Was steckt hinter RFID und RTLS?

Ortung Was steckt hinter RFID und RTLS?

19.11.2020Autor / Redakteur: Harald Rodler / Gary Huck

RFID und RTLS; gehört haben diese Akronyme vermutlich die meisten schon. Aber wie funktionieren die beiden Verfahren? Hier die Antwort...

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Objekte im Materialfluss sowohl im Shopfloor als auch innerhalb der gesamten Supply Chain lückenlos orten, sowie jederzeit Transparenz darüber, wo sich Materialien und Waren befinden: Diese Vorteile verbinden Anwender mit Tracking-Systemen. Hinter einer Reihe von Abkürzen wie RFID, RTLS oder UWB verbergen sich verschiedene Ansätze, die sich im technischen Detail und in der Funktionalität teils stark voneinander unterscheiden. Informieren Sie sich hier über die technischen Grundlagen sowie Vor- und Nachteile der Konzepte.

RFID

RFID (Radio-Frequency Identification) bezeichnet eine Technologie zum automatischen und berührungslosen Identifizieren von Objekten mit Hilfe von Radiowellen. Das Verfahren beruht auf zwei wesentlichen Komponenten: einem Transponder (Tag) und einem Lesegerät (Reader). Der Tag ist ein Mikrochip mit einer Antenne zum Senden und Empfangen von Signalen und einer geringen Speicherkapazität von circa 2 Mbit. Angebracht wird der Tag direkt am Objekt, das geortet werden soll.

Die Ortung vollzieht sich in RFID-Systemen folgendermaßen: Das Lesegerät sendet elektromagnetische Wellen aus, die vom Tag über die Antenne empfangen werden und ihn aktivieren. Anschließend sendet der Tag ein Signal mit den in ihm hinterlegten Daten zurück an das Lesegerät. Dafür müssen beide Geräte in hinreichender Nähe zueinander sein. Die Reichweite der Signale ist in RFID-Systemen begrenzt auf meist weniger als 1 m, maximal jedoch 10 m.

Daraus leitet sich schon eine wichtige Einschränkung der RFID-Technologie ab: Die Systeme sind lediglich für die punktuelle Ortung von Assets geeignet, beispielsweise an definierten Check-Points wie dem Warenausgang. Eine flächendeckende Lokalisierung mit genauer Positionsbestimmung können die Systeme jedoch nicht gewährleisten. Von Vorteil ist allerdings, dass auch Systeme verschiedener Hersteller mit voneinander abweichenden Bauarten überwiegend sehr gut miteinander kompatibel sind. Das und die allgemein weite Verbreitung der Technologie erlauben es beispielsweise, RFID-Lösungen auch für Szenarien einzusetzen, die über die Grenzen des eigenen Unternehmens gehen. Zudem sind RFID-Tags in der Anschaffung sehr günstig und liegen pro Stück oft schon im Centbereich.

RTLS

Hinter der Abkürzung RTLS (Real-Time Locating System) verbirgt sich streng genommen nicht eine einzelne Technologie: RTLS ist eher ein Überbegriff für verschiedene Technologien zur Echtzeitortung. Dazu zählen beispielsweise WLAN, Bluetooth Low Energy (BLE) und Ultra-Wideband (UWB). Gelegentlich wird auch RFID zu den RTL-Systemen gezählt. Diese Zuordnung ist jedoch diskutabel, da mit RFID keine flächendeckende Echtzeitortung und damit eine Standortbestimmung im engeren Sinne möglich ist.

Genau das wiederum können Ortungssysteme mit WLAN, BLE und UWB, denn sie nutzen die beiden Verfahren Triangulation und Trilateration. Auch hierfür werden zweierlei Komponenten benötigt: Zum einen ein sogenannter Beacon, der im Objekt eingebaut, beziehungsweise an hm befestigt ist. Zum anderen mindestens drei sogenannte Nodes (englisch „Knoten“), die beispielsweise an bestimmten Punkten im Gebäude befestigt sind. Die Positionsbestimmung erfolgt anhand der Verarbeitung der an den Nodes empfangenen Informationen zur Distanz (Trilateration) beziehungsweise bezüglich des Winkels zum Beacon (Triangulation). Bei BLE wird die Position anhand der Signalstärke und Richtung, bei UWB anhand der Signallaufzeit vom Beacon zu den Nodes ermittelt.

Dabei gilt: Je flächendeckender das Gelände mit Nodes versehen ist, desto genauer können die Assets lokalisiert werden. Außerdem beeinflusst die Auswahl der Tracking-Technologie die Ortungsgenauigkeit. So können BLE-Systeme Objekte mit einer Genauigkeit von bis zu einem Meter lokalisieren. Mit UWB wiederum sind Positionsbestimmungen unter 30 cm möglich. Weitere für Anwender relevante Unterschiede zwischen den drei Ortungs-technologien WLAN, UWB und BLE sind zum einen ihre jeweilige Signalreichweite und damit verbunden die Abdeckung eines bestimmten Areals. Sowohl WLAN als auch UWB-Signale haben dabei eine Reichweite von bis zu 150 m, während BLE-Signale maximal 75 m erreichen. Zum anderen gibt es Kostenunterschiede: BLE-Systeme sind allgemein günstiger in der Anschaffung als UWB- und WLAN-Systeme.

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Welches System ist das Richtige?

Beide Ortungssysteme haben Vor- und Nachteile.Dabei gilt: Es gibt keine „one-size-fits-all-Lösung, die für jedes erdenkliche Szenario geeignet wäre. Die Auswahl des Ortungssystems sollte immer genau am jeweiligen Anwendungsfall orientiert sein. Bei der Entscheidung, welches das Richtige ist, können folgende Fragen helfen:

Wie soll das Stückgut geortet werden können?: Ist es beispielsweise unbedingt notwendig, Assets permanent mit der höchstmöglichen Genauigkeit orten zu können, empfiehlt sich ein UWB-System. Reicht es hingegen aus, punktuell bestimmen zu können, ob Assets gewisse Check-Points passiert haben, kann es ausreichend sein, auf RFID-Technologie zu setzen.

Auf welchem Areal soll das Tracking-System zum Einsatz kommen?: Diese Frage zielt auch darauf, ob es sich um ein rein internes Szenario auf einem geschlossenen Werkgelände geht, ob es sich um ein mehrere Standorte handelt oder aber ein unternehmensübergreifendes Szenario. Geht es beispielsweise darum, Paletten mit Stückgut zielgenau in einer Werkshalle lokalisieren zu können, muss das Tracking-System genaue Ortsangaben auch in Innenbereichen sicher erlauben. In diesem Fall kann eine RTLS-basierte Lösung sinnvoll sein. Gilt es hingegen, Warenströme über die Grenzen des eigenen Unternehmens entlang der gesamten Supply Chain im Blick zu haben, kann sich ein RFID-System empfehlen. Denn die Technologie ist nicht nur weit verbreitet, der Verlust der in den Gütern verbauten Tags durch das Verlassen der Unternehmensgrenzen sollte durch ihren geringen Stückpreis auch keine zu große Rolle spielen.

Wie viel Geld kann ich in die Hand nehmen?: Wie beschrieben bieten die verschiedenen Tracking-Technologien nicht nur verschiedene Funktionen für verschiedene Szenarien, sie unterscheiden sich auch mit Blick auf die Kosten. Hier sollten Anwender genau abwägen, ob das individuelle Einsatzszenario es notwendig macht, auf teurere Technologien wie UWB zu setzen oder es auch ausreicht, auf ein vergleichsweise funktionell beschränkteres, aber günstigeres System zu setzen.

Brauche ich die Tracking-Daten noch zur Weiterverwertung in der Smart Factory?: Alle beschriebenen Ortungssysteme lassen sich ohne größere Umstände in ERP-Systeme integrieren. Sollen Prozesse im Materialfluss allerdings nicht nur automatisiert backend-seitig erfasst werden, sondern die gewonnenen Tracking-Daten auch dazu genutzt werden, die Prozesse im Sinne der Smart Factory mit Maschinellem Lernen zu verbessern, geraten zumindest RFID-Systeme an ihre funktionellen Grenzen. Denn zur Erstellung von Bewegungsprofilen, etwa um zu erkennen, warum sich der Materialflusses an bestimmten Stellen immer wieder verlangsamt, ist eine durchgehende Echtzeitortung der Assets notwendig.

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Gary Huck, Redakteur Ressort Betriebstechnik & Materialfluss

* Harald Rodler ist Innovation Manager bei Itelligence in 33605 Bielefeld, anfrage@itelligence.de, Tel. (+49 80 0) 48 08 00 7

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