RFID - Radio Frequency Identification

Inhaltsverzeichnis

1. Von einer zunehmend vernetzten Welt und neuen Anforderungen

2. Technische Grundlagen des RFID
2.1. RFID -Kontaktlose Identifikation und Informationsübertragung
2.2. Vom Lesegerät über Mikrowellen zum Transponder und zurück
2.3. Von passiven, semi-aktiven und aktiven RFID-Systemen

3. Applikationen heute -vom Lager bis ins Hospital
3.1. Intelligente Regale und andere Innovationen
3.2. Die Automobilindustrie setzt auf RFID
3.3. Transportlogistik und Temperaturüberwachung
3.4. RFID im Auge behalten
3.5. RFID lagern

4. Hohe Kosten, große Datenflut und mangelnde Standardisierung

5. Ein Blick in die Zukunft

6. Quellenverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1 Die geschätzte Entwicklung des globalen Marktes für RFID-Systeme

Abbildung 2 Grundaufbau von RFID-Systemen

Abbildung 3 Verschiedene Bauformen von Transpondern

Abbildung 4 Transpondereinheit nach Verguss in eine künstliche Linse aus Silikon

Abbildung 5 Intraokulares Drucksensorsystem zur Messung des Augeninnendrucks

Abbildung 6 Labordruckmaschine für gedruckte Halbleiter

Abbildung 7 Eintrittskarte mit gedrucktem RFID-Tag

1. Von einer zunehmend vernetzten Welt und neuen Anforderungen

Kaum eine andere Technologie hat sich in den letzten Jahren so rasant entwickelt wie die RFID -die Radio Frequency Identification. Während ihre Entwicklung bereits in den 60er Jahren begann^[1] und bereits seit vielen Jahren in Industrie und betrieblicher Logistik bekannt und bewährt ist, erlangte sie erst seit dem Jahr 2000 eine breite Bekanntheit.^[2] Die Ursache für den Siegeszug der RFID-Technologie liegt in ihren zahlreichen Vorteilen gegenüber her­kömmlichen automatischen Identifikationsverfahren (Auto-ID) wie beispielsweise dem Bar­code. So sind RFID-Transponder beispielsweise wiederbeschreibbar, kontaktlos lesbar und unempfindlicher gegenüber äußeren Einflüssen wie Schmutz, Temperatur, Staub, Öl, Feuch­tigkeit oder auch mechanischen Belastungen. Des Weiteren verfügen sie über eine wesent­lich höhere Speicherkapazität.^[3]

Hinzu kommt die zunehmende Globalisierung und damit die immer stärkere Vernetzung von wirtschaftlichen Aktivitäten und Warenströmen, hervorgerufen durch zahlreiche Entwicklun­gen auf den Gebieten der Informations- und Kommunikationstechnologien.^[4] Die zunehmende Globalisierung stellt immer höhere Anforderungen sowohl an die Industrie als auch an die Logistik. Im Jahr 2005 wuchs der weltweite Export von Waren beispielsweise viermal so stark an wie die Produktion, gemessen am Bruttonationaleinkommen. Wertschöpfungskreis­läufe breiten sich international aus und sind somit gezwungen, sich den ständig verändern­den Markterfordernissen dynamisch und flexibel anzupassen.^[5] Außerdem müssen sowohl die industrielle Fertigung als auch die Logistik aufgrund der weltweiten Vernetzung und der internationalen Konkurrenz immer effizienter und kostengünstiger werden. In der industriellen Fertigung bietet der Einsatz von RFID Vorteile u. a. in der Qualitätskontrolle, der System- und Datensicherheit und der Flexibilität.^[6] In der Logistik hingegen ergeben sich Vorteile auf den Gebieten der Betriebsmitteloptimierung, des operativen Einsatzes, der Sicherheit und Kontrolle.^[7] Des Weiteren trägt RFID im Supply Chain Management zur Realisierung von Kos­tensenkungspotentialen und zur Verbesserung der SCM-Ziele bei.^[8] Auch die zunehmende Bedeutung von Konzepten wie der mass customization oder des just in time und just in se­quence bedingen immer ausgereiftere und leistungsfähigere Systeme zur automatischen Identifizierung.^[9]

Auch zeigt sich das Potential der RFID-Technologie in der Vielzahl der Unternehmen, welche sich aktiv mit der Entwicklung und der Vermarktung von RFID-Systemen befassen.^[10]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1 Die geschätzte Entwicklung des globalen Marktes für RFID-Systeme zwischen den Jahren 2000 und 2005 in Millionen US$, getrennt nach unterschiedlichen Anwendungen.^[11]

Der Wunsch nach optimalen Prozessen und prognostizierbaren Handlungen und Verhal­tensweisen und die damit verbundene Überwindung von Ineffizienz und unvorhergesehenen Entwicklungen durch vorhandene Daten ist demnach einer der Hauptgründe dafür, dass die RFID-Technologie in allen Zukunftsprognosen vorkommt. Expertenmeinungen zufolge ist es mittlerweile unbestritten, dass das weite Spektrum, das RFID bietet, diesen Wunsch verwirk­lichen kann. Dabei ist jedoch zu beachten, dass bei der Einführung solch neuer, innovativer Technologien oft der eigentliche Nutzen überschätzt und die daraus resultierenden Risiken und Gefahren unterschätzt werden.^[12]

Diese Studienarbeit wird zunächst auf die generelle Funktionsweise und den technischen Aufbau von RFID-Systemen und deren Klassifizierung eingehen. Im Anschluss werden An­wendungsbeispiele aus der Praxis vorgestellt und die daraus resultierenden Vorteile von RIFD aufgezeigt. Anschließend werden die aktuellen Schwierigkeiten und Hemmnisse, mit denen RFID konfrontiert ist, näher beleuchtet. Abschließend werden Zukunftsvisionen für diese Technologie vorgestellt.

2. Technische Grundlagen des RFID

Dieses Kapital wird anfangs die Frage klären, was RFID ist. Im Anschluss daran werden der Aufbau und die technische Funktionsweise von RFID-Systemen kurz erläutert. Das Kapitel schließt mit einer Klassifizierung von RFID-Systemen ab.

2.1. RFID-Kontaktlose Identifikation und Informationsübertragung

RFID steht für Radio Frequency Identification und heißt wörtlich übersetzt „Hochfrequenz- Identifikation“.^[13] Bei dieser Technik geht es darum, Informationen mit Hilfe von mobilen Da­tenträgern (sogenannten Transpondern^[14] ) direkt an physikalischen Objekten zu speichern.^[15] Diese auf dem Transponder gespeicherten Daten werden unter Verwendung eines hochfre­quenten Übertragungsverfahrens an ein Lesegerät übermittelt.^[16] So wird sowohl eine kon­taktlose Übertragung von Informationen als auch die kontaktlose eindeutige Identifikation von Objekten,^[17] Tieren und Menschen ermöglicht.^[18] Im folgenden Abschnitt werden die techni­schen Komponenten und die Funktionsweise von RFID-Systemen näher erklärt.

2.2. Vom Lesegerät über Mikrowellen zum Transponder und zurück

Ein RFID-System besteht immer aus den zwei Komponenten Transponder und Erfassungs­oder Lesegerät.^[19]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2 Grundaufbau von RFID-Systemen.^[20]

Ein Lesegerät besteht üblicherweise aus einem Hochfrequenzmodul (Sender und Empfän­ger), einer Kontrolleinheit und einem Koppelelement zum Transponder. Zusätzlich verfügen viele Lesegeräte über weitere Schnittstellen, die die Weiterleitung der erhaltenen Daten an ein anderes System (z. B. PC) ermöglichen.^[21] Die Aufgabe des Lesegerätes besteht in der Entgegennahme und der eigenständigen Ausführung von Kommandos von der übergeordne­ten Steuerung.^[22]

Ein Transponder (auch Tag, Label oder Smart Label genannt) besteht typischerweise aus einem elektronischen Mikrochip und einem Kopplungselement (Antenne). Er antwortet inner­halb eines Ansprechbereiches auf Abfragesignale. Befindet sich der Transponder jedoch außerhalb des Ansprechbereiches, so verhält er sich passiv.^[23] Die Bauformen von Trans­pondern sind zahlreich und sehr unterschiedlich. Sie reichen von sogenannten Disks (Mün­zen) über Transponder mit Glas- oder Plastikgehäuse, Schlüsseln oder Schlüsselanhängern und Uhren bis hin zu kontaktlosen Chipkarten und sogenannten Coil-on-Chips.^[24]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3 Verschiedene Bauformen von Transpondern -Disk-Transponder (links), Glastrans­ponder (rechts).^[25]

2.3. Von passiven, semi-aktiven und aktiven RFID-Systemen

Es gibt passive, semi-aktive und aktive RFID-Systeme. Der Unterschied zwischen diesen Systemen liegt in der Energieversorgung des Transponders.

Die Transponder passiver RFID-Systeme verfügen über keine eigene Energieversorgung, weshalb diese von außen zugeführt werden muss. In der Regel geschieht dies durch die Antenne des Transponders, die die Energie dem magnetischen oder elektromagnetischen Feld des Lesegerätes entnimmt.^[26] In Einzelfällen kann die Energieübertragung jedoch auch beispielsweise durch Schall, Druck, Licht oder Temperatur erfolgen. Es gibt auch Sonder­formen passiver Systeme, die gar keine Energie benötigen, sondern auf physikalischen Ef­fekten beruhen. Das passive System bringt zahlreiche Vorteile mit sich. Zum einen sind die Transponder einfach zu produzieren, da sie nur aus einem Chip und einer Antenne beste­hen. Zum anderen verfügen sie über eine nahezu unbegrenzte Lebensdauer und sind war­tungsfrei, da sie keine Batterie enthalten. Sie sind außerdem extrem miniaturisierbar^[27] und können sehr kostengünstig sein (< 0,10 Euro). Passive Systeme werden außerdem noch­mals in Systeme mit induktiver Kopplung im Nieder- und Hochfrequenzbereich (LF/HF), Sys­teme mit elektromagnetischer Kopplung im Ultrahochfrequenzbereich (UHF), Systeme mit induktiver Kopplung im Ultrahochfrequenzbereich und 1-bit-Transponder unterschieden. Letztere sind in der wohl ältesten Form der passiven Tags - in Diebstahlsicherungssystemen - zu finden. Systeme mit induktiver Kopplung im UHF-Bereich werden auch Near-Field- Transponder genannt und kommen vor allem beim sogenannten Item-Level-Tagging zum Einsatz. Dabei werden einzelne Produkte (z. B. Arzneimittelpackungen) mit RFID- Transpondern ausgestattet. Vorteil der induktiven Technologie ist hierbei, dass die Trans­ponder auch auf schwierigen Materialien wie beispielsweise Metall erfasst werden können. Des Weiteren treten kaum Überreichweiten auf, wodurch die Vereinzelung beim Lesevor­gang ermöglicht wird.^[28]

Bei semi-aktiven RFID-Systemen benötigen die Transponder eine Batterie zur Energiever­sorgung, die sie allerdings nicht zum aktiven Senden nutzen. Diese Systeme werden ge­nutzt, wenn passive Systeme den höheren Anforderungen der Applikation nicht mehr gerecht werden; d. h., wenn z. B. eine höhere Reichweite notwendig ist oder zusätzliche Funktionen ausgeführt werden sollen, für die mehr Energie notwendig ist. Die Nachteile semi-aktiver Systeme gegenüber passiven sind jedoch, dass sie zum einen teurer sind und zum anderen durch die integrierte Batterie (die oft nicht ersetzbar ist) eine begrenzte Lebensdauer haben. Des Weiteren muss die Batterie meist als Sondermüll entsorgt werden. Auch die semi­aktiven Systeme werden nochmals unterteilt. So gibt es einfache und komplexe Systeme. Die einfachen Systeme verlieren jedoch mit dem aufkommen passiver Systeme an Bedeu­tung. Komplexe semi-aktive Systeme werden eingesetzt, wenn ein deutlich erweiterter Leis­tungsumfang (wie beispielsweise das Vorhalten großer Speichermengen, das Erzielen hoher Datenübertragungsraten mit besonders stabiler Übertragung oder die Kombination von RFID mit zusätzlichen Sensoren zur Messung von Umweltgrößen wie Druck oder Temperatur) höhere Anforderungen an das System stellt. Einige dieser Systeme verfügen sogar über eine aktive Reichweitenbegrenzung.^[29]

Bei aktiven RFID-Systemen erzeugt der Transponder, der vollständig aus einer Batterie ge­speist wird, ein eigenes Sendesignal, welches er aktiv an das Lesegerät abstrahlt. Diese Technik wird vor allem bei Ortungssystemen (RTLS -Real-Time Location Systems) ange­wandt, da hier die Hauptaufgabe nicht nur in der Identifikation, sondern vor allem in der Er­mittlung des Standortes eines Objektes liegt.^[30]

[...]

^[1] Vgl. Obrist, Andres (2006), S. 15.

^[2] Vgl. Bartneck, Norbert / Klaas, Volker / Schönherr, Holger (2008), S. 16.

^[3] Vgl. Obrist, Andres (2006), S. 15, 37, 74.

^[4] Vgl. Wiese, Nikolas (2008), S. 16.

^[5] Vgl. Bartneck, Norbert / Klaas, Volker / Schönherr, Holger (2008), S. 5.

^[6] Vgl. Obrist, Andres (2006), S. 74.

^[7] Vgl. ebd., S. 47.

^[8] Vgl. ebd., S. 42-43.

^[9] Vgl. Bartneck, Norbert / Klaas, Volker / Schönherr, Holger (2008), S. 19.

^[10] Vgl. Finkenzeller, Klaus (2008), S. 1.

^[11] S. Finkenzeller, Klaus (2008), S. 1.

^[12] Vgl. Wiese, Nikolas (2008), S. 16-17.

^[13] Vgl. Bartneck, Norbert / Klaas, Volker / Schönherr, Holger (2008), S. 26.

^[14] Das Wort Transponder ist ein Kunstwort, welches aus den englischen Verben „transmit (senden) und „respond“ (antworten) zusammengesetzt ist.

5 Vgl. Bartneck, Norbert / Klaas, Volker / Schönherr, Holger (2008), S. 16.

^[16] Vgl. ebd., S. 26.

^[17] Vgl. Obrist, Andres (2006), S. 17.

^[18] Vgl. Finkenzeller, Klaus (2008), S. 1.

^[19] In dieser Studienarbeit wird das Erfassungsgerät - des üblichen umgangssprachlichen Gebrauchs entspre­chend - immer als Lesegerät bezeichnet, unabhängig davon, ob das Gerät Daten lediglich lesen oder aber auch schreiben kann.

^[20] S. Finkenzeller, Klaus (2008), S. 7.

^[21] Vgl. Finkenzeller, Klaus (2008), S. 7.

^[22] Vgl. Bartneck, Norbert / Klaas, Volker / Schönherr, Holger (2008), S. 27-28.

^[23] Vgl. Finkenzeller, Klaus (2008), S. 8-9; Bartneck, Norbert / Klaas, Volker / Schönherr, Holger (2008), S. 31.

^[24] Vgl. Finkenzeller, Klaus (2008), S. 14-21.

^[25] S. Finkenzeller, Klaus (2008), S. 14, 15.

^[26] Vgl. Finkenzeller, Klaus (2008), S. 23; Bartneck, Norbert / Klaas, Volker / Schönherr, Holger (2008), S. 32.

^[27] Als Beispiele für die extreme Miniaturisierbarkeit sind können die sog. „Pille“ von SIEMENS -ein Werkzeugda­tenträger mit den Maßen 10 x 4,5 mm- und der Glastransponder, der zur Identifizierung von Tieren genutzt wir und nur 12 x 2,12 mm groß ist, genannt werden. [vgl. Bartneck, Norbert / Klaas, Volker / Schönherr, Holger (2008), S. 32; Finkenzeller, Klaus (2008), S. 14-15].

8 Vgl. Bartneck, Norbert / Klaas, Volker / Schönherr, Holger (2008), S. 32-36.

^[29] Vgl. ebd., S. 36-37.

^[30] Vgl. ebd., S. 37-38.