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Session: 8
Intelligentes passives RFID Konzept zur Erfassung von Waren in
geschlossenen metallischen Behältern
(tagItron GmbH)10/11. Oktober 2017 | Lemgo
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Einführung
Zielsetzung
Ergebnisse
Agenda
Abschlusspräsentation
Resümee und Ausblick
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EinführungtagItron GmbH
tagItron® GmbH entwickelt und produziert an 3 Produktionsstandorten seit mehr als
25 Jahren HF und UHF basierte RFID-Systeme für das Identifizieren, Lokalisieren und
Authentifizieren von Objekten und Personen.
• Hauptsitz in Salzkotten
(Entwicklung und Produktion)
• Jahresumsatz: 2,5 Mio. Euro
• Mitarbeiter: 20
• Produkte:
• Spezial Tags
• Industrietransponder
• Label
• Readersysteme
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EinführungFraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme
▪ Gegründet im Jahr 2008
▪ Beschäftigte (Stand 31.12.2016):
132 Mitarbeiter/innen
davon
12 Mitarbeiter am Standort Paderborn
▪ Standorte in Chemnitz, Paderborn und Berlin
Forschungsgebiete am Standort Paderborn:
▪ Simulation- und Modellierungsexpertise
komplexer hybrider Systeme
▪ Elektromagnetische Nahfeld-Messungen
▪ Effiziente Modellierungs- und
Simulationsmethoden für nicht-lineare
mixed-signal Schaltungen
▪ Drahtlose Energieübertragung für
Smart Systems
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EinführungMotivation
Erfassung und Identifikation von Waren mittels passiver RFID-Etiketten als
weitverbreitetes Verfahren zur Steuerung von Logistik- und Fertigungsabläufen
• Wunsch:
Möglichst vollständige Erfassung einzelner Produkte innerhalb einer großen
Warenmenge („Pulk-Erfassung“)
• Voraussetzung:
Ungestörte Funkverbindung zwischen RFID-Etikett und Lesegerät
• Herausforderung:
Lesbarkeit der RFID-Etiketten durch Lagerung oder Transport in geschlossenen
metallischen Behältern stark eingeschränkt oder völlig unmöglich
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EinführungAusgangssituation für das Transferprojekt
• Aktueller Ansatz in etablierten Logistikabläufen:
Produkte werden vor Verladen einzeln erfasst und Inhaltsdaten als neues Datenpaket
z.B. mit neuem RFID-Etikett des Behälters verknüpft
• Zusätzlichen Aufwand für Umsetzen der Daten
• Risiko von Fehlerfassungen bzw. Inkonsistenzen in der Lieferkette
• Weiterer Ansatz:
Ausstattung der Behälter mit autarken Lesegeräten, die gelesene Informationen über
Datenverbindung zur Verfügung stellen
• Verursacht – speziell bei kleineren Transporteinheiten – erhebliche
Infrastrukturkosten
• Benötigt spezielle Lesegeräte mit erforderlicher Datenschnittstelle
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Einführung
Zielsetzung
Ergebnisse
Resümee und Ausblick
Agenda
Abschlusspräsentation
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Intelligentes passives RFID Konzept zur Erfassung von
Waren in geschlossenen metallischen Behältern
InPaWare
▪ Weiterleitung der Funksignale herkömmlicher RFID-Lesegeräte
über eine rein passive Antenne in den Innenraum der Behälter
▪ Antenne soll möglichst kostengünstig aufgebaut werden
▪ Auch in großen Stückzahlen ohne große Mehrkosten
integrierbar
▪ Gelagerte Waren mit Standard-RFID-Lesegeräten von außen
erfassbar
▪ Behälter ebenfalls mit eigener ID erfassbar
▪ Automatische Verknüpfung mit ID einzelner Waren möglich
▪ Entfall der Notwendigkeit zur Erfassung und Sammlung
einzelner RFID-Informationen zu entsprechenden
Ladungschargen
▪ Erfassung des einzelnen Produktes über gesamten Transport-
/Fertigungsweg
Zielsetzung
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Vorgehensweise
Inhalt
Resultate
Marktanalyse,
Stand der
Technik, Lasten-
und Pflichtenheft
• Definition der
Anforderungen
• Festlegung
Bauraum,
Positionierung
Marktrecherche
Lasten- und
Pflichtenheft
Untersuchung
geeigneter
Antennen-
strukturen
Grundanforderung
möglichst flacher
Aufbau
• Untersuchungen
auf Basis 3D-
Feldsimulationen
• Anschließende
messtechnische
Validierung
Geeignete
Antennen-
strukturen
Ausbreitung der
RFID-Funksignale
in geschlossenen
Behältern
• Analyse zur
Ausbreitung der
Funksignale
• Einfluss von
gelagerten
Waren
• Untersuchungen
durch Simulation
• Messtechnische
Validierung an
Demonstrator
Ausbreitungs-
muster und
Feldverteilung
Paket 1 Paket 2 Paket 3
Aufbau von
Funktionsmustern
• Entwurf von
Funktions-
mustern
• Aufbau und
praktischer Test
Funktions-
demonstrator
Paket 4
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Einführung
Zielsetzung
Ergebnisse
Resümee und Ausblick
Agenda
Abschlusspräsentation
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▪ Definition der Anforderungen:
▪ Realer Flugzeug Trolley wurde von tagItron zur Verfügung gestellt
▪ Abmessungen konnten in Simulationmodell übernommen werden
▪ Externe Reader Antenne wird in einer Bodenführungsmatte
montiert
Ausrichtung des Trolleys zur Bodenantenne ist fixiert in
Ausrichtung und Abstand
▪ Abstand von Außenantenne Trolley und Bodenantenne in
Führungsmatte kann frei definiert werden
▪ Mindestabstand von 6cm zum Boden muss sichergestellt werden
Ergebnisse
Arbeitspaket 1
Marktanalyse, Stand der Technik, Lasten- und Pflichtenheft
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Unterseite Trolley:
• Lineare Patchantennen in Bodenmatte und an der Unterseite
des Trolleys sorgen für maximale Feldkopplung
• Geringer Abstand sorgt für bessere Kopplung
• Aufgrund der Bedienpedale ist Bodenfreiheit auf ca. 6cm
begrenzt
Antenne unter dem Trolley kann bis Unterkante Pedale
abgesetzt werden
• Bodenantenne kann in Führungsmatte mit geringem Abstand
montiert werden (ca. 1,5cm)
• Durch die Verwendung eines dickeren Antennensubstrats kann
der Wirkungsgrad der Patchantennen signifikant verbessert
werden.
Beispiel:
Substrat 3.2mm – Wirkungsgrad ca. 30%
Substrat 10mm – Wirkungsgrad ca. 70%
• Aufgrund des verfügbaren Bauraums ist eine solche
Optimierung möglich
Ergebnisse
Arbeitspaket 2
Untersuchung geeigneter Antennenstrukturen
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Innenseite Trolley:
Grundanforderung möglichst flacher Aufbau im Inneren des
Trolleys
• Möglichst flacher Aufbau erforderlich, daher Substratdicke
3,2mm
• Antenne mit zirkularer Polarisation deckt möglichst viele
Transponderausrichtungen ab
• Neben der Eigenentwicklung wurde auch eine kommerzielle
zirkulare 2-Patchantenne im praktischen Versuch getestet
Ergebnisse
Arbeitspaket 2
Untersuchung geeigneter Antennenstrukturen
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• Simulation der Feldausbreitung im leeren Trolley zeigen charakteristische Feldverteilungen
(Stehwellenmuster) für unterschiedliche Polaritäten
• Keine deutlichen Nullstellen, d.h. Lesbarkeit der Transponder grundsätzlich gewährleistet
• Einfluss von Waren- und Transponderposition aufgrund der Vielzahl an Variationen nicht in
der Simulation modellierbar
Ergebnisse
Arbeitspaket 3
Ausbreitung der RFID-Funksignale
Z-KomponenteX-Komponente Y-Komponente
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• Simulierte Antennenstrukturen wurden gefertigt und in realen Trolley
eingebaut
• Praktische Tests mit RFID-Etiketten an realen Waren wurden an
verschiedenen Einschubpositionen durchgeführt
• Leserate schwankt in Abhängigkeit von Einschubposition und
getesteten Waren
• Korrelation mit simulierten Feldbildern und Ausrichtung der
Warentransponder muss noch im Detail untersucht werden
Ergebnisse
Arbeitspaket 3 und 4
RFID-Funksignale / Aufbau von Funktionsmustern
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Einführung
Zielsetzung
Ergebnisse
Resümee und Ausblick
Agenda
Abschlusspräsentation
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▪ Grundsätzliche Lesbarkeit von Transpondern in geschlossenen Behältern konnte realisiert
werden
▪ 100% Leserate konnte nicht realisiert werden, ist aber aufgrund der Packsituation in den Trays
auch außerhalb des Trolleys nicht gegeben
▪ Physik kann man nicht immer überlisten
Resümee und Ausblick
Resümee
▪ Erstellung eines Return on Invest
▪ Aufbau weiterer Versuche mit Fachböden als Antenne
▪ Digitale Auswertung und Aufbereitung der Ergebnisse
▪ Umsetzung der Ergebnisse für generelle Ausgabesysteme
(Medikamente, medizinische Geräte, Werkzeuge)
▪ Zukünftige Zusammenarbeit der Projektpartner
Ausblick
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!