Industrie 4.0 Automatisierung mit Auto-ID

Automatische Identifikation in Produktionsprozessen 

Automatische Identifikation, kurz Auto-ID, ist der Oberbegriff für eine Vielzahl von Technologien, die Maschinen bei der Identifizierung von Objekten helfen. Die automatische Identifizierung ist oft mit der automatischen Datenerfassung (AIDC) verbunden.

Systeme, die die Identität von Objekten automatisch abrufen, wurden zur Überwachung von Artikeln, die sich durch die Fertigungslieferkette bewegen, Realität. Im Allgemeinen ermöglicht die automatische Identifizierung die Speicherung, den Abruf und die Übermittlung präziser, punktgenauer Informationen über einen bestimmten Gegenstand. Diese Informationen helfen bei automatisierten Entscheidungs- und Kontrollfunktionen, die für diesen Gegenstand relevant sind.

Angenommen, das Lesegerät, mit dem die Produktidentität ermittelt wird, ist an ein lokales Netzwerk angeschlossen, so ermöglicht die automatische Identifizierung eine direkte Verbindung zwischen dem physischen Produkt und den vernetzten Informationen über dieses Produkt in Echtzeit (digitaler Zwilling). Damit entfällt die Notwendigkeit, ein Produkt und die darüber gespeicherten Informationen an einem Ort zu haben.

Die Auswirkungen einer solchen Kapazität in einer Fertigungsumgebung sind gewaltig. Zu den kurzfristigen Vorteilen gehören die Genauigkeit der Produktverfolgung, geringere Lagerbestände und eine automatisierte Bestandsverwaltung, die allein durch die Verfügbarkeit von Echtzeit-Produktdaten möglich ist. Langfristig können Vorteile durch die Unterstützung der Fähigkeit zur schnellen Anpassung von Produkten und zur Entwicklung selbstorganisierender Produktions- (siehe unten), Vertriebs- und Bestandssysteme erzielt werden, was zu einem Paradigmenwechsel in der Fertigungsorganisation führt.
In dieser Hinsicht ersetzen Multi-Agenten-Kontrollsysteme die konventionellen zentralisierten Entscheidungssysteme. Diese Techniken ermöglichen eine erhöhte Anpassungsfähigkeit der Kontrollsystemumgebung angesichts unerwarteter Ereignisse (wie Unterbrechungen oder Umstrukturierungen) und bieten ein "dereguliertes" Kontrollsystem zur Unterstützung der bereits erwähnten schnell anpassbaren Produkte und selbstorganisierenden Produktions-, Vertriebs- und Bestandssysteme. Für solche Systeme müssen der Standort und der Zustand der physischen Produkte und Ressourcen verfügbar sein. Bisherige Schwachstellen dieser Ansätze waren das Fehlen eines standardisierten Mittels zur Verknüpfung der Produktsoftwaremodule (Agenten) mit ihren physischen Gegenstücken, was heute gelöst ist.

Automatische Identifikations-technologie

Um die Möglichkeiten der automatischen Identifizierung besser zu verstehen, wollen wir die Kerntechnologien, die AIDC ausmachen, näher betrachten und ihre Mechanismen, Anwendungen und einzigartigen Vorteile beschreiben.

Strichcode

Barcodes sind eine der am weitesten verbreiteten Formen der AIDC-Technologie. Sie bestehen aus kleinen Bildern mit unterschiedlichen Balken und Zwischenräumen, die auf Einzelhandelsartikeln, Ausweisen und Poststücken angebracht sind, um eine bestimmte Produktnummer, eine Person oder einen Ort zu identifizieren. Barcode-Lesegeräte scannen und interpretieren diese, um die kodierten Informationen abzurufen. Ein Barcode-Lesegerät verwendet einen Laserstrahl, der auf die Reflexionen der Strich- und Zwischenraumdicke und -variationen reagiert.

RFID (Radio-Frequenz-Identifikation)

RFID nutzt elektromagnetische Felder, um an Objekten angebrachte Etiketten automatisch zu identifizieren und zu verfolgen. Das System besteht aus drei Elementen: einer Antenne, einem Sender-Empfänger (oft in einem einzigen Gerät kombiniert) und einem Transponder (dem Etikett). Die Antenne sendet ein Signal, das den Transponder auslöst, der dann Daten an die Antenne zurücksendet. Da RFID keinen direkten Kontakt oder Sichtkontakt erfordert, ersetzen RFID-Etiketten in zahlreichen Anwendungen die Strichcodes. Die Tags verwalten elektronisch gespeicherte Informationen, die aus einer Entfernung von mehreren Metern oder mehr gelesen werden können.

Biometrische Systeme

Verschiedene biometrische Systeme identifizieren Personen, indem sie erfasste biologische Daten mit gespeicherten Daten dieser Person vergleichen. Biometrische Systeme bestehen aus einem Lese- oder Scangerät, einer Software, die die gescannten biologischen Daten in ein digitales Format umwandelt und Übereinstimmungen vergleicht, und einer Datenbank, in der die biometrischen Daten zum Vergleich gespeichert werden.

Zu den eindeutigen physischen oder verhaltensbezogenen Markern gehören Fingerabdrücke, Gesichtserkennung und Iris-Scans, die mehr Sicherheit und persönliche Identifikation bieten.

Optische Zeichenerkennung (OCR)

Die optische Zeichenerkennung (OCR) dient der Erkennung von Textzeichen durch einen Computer. Dabei wird der Text Zeichen für Zeichen gescannt, das resultierende Zeichenbild untersucht und in einen maschinenlesbaren Zeichencode decodiert. Die OCR-Technologie wandelt Dokumente, wie z. B. gescannte Papierdokumente, PDF-Dateien oder mit einer Digitalkamera aufgenommene Bilder, in bearbeitbare und durchsuchbare Daten um.

NFC (Nahfeldkommunikation)

NFC ermöglicht die Kommunikation über kurze Entfernungen zwischen kompatiblen Geräten, wobei in der Regel ein Abstand von 4 cm oder weniger erforderlich ist, um eine Verbindung herzustellen. Es wird für den sicheren Datenaustausch und kontaktlose Transaktionen verwendet. NFC ermöglicht eine Zwei-Wege-Kommunikation und damit Anwendungen wie mobiles Bezahlen, elektronisches Ticketing und Zugangskontrolle.

Anlagenauslastung

Die Anlagennutzung ist ein wichtiger Faktor für die Gesamteffektivität eines Fertigungsbetriebs. Auto-ID kann die Anlagennutzung in verschiedenen Bereichen beeinflussen. Dieser Artikel konzentriert sich nur auf die Nutzung von wiederverwendbaren Anlagen.

Wiederverwendbare Anlagen sind die Behälter, Spulen, Tablare und Regale, die Hersteller verwenden, um Rohmaterialien, unfertige und fertige Produkte durch den Produktionsprozess zu transportieren. Die Verfügbarkeit dieser Anlagen ist entscheidend für die Produktionseffizienz. Wiederverwendbaren Behältern mangelt es jedoch an Sichtbarkeit.

Der Hauptvorteil von Auto-ID-Kennzeichnungsetiketten besteht darin, dass sie es Unternehmen ermöglichen, wiederverwendbare Güter in der gesamten Lieferkette zu verfolgen - wo sich ein Gut zu jeder Zeit befindet, wer zuletzt für das Gut zuständig war, welchen Inhalt es hat, ob es gewartet werden muss und zahlreiche andere Informationen. Mit einer besseren Übersicht über die einzelnen Anlagen werden weniger Anlagen benötigt, und es wird weniger Zeit für die Nachverfolgung der Anlagen aufgewendet. Wenn Anlagen am Ende ihrer Nutzungsdauer entsorgt werden, werden sie genau nachverfolgt und aus dem Unternehmensregister entfernt. Dies kann die Bestandsgenauigkeit erhöhen, die Arbeitsproduktivität steigern, den Verlust von Behältern verringern und die Kosten für Anlagegüter senken.

Da die Kennzeichnung von wiederverwendbaren Gütern in vielen verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden kann, sollte dies der erste Punkt sein, an dem Unternehmen die Auto-ID-Technologie einsetzen. Wiederverwendbare Güter sind vielleicht nicht der Bereich, der langfristig den größten Nutzen bringt, aber er bietet Unternehmen die Möglichkeit, kurzfristig Vorteile in einem kontrollierten, geschlossenen Kreislaufsystem zu erzielen und gleichzeitig ein Verständnis für die Technologie zu entwickeln.

Dies wird die Hersteller besser auf weitere Einsätze der automatischen Identifizierung in der gesamten Wertschöpfungskette vorbereiten.

Bestandsverfolgung und Sichtbarkeit

Die Hersteller haben Praktiken wie die schlanke Produktion angewandt, um die Vorteile einer geringeren Lagerhaltung in der Produktion zu nutzen. Die besten Pläne können jedoch durchkreuzt werden, wenn es zu erheblichen Störungen in der Lieferkette kommt, wie bei der Blockade des Suezkanals durch das Containerschiff "Evergreen" im Jahr 2022, die nicht nur die Handelswege, sondern auch die Produktionsprozesse beeinträchtigte. Die Vorbereitung auf solche Umstände zwingt die Unternehmen dazu, einen Puffer an Lagerbeständen anzulegen, damit sie mit unerwarteten Ereignissen besser umgehen können, und weil sie keinen Einblick in die Materialien und Produkte auf dem Transportweg haben. In solchen Situationen könnte die automatische Identifizierung für detaillierte Transparenz sorgen und dazu beitragen, diese Bedenken zu zerstreuen.

Auto-ID könnte es Herstellern ermöglichen, Lagerbestände und Puffer durch Echtzeitverfolgung und automatische Synchronisierung zu reduzieren und so die Reaktionszeit und das Bestandsmanagement zu verbessern.

Einige der spezifischen Bereiche, in denen die automatische Identifizierung die Sichtbarkeit, Verfolgung und Kontrolle von Beständen in der Fertigung verbessern könnte, sind:

• Eingehende Rohmaterialien
• Interne Logistik durch ein Yard-Management-System
• Lokalisierung von Beständen in Arbeitsprozessen innerhalb des Fertigungsbetriebs
• Warnungen vor empfindlichen Rohstoffen/unfertigen Erzeugnissen, die abzulaufen drohen
• Sequenzierung von Materialien
• Entsorgung von Ausschuss/Nacharbeit
• Verhinderung von Schwund

Arbeitsproduktivität

Bei vielen Prozessen und Tätigkeiten wird immer noch eine Form der manuellen Datenerfassung ("Papier und Stift") verwendet. So kann beispielsweise eine Chargennummer auf einem Formular erfasst werden, das später direkt im Herstellungsprozess in ein Datenterminal eingetippt wird. In diesen Fällen verbessert die automatische Identifizierung die Geschwindigkeit und die Genauigkeit der Daten erheblich.

Da die Zulieferer ihre Rohstoffe mit Strichcodes versehen und die unfertigen Erzeugnisse Strichcodes enthalten, ist diese Technologie heute in allen Fertigungsbetrieben weit verbreitet. Probleme mit der Genauigkeit müssen jedoch noch angegangen werden. In den meisten Fällen muss heute ein Bediener das richtige Etikett scannen. Alle Etiketten, die sich außerhalb des Sichtfelds befinden, müssen gefunden werden. Bei der automatischen Identifizierung hingegen spart die Technologie die Zeit, die
Die Technologie spart dagegen die Zeit, die für das Scannen jedes einzelnen Barcodes benötigt wird, was sich bei hohem Arbeitsaufkommen erheblich auswirkt.

Wenn die Ausweise der Mitarbeiter mit Tags versehen sind, können Benutzer, Maschinen und Aufgaben miteinander verknüpft werden, wodurch sichergestellt wird, dass nur qualifizierte und ordnungsgemäß ausgerüstete Personen die Geräte warten/bedienen. Außerdem könnte ein solches System dazu beitragen, die Sicherheit am Arbeitsplatz zu erhalten und zu verbessern. Zusätzliche Sensorfunktionen würden auch auf unangemessene Hitze, Gase, Feuchtigkeit oder Sauerstoffmangel hinweisen.

Die Auswirkungen von Auto-ID auf die Fertigung

Wie in diesem Dokument bereits erörtert, kann die Integration der automatischen Identifizierungstechnologie in einen Fertigungsprozess und eine Lieferkette die Produktionsabläufe durch verbesserte Informationen und Automatisierung rationalisieren. Es gibt zahlreiche spezifische Auswirkungen der automatischen Identifikationstechnologie, einschließlich aber nicht beschränkt auf:

• Steigerung von Kapazitätsauslastung und Ertrag
• Verkürzung der Zykluszeit
• Steigerung der Arbeitsproduktivität
• Verbesserung der Produktqualität
• Sicherstellung einer rechtzeitigen vorbeugenden Wartung
• Verringerung der Kosten für die Produktveralterung
• Verfolgung und Verwaltung des Ersatzteilbestands
• Erleichterung der statistischen Prozesskontrolle
• Ermöglichung der Rückverfolgung von Losen/Chargen
• Gewährleistung der Sicherheit der Mitarbeiter
• Verringerung von Rücksendungen und Garantieansprüchen
• Verringerung von Ausschuss, Abfall und Veralterung

Resümee

In diesem Beitrag wurden die Auswirkungen der automatischen Identifizierung auf die Fertigungssteuerung untersucht, die durch die Verfügbarkeit genauer, zeitnaher Informationen über einen Artikel verbessert wird.

Die in diesem Papier beschriebenen Vorteile ergeben sich aus der Kennzeichnung der Anlagen und Geräte, die für die Lagerung, den Transport und die Verarbeitung von Rohstoffen und unfertigen Erzeugnissen in der Fertigung verwendet werden. Es gibt weiche Vorteile im Zusammenhang mit der Herstellung, die sich aus der Möglichkeit ergeben, ein Produkt zu verfolgen und zurückzurufen, sobald es die vier Wände verlässt, und es gibt weitere Vorteile durch Verbesserungen innerhalb des Herstellungsprozesses, die die Implementierung eines automatischen Identifikationssystems rechtfertigen.