Die Vor- und Nachteile der RFID-Technologie in der Logistik

Die Industrie geht zur Automatisierung über, das ist bekannt. Aber wenn man hinter die großen Schlagwörter wie Smart Factory, Big Data und IoT schaut und nachforscht, welche Technologie dies alles ermöglicht, dann stößt man unweigerlich auf das Thema Identifikation.  

Um Objekte automatisiert bearbeiten zu können, um mit Objekten zu kommunizieren, um Daten von Objekten zu messen – für all diese Arbeitsschritte müssen die Objekte zunächst identifiziert werden. Das heißt, sie brauchen eine Kennzeichnung. 

Rechnergestützte Techniken zur Identifizierung und automatischen Bereitstellung von Informationen zu Objekten werden als Auto-ID bezeichnet. Sie beruhen auf automatischen Identifikationsverfahren wie beispielsweise der Barcode-Technik oder der RFID-Technik. 

Was ist RFID?

RFID ist ein Oberbegriff für Technologien, die Funkwellen verwenden, um ein Objekt automatisch zu identifizieren. RFID-Systeme sind dabei eng verwandt mit Chipkarten, da hier ebenfalls Daten auf einem Mikrochip gespeichert werden.

An dem Chip ist eine Antenne angebracht, mit der die Informationen über eine Luftschnittstelle an ein Lesegerät übertragen werden. Die Speichergröße des Chips liegen zwischen 4 Byte und 8 kByte. (Mit 8 kByte lassen sich 4 DIN-A4-Seiten Text darstellen).  

Das Lesegerät wandelt die Funkwellen in digitale Informationen um, sodass sie zur Verarbeitung weitergegeben werden können, etwa an ein Warenwirtschaftssystem.  

Generell besteht ein RFID-System aus einem RFID-Transponder, einem RFID-Schreib-/Lesegerät mit Antenne sowie einer nachgelagerten Software zur Anbindung der Reader. Diese Software wird auch als Middleware bezeichnet.

Das sind die Vorteile von RFID-Systemen 

Ein Vorteil von Funkwellen ist, dass sie Hindernisse wie Verpackungsmaterialien, Regale oder Lkw-Wände durchdringen können. Um Objekte mit RFID zu identifizieren, ist demnach keine Sichtverbindung nötig. Darüber hinaus können Objekte im Pulk erfasst werden; so lassen sich beispielsweise komplette Paletten in einem Zug auslesen.  

RFID-Transponder in Industrieausführung widerstehen extremen Temperaturen, Schlamm und Schmutz und lassen sich auf jedem Untergrund befestigen.  

Es überrascht also nicht, dass sich RFID-Systeme zunehmend in der Logistik und dem Supply Chain Management verbreiten. Da RFID die Abbildung der Realität auf einer virtuellen Ebene ermöglicht, wird die Technologie von der Europäischen Kommission sogar als „Wegbereiter für eine neue Entwicklungsphase der Informationsgesellschaft“ bezeichnet.  

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So funktionieren RFID-Tags 

Der Chip und die Antenne bilden zusammen den RFID-Transponder, auch RFID-Tag genannt. Die Tags sind hauchdünne Labels, die aus einer integrierten Schaltung und einer Antennenspule bestehen und mit Informationen beschrieben werden können.  

RFID-Tags lassen sich beispielsweise mit einem Etikettendrucker drucken und auf das Objekt aufkleben. Zudem lassen sie sich laminieren, einätzen, in ein Kunststoffgehäuse vergießen, mittels Laser-Strahlschmelzen auftragen sowie mit Kabelbindern, Magneten oder in Montagelöchern am Objekt anbringen.  

Passive und aktive RFID-Systeme 

Je nach Art der Energieversorgung der Transponder werden passive und aktive RFID-Systeme unterschieden. Welche Art gewählt wird, hängt damit zusammen, welche Anforderungen an das System gestellt werden. Passive und aktive Systeme unterscheiden sich deutlich in Reichweite und Funktionsumfang, aber auch im Preis. Ein weiteres Kriterium ist, dass aktive Transponder eine begrenzte Lebensdauer haben, passive Transponder hingegen eine fast unbegrenzte Lebensdauer.  

Passive RFID-Transponder werden durch das RFID-Lesegerät mit Energie versorgt. Hierzu erzeugt das Lesegerät ein elektromagnetisches Feld, wodurch sich an der Antennenspule des Transponders eine Spannung aufbaut. Diese wird gleichgerichtet, um den Chip mit Energie zu versorgen. Der Chip kann auch nach Unterbrechung des Abfragesignals gelesen oder mit neuen Daten beschrieben werden, da die Energie im Transponder zwischengespeichert wird. Ein Nachteil der passiven Transponder ist eine kurze Reichweite, die je nach Frequenz zwischen wenigen Zentimetern bis ca. 10 m liegt, wie auch ein geringeres Datenvolumen im Chip. Passive Transponder gibt es in den Varianten Read-Only-Transponder, Read-and-Write-Transponder sowie Write once/read many.

Aktive Tags haben eine eigene Spannungsversorgung und können ihre Daten selbstständig senden. Entweder werden sie durch ein Lesegerät mit einem speziellen Funksignal „geweckt“, oder sie senden Daten in einem voreingestellten Intervall aus. Durch die eigene Energieversorgung bieten sich ganz neue Möglichkeiten hinsichtlich der Reichweite (bis 100 m) und des Funktionsumfangs. Da sie jedoch deutlich teurer als passive Transponder sind, werden aktive Transponder vorwiegend zur Markierung von Containern und größeren Objekten wie Lkw eingesetzt.  

Unterscheidung nach Frequenzbereichen 

Radio-Frequency Identification bedeutet Funkfrequenzkennzeichnung und wird gerne in Anlehnung an das Englische mit Radiofrequenz übersetzt.  

Neben der Art der Energieversorgung der RFID-Transponder unterscheiden sich RFID-Systeme im verwendeten Funkfrequenzbereich: LF, HF, UHF und Mikrowelle. LF- und HF-Systeme können weltweit genutzt werden, während die Zuteilung der Frequenzbänder und die Sendestärken von Lesegeräten bei UHF-Systemen noch nicht einheitlich geregelt sind. Mikrowellen-Systeme kommen praxistauglich bisher nur in den USA zum Einsatz. 

Die unterschiedlichen Frequenzbereiche haben beispielsweise Auswirkungen auf die Reichweite und die Empfindlichkeit gegenüber Umgebungseinflüssen. Allgemein gilt, dass mit steigender Frequenz die Erfassungszeit pro Transponder sinkt und dadurch eine Pulkerfassung, also die parallele Erfassung mehrerer Transponder, ermöglicht wird. 

Der LF-Bereich erstreckt sich über eine Bandbreite von 125–135 kHz. Diese Systeme bieten eine relativ geringe Lesegeschwindigkeit von 4 kBit/s und Reichweiten bis zu einem Meter, sind auf der anderen Seite kostengünstig und zudem relativ unempfindlich gegenüber Flüssigkeiten. Eine Pulkerfassung ist allerdings nicht möglich. 

Transponder im HF-Bereich kommunizieren auf einer Frequenz von 13,56 MHz. Vorteile gegenüber der LF-Technik sind die erhöhte Reichweite (bis zu drei Meter) und die erhöhte Lese- und Schreibgeschwindigkeit von maximal 26 kBit/s. Hier ist bereits eine Pulkerfassung möglich. 

UHF-Systeme (860 – 950 MHz) haben sehr hohe Übertragungsgeschwindigkeiten und Reichweiten. Die Reichweite von passiven UHF-Systemen kann je nach Antenne bis zu 10 Meter betragen und bei Verwendung von aktiven Transpondern noch deutlich gesteigert werden. Wegen der kürzeren Wellenlängen genügt es in diesem Frequenzbereich, eine Dipolantenne zu verwenden. Die Funktionsfähigkeit im UHF-Bereich ist aber aufgrund von Metallreflexionen und absorbierenden Effekten durch Flüssigkeiten erschwert.  

Mikrowellen-Systeme (2,45 GHz bzw. 5,8 GHz) ermöglichen einen Leseabstand bis zu 15 m. Im Gegensatz zu LF- und HF-Transpondern können UHF- und Mikrowellentransponder auf metallischem Hintergrund eingesetzt werden, reagieren aber empfindlich auf Feuchtigkeit in der Umgebung.  

Der EPC 

In geschlossenen Systemen, beispielsweise bei der Werkzeugidentifikation in einem Fertigungsbetrieb, in einer Bibliothek oder an einem Skilift, werden Transponder typischerweise mehrfach verwendet und mit Nummern versehen, die der Nutzer selbst verwaltet. 

Ein unternehmensübergreifender Einsatz der RFID-Technologie setzt jedoch voraus, dass jedem Transponder eine eindeutige Nummer zugeordnet wird. Ein in der Logistik weit verbreitetes standardisiertes System für den Datenaustausch ist der Electronic Product Code Information Service (EPCIS), der auf XML basiert.

Durch die Kennzeichnung mit dem Electronic Product Code (EPC) kann einem Produkt ein weltweit eindeutiger serieller Identifikationsschlüssel zugewiesen werden. Neben der Transparenz ergeben sich Vorteile wie die Rückverfolgbarkeit und eine höhere Fälschungssicherheit. 

RFID im Vergleich zum Barcode 

RFID-Systeme erweitern die Funktionalitäten und Einsatzmöglichkeiten anderer Auto-ID-Systeme. 

Im Vergleich zum Barcode kann ein größeres Datenvolumen gespeichert werden und der Datenzugriff wird durch die Automatisierung vereinfacht. Für den Gebrauch in der Industrie spricht zudem die Unempfindlichkeit gegenüber Nässe und Schmutz, die berührungsfreie Ablesbarkeit bis hin zu mehreren Metern Distanz und die Massenerfassung von mehrstapeligen RFID-Tags. 

Bisher dominiert jedoch das Barcode-System aufgrund seiner Einfachheit und der konkurrenzlos günstigen Anschaffungs- und Betriebskosten. Da es in sämtlichen Wirtschaftsbereichen genutzt wird, ist davon auszugehen, dass das Barcode-System noch längere Zeit parallel zur RFID-Technologie bestehen bleibt. Allerdings etabliert sich RFID-Technologie zusehends, was auch durch sinkenden Preise unterstützt wird.

Auf einen Blick 

• höhere Fälschungssicherheit durch die eindeutige ID des RFID-Tags 

• automatisierte Materialhandhabung mit Förder- und Sortiersystemen 

• Massenlesen von RFID-Tags möglich (Pulkerfassung) 

• berührungsloses Arbeiten 

• kein Sichtkontakt nötig 

• RFID-Tags können auch bei Verschmutzung gelesen werden 

• erhöhte Datenerfassungsgeschwindigkeit  

• höhere Lesereichweite 

Welche Risiken birgt die RFID-Technologie? 

Risiken für RFID-Systeme ergeben sich daraus, dass sich Daten von wiederbeschreibbaren Transpondern von Angreifern nicht nur auslesen, sondern mit der geeigneten Technik auch manipulieren lassen. Hierbei gilt, dass das Risiko mit zunehmender Lesereichweite des Transponders steigt. Laut einem Bericht des Bundesamtes für Sicherheit in der Informationstechnik gelang es, die Kommunikation einer RFID-Karte im HF-Bereich über mehrere Meter abzuhören. Darüber hinaus ist es möglich, die Funktion eines RFID-Systems mit Störsendern zum Erliegen zu bringen. Gegen die meisten dieser Bedrohungen gäbe es jedoch Gegenstrategien.  

Mit Maßnahmen wie Datenintegrität, Authentifizierung oder Autorisierung können die Hersteller die Sicherheit von RFID erhöhen. 

Zudem kann die Kommunikation zwischen Sender und Empfänger durch Flüssigkeiten und/oder Metall gestört werden. Elektromagnetische Wellen werden zum Teil vom Wasser absorbiert, allerdings ist der Effekt frequenzabhängig. Je näher die verwendete Frequenz an der Eigenfrequenz des Wassers, also im hochfrequenten Mikrowellenbereich liegt, desto stärker werden RFID-Systeme gestört.  

Fazit 

RFID-Systeme eignen sich aufgrund ihrer Robustheit und der hohen Lesegeschwindigkeit insbesondere für die Automatisierung industrieller Prozesse. Sie sind eine Technologie, um Tracking und Tracing von Objekten in der Supply Chain bis hin zur Steuerung eines Materialflusses zu realisieren. Die Technologie hat sich im Laufe der letzten Jahre weiterentwickelt und stellt nun eine Alternative zu bestehenden Auto-ID-Systemen wie dem Barcode dar.

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