Die Voraussetzung für Prozessoptimierung ist ein tiefes Verständnis des Prozesses selbst. Andernfalls werden Sie einen Prozess ändern, ohne die Folgen zu verstehen. Sie müssen auch die zentralen Abhängigkeiten innerhalb Ihres Prozesses verstehen. Andernfalls handelt es sich um Versuch-und-Irrtum-Herumtasten im großen Stil. Das kann in der Tat ein ausgezeichneter Ansatz für Innovation von Produkten und Dienstleistungen sein, aber wenn Sie die Qualität erhalten, den Ausschuss reduzieren und die Produktionsdauer und -kosten verbessern wollen, brauchen Sie etwas anderes. Daten sind wie eine Brille: Sie können den Ablauf klar sehen, Engpässe aufdecken, Leerlaufzeiten identifizieren und unnötige Prozessschritte erkennen. An dieser Stelle kommt RTLS ins Spiel: Um einen Prozess wirklich sichtbar zu machen, indem man Daten erzeugt.
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RTLS benötigt zwei Dinge, um zu funktionieren: Technologie (Hardware und Software) und Objekte, die verfolgt werden können. Assets können alles Mögliche sein, z. B. Fahrzeuge, Werkzeuge, Handelswaren oder Ersatzteile. Da es sich bei Anlagen in einer Produktionslinie um materielle Objekte handelt, benötigen sie einen digitalen Zwilling: eine Darstellung im digitalen Workflow. Mit Tags versehene Anlagen werden in digitale Objekte umgewandelt und dupliziert - als physische Objekte in der Produktionslinie und als immaterielle Objekte in der Prozesssteuerungssoftware.
Tags sind mobile Geräte, die mit Ortungstechnologie ausgestattet sind. Ein Tag ist in der Regel so klein, dass er an Anlagen angebracht oder von Personen getragen werden kann. Je nach Technologie benötigt ein Tag ein bestimmtes Lesegerät, um den aktuellen Standort des Tags zu bestimmen. Das Lesegerät ist ein Ortungssensor mit einer bekannten Position. GPS-Satelliten sind beispielsweise die Ortungssensoren, und die Signale dieser Satelliten bestimmen den Standort der Etiketten (GPS-Empfänger).
Das Herzstück der RTLS-Software ist eine Location Engine, die aus den Ortungssignalen den aktuellen Standort des Tags berechnet.
Sie überträgt diese Daten an Middleware und Anwendungen.Die Middleware ist die Verbindung zwischen der Hardware (Tags und Lesegeräte), der Location Engine und den Geschäftsanwendungen. Die Geschäftsanwendungen fordern Daten von der Middleware an, wenn sie sie benötigen.Dies ist die Schnittstelle, die die Benutzer sehen und mit der sie interagieren.Für die Erstellung von RTLS können viele Technologien eingesetzt werden, z. B. Infrarot, Bluetooth, Wi-Fi, RFID, Ultrabreitband, GPS, Mobilfunk und viele mehr.In diesem Whitepaper konzentrieren wir uns aus den folgenden Gründen auf RFID:
RFID steht für Radiofrequenz-Identifikation und verwendet Funksignale zur "Kommunikation" zwischen Tag und Lesegerät.
Aktive Tags haben eine eigene Stromquelle (Batterie) und senden unaufgefordert Signale mit einer Reichweite von bis zu mehreren hundert Metern. Die Lebensdauer der Batterie ist von entscheidender Bedeutung und sollte je nach Aufgabe des Tags mehrere Jahre betragen. Beispielsweise können Tags zur Messung von Temperatur, Bewegung, Feuchtigkeit, Pestiziden usw. verwendet werden.
Wir haben bereits erwähnt, dass RFID aus Sicht der Hardware als Tag und Lesegerät funktioniert.
Werfen wir also einen genaueren Blick auf die RFID-Hardware für RTLS.
Der Hauptzweck von Tags ist die Identifizierung von materiellen Objekten. Aktive Tags enthalten im Gegensatz zu passiven oder semi-passiven Tags ein eingebautes Funkgerät (Sender oder Transceiver) und werden in der Regel von einer internen Batterie gespeist. Sie haben eine große Reichweite, kommunizieren unaufgefordert und können in Echtzeit geortet werden. Die Batterielebensdauer hängt von der Nutzung und der Art des Sendens (wie oft) ab. In rauen Umgebungen sollten die Batterien mehrere Jahre halten, da sie nicht ausgetauscht werden können (Dichtungen brechen) oder unzuverlässig genug sind, um sie aufzuladen (z. B. durch Sonnenenergie). Tags müssen den Bedingungen ihrer Umgebung standhalten (Wasser, Staub, Temperatur, Feuchtigkeit, ...)
Ortungssensoren sind ein wesentlicher Bestandteil von RTLS. Sie erstellen den "Rahmen" oder die Koordinaten für die Positionierung. Sie benötigen mehrere Ortungssensoren (mindestens 3), um die Position eines Tags innerhalb des Bereichs des Tags zu bestimmen. Die XYZ-Koordinaten jedes Ortungssensors werden in der Software abgebildet.
Manchmal ersetzt die Nahbereichsidentifizierung von Etiketten die Ortungssensoren. Diese Art von Sensoren (nennen wir sie "Marker") hat einen einstellbaren, kurzen Radius. Daher wird seine ID an jedes Tag in der Nähe übertragen (z. B. überträgt eine mit einem Nahbereichs-Identifizierungslesegerät ausgestattete Maschine ihre ID an ein Tag, das an einem Behälter angebracht ist, der zu dieser Maschine bewegt wurde). Auf diese Weise wird die Position eines Etiketts durch die Nähe zu einer Nahbereichs-Identifikationsmarke bestimmt.
Das Lesegerät ist das Herzstück des Systems, da es Funkwellen sendet und empfängt, um mit einem aktiven RFID-Tag zu kommunizieren.
Dabei verwendet es in der Regel eine oder mehrere Antennen sowie die oben erwähnte Softwareanwendung. Die meisten RFID-Lesegeräte werden als stationäre Modelle angeboten. Fest installierte Lesegeräte verbleiben an einem Ort und werden in der Regel an Wänden, in Portalen oder an einer anderen geeigneten Struktur für den Lesebereich angebracht. Da sie in der Regel externe Antennen benötigen, um aktive Tags genau lesen zu können, verfügen sie über externe Anschlüsse für den Anschluss einer oder mehrerer zusätzlicher Antennen, je nach erforderlichem Abdeckungsbereich.
Mobile RFID-Lesegeräte sind kompakte, tragbare Geräte, bei denen die Antenne entweder integriert oder extern angebracht ist. Sie sind für ihre Flexibilität bekannt und können überall angebracht oder getragen werden, während sie weiterhin mit einem Host-Computer kommunizieren.
Wie bereits erwähnt, benötigen alle Lesegeräte eine Verbindung zu einem Server, der die Daten empfängt und sie mit Hilfe der Middleware verarbeitet.
Im Allgemeinen sendet ein aktives RFID-Etikett Signale aus und erkennt, wenn es sich in Reichweite befindet, Ortungssensoren.
Anschließend berechnet das Etikett anhand der Messwerte die Entfernung zu jedem Ortungssensor. Sobald die Positionsdaten definiert sind, werden die Informationen an die festen oder mobilen Lesegeräte übertragen. Ein eingebauter Bewegungssensor, eine Benutzeranforderung oder zeitlich festgelegte Intervalle können das Positionierungsereignis auslösen.
In Produktionsprozessen verwendet die Nahbereichsidentifikation einen Marker mit kurzer Reichweite, um Tags in unmittelbarer Nähe zu erkennen. Sobald ein RTLS-Tag die Nähe eines Nahbereichsmarkers erkennt, überträgt das Tag seine ID und die ID des Nahbereichsmarkers an ein RFID-Lesegerät und ermöglicht so die Positionsbestimmung des Tags.
Die Lesegeräte übermitteln alle Daten an eine Middleware, die Softwareanwendungen miteinander verbindet und es ihnen ermöglicht, miteinander zu kommunizieren und Daten auszutauschen. Sie macht Geschäftsanwendungen unabhängig von der RTLS-Technologie. Die Middleware ermöglicht es den Anwendungen, die Ortungssensoren und Tags über eine gemeinsame Schnittstelle direkt zu konfigurieren, zu überwachen, einzusetzen und Befehle zu erteilen. Außerdem filtert und leitet sie Ereignisse von Tags weiter, speichert sie und konsolidiert Daten (z. B. gleiche Ereignisse, die für denselben Tag eingehen). Die Middleware verarbeitet und verwaltet auch Geschäftsregeln für zusätzliche Anwendungen.
In einem RTLS ist eine Anwendung die Software, die mit der RTLS-Middleware interagiert, um die Probleme der Endbenutzer zu lösen, wie z. B. den Benutzern zu ermöglichen, die von ihnen gewünschten Aufgaben zu erfüllen oder Probleme für ein anderes Anwendungsprogramm zu lösen.
Da Ihre Softwareumgebung Dutzende von Anwendungen für die Planung, Verwaltung und Überwachung von Anlagen, Prozessen und Menschen kennt, ist die Integration von RTLS eine weitere zusätzliche Herausforderung. Dank der Middleware- und Geschäftsanwendungsschicht von RTLS ist das einfacher, als es vielleicht klingt. Es spielt keine Rolle, ob Sie RTLS-RFID oder eine andere Technologie in Ihren bestehenden Software-Stack integrieren. Die Middleware kümmert sich um die Umwandlung von Signalen und Daten und deren Weiterleitung an Ihre anderen Anwendungen. Im Falle von RTLS geht es darum, die Echtzeit-Transparenz nahtlos in die Geschäftsabläufe zu integrieren.
Die Integration wird in der Regel durch eine Form der Datenverbindung erreicht: Transport, Umwandlung und Routing. Der Transport umfasst Protokolle für die Datenübertragung und Software für den Datentransport. Bei der Datenumwandlung werden Daten von einem Format in ein anderes umgewandelt und Datenelemente von der Quelle auf das Ziel abgebildet. Das Datenrouting schließlich beschreibt die Echtzeitkommunikation (z. B. ein RTLS-Standortereignis) von einer Anwendung zur anderen - synchron oder asynchron.
Typischerweise sollte eine Lösung über APIs und eine flexible Architektur verfügen, wenn sie eine RTLS-Integration durchführt. Eine effektive RTLS-Integration kann viele bedeutende Vorteile mit sich bringen, wie z. B. die Rationalisierung ineffizienter Verfahren, die Beseitigung redundanter Daten, die Schaffung eines neuen Geschäftswerts, die Erhöhung der Skalierbarkeit und die Vereinheitlichung der Geräteverwaltung.
Verfahren, bei denen die Benutzer zwischen verschiedenen Anwendungen wechseln müssen, sind fehleranfällig und ineffizient. Integration kann Geschäftsprozesse vereinfachen. Beispielsweise wird eine RTLS-Lösung zur Ortung von Anlagen installiert und mit einer vorhandenen Material-verwaltungssoftware kombiniert. Durch die Integration können Sie auf historische Daten aus der RTLS-Anwendung zur Ortung von Anlagen zugreifen, ohne verschiedene Listen zu führen.
Die Speicherung derselben Daten in mehreren Datenbanken erhöht den Bedarf an Hardware, Software, Datensicherung und Verwaltungskosten. Außerdem führt sie zu Ineffizienzen, Risiken der Datenkorruption und potenziellen menschlichen Fehlern.
Die RTLS-Integration ist der kostengünstigste Weg, in Unternehmen durch Innovation zusätzliche Wertschöpfung zu generieren.
Wie jede andere Integration ist auch die Integration eines RTLS eine komplexe Aufgabe. Es handelt sich um ein Projekt, das auf Integrationsabläufen, Budgets und Personaleinsatz basiert, so dass Sie eine Integrationsprüfung durchführen müssen, bevor Sie beginnen. Dazu gehört eine Analyse Ihrer bestehenden und geplanten Schnittstellen, Systeme und Arbeitsabläufe. Anschließend legen Sie eine Strategie für die Integrationsimplementierung fest, einschließlich einer Kostenschätzung (Architektur-, Integrations- und Betriebskosten), der Identifizierung von Debugging- und Testtools und des Verständnisses der wesentlichen Integrationsherausforderungen.
RTLS auf der Basis von RFID bietet eine kosteneffiziente, zuverlässige Technologie für die Echtzeit-Transparenz von Sachwerten und Personen. Ohne Integration führt dies jedoch zu isolierten Funktionen, überflüssigen manuellen Tätigkeiten und Ineffizienz - das genaue Gegenteil Ihres RTLS-Geschäftsmodells. Ein RFID-RTLS-Integrationsprojekt erfordert eine Prüfung und eine Strategie, vor allem aber die Erfahrung einer sachkundigen Person oder eines Teams, das Hardware und Software in die bestehende Unternehmenssoftware implementiert und integriert.
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Quellen:
(1) D. -j. Park, Y. -b. Choi and K. -c. Nam, "RFID-Based RTLS for Improvement of Operation System in Container Terminals," 2006 Asia-Pacific Conference on Communications, Busan, Korea (South), 2006, pp. 1-5, doi: 10.1109/APCC.2006.255837.
Anmerkung: Dieser Artikel wurde am 18.9.2024 aktualisiert