitionen -RFID-Entwicklung (Quelle: www.silicon.de, 2004)

Geplante Investitionen über 5 Jahre bis 2010 in Mio. $ / Jahr

50

30

HPIBM

Zahl zusätzlicher Mitarbeiterim RFID-Sektor in 5 Jahren

HPIBM

1.000

1.350

Berater

Mit-arbeiter

Umfrage unter 70 Experten bei Anbieternvon RFID-Technologien

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70%

Probleme aufgrund von Metall-/

Flüssigkeitseinfluss

Zu viele unter-schiedliche Standards

Probleme bei derErkennung einzelner

Kartons auf einer Palette

Zu geringe Reichweitenbeim Auslesen der

RFID-Etiketten

hohe Hemmnisse mittlere Hemmnisse



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Stufenweise Einführung der RFID-Technologie/Wachstumsmarkt

RFI

D-E

tiket

tenv

olum

enbz

w. E

AN

/EEP

C E

insa

tz

2004 2008 2014

Pallet

Case

Item Schritt 3:Fokussierung aufdie Vertriebsfläche und den POS

Schritt 2:Fokussierung auf die Supply Chain (Store Level)

Schritt 1: Fokussierung auf die Supply Chain (Distribution)

EAN-LabelEPC-Tag

Milliarden US-$

** nach Prognosen von ABI Research, 2004



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• Angst vor (kriminel-lem) Datenmissbrauch

• Unsicherheit über die gesetzliche Kontrolle

• „Big Brother“

• ...

• Unzureichende Kenntnisse über tatsächliche Fähig-keiten von RFID

• Mangelhafte Infor-mationspolitik der Industrie

Sicht der Verbraucher- und Datenschützer



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Datenschutz ≠ Informationssicherheit

Abhören der Kommunikation zwischen Tag und LeseeinheitUnautorisiertes Auslesen/ Verändern der Daten...

Ablösen des Tags vom TrägerobjektMechanische/chemische Zerstörung Zerstörung durch Feldeinwirkung/Missbrauch eines Kill-KommandosBlocken, Störsender, Frequenzverstimmung, Abschirmung

Quelle: BSI

Daten inkl. ID

Transponder

Trägerobjekt

Inhaltfälschen

Deaktivieren

Identitätfälschen

Ablösen

Luftschnittstelle

Abhören

Blocken Stören

Lesegerät

Identitätfälschen



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Der Einsatz der Auto-ID-Technologie wird in vielen Branchen deutliche Nutzenpotenziale generieren!

Grundsätzlich besteht jedoch bezüglich der RFID-Technologie nach wie vor ein hoher Aufklärungsbedarf.

Prozesse, die vorher ineffizient waren, werden nicht automatischdurch den Einsatz von RFID-Technologie wirtschaftlich.

Die Auseinandersetzung mit der Technologie ermöglicht,

Chancen und RisikenSpezifische Vor- und NachteileKosten-/Nutzen-EffekteLeistungsmerkmale

aufzuzeigen.

Fazit



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Der Einsatz der Auto-ID-Technologie wird in vielen Branchen deutliche Nutzenpotenziale generieren!

Grundsätzlich besteht jedoch bezüglich der RFID-Technologie nach wie vor ein hoher Aufklärungsbedarf.

Prozesse, die vorher ineffizient waren, werden nicht automatischdurch den Einsatz von RFID-Technologie wirtschaftlich.

Die Auseinandersetzung mit der Technologie ermöglicht,

Chancen und RisikenSpezifische Vor- und NachteileKosten-/Nutzen-EffekteLeistungsmerkmale

aufzuzeigen.

Fazit

EntwicklungenAufgrund der Transponderkosten zunächst schnelle Amortisation in geschlossenen Kreisläufen

Einsatz im Zusammenhang mit der EU-Verordnung 178/2002 zur Rückverfolgbarkeit

Sensornetzwerke (u. a. Informationsweitergabe an Tags auch außerhalb des Ansprechbereichs)

Polymer-Tags, chiplose Transponder, leitfähige Druckfarben



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Palettierer

Item-TaggingWrap-Around-Anlage Prüfung Trays

Warenausgangstor

HaubenstretcherPalettenregal

Case-Tagging

Gabelstapler mit RFID-System

Pallet-Tagging

Ein- und Auslagerung

Warenausgangskontrolle

LogIDLab®-HalleVersuchs- und Demonstrationszentrum

1. Anwendung

2. Anwendung

3. Anwendung

4. Anwendung

5. Anwendung



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LogIDLab®-FreigeländeVersuchs- und Demonstrationszentrum

7. Anwendung

6. Anwendung

8. Anwendung

Überdachung

Antenne 1Ortungssystem

Rolltor

Antenne 2Ortungssystemund Empfänger zur Zufahrtskontrolle



Bürocontainer/Leitstand

Gabelstapler mit Zufahrtskontroll-und Ortungstranspondern

Wechselbrücke mit Wechselbrückentransponderund Ortungstransponder

Readerantenne

Binnen-/ Seecontainermit Container- undOrtungstranspondern



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Logistikoptimierung im LogIDLab®

Test der RFID-Technologien auf Applikationsmöglichkeiten und Praxistauglichkeit sowie Einsatzbewertung

Ziel:Anpassung/Umstrukturierung/Neuorganisation/Automatisierung bestehender Logistikprozesse über die gesamte Supply Chain bis hin zum Aufbau selbststeuernder NetzeAufbau dezentraler Systeme durch „intelligente“ Fördergüter bzw. Verpackungs- und Transporteinheiten

unter Einsatz von:mobilen/stationären Schreib- und Lesegeräten über alle Frequenzbereiche (große Bandbreite an Transpondernunterschiedlicher Hersteller)HW/SW zur DatenverwaltungOrtungssysteme für Objekte im Innen- und Außenbereich



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Kooperationspartner und Sponsoren



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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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