Arbeitsschutz im Bauwesen mit RFID

Manfred Helmus | Selcuk Nisancioglu | Berit Offergeld Oliver Sachs (Hrsg.) Arbeitsschutz im Bauwesen mit RFID VIEWEG+...

Author: Manfred Helmus | Selcuk Nisancioglu | Berit Offergeld | Oliver Sachs

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Manfred Helmus | Selcuk Nisancioglu | Berit Offergeld Oliver Sachs (Hrsg.) Arbeitsschutz im Bauwesen mit RFID

VIEWEG+TEUBNER RESEARCH RFID im Bauwesen Herausgeber: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Manfred Helmus

Der wachsende internationale Wettbewerb in der Bauindustrie sowie der Wunsch nach zunehmenden Bauzeitverkürzungen und geringeren Baukosten bei gleichzeitig höheren Bauqualitäten zwingt die deutsche Bau- und Imobilienwirtschaft dazu, neue Wege zu gehen. Die Initiatoren der Reihe „RFID im Bauwesen“ hoffen, dass sich weitere Institutionen an der Erweiterung der Reihe beteiligen werden, so dass die deutsche Bau- und Immobilienwirtschaft stets über den aktuellen Forschungsstand zum Thema „RFID im Bauwesen“ informiert bleibt.

Manfred Helmus | Selcuk Nisancioglu Berit Offergeld | Oliver Sachs (Hrsg.)

Arbeitsschutz im Bauwesen mit RFID Forschungsbericht zum Projekt „Sicherheitstechnik mit RFID – Entwicklung, Erprobung und Optimierung von geeigneten Instrumenten zur nachhaltigen Verbesserung des Arbeitsschutzes auf Grundlage von RFID“

VIEWEG+TEUBNER RESEARCH

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar.

1. Auflage 2010 Alle Rechte vorbehalten © Vieweg +Teubner Verlag | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH 2010 Lektorat: Ute Wrasmann | Sabine Schöller Vieweg+Teubner Verlag ist eine Marke von Springer Fachmedien. Springer Fachmedien ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media. www.viewegteubner.de Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlags unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Umschlaggestaltung: KünkelLopka Medienentwicklung, Heidelberg Druck und buchbinderische Verarbeitung: STRAUSS GMBH, Mörlenbach Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier. Printed in Germany ISBN 978-3-8348-1030-4

Vorwort

V

Vorwort Das Interesse jedes Unternehmens, gesunde und leistungsfähige Mitarbeiter zu beschäftigen, leitet sich schon allein aus humanen und ethischen Gründen ab. Gleichzeitig tragen die wirtschaftlichen Vorteile eines funktionierenden betrieblichen Arbeits- und Gesundheitsschutzes zur Steigerung der unternehmerischen Leistungsfähigkeit bei. Bestehende Managementsysteme und Handlungsanweisungen des Arbeits- und des Gesundheitsschutzes können in Ergänzung mit innovativer Technik helfen, die Arbeit auf Baustellen insgesamt sicherer zu gestalten, Unfälle zu vermeiden und das damit verbundene menschliche Leid zu reduzieren. Eine vielversprechende Technik in diesem Zusammenhang ist die Radio Frequenz Identifizierung (RFID), ein System, das die Identität eines Objektes oder einer Person drahtlos per Funkwellen übermittelt. Das durch die Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung (DGUV) geförderte Forschungsprojekt Sicherheitstechnik mit RFID hatte die Entwicklung, Erprobung und Optimierung von geeigneten Instrumenten zur Verbesserung des Arbeitsund Gesundheitsschutzes auf Grundlage dieser Technologie zum Inhalt. Die Entwicklung einer automatischen Kontrolle der Persönlichen Schutzausrüstung (PSA) auf Vollständigkeit lag dabei im Fokus. Mit dem entwickelten Kontrollportal kann nun sichergestellt werden, dass Personen Gefahrenbereiche nur dann betreten, wenn Sie mit der notwendigen PSA ausgestattet sind. Optional kann die Prüfung der PSA mit einer Zugangskontrolle, einem Zeitwirtschaftssystem, einer Kontrolle der Schutzausrüstung auf Einhaltung von Prüfterminen und einer Kontrolle der technischen Zulassung der Schutzausrüstung kombiniert werden. Die Idee, RFID im Bereich des Arbeits- Gesundheitsschutzes zu nutzen, eröffnet ein breites Anwendungsspektrum. Bis heute konnten sich RFIDInsellösungen in einigen Bereichen etablieren und bestätigen die Einschätzung, dass die RFID-Technik ein großes Potenzial zur nachhaltigen Verbesserung des Arbeits- und Gesundheitsschutzes bietet und sich mittelfristig auch hier durchsetzen wird.

Wuppertal, im März 2010

Karl-Heinz Noetel Leiter Prävention, BG BAU

Verzeichnisse

VII

Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung .............................................................................................................. 1 1.1 Berufsgenossenschaftliche Relevanz und eigene Vorarbeiten ................................ 1 1.2 Zielstellung ..................................................................................................................... 2

2 Radio Frequency Identification ........................................................................... 5 2.1 Auto-ID-Systeme ............................................................................................................ 5 2.2 Technik und Grundlagen .............................................................................................. 7 2.2.1 Transponder, Tag oder Smart-Label ............................................................................................7 2.2.2 RFID-Reader ................................................................................................................................9 2.2.3 Datenverarbeitungssystem .........................................................................................................10

2.3 Allgemeine RFID-Anwendungen ................................................................................ 10 2.3.1 Personenidentifikation ................................................................................................................11 2.3.2 Objektidentifikation .....................................................................................................................13

2.4 RFID-Anwendungen für den Bereich der Arbeitssicherheit .................................... 16

3 Projektmodul 1 - „Grundlagen“......................................................................... 27 3.1 Allgemeines.................................................................................................................. 27 3.2 Analyse von Unfallstatistiken und Gefährdungsbeurteilungen .............................. 27 3.2.1 Grundlagen .................................................................................................................................27 3.2.2 Analyse betriebsinterner Unfallstatistiken ..................................................................................29

3.3 Workshops ................................................................................................................... 30 3.3.1 Anwendungsbereiche in Zusammenhang mit dem Kontrollportal ..............................................30 3.3.2 Anwendungsbereiche in Zusammenhang mit der Maschinensteuerung ...................................32 3.3.3 Sonstige Anwendungsbereiche ..................................................................................................33

3.4 Experten-Interviews..................................................................................................... 33 3.4.1 Anwendungsbereiche in Zusammenhang mit dem Kontrollportal ..............................................33

VIII

Verzeichnisse

3.4.2 Anwendungsbereiche in Zusammenhang mit der Maschinensteuerung ...................................34 3.4.3 Sonstige Anwendungsbereiche ..................................................................................................35

3.5 Teilnehmer der Workshops und Experten-Interviews .............................................. 35 3.5.1 Teilnehmer aus dem Bereich der Berufsgenossenschaften und Institutionen ...........................35 3.5.2 Teilnehmer aus den Unternehmen .............................................................................................36

3.6 Patentrechtliche Untersuchung ................................................................................. 36 3.6.1 Allgemeines ................................................................................................................................36 3.6.2 Projektbezogene Einschätzung ..................................................................................................36 3.6.3 Recherche ..................................................................................................................................37 3.6.4 Einschätzung ..............................................................................................................................39

3.7 Pflichtenheft ................................................................................................................. 40 3.7.1 Überblick .....................................................................................................................................40 3.7.1.1 Aufgaben ................................................................................................................................ 40 3.7.1.2 Funktionsbeschreibung .......................................................................................................... 41 3.7.1.3 Schematischer Aufbau des Systems...................................................................................... 41 3.7.2 Softwaremodule..........................................................................................................................42 3.7.2.1 Das Modul Lesersteuerung .................................................................................................... 42 3.7.2.1.1 Kommunikation .................................................................................................................... 42 3.7.2.1.2 Parametrierung .................................................................................................................... 42 3.7.2.1.3 Antennensteuerung ............................................................................................................. 42 3.7.2.1.4 Ereignisdatenverarbeitung .................................................................................................. 42 3.7.2.2 Das Modul Auswertung .......................................................................................................... 43 3.7.2.2.1 Tagzuordnung ..................................................................................................................... 43 3.7.2.2.2 Schutzprofil .......................................................................................................................... 43 3.7.2.2.3 Vollständigkeitsprüfung ....................................................................................................... 43 3.7.2.2.4 Ausgabe .............................................................................................................................. 43 3.7.2.3 Das Modul Signalisierung ....................................................................................................... 43 3.7.2.4 Das Datenbankmodul ............................................................................................................. 44 3.7.2.4.1 Schutzgegenstand-Tabelle.................................................................................................. 44 3.7.2.4.2 Tag-Tabelle ......................................................................................................................... 44 3.7.2.4.3 Schutzprofil-Tabelle ............................................................................................................. 45 3.7.2.4.4 Personen-Tabelle ................................................................................................................ 45 3.7.2.4.5 Ereignisdaten-Tabelle ......................................................................................................... 45 3.7.3 Feinspezifikation .........................................................................................................................45

3.8 Fazit............................................................................................................................... 45

Verzeichnisse

IX

3.8.1 Zusammenfassung .....................................................................................................................45 3.8.2 Ausblick ......................................................................................................................................46 3.8.2.1 Technische Entwicklung ......................................................................................................... 47 3.8.2.2 Analyse von RFID-Anwendungen in der Maschinensteuerung ............................................. 48

4 Projektmodul 2 - „Anwendungsorientierte Entwicklung“ ............................... 51 4.1 Zielstellung ................................................................................................................... 51 4.1.1 Entwicklung des Portals zur automatischen Kontrolle der PSA .................................................52 4.1.2 Analyse von RFID-Anwendungen in der Maschinensteuerung .................................................53

4.2 Organisatorische Konzeption..................................................................................... 53 4.3 Datenverarbeitung ....................................................................................................... 55 4.3.1 Funktionsbeschreibung ..............................................................................................................56 4.3.2 Schematischer Aufbau des Datenverarbeitungssystems...........................................................56 4.3.3 Der Leseradapter........................................................................................................................58 4.3.3.1 Schematischer Aufbau des Leseradapters ............................................................................ 59 4.3.3.2 Inhaltlicher Aufbau des Leseradapters ................................................................................... 60 4.3.3.2.1 PLI: Physical Layer Interface:.............................................................................................. 60 4.3.3.2.2 RPI: Reader Protocol Interface ........................................................................................... 60 4.3.3.2.3 MAL: Manufacturer Abstraction Layer ................................................................................. 61 4.3.4 Das Applikationsinterface CAI: Common Application Interface .................................................62 4.3.5 Applikationen und Softwaremodule ............................................................................................64 4.3.5.1 Die Lesersteuerung: Registerblatt „Leser“ ............................................................................. 65 4.3.5.1.1 Feld „Lesertyp“, Modul 1 / Reader....................................................................................... 66 4.3.5.1.2 Felder zum Netzwerk-Interface, Modul 10 / IPCom ............................................................ 66 4.3.5.1.3 Feld „Leser-Info“, Modul 12 / ReaderInfo: ........................................................................... 68 4.3.5.1.4 Feld „Leistungseinstellung“, Modul 4 / Power1: .................................................................. 68 4.3.5.1.5 Feld „Frequenz“, Modul 3 / Param1 .................................................................................... 69 4.3.5.1.6 Feld „Antennenmultiplexer“, Modul 5 / AntMux: .................................................................. 69 4.3.5.1.7 Großes unteres Listenfeld, Modul 8 / Syslog ...................................................................... 70 4.3.5.2 Die PSA-Applikation: Registerblatt „Starten“ .......................................................................... 70 4.3.5.2.1 Feld „Betriebsart“, Modul 2 / Mode: ..................................................................................... 71 4.3.5.2.2 Feld „Sound“, Modul 6 / Sound ........................................................................................... 72 4.3.5.2.3 Feld „Integrationszeit“, Modul 3 / Param1 ........................................................................... 73 4.3.5.2.4 Feld „Standby“, Modul 3 / Param1 ...................................................................................... 74 4.3.5.2.5 Felder zur PSA-Kontrollinformation, Modul 25 / PSAList .................................................... 75 4.3.5.3 Registerblatt „Info / Hilfe“, Modul 26 / PSAInfo ...................................................................... 77

X

Verzeichnisse

4.3.5.4 Die Signalsteuerung ............................................................................................................... 78 4.3.5.4.1 Signalisierung am Touch-Screen, Modul 22 / PSATouch ................................................... 78 4.3.5.4.2 Signalisierung an der Leuchtfläche, Modul 26 / PSASignal ................................................ 82 4.3.5.5 Hilfsprogramm zum Beschreiben von RFID-(UHF)-Transpondern ........................................ 83 4.3.6 Der PSA-Datenbankserver .........................................................................................................84 4.3.6.1 PSA-Profilverwaltung.............................................................................................................. 85 4.3.6.1.1 PSA-Profil anlegen .............................................................................................................. 86 4.3.6.1.2 PSA-Profil bearbeiten .......................................................................................................... 87 4.3.6.2 Personalverwaltung ................................................................................................................ 87 4.3.6.2.1 Mitarbeiter-Profil anlegen .................................................................................................... 88 4.3.6.2.2 Mitarbeiter-Profil verwalten .................................................................................................. 89 4.3.6.3 Reportfunktion ........................................................................................................................ 90

4.4 Grundlagen des Elektromagnetismus ....................................................................... 91 4.4.1 Ausbreitung elektromagnetischer Wellen ...................................................................................91 4.4.2 Leistungsangaben ......................................................................................................................94 4.4.3 Strahlungsdichte .........................................................................................................................95 4.4.4 Die RFID-(UHF)-Luftschnittstelle................................................................................................95 4.4.5 Das Backscatter-Prinzip .............................................................................................................96 4.4.6 Antikollisionsverfahren................................................................................................................98

4.5 Technische Voruntersuchungen ................................................................................ 99 4.5.1 Frequenzbereiche.....................................................................................................................100 4.5.2 Hardware-Komponenten ..........................................................................................................102 4.5.2.1 RFID-(UHF)-Lesegerät ......................................................................................................... 103 4.5.2.1.1 Hardware-Vorauswahl ....................................................................................................... 106 4.5.2.1.2 Voruntersuchungen ........................................................................................................... 108 4.5.2.1.3 Hardware-Auswahl ............................................................................................................ 108 4.5.2.2 RFID-(UHF)-Leser-Antennen ............................................................................................... 109 4.5.2.2.1 Hardware-Vorauswahl ....................................................................................................... 109 4.5.2.2.2 Voruntersuchungen ........................................................................................................... 112 4.5.2.2.3 Hardware-Auswahl ............................................................................................................ 115 4.5.2.2.4 RFID-(UHF)-Transponder ................................................................................................. 116 4.5.2.2.5 Hardware-Vorauswahl ....................................................................................................... 125 4.5.2.2.6 Voruntersuchungen ........................................................................................................... 132 4.5.2.2.7 Hardware-Auswahl ............................................................................................................ 144

4.6 Untersuchungen zur anwendungsorientierten Entwicklung ................................. 146 4.6.1 Systemaufbau...........................................................................................................................146

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XI

4.6.1.1 Technische Komponenten .................................................................................................... 146 4.6.1.2 Entwicklung des Demonstrators ........................................................................................... 147 4.6.1.3 Kosten der Umsetzung ......................................................................................................... 151 4.6.2 Untersuchungen am Systemaufbau .........................................................................................151 4.6.2.1 Leistungsstärke der Antennenstrahlung ............................................................................... 151 4.6.2.1.1 Kabeldämpfung ................................................................................................................. 152 4.6.2.1.2 Antennengewinn ................................................................................................................ 154 4.6.2.1.3 Resultierende Leistungsstärke .......................................................................................... 155 4.6.2.2 Reichweite der Antennenstrahlung ...................................................................................... 156 4.6.2.3 Feldbeeinflussung durch Reflexion und Absorption ............................................................. 159 4.6.3 Laborversuche zur persönlichen Schutzausrüstung ................................................................162 4.6.3.1 Mitarbeiterausweise.............................................................................................................. 163 4.6.3.2 Sicherheitsschuhe ................................................................................................................ 164 4.6.3.3 Industrieschutzhelme............................................................................................................ 170 4.6.3.4 Augenschutz ......................................................................................................................... 171 4.6.3.5 Absturzsicherung .................................................................................................................. 172 4.6.3.6 Kapsel-Gehörschutz ............................................................................................................. 173 4.6.3.7 Sicherheitshandschuhe ........................................................................................................ 174 4.6.4 Laborversuche zur Abstimmung von PSA und Demonstrator..................................................176

4.7 Vorbereitung der Praxistests.................................................................................... 178 4.7.1 InHaus2-Baustelle ....................................................................................................................178 4.7.1.1 Entwicklung der erforderlichen PSA-Profile ......................................................................... 179 4.7.1.2 Kennzeichnung der Transponder zur Identifikation der PSA ............................................... 180 4.7.1.3 Anbindung des RFID-Portals an eine Zutrittskontrolle ......................................................... 181 4.7.2 Ford Werke GmbH ...................................................................................................................183 4.7.3 Weitere Praxistests...................................................................................................................185 4.7.3.1 Westfälischer Zoologischen Garten Münster GmbH (Allwetterzoo) ..................................... 185 4.7.3.2 Stockmeyer GmbH & Co. KG Westfälische Fleischwarenfabrik .......................................... 186

4.8 Standardisierung und Normung ............................................................................... 186 4.8.1 Standardisierung und Normung bei PSA .................................................................................186 4.8.2 Klassifizierungs- und Ordnungsnummernsysteme...................................................................188 4.8.2.1 United Nations Standard Products and Services Code UNSPSC ....................................... 189 4.8.2.2 Standardwarenklassifikation ................................................................................................. 191 4.8.2.3 Global Product Classification GPC....................................................................................... 192 4.8.2.4 eCl@ss ................................................................................................................................. 196 4.8.2.5 proficl@ss ............................................................................................................................. 201 4.8.3 Vorhandene Normen und Standards für die RFID-Technologie ..............................................206

XII

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4.8.3.1 Aufgaben und Entwicklung von GS1 .................................................................................... 206 4.8.3.2 Standards nach EPCglobal .................................................................................................. 212 4.8.3.2.1 Physische Standards: Der Electronic Product Code (EPC) .............................................. 214 4.8.3.2.2 Infrastruktur-Standards ...................................................................................................... 215 4.8.3.2.3 Standards für den Datenaustausch ................................................................................... 215 4.8.4 Handlungskonzept ....................................................................................................................217

4.9 Rechtliche Betrachtung ............................................................................................ 218 4.9.1 Datenschutz ..............................................................................................................................218 4.9.2 Arbeitsrechtliche Rahmenbedingungen ...................................................................................219

4.10 Analyse von RFID-Anwendungen in der Maschinensicherheit ............................. 220 4.10.1 Ausgangssituation ....................................................................................................................220 4.10.2 Workshop „RFID in der Maschinensicherheit“..........................................................................221

4.11 Fazit............................................................................................................................. 222 4.11.1 Ausblick ....................................................................................................................................223 4.11.2 Zusatznutzen ............................................................................................................................224 4.11.2.1 Zugangskontrolle ................................................................................................................ 224 4.11.2.2 Zeiterfassung ...................................................................................................................... 225 4.11.2.3 Diebstahlschutz .................................................................................................................. 225 4.11.3 Kritische Betrachtung ...............................................................................................................226

5 Projektmodul 3 - „Praxistests und Dokumentation“ ..................................... 229 5.1 Zielstellung ................................................................................................................. 229 5.2 Praxistest Baustelle: InHaus2, Duisburg ................................................................. 230 5.2.1 Vorbereitung .............................................................................................................................230 5.2.1.1 Entwicklung der erforderlichen PSA-Profile ......................................................................... 230 5.2.1.2 Kennzeichnung der Transponder zur Identifikation der PSA ............................................... 231 5.2.1.3 Anbindung des RFID-(UHF)-Portals an ein Zutrittskontrollsystem ...................................... 232 5.2.2 Umsetzung ...............................................................................................................................234 5.2.2.1 Voruntersuchung .................................................................................................................. 235 5.2.2.2 Mitwirkende Unternehmen ................................................................................................... 236 5.2.3 Ergebnis ...................................................................................................................................237 5.2.3.1 Technische Umsetzung ........................................................................................................ 237 5.2.4 Fazit ..........................................................................................................................................243

5.3 Praxistest Automobilindustrie: Ford Werke GmbH ................................................ 243

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XIII

5.3.1 Vorbereitung .............................................................................................................................244 5.3.2 Umsetzung ...............................................................................................................................245 5.3.2.1 Transponder-Wahl ................................................................................................................ 245 5.3.2.2 Leserwahl ............................................................................................................................. 246 5.3.2.3 Dokumentation ..................................................................................................................... 247 5.3.3 Ergebnis ...................................................................................................................................248 5.3.4 Fazit ..........................................................................................................................................248

5.4 Praxistest Fleischverarbeitende Industrie: Stockmeyer GmbH ............................ 248 5.4.1 Vorbereitung .............................................................................................................................249 5.4.1.1 Gehörschutz ......................................................................................................................... 249 5.4.1.2 Kettenhandschuh.................................................................................................................. 250 5.4.1.3 Schutzschuhe ....................................................................................................................... 251 5.4.1.4 Datenschutz.......................................................................................................................... 251 5.4.2 Umsetzung ...............................................................................................................................251 5.4.3 Ergebnis ...................................................................................................................................251

5.5 Fazit............................................................................................................................. 252 5.5.1 Zusammenfassung ...................................................................................................................252 5.5.2 Normung ...................................................................................................................................254 5.5.3 Ausblick ....................................................................................................................................254

6 Ansprechpartner .............................................................................................. 257 7 Literatur- und Quellenverzeichnis .................................................................. 258 7.1 Projektmodul 1 ........................................................................................................... 258 7.2 Projektmodul 2 ........................................................................................................... 259 7.2.1 Literatur ....................................................................................................................................259 7.2.2 Quellen .....................................................................................................................................261

7.3 Projektmodul 3 ........................................................................................................... 263

8 Anlagenverzeichnis.......................................................................................... 264 8.1 Anlage 1: Übersicht der RFID-(UHF)-Lesegeräte .................................................... 264 8.2 Anlage 2: Übersicht der RFID-(UHF)-Leser-Antennen ........................................... 265

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Verzeichnisse

8.3 Anlage 3: Übersicht der RFID-(UHF)-Transponder ................................................. 267 8.4 Anlage 4: Richtcharakteristik der RFID-(UHF)-Leser-Antenne .............................. 272 8.5 Anlage 5: Referenztransponder, Y-Achse ............................................................... 275 8.6 Anlage 6: Referenztransponder, Z-Achse ............................................................... 276 8.7 Anlage 7: Transponder-Vergleichsmessungen ...................................................... 279 8.8 Anlage 8: Untergrundeinfluss .................................................................................. 304

Verzeichnisse

XV

Abbildungsverzeichnis Abb. 1-1: Abb. 1-2: Abb. 2-1 Abb. 2-2: Abb. 2-3: Abb. 2-4: Abb. 2-5: Abb. 2-6: Abb. 2-7: Abb. 2-8: Abb. 2-9: Abb. 2-10: Abb. 2-11: Abb. 2-12: Abb. 2-13: Abb. 2-14: Abb. 2-15: Abb. 2-16: Abb. 2-17: Abb. 2-18: Abb. 2-19: Abb. 2-20: Abb. 3-1: Abb. 3-2: Abb. 3-3: Abb. 3-4: Abb. 3-5: Abb. 4-1: Abb. 4-2: Abb. 4-3: Abb. 4-4: Abb. 4-5: Abb. 4-6: Abb. 4-7: Abb. 4-8: Abb. 4-9: Abb. 4-10: Abb. 4-11: Abb. 4-12: Abb. 4-13: Abb. 4-14: Abb. 4-15: Abb. 4-16: Abb. 4-17: Abb. 4-18: Abb. 4-19: Abb. 4-20: Abb. 4-21:

RFID-Portal in der Vorstudie .................................................................................. 2 Schematische Darstellung eines RFID-Portals ...................................................... 3 Elemente eines RFID-Systems .............................................................................. 5 Auswahl von Auto-ID-Systemen ............................................................................ 6 Leistungsmerkmale von RFID ............................................................................... 7 Verschiedene Bauformen von Transpondern ........................................................ 8 RFID-Tags mit Dipolantennen ............................................................................... 8 RFID-Frequenzen im Überblick ............................................................................. 9 RFID-Lesegeräte der Metro Future Store Initiative .............................................. 10 Exemplarische Übersicht von RFID-Anwendungen ............................................. 11 Vereinzelungsanlage von Skidata ....................................................................... 12 Transponder für Schnürsenkel ............................................................................ 13 Lieferkette von Warenhäusern ............................................................................. 14 Prozesse einer Bibliothek .................................................................................... 15 Laundry-Reader der Fa. Brooks .......................................................................... 16 Transponder-Technologie bei Kali und Salz ........................................................ 17 Schlüsselschalter mit RFID-Technologie ............................................................. 18 Türmeldesystem via RFID ................................................................................... 20 Sicherheitsschalter SIDENT ................................................................................ 21 Elektronisches Produktverwaltungs- und -identifikationssystem EPIS ................ 22 Zugangskontroll-, Allokations- und Evakuierungssystem „Watcher“.................... 23 Gefahrgutüberwachung und Rückverfolgung durch RFID ................................... 26 Meldepflichtige Arbeitsunfälle je 1.000 Vollarbeiter 2004 .................................... 28 Modulares System körpernah getragener elektronischen Baugruppen ............... 37 Schematische Darstellung des Zugangskontrollportals gemäß US-Patent ......... 38 Datenerfassung und -verarbeitung mit RFID ....................................................... 41 Projektmodule ...................................................................................................... 47 Projektmodule ...................................................................................................... 51 Konzept zum RFID-Portal zur Kontrolle der PSA auf Vollständigkeit .................. 54 Konzept der möglichen Portalmeldungen ............................................................ 55 Architektur des gesamten Datenverarbeitungssystems ...................................... 57 OSI-7-Schichten-Schema .................................................................................... 58 Architektur des Leseradapters ............................................................................. 59 Screenshot „PSA-Software“, exemplarische Darstellung der Steuerungsoberfläche.......................................................................................... 65 Screenshot “PSA-Software”, Feld „Lesertyp“....................................................... 66 Screenshot „PSA-Software“, Felder zum Netzwerk-Interface.............................. 67 Screenshot „PSA-Software“, Felder zur Leistungseinstellung ............................. 68 Screenshot „PSA-Software“, Feld „Frequenz“ ..................................................... 69 Screenshot „PSA-Software“, Feld „Antennenmultiplexer“.................................... 70 Screenshot „PSA-Software“, Registerblatt „Starten” ........................................... 71 Screenshot „PSA-Software“, Feld „Betriebsart“ ................................................... 72 Screenshot „PSA-Software“, Feld „Betriebsart“ ................................................... 73 Screenshot „PSA-Software“, Feld „Betriebsart“ ................................................... 74 Screenshot „PSA-Software“, Feld „Betriebsart“ ................................................... 75 Screenshot „PSA-Software“, Felder zur PSA-Kontrollinformation ....................... 76 Screenshot „PSA-Software“, Registerblatt „Info/Hilfe” ......................................... 77 Screenshot Touch-Screen „PSA-Software“, Begrüßungs-Bildschirm .................. 79 Screenshot Touch-Screen „PSA-Software“, Erkennungsvorgang Zustand 1 ...... 80

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Verzeichnisse

Abb. 4-22: Screenshot Touch-Screen „PSA-Software“, Erkennungsvorgang Zustand 2 ...... 81 Abb. 4-23: Screenshot Touch-Screen „PSA-Software“, abgeschlossener Erkennungsvorgang ............................................................................................. 82 Abb. 4-24: Screenshot „PSA-Software“, Modul zum Beschreiben von RFID-(UHF)Transpondern ...................................................................................................... 83 Abb. 4-25: Screenshot „PSA-Datenbankserver“, Begrüßungs-Bildschirm ............................ 85 Abb. 4-26: Screenshot „PSA-Datenbankserver“, Seite „PSA-Profilverwaltung“ .................... 86 Abb. 4-27: Screenshot „PSA-Datenbankserver“, Seite „PSA-Profil bearbeiten“ ................... 87 Abb. 4-28: Screenshot „PSA-Datenbankserver“, Seite „Personalverwaltung“ ...................... 88 Abb. 4-29: Screenshot „PSA-Datenbankserver“, Seite „Mitarbeiter-Profil bearbeiten“.......... 89 Abb. 4-30: Screenshot „PSA-Datenbankserver“, Seite „Report“ ........................................... 91 Abb. 4-31: Elektromagnetische Welle an einem Dipol .......................................................... 92 Abb. 4-32: Ermittlung von Nah- und Fernfeld einer Richtantenne ......................................... 94 Abb. 4-33: Systematische Darstellung der Luftschnittstelle .................................................. 96 Abb. 4-34: Darstellung der Leistungsübertragung zwischen Leser- und TransponderAntenne ............................................................................................................... 97 Abb. 4-35: Schematische Darstellung des zeitlichen Ablauf beim ALOHA-Verfahren .......... 98 Abb. 4-36: Binärer Suchbaum ............................................................................................... 99 Abb. 4-37: Grundgedanke eines RFID-Systems ................................................................. 103 Abb. 4-38: Blockschaltbild der Steuerung eines Lesegerätes ............................................. 105 Abb. 4-39: Lesegerät von Deister Electronic GmbH mit integrierter Antenne ..................... 105 Abb. 4-40: Stationäres UHF-Lesegerät OBID ID ISC.LRU2000 der Firma Feig Electronic GmbH ................................................................................................................ 106 Abb. 4-41: Skizze UHF-Portal von Deister Electronic GmbH .............................................. 106 Abb. 4-42: Typischer zweidimensionaler Richtkegel einer zirkularen RFID-(UHF)-LeserAntenne ............................................................................................................. 109 Abb. 4-43: Typischer dreidimensionaler Richtkegel einer zirkularen RFID-(UHF)-LeserAntenne ............................................................................................................. 109 Abb. 4-44: Versuchsaufbau zum Antennenvergleich durch lagenabhängiges Reichweitenverhalten ........................................................................................ 113 Abb. 4-45: Untersuchungsergebnisse mit dem Transponder RAFSEC Dogbone von UPM Raflatac.............................................................................................................. 113 Abb. 4-46: Untersuchungsergebnisse mit dem Transponder AVERY DENNISON AD420/AD-421 ........................................................................................................ 114 Abb. 4-47: Untersuchungsergebnisse mit dem Transponder TEXAS INSTRUMENTS ...... 115 Abb. 4-48: Horizontale Strahlungscharakteristik der ausgewählten RFID-(UHF)-LeserAntenne ............................................................................................................. 116 Abb. 4-49: Vertikale Strahlungscharakteristik der ausgewählten RFID-(UHF)-LeserAntenne ............................................................................................................. 116 Abb. 4-50: Aufbau eines RFID-(UHF)-Transponders .......................................................... 117 Abb. 4-51: Bauformen von Dipolantennen .......................................................................... 120 Abb. 4-52: Sonderbauformen: Tripol-Antenne, Doppeldipol-Antenne ................................. 122 Abb. 4-53: Sonderbauform: Schlitz-Antenne ....................................................................... 122 Abb. 4-54: Sonderbauform: Patch-Antenne ........................................................................ 123 Abb. 4-55: Sonderbauform: Streifenleiter-Antenne ............................................................. 123 Abb. 4-56: Transponder für Metall ....................................................................................... 124 Abb. 4-57: a) lineare Polarisation, b) zirkulare Polarisation ................................................ 133 Abb. 4-58: Darstellung einer zirkular polarisierten Antenne und mögliche Positionierungen der Transponder ................................................................................................ 133 Abb. 4-59: Prinzipielle Messbedingungen ........................................................................... 134 Abb. 4-60: Versuchsaufbau Messung 1 .............................................................................. 135 Abb. 4-61: Achsendefinition ................................................................................................ 136

Verzeichnisse

Abb. 4-62: Abb. 4-63: Abb. 4-64: Abb. 4-65: Abb. 4-66:

XVII

Versuchsaufbau Messung 2.1 ........................................................................... 136 Versuchsaufbau Messung 2.2 ........................................................................... 137 Versuchsaufbau Messung 2.3 ........................................................................... 138 Erfassungswinkel der Transponder bei PERP von 1 W (Entfernung 1,5 m) ........ 139 Minimale Ausgangsleitung PERP zur Erkennung des Transponders (Entfernung 1,5 m) ............................................................................................. 140 Abb. 4-67: Versuchsaufbau Messung 5 .............................................................................. 141 Abb. 4-68: Versuchsaufbau Messung 6 .............................................................................. 142 Abb. 4-69: Versuchsaufbau Messung 7 .............................................................................. 143 Abb. 4-70: RFID-Tag ........................................................................................................... 143 Abb. 4-71: Richtmöglichkeit durch Reflexion mit Aluminiumfolie ........................................ 144 Abb. 4-72: Spezifizierter Systemaufbau .............................................................................. 146 Abb. 4-73: Ansicht Demonstrator, Version 1.0 .................................................................... 147 Abb. 4-74: Querschnitt Demonstrator, Version 1.0 ............................................................. 148 Abb. 4-75: Grundriss Demonstrator, Version 1.0 ................................................................ 148 Abb. 4-76: Fotos Demonstrator, Version 1.0 ....................................................................... 149 Abb. 4-77: Fotos der Zustände des Diodenfeldes, Version 1.0 ........................................... 149 Abb. 4-78: Verdrahtung des Optokoppler-Ausgangsverstärkers der LED-Steuerung ......... 150 Abb. 4-79: Verdrahtung der Leuchtflächen-Steuerung ........................................................ 150 Abb. 4-80: Foto zur Messung der Kabeldämpfung .............................................................. 152 Abb. 4-81: Schematische Darstellung der Ausbreitung des elektromagnetischen Feldes mit PERP = 2,0 W ................................................................................................. 158 Abb. 4-82: Schematische Darstellung der Ausbreitung des elektromagnetischen Feldes mit PERP = 0,1 W ................................................................................................. 159 Abb. 4-83: Reflexion und Transmission von elektromagnetischen Wellen an Grenzflächen ..................................................................................................... 160 Abb. 4-84: Darstellung der Feldausbreitung bei Reflexion bzw. bei Absorption ................. 160 Abb. 4-85: Demonstrator, Version 1.0, mit Aluminiumfolie .................................................. 162 Abb. 4-86: Schematische Darstellung der Ausbreitung des elektromagnetischen Feldes mit PERP = 0,1 W und Einschränkung bzw. Ausrichtung mit Aluminiumfolie ...... 162 Abb. 4-87: Mitarbeiter-Ausweis mit RFID-(UHF)-Transponder „Impinj Jumping Jack“, RSI ID Technologies .......................................................................................... 164 Abb. 4-88: RFID-(UHF)-Transponder unter der Einlegesohle eines Sicherheitsschuhs ..... 164 Abb. 4-89: Erkennungsvorgang mit bzw. ohne Fuß im Schuh ............................................ 165 Abb. 4-90: Längsschnitt eines Sicherheitsschuhs mit Stahlsohle einschließlich der verschiedenen Positionierungen des RFID-(UHF)-Transponders ..................... 166 Abb. 4-91: RFID-(UHF)-Transponder in der stabilisierenden Hinterkappe.......................... 167 Abb. 4-92: RFID-(UHF)-Transponder in der Schuh-Zunge ................................................. 167 Abb. 4-93: RFID-(UHF)-Transponder auf der Zehenschutzkappe ...................................... 168 Abb. 4-94: RFID-(UHF)-Transponder unter der Brandsohle ............................................... 168 Abb. 4-95: RFID-(UHF)-Transponder unter der Stahlsohle ................................................. 169 Abb. 4-96: RFID-(UHF)-Transponder für Metall im Sicherheitsschuh ................................. 169 Abb. 4-97: RFID-(UHF)-Transponder auf dem Industrieschutzhelm ................................... 171 Abb. 4-98: RFID-(UHF)-Transponder auf Augenschutzbrille .............................................. 172 Abb. 4-99: RFID-(UHF)-Transponder auf der Absturzsicherung ......................................... 173 Abb. 4-100:RFID-(UHF)-Transponder auf Kapsel-Gehörschutz .......................................... 174 Abb. 4-101:RFID-(HF)-Transponder der Fa. Brooks Automation Inc. (Durchmesser 16 mm) ....................................................................................... 175 Abb. 4-102:RFID-(UHF)-Transponder für Sicherheitshandschuhe ...................................... 175 Abb. 4-103:Entwicklung und Optimierung des PSA-Kontrollsystems „Planen, Ausführen, Prüfen, Anpassen“ ............................................................................................. 176 Abb. 4-104: Ausrichtung der RFID-(UHF)-Leser-Antennen im Demonstrator ...................... 177

XVIII

Verzeichnisse

Abb. 4-105:Visualisierung der InHaus2-Forschungsanlage ................................................. 178 Abb. 4-106:Individuelle Kennzeichnung der Transponder zur Identifikation der PSA .......... 180 Abb. 4-107:InSite-Container der Streif Baulogistik GmbH ................................................... 181 Abb. 4-108:Anbindung des RFID-Portals an eine Zutrittskontrolle....................................... 181 Abb. 4-109:Ablauf der Erkennungsvorgänge bei modularer Konzeption ............................. 182 Abb. 4-110:RFID-(UHF)-Tisch-Lese-/Schreibgerät UDL50 der Fa. Deister Electronic GmbH mit integrierter Leser-Antenne ................................................................ 184 Abb. 4-111:RFID-(LF)-Transponder zur Tieridentifikation .................................................... 185 Abb. 4-112:Kennzeichnung der Transponder zur Identifikation der PSA auf Basis des UNSPSC ............................................................................................................ 187 Abb. 4-113:Kennzeichnung der Transponder zur Identifikation der PSA gemäß EPC ........ 188 Abb. 4-114:Startseite „Search the code“ zur manuellen Suche nach ID-Codes im UNSPSC-System ............................................................................................... 190 Abb. 4-115:Ergebnisse der Suche nach dem Begriff „safety helmet“ im UNSPSC-System 191 Abb. 4-116:Spektrum der GPC-Klassen .............................................................................. 193 Abb. 4-117:Struktur des GPC unter Einbindung des UNSPSC ............................................ 194 Abb. 4-118:Ergebnisse der Suche nach dem Begriff „safety helmet“ im GPC-System ........ 195 Abb. 4-119:Ergebnisse der Suche nach dem Begriff „Type of helmet“ im GPC-System, Brick-Attribute-Type-Ebene ............................................................................... 195 Abb. 4-120:Ergebnisse der Suche nach dem Begriff „Type of helmet“ im GPC-System, Brick-Attribute-Value-Ebene .............................................................................. 196 Abb. 4-121:Suche in eCl@ss: Auswahl des Sachgebietes .................................................. 199 Abb. 4-122:Suche in eCl@ss: Auswahl der Hauptgruppe.................................................... 200 Abb. 4-123:in eCl@ss: Auswahl der Gruppe........................................................................ 200 Abb. 4-124:Suche in eCl@ss: Auswahl der Untergruppe .................................................... 201 Abb. 4-125:Suche in eCl@ss: Ansicht der Standardmerkmalleiste Bohrhammer ................ 201 Abb. 4-126:proficl@ss: Startseite des Klassenbrowsers...................................................... 203 Abb. 4-127:proficl@ss: Unterklasse „Arbeitssicherheit, Unfallschutz“, ID AAA446h001 ...... 203 Abb. 4-128:proficl@ss: Unterklasse „Arbeitsbekleidung“, ID AAA450h002 ......................... 204 Abb. 4-129:proficl@ss: Unterklasse „Kopfschutz“, ID AAB775h001 .................................... 204 Abb. 4-130:proficl@ss: Merkmale der Unterklasse „Schutzhelm“, ID AAB801c002, Muss-Felder, Datentyp, Schlagworte ................................................................. 205 Abb. 4-131:proficl@ss: mögliche alphanumerische Merkmale „Norm“, ID: AAA702f001 .... 205 Abb. 4-132:Identifikationssysteme innerhalb des EAN-Standards und deren Abhängigkeit vom ILN ........................................................................................ 208 Abb. 4-133:Beispiel für ein EAN 128-Transportetikett.......................................................... 212 Abb. 4-134:Internationales Zusammenspiel in der AutoID-Normung ................................... 213 Abb. 4-135:3-Phasen-Modell zur Entwicklung von RFID-Standards bei EPCglobal ............ 213 Abb. 4-136:Der EPC als Schlüssel zu Datenbanken ........................................................... 216 Abb. 4-137:Der EPC als Schlüssel zu Datenbanken-Netzwerk („Internet der Dinge“) ......... 216 Abb. 4-138:Tagesordnung zum Workshop am 18.09.2007 .................................................. 222 Abb. 5-1: Visualisierung der InHaus2-Forschungsanlage ................................................. 230 Abb. 5-2: Individuelle Kennzeichnung der Transponder zur Identifikation der PSA .......... 232 Abb. 5-3: InSite-Container der Streif Baulogistik GmbH ................................................... 234 Abb. 5-4: Positionierung RFID-(UHF)-Portal im InSite-Container ..................................... 234 Abb. 5-5: Durchgang InSite-Container mit RFID-(UHF)-Portal ......................................... 235 Abb. 5-6: Lage des Gesamtsystems auf dem Baustellengelände ..................................... 235 Abb. 5-7: Funktionsweise des Gesamtsystems ................................................................ 236 Abb. 5-8: Ausgegebene Mitarbeiterausweise und PSA .................................................... 237 Abb. 5-9: Integriertes Portal mit zwei Kniehebelsperren ................................................... 238 Abb. 5-10: Umfrageergebnis zur Verständlichkeit des Gesamtsystems ............................. 240 Abb. 5-11: Umfrageergebnis zur Bedienbarkeit .................................................................. 241

Verzeichnisse

XIX

Abb. 5-12: Umfrageergebnis zur Qualität der Kommunikation ............................................ 241 Abb. 5-13: Umfrageergebnis zu Auswirkungen auf die Tragehäufigkeit von PSA .............. 242 Abb. 5-14: Umfrageergebnis zur Akzeptanz ....................................................................... 242 Abb. 5-15: Versuchsaufbau des Praxistests bei Ford Werke GmbH .................................. 244 Abb. 5-16: Textag der Firma Deister Electronic GmbH ....................................................... 245 Abb. 5-17: Schutzhandschuhe (Firma Ansell), aufgenähter Textag (Deister Elecronics GmbH) ................................................................................ 246 Abb. 5-18: RFID-(UHF)-Tisch-Lese-/Schreibgerät UDL50 (Deister Electronics GmbH) ..... 246 Abb. 5-19: Handschuhausgabe in der Produktionshalle, Arbeitsplatz mit PC und Lesegerät ........................................................................................................... 247 Abb. 5-20: Namensschild für Gehörschutz mit Transponder ausgestattet .......................... 250 Abb. 5-21: Versuche mit verschiedenen Transpondern auf Kettenhandschuh ................... 250 Abb. 5-22: Hygieneschleuse .............................................................................................. 251

XX

Verzeichnisse

Tabellenverzeichnis Tab. 4-1: Tab. 4-2: Tab. 4-3 Tab. 4-4: Tab. 4-5: Tab. 4-6: Tab. 4-7: Tab. 4-8: Tab. 4-9: Tab. 4-10: Tab. 4-11: Tab. 4-12: Tab. 4-13: Tab. 4-14: Tab. 4-15: Tab. 4-16: Tab. 4-17: Tab. 4-18: Tab. 4-19: Tab. 4-20: Tab. 4-21: Tab. 4-22: Tab. 4-23: Tab. 4-24: Tab. 4-25: Tab. 4-26: Tab. 4-27: Tab. 4-28: Tab. 4-29: Tab. 4-30: Tab. 4-31: Tab. 4-32: Tab. 4-33: Tab. 4-34: Tab. 4-35: Tab. 4-36: Tab. 4-37: Tab. 4-38: Tab. 5-1: Tab. 5-2: Tab. 5-3: Tab. 5-4: Tab. 5-5: Tab. 5-6:

Modulübersicht .................................................................................................... 63 PSA-Klassifizierung und Transponder-IDs .......................................................... 77 Zulässige Sendeleistungen PERP.......................................................................... 95 RFID-Frequenzen im Überblick ......................................................................... 100 Einsatz von RFID in der Personallogistik nach Frequenzbereichen .................. 101 Schätzungen für die Entwicklung der passiven RFID-Technologie ................... 102 Ausgewählte RFID-(UHF)-Lesegeräte ............................................................... 107 Technische Eigenschaften der ausgewählten RFID-(UHF)-Lesegeräte ............ 108 Ausgewählte RFID-(UHF)-Leser-Antennen ....................................................... 110 Technische Eigenschaften der ausgewählten RFID-(UHF)-Leser-Antennen .... 111 Ausgewählte RFID-(UHF)-Leser-Antennen zum Antennenvergleich................. 112 Technische Eigenschaften der ausgewählten RFID-(UHF)-Leser-Antenne ...... 115 Ausgewählte RFID-(UHF)-Transponder ............................................................ 131 Ausgewählte Sonderbauformen für RFID-(UHF)-Transponder ......................... 132 Wesentliche Ergebnisse für die untersuchten RFID-(UHF)-Transponder.......... 139 Ermittlung des statistischen Fehlers der Messungen ........................................ 140 Absorptionsverhalten unterschiedlicher Materialien im elektromagnetischen Feld .................................................................................................................... 142 Ungeeignete RFID-(UHF)-Transponder ............................................................ 145 Kosten der eingesetzten Komponenten ............................................................. 151 Messergebnisse zur Kabeldämpfung ................................................................ 153 Einfluss unterschiedlicher Polarisationen zwischen Antenne und Feld ............. 154 Berechnung der im Lesegerät einzustellenden Leistung unter Berücksichtigung des Antennengewinns sowie der Dämpfung des Antennenkabels .................... 155 Reichweitenermittlung unter Berücksichtigung der Sende-/Empfangsantenne . 157 Reichweitenberechnung unter Berücksichtigung der Ansprechempfindlichkeit des Transponders .................................................... 157 Reichweitenberechnung unter Berücksichtigung der Ansprechempfindlichkeit des Transponders ...................................................... 158 Einfluss verschiedener Materialen auf RFID-(UHF)-Felder ............................... 161 Auswahl der RFID-(UHF)-Transponder für Mitarbeiter-Ausweise ..................... 163 Auswahl der RFID-(UHF)-Transponder für Sicherheitsschuhe.......................... 165 Auswahl der RFID-(UHF)-Transponder für Industrieschutzhelme ..................... 170 Auswahl der RFID-(UHF)-Transponder für Augenschutzbrillen ........................ 171 Auswahl der RFID-(UHF)-Transponder für Absturzsicherung ........................... 173 Auswahl der RFID-(UHF)-Transponder für Kapsel-Gehörschutz ...................... 174 Bauspezifische PSA-Profile ............................................................................... 179 Modulare Konzeption des RFID-(UHF)-Portals ................................................. 182 eCl@ss-Klassifikationsdateien .......................................................................... 197 proficl@ss: Ordnungszahl.................................................................................. 203 Auszug aus der Liste bisher verabschiedeter Datenbezeichner (DB) ............... 211 Struktur und Beispiel des EPC Gen2 im 96 bit General-IdentifierFormat (GID) ...................................................................................................... 214 Terminplan für das Modul 3 ............................................................................... 229 PSA-Profile für den Baustellentest .................................................................... 231 Modulare Konzeption des RFID-(UHF)-Portals ................................................. 233 Auswertung der Datenprotokolle ........................................................................ 239 Auswertung der Fragebögen ............................................................................. 240 Dokumentation der erfassten Events ................................................................. 247

Verzeichnisse

XXI

Abkürzungsverzeichnis AIM ALOHA-Verfahren API BBN BBR BetrVG BG Bau BImSchV CAI CCG CDMA

CE dBm DGUV DIN EAN ECR EE EECC EIRP EPC EPCIS ERP FDMA GID GLN GPC GS1 GSM GTIN HF IIS ILN IMS ISDN/GSM LF MAL NDWK NPS NVE ONS OSI

Verband für Automatische Identifikation, Datenerfassung und mobile Datenkommunikation Verfahren zur Pulkerfassung bei RFID Application Programm Interface Bundeseinheitliche Betriebsnummer Bundesamt für Bauwesen und Raumordnung Betriebsverfassungsgesetz Berufsgenossenschaft der Bauwirtschaft Bundesimmissionsschutz-Verordnung Common Application Interface Centrale für Coorganisation GmbH (heute: GS1) Code Division Multiple Access (Codemultiplexverfahren), Verfahren zur gleichzeitigen Übertragung von Daten auf einem gemeinsamen Frequenzbereich. Civil Engineering Leistungspegel mit der Bezugsgröße 1 mW Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung Deutsches Institut für Normung e. V. European Article Number Efficient Consumer Response Electrical Engineering European EPC Competence Center Equivalent Isotropic Radiated Power Electronic Product Code Electronic Product Code Information Server Effective Radiated Power Frequenzmultiplexverfahren Global Information Distribution Global Location Number Global Product Classification Global Standards One Global System for Mobile Communications Global Trade Item Number Hochfrequenzbereich (von 3 MHz bis 30 MHz) Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen Internationale Lokationsnummer Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme Integrated Services Digital Network Low Frequency (von 30 bis 300 kHz) Manufacturer-Abstraction-Layer Normenausschusses Daten- und Warenverkehr in der Konsumgüterwirtschaft Normenausschuss PSA Nummer der Versandeinheit Object Name Server Open Systems Interconnection

XXII

PLI PSA RFID RPI SDMA SMS SSCC TCP/IP TDMA UHF UNSPSC USB VDEB W-LAN XML

Verzeichnisse

Physical Layer Interface Persönliche Schutzausrüstung Radio Frequency Identification Reader Protocol Interface Raummultiplexverfahren Short Message Service Serial Shipping Container Code Transmission Control Protocol Zeitmultiplexverfahren Ultra-High-Frequency United Nations Standard Products and Services Code Universal Serial Bus Verband der EDV-Software- und Beratungsunternehmen e.V. Wireless Local Area Network Extensible Markup Languag

Einleitung

1

1

Einleitung

Arbeitsunfälle verursachen persönliches Leid, und die gesundheitlichen Beeinträchtigungen der betroffenen Arbeitnehmer führen zu betriebsund volkswirtschaftlichen Schäden. Das Interesse jedes Unternehmens, gesunde und leistungsfähige Mitarbeiter zu beschäftigen, leitet sich zum einen aus humanen und ethischen Gründen ab, aber auch die wirtschaftlichen Vorteile eines funktionierenden betrieblichen Arbeits- und Gesundheitsschutzes tragen zur Steigerung der unternehmerischen Leistungsfähigkeit bei. Maßnahmen, die zur Verhütung von Arbeitsunfällen und arbeitsbedingten Erkrankungen führen, tragen in Unternehmen zu einer Verringerung von Fehlzeiten, zur Einsparung von störungsbedingten Kosten sowie zur Verringerung der berufsgenossenschaftlichen Beitragszahlungen bei. Vor diesem Hintergrund werden die Einsatzmöglichkeiten der Radio Frequency Identification -Technologie von Vertretern der verschiedenen Berufsgenossenschaften, Unternehmen sowie Herstellern von persönlicher Schutzausrüstung als sinnvolle Ergänzung zu bestehenden Arbeitsschutzmaßnahmen beurteilt.

1.1

Berufsgenossenschaftliche Relevanz und eigene Vorarbeiten

Im Jahr 2003 ereigneten sich in der gewerblichen Wirtschaft 87.232 Unfälle mit Kopfverletzungen, bei denen Hirnschädel, Hirnsubstanz, Hirnnerven, Gesichtsschädel, Augen, Nase, Ohren und Mund verletzt wurden1. Berücksichtigt man, dass nach den Angaben der Maschinenbau- und Metall-Berufsgenossenschaft im Stahlmontagebau nur ca. 60 % der Mitarbeiter ihre vollständige PSA tragen und in der Bauwirtschaft sogar nur 30 % der Arbeitnehmer, so ergibt sich daraus die Fragestellung, wie viele Unfälle durch das Tragen von PSA vermieden worden wären. Einfache Maßnahmen wie das Tragen einer Schutzbrille und eines Schutzhelmes hätten das persönliche Leid der betroffenen Personen eventuell verhindert, bzw. die Folgen des Unfalls wären weniger schwer gewesen. Im Verbund mit der Berufsgenossenschaft der Bauwirtschaft / Fachausschuss PSA, dem Lehr- und Forschungsgebiet „Baubetrieb und Bauwirtschaft“ der Bergischen Universität Wuppertal sowie der Firma Cichon + Stolberg in Köln ist 2005 die Vorstudie „Kontrollsystem des Tragens der persönlichen Schutzausrüstung“ durchgeführt worden. Im Rahmen der Vorstudie wurden erste anwendungsorientierte Versuche mit der RFIDTechnologie im Arbeits- und Gesundheitsschutz erfolgreich umgesetzt. Es wurde ein Versuchsportal aufgebaut, mit dem die Ausstattung einer Versuchsperson mit PSA auf Vollständigkeit unter Laborbedingungen kontrolliert werden konnte. Der Versuchsablauf gestaltete sich wie folgt: Eine Person mit markierter, vollständiger PSA geht durch ein Kontrollportal. Das RFIDSystem erkennt die Schutzausrüstung, und die Person kann passieren. Wird das Portal von jemand durchschritten, dessen PSA unvollständig ist, so wird von dem System ein Warnsignal ausgegeben, das auf die fehlende Schutzausrüstung hinweist.

1

Vgl. Hauptverband der gewerblichen Berufsgenossenschaften (Hrsg.): Arbeitsunfallstatistik 2003, Druck Center Meckenheim (DCM), 2005, S. 63

2

Einleitung

Abb. 1-1: RFID-Portal in der Vorstudie

Vor dem Hintergrund der Ergebnisse dieser Vorstudie sind die beteiligten Projektpartner übereinstimmend zu dem Ergebnis gekommen, dass die RFID-Technologie neue Möglichkeiten zur Verbesserung von Sicherheit und Gesundheitsschutz am Arbeitsplatz bietet und darüber hinaus branchenübergreifend einsetzbar ist.

1.2

Zielstellung

Trotz insgesamt rückläufiger Unfallzahlen verdeutlichen die Jahresstatistiken der gewerblichen Berufsgenossenschaften und der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA)2, dass es weiterhin einen akuten Handlungsbedarf gibt, die Arbeitssicherheit und den Gesundheitsschutz am Arbeitsplatz zu verbessern. Neben der gesundheitlichen Beeinträchtigung für den betroffenen Arbeitnehmer führen Arbeitsunfälle auch zu beachtlichen betriebsund volkswirtschaftlichen Schäden. Eine Verkürzung der durchschnittlichen Dauer der Arbeitsunfähigkeit nach einem Arbeitsunfall, um nur einen halben Tag, hätte eine Reduzierung von jährlichen Produktionsausfällen in Höhe von etwa 1,57 Mrd. Euro zur Folge. Vor diesem Hintergrund ist es das Ziel des Forschungsvorhabens, auf der Grundlage der RFID-Technologie Instrumente zu entwickeln, mit denen der Arbeits- und Gesundheitsschutz nachhaltig verbessert wird. Im Rahmen des Forschungsvorhabens werden die Untersuchungen aufgrund der Ergebnisse des Projektmoduls „Grundlagen“ auf das folgende Anwendungsgebiet von RFID in der Arbeitssicherheit und im Gesundheitsschutz fokussiert:

automatische Kontrolle der PSA mittels eines RFID-Portals Mit der automatischen Kontrolle der PSA wird sichergestellt, dass Personen, die Gefahrenbereiche betreten wollen, dies nur mit der erforderlichen PSA tun können. Optional kann diese Überprüfung der PSA z.B. mit einer Zugangskontrolle, der Kontrolle der Schutzausrüstung auf Einhaltung von Prüfterminen und der Kontrolle der technischen Zulassung der Schutzausrüstung gekoppelt werden. Die Überprüfung der PSA gewährleistet, dass die Personen innerhalb der Gefahrenbereiche mindestens einen RFID-Tag mit sich führen, der evtl. synergetisch für weitere Anwendungen genutzt werden kann.

2

vgl. Bundesministerium für Arbeit und Soziales: Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit 2005, 2006

Einleitung

3

Abb. 1-2: Schematische Darstellung eines RFID-Portals

Die Ergebnisse der Entwicklung des Kontrollportals der PSA können schnell und effizient auf weitere RFID-Anwendungen wie z.B. die Dokumentation von Waschvorgängen oder die Altersüberprüfung der PSA übertragen werden. Der technische Vorgang – die Identifikation von Objekten (z.B. die persönliche Schutzausrüstung) mit Hilfe von RFID – bleibt bei den meisten Anwendungsideen unverändert, lediglich die Systemreaktionen (z.B. Dokumentationsereignisse oder Warnhinweise) müssen entsprechend verändert werden. Im Idealfall können Transponder für eine Arbeitsschutzanwendung schon während der Produktion der PSA in die Schutzausrüstung integriert werden. Die Kennzeichnung ist dann für den PSA-Hersteller und den Handel im Bereich der Warenlogistik und Qualitätskontrolle verwertbar. Der Träger der markierten PSA profitiert von den geplanten RFID-Sicherheitseinrichtungen.

Sicherheitssystem für Maschinen auf Basis von RFID Hinsichtlich der Umsetzung maschinensteuernder RFID-Sicherheitssysteme ist ebenfalls die Personenausstattung mit Transpondern nutzbar. Ein RFID-gesteuertes Sicherheitssystem für Maschinen erlaubt zuverlässig eine Inbetriebnahme von Maschinen ausschließlich durch autorisierte und unterwiesene Personen, die über den „richtigen Schlüssel“ bzw. Transponder verfügen. Darüber hinaus können den autorisierten Mitarbeitern unterschiedliche Rechte zur Bedienung zugewiesen werden, sodass Befugnisse zur Maschinensteuerung im Betriebs-, Störungs- bzw. Wartungszustand der Anlage unterschieden werden können. Des Weiteren würde die Ausstattung von Anlagen und Geräten mit Transpondern eine lückenlose Dokumentation der Wartung und Instandhaltung gemäß Betriebsstättenverordnung garantieren. Schließlich sind die Möglichkeiten zur Überwachung von Gefahrenbereichen durch RFID vertiefend zu untersuchen.

Radio Frequency Identification

2

5


Radio Frequency Identifikation, kurz RFID, ist eine Technologie zur Identifizierung von Objekten. Das Grundprinzip von RFID basiert auf der kontaktlosen Datenerfassung und -übertragung per Funk. Verschiedene Objekte werden dabei mit Transpondern (so genannten Tags oder Smart-Labels) ausgestattet. Sobald ein oder mehrere mit einem Transponder ausgestattete Objekte ein Lesegerät passieren, können die auf dem Transponder anonymisiert gespeicherten Daten berührungslos sowohl gelesen als auch neu geschrieben werden. Neben dem Einsatz von RFID auf den Gebieten der Logistik und der Prozesssteuerung sind verschiedene Anwendungsmöglichkeiten in der Arbeitssicherheit und im Gesundheitsschutz sehr Erfolg versprechend.

Abb. 2-1: Elemente eines RFID-Systems

Verschiedene Branchen der Wirtschaft setzen zur Optimierung von Produktions- und Logistikprozessen in die RFID-Technologie große Hoffnung. Im Folgenden ist detailliert dargelegt, wie sich Anwendungen der RFID-Technologie aus den Bereichen Logistik und Prozesssteuerung sowie aus dem Bereich der Arbeitssicherheit von den im Rahmen des durch den HVBG geförderten Forschungsprojektes „Sicherheitstechnik mit RFID“ avisierten Entwicklungen abgrenzen.

2.1

Auto-ID-Systeme

Die RFID-Technologie gehört wie die Barcode-, Biometrischen-, Chipkarten- oder OpticalCharacter-Recognitions-Systeme (OCR) zu den Auto-ID-Systemen, die zur automatischen Identifikation von Objekten, Tieren und Menschen eingesetzt werden können. Die Barcodesysteme (Strichcode-Systeme) sind mittlerweile ein fester Bestandteil unseres Alltags und werden beispielsweise für die Identifikation von Lebensmitteln an der Supermarktkasse oder als Zahlschein für zurückgegebenes Leergut eingesetzt. Erfordert eine Anwendung jedoch mehr Daten als die 13 Ziffern eines EAN-Barcodes (European Articel Number), so werden 2D-Barcodes wie bei den Paketdiensten oder den Fahrkarten der Deutschen Bahn AG verwendet (siehe Abb. 2-1).

6


Optical-Character-Recognitions-Systeme erkennen Text auf Objekten auf der Grundlage eines Mustervergleichverfahrens von Schriftzeichen. Banken verarbeiten auf diese Weise Überweisungsträger, auch und die Briefsortieranlagen der Post werden mit OCR-Systemen gesteuert. Aufgrund von hohen Systemkosten und der im Vergleich zu anderen Auto-IDSystemen komplizierten Lesegeräte haben sich OCR-Systeme nicht flächendeckend durchgesetzt.3 Die biometrischen Auto-ID-Systeme erkennen Personen über eindeutige Körpermerkmale (Fingerabdruck-, Sprach-, Augen-Netzhaut-Identifikation und die automatische Gesichtserkennung). Diese Verfahren werden beispielsweise bei der Einreise in die Vereinigten Staaten in Kombination mit einem maschinenlesbaren Pass angewendet.

Abb. 2-2: Auswahl von Auto-ID-Systemen4

Bei Chip-Karten-Systemen wird eine Plastikkarte mit integriertem Mikrospeicher und optional eingebauten Mikrochip als Autorisierung verwendet. Mit der Chip-Karte können Güter bezahlt werden (EC-Karte mit Chip), ein bestimmtes Mobilfunknetz genutzt (Telefonkarte) oder als „Schlüssel“ Personalcomputer bzw. Laptops „frei“ geschaltet werden. Insbesondere die Möglichkeit, die gespeicherten Daten vor unerwünschten Zugriffen und Manipulationen schützen zu können, zählt als wichtigster Vorteil von Chipkartensystemen. Im Vergleich der unterschiedlichen Auto-ID-Systeme gilt zurzeit die RFID-Technik, aufgrund ihrer Möglichkeiten mehrere Objekte gleichzeitig und kontaktlos erfassen zu können, als die vielfältigste Auto-ID-Lösung. Jedoch ist für eine gewünschte Anwendung ein konkurrierendes System manchmal einfacher, günstiger und genauso effektiv.5

3 4 5

vgl. Finkenzeller, K.: RFID Handbuch, 4. Aufl., München: Hanser Verlag, 2006, S. 4 vgl. Finkenzeller, K.: a.a.O., S. 2 vgl. Kern, Chr.: Anwendung von RFID-Systemen, Berlin: Springer-Verlag, 2005, S. 13


7

Merkmale Datenkapazität [Byte]

Barcode 1 ~ 100

OCR 1 ~ 100

Chipkarte 16 - 64k

RFID 16 - 32k

Datendichte

gering

gering

sehr hoch

sehr hoch

Manuelle Lesbarkeit

bedingt

einfach

unmöglich

unmöglich

Witterungseinflüsse

sehr stark

sehr stark

möglich

Einfluss von optischer Abdeckung

nicht lesbar

nicht lesbar

Einfluss der Medienausrichtung

gering

gering

-

gering

Abnutzung / Verschleiß

bedingt

bedingt

Kontakte

kein Einfluss

Anschaffungskosten Elektronik

sehr gering

mittel

gering

mittel

Lesgeschwindigkeit

langsam

langsam

langsam

sehr schnell

Unbefugtes Kopieren / Ändern der Daten

leicht

leicht

nicht möglich

sehr schwierig

bisherige Anwendungen

Einzelhandel, Gepäcklogistik, Paketlogistik

Post, Banken

Zeiterfassung, Banken, Zutrittskontrolle

Tieridentifikation, Zugangskontrolle, Wegfahrsperren, Pharmaindustrie, Containerlogistik

gering -

lesbar

6

Abb. 2-3: Leistungsmerkmale von RFID

2.2

Technik und Grundlagen

Ein RFID-System besteht aus drei Elementen: Den Transpondern (zusammengesetzt aus den Wörtern Transmitter und Responder), dem Lesegerät7 sowie einem Datenverarbeitungssystem. Unter dem Oberbegriff RFID werden allerdings eine Reihe von Systemen zusammengefasst, die sich durch ihre Einsatzmöglichkeiten und Leistungsfähigkeit deutlich voneinander unterscheiden. Die folgenden Kapitel erläutern neben den Grundelementen von RFID-Systemen kurz die technischen Unterschiede und die Funktionsweise von RFID.

2.2.1

Transponder, Tag oder Smart-Label

Die Transponder (auch Tag oder Smart-Label) bilden das Herzstück eines RFID-Systems. Im Wesentlichen besteht ein Transponder aus einer Antenne bzw. Spule zum Senden und Empfangen sowie einem Mikrochip und dem Datenspeicher zur Verarbeitung der Radiosignale. Die Bauformen der Transponder reichen dabei von in Kunststoff vergossenen Transpondern über in Glas integrierte Transponder bis zu auf Plastikfolie aufgebrachte Klebeetiketten, die nachträglich bedruckt werden können. Die spezifischen Objektdaten, wie zum Beispiel die Seriennummer, die Artikelnummer oder der Name, werden auf dem Mikrochip gespeichert, der im Gegensatz zum Barcode je nach Bauform extremen Witterungseinflüssen standhält und eine deutlich höhere Datenkapazität aufweist. Zukünftig ist auch ein

6

vgl. Finkenzeller, K.: a.a.O., S. 8 Die Funktion des RFID-Lesegeräts (RFID-Reader) beschränkt sich nicht auf die Datenerfassung (Einlesen der Daten), sondern umfasst außerdem die Programmierung der Transponder sowie die Antikollisionsfunktion.

7

8


in polymerer Drucktechnologie eindruckbarer Transponder für Objektverpackungen zu erwarten. Auf diese Weise sollen Herstellungskosten für einen RFID-Tag von einem Eurocent erreicht werden.8

Abb. 2-4: Verschiedene Bauformen von Transpondern

Abb. 2-5: RFID-Tags mit Dipolantennen

Neben den Grundelementen ist die Art der Energieversorgung ein Klassifikationsmerkmal für RFID-Transponder. Zunächst werden Tags in aktive oder passive Transponder unterteilt, wobei passive Tags entsprechend der Frequenzbänder sowie der Verfahren der Datenübertragung noch weiter unterschieden werden. Aktive Transponder besitzen im Gegensatz zu passiven eine eigene Energieversorgung in Form einer eingebauten Batterie. Die Vorteile von RFID-Systemen mit aktiven Transpondern liegen vor allem in der vergleichsweise weiten Sendereichweite (bis zu 100 Metern) und der hohen Datenkapazität. Allerdings hat ein aktiver Tag aufgrund seiner Batterie nur eine beschränkte Lebensdauer und kostet ein Vielfaches im Vergleich zu passiven Tags. Vereinfacht dargestellt nutzt der Transponder bei passiven Systemen das von den Lesegeräten erzeugte elektromagnetische Feld nach dem Prinzip der Induktion als Energiequelle. Sobald ein RFID-Tag in das elektromagnetische Feld der RFID-Reader geführt wird, entsteht an der Antenne eine Induktionsspannung, die zur Energieversorgung des Tags dient. Eine detaillierte Darstellung der Methoden zur Energieversorgung passiver Transponder wird in der Fachliteratur als Backscatter-, Close-Coupling- und induktives Verfahren beschrieben. Das Verfahren zur Energieversorgung ist an den Tags z.B. über die Antennen-Architektur

8 vgl. Kummer, S. / Einbock, M. / Westerheide, Chr.: RFID in der Logistik – Handbuch für die Praxis, Wien: Bohmann, 2005, S. 21


9

der Transponder erkennbar. Spulen deuten ein induktives Verfahren und Dipolantennen auf das Backscatter-Verfahren hin (siehe Abb. 2-5).9 Die Sendereichweiten von passiven Systemen reichen je nach Frequenzband der RFIDSysteme von einem Zentimeter bis zu zirka drei Metern. Zu den weiteren Unterscheidungsmerkmalen der passiven Transponder gehören:

2.2.2

Lese-Schreibeigenschaften (Read-Only; Write-Once-Read-Multiple; Read & Write) Speicherkapazität (von 1 Bit bis 64 kBit) Transponderfrequenz (von 100 kHz bis 2,45 GHz) Pulkfähigkeit (mehrfaches Auslesen der Tag-Daten, wenn sich mehrere Tags in der Lesereichweite des Lesegerätes befinden) RFID-Reader

Ein RFID-Reader dient in erster Linie als Schnittstelle zwischen den Transpondern und dem Datenverarbeitungssystem. Die kontaktlose Kommunikation der Systemkomponenten wird dabei durch den RFID-Reader initiiert, indem dieser eine Verbindung zum Tag aufbaut und mittels Antikollision gewährleistet, dass der richtige Tag antwortet und den Tag authentifiziert. Die Leistungsdaten eines solchen Geräts sind abhängig von dem verwendeten Frequenzbereich und den eingesetzten Transpondern. Die Frequenzen reichen von 125 kHz im Low-Frequency-Level (LF) über zu 868 MHz im Ultra-High-Frequency-Level (UHF) bis zu 2,45 GHz im Mikrowellenbereich. Lesegeräte im UHF-Bereich gelten als am leistungsstärksten und können theoretisch bis zu 200 Tags in der Sekunde über eine Reichweite von drei Metern lesen. Ultra-High Frequency

Low Frequency 125 kHz

High Frequency 13,56 MHz

Max. Lesereichweite (passive Tags)

< 0,5 m

bis zu 1,2 m

bis zu 3 m

bis zu 1 m

Energieversorgung

passiv

passiv

passiv / aktiv

passiv / aktiv

hoch

mittel

mittel

Merkmale

Materialdurchdringung Lesegeschwindigkeit Lesegenauigkeit bei Metall o. Wasser in naher Umgebung Pulkfähigkeit

Typische Anwendungen

868 (915) MHz

Mikrowelle 2,45 GHz

gering

langsam

schnell

gut

schlecht

möglich, aber wenig realisiert

möglich

möglich (bis zu 200 Tags/Sek.)

möglich

Tieridentifikation Wegfahrsperre

Gepäcklogistik Airlines Zutrittskontrolle Einzelhandel

Containerlogistik Palettenidenidentifikation

Fahrzeugidentifikation für Maut

Abb. 2-6: RFID-Frequenzen im Überblick

Zu den Elementen einer RFID-Leseeinheit zählen bis zu vier Antennen und das eigentliche Lesegerät. In der Regel ist der RFID-Reader in ein fest installiertes Portal integriert, das beim 9

weitere Informationen zu den Transponderarten siehe Kummer, S. / Einbock, M. / Westerheide, Chr.: a.a.O., S.23-26 oder Kern, Chr.: a.a.O., S. 47-59

10


Passieren die Daten registrierter Objekte ausliest. Als mobile Variante sind Handlesegeräte verfügbar, aber auch aufgerüstete Pocket-PCs bzw. Mobile-PCs mit einen speziell ansteckbaren Lesemodul. Die Reichweite der mobilen Lesegeräte ist im Vergleich zu den stationären Varianten reduziert. Entscheidend für die Leseleistung sind die Stromversorgung und die Leistungsaufnahme der Antenne.

10

Abb. 2-7: RFID-Lesegeräte der Metro Future Store Initiative

Die Kosten für einen RFID-Reader, bestehend aus Lesegerät und Antennen richten sich nach den beschriebenen Eigenschaften der Geräte und beginnen bei ca. 3.000 Euro je Einheit. 2.2.3

Datenverarbeitungssystem

Für die Auswertung der mit RFID erfassten Daten wird ein effizientes Datenerfassungssystem benötigt, welches speziell auf die Anforderungen der jeweiligen Anwendung und des Anwenders zugeschnitten sein kann. Ideal ist ein Datenbanksystem, das einen Datenaustausch über Schnittstellen zu bestehenden Systemen ermöglicht, sodass beim Einsatz von RFID im Unternehmen nur eine Umstrukturierung bestehender Teilsysteme erforderlich wird. Ein Datenverarbeitungssystem zur Verbesserung der Arbeitssicherheit und des Gesundheitsschutzes muss im Gegensatz zu Logistikanwendungen im Einzelhandel nicht der Lage sein, sehr große Datenströme zu verwalten und auszuwerten, sonder sollte an die spezifischen Bedürfnisse der jeweiligen Sicherheitsanwendung angepasst werden.

2.3

Allgemeine RFID-Anwendungen

Grundsätzlich ist es bei RFID-Anwendungen möglich, Objekt- bzw. Personendaten berührungslos und automatisch an Informationssysteme zu übertragen. Auf diese Weise werden Daten „vor Ort“ am Objekt vorgehalten und somit die physische Welt mit den digitalen Informationsnetzwerken verbunden. Mit den Transpondern wird die Lücke zwischen der Objektund Informationsebene geschlossen.11

10 11

siehe http://www.future-store.org/servlet/PB/menu/1007288_l1_yno/index.html, am 04.12.2006 vgl. Kern, Chr.: a.a.O., S. 95


11

Die verschiedenen RFID-Systeme und Anwendungen können in die Kategorien Personenund Objektidentifikation (einschl. der Tieridentifikation) unterteilt werden (siehe Abb. 2-8). Die Unterteilung hilft, die mittlerweile zahlreichen Anwendungen zu unterscheiden und zu ordnen. Weitere Unterkategorien sind Produktion, Logistik, Handel und Freizeit. Mit dem Forschungsvorhaben „Sicherheitstechnik mit RFID“ wird diese Abbildung um die Unterkategorie Sicherheit und Gesundheitsschutz erweitert.

Abb. 2-8: Exemplarische Übersicht von RFID-Anwendungen

2.3.1

Personenidentifikation

Die RFID-Technologie wird bei der Personenidentifikation schon von vielen Bürgern in der Freizeit, im Beruf oder beim Sport benutzt. Die Auswahl der folgenden RFID-Anwendungen zeigen das Nutzenpotenzial von RFID für die Personenidentifikation. a) Fußballweltmeisterschaft 2006 In die Tickets der Fußballweltmeisterschaft 2006 in Deutschland waren RFIDTransponder integriert, auf denen eine fortlaufende Seriennummer gespeichert war. Mit der Angabe von Personendaten bei der Bestellung der Tickets konnten die Eintrittskarten persönlich auf den Käufer ausgestellt werden. Das Ziel dabei war es, den Schwarzmarkthandel einzudämmen und die Sicherheit in den Stadien zu erhöhen, indem die Käuferangaben von den Stadionordnern mit Hilfe der Transponder auf der Eintrittskarte auslesen

12


und abgeglichen wurden. Auf diese Weise sollte ein unerlaubtes Weitergeben der Karten verhindert werden. Für die Besucher hatte die Personalisierung den weiteren Vorteil, dass im Fall eines Verlustes das verloren gegangene Ticket sofort gesperrt werden konnte. Der Besitzer bekam Ersatz. Auch nach der WM 2006 nutzen die FußballBundesligisten Hamburger SV, Schalke 04 sowie der 1. FC Köln die Technik der WMTickets für ihre Spiele.12 b) Patientenbetreuung Das Jacobi Medical Center in New York testet die RFID-Technologie mit dem Ziel, die Behandlung von Patienten zu verbessern und interne Verwaltungskosten zu reduzieren. Die Patienten erhielten ein Armband mit integriertem RFID-Transponder, auf dem die Patientennummer gespeichert war. Das Krankenhauspersonal konnte dann mit einem Personal Digital Assistant (PDA) die Patientennummer einlesen und über das lokale WireLan-Netzwerk des Krankenhauses die Krankengeschichte des Patienten einsehen und die verabreichten Medikamente dokumentieren.13 c) Wintersport In einigen Wintersportgebieten sind in die Ski-Pässe RFID-Transponder integriert. Der Ski- oder Snowboardfahrer muss dank dieser Pässe für die Benutzung des Skiliftes nicht mehr seinen Skipass vorzeigen, sondern der Pass wird im Anorak an der Vereinzelungsanlage (z.B. Drehkreuz) automatisch erkannt. Für den Betreiber der Liftanlagen entfallen manuelle Kontrollen. Darüber hinaus bieten einige Sesselliftbetreiber an, die gefahrenen Ski-Kilometer anhand der ID-Nummer des Skipasses im Internet abzurufen. Die Transponder in den Skipässen verringern die Wartezeiten an den Liften und erhöhen den Komfort für die Ski-Touristen. 14

15

Abb. 2-9: Vereinzelungsanlage von Skidata

d) Marathonlauf

12

vgl. http://fifaworldcup.yahoo.com/06/de/tickets/overview.html, am 07.11.2006 vgl. http://www.sbs-usa.siemens.com/press/docs/jacobimedical-casestudy.pdf, am 07.11.2006 vgl. http://www.skidata.com/Freemotion-Gate.69.0.html?&L=0, am 08.11.2006 15 vgl. http://www.jauerling.at/index.php?PHPSESSID=e7c16101e07fe9b67ebb6ae0584857e1&m=news&i=27, am 15.11.2006 13 14


13

Bei Massensportveranstaltungen werden mit Hilfe von Transpondern die Start-, Zwischen- und Ankunftszeiten aller Teilnehmer automatisch erfasst. Die Teilnehmer müssen am Schnürsenkel ihrer Laufschuhe einen RFID-Transponder befestigen, sodass Lesegeräte auf der der Marathonstrecke festhalten, wann ein Läufer einen bestimmten Streckenabschnitt passiert hat. Der Einsatz eines solchen Systems bietet dem Veranstalter eine genaue Zeitmessung sowie die Sicherheit, dass Läufer nicht die Strecke regelwidrig abkürzen können. Die Anwendung von RFID bei Sportveranstaltungen ist seit acht Jahren etabliert und wird unter anderem auch zur Zeitmessung beim Rad- und Motorsport angewandt.16

Abb. 2-10: Transponder für Schnürsenkel

2.3.2

17

Objektidentifikation

Anhand der Lieferkette von Warenhäusern sind verschiedene Einsatzmöglichkeiten der RFID-Technologie im Bereich der Objektidentifikation exemplarisch darstellbar. Aufgrund der Komplexität der logistischen Abläufe innerhalb von Warenhäusern und deren Lieferketten sind auch die Einsatzmöglichkeiten von RFID sehr vielfältig und komplex (siehe Abb. 2-11).18 a) Supply Chain von Warenhäusern (Supermärkten) Die Lieferkette beginnt mit der Produktion der Waren, die noch vor Ort mit einem RFIDTransponder gekennzeichnet werden. Erfolgt die Kennzeichnung nach dem EPC (European Product Code) so wird direkt am Produkt eine Hersteller-, Produkt- und Seriennummer vorgehalten, wodurch eine eindeutige Identifikation der Waren über die gesamte Lieferkette möglich ist. Die Produktmarkierung gestattet zunächst dem Hersteller, seine Warenproduktion in „Echt-Zeit“ zu dokumentieren und mit Hilfe von Lager- und Produktionsmanagementsoftware auszuwerten. Mit Hilfe der Produktdaten kann er über ein Lesegerät an der Verladerampe automatisch erfassen, welche Ware wann und wohin transportiert wird. Die Warenanlieferung am Distributionszentrum kann über ein RFID-Lesegerät an der Verladerampe wie schon beim Warenausgang des Herstellers automatisch dokumentiert und auf Vollständigkeit überprüft werden. Darüber hinaus ermöglicht ein „intelligentes“

16 17 18

vgl. http://www.pentek-timing.at, am 15.11.2006 siehe: http://www.pentek-timing.at, am 15.11.2006 vgl. Kern, Chr.: a.a.O., S. 95

14


Lagermanagementsystem, die Lagerplätze der Waren zu erfassen und zu verwalten. Falls RFID-Lesegeräte die Regalbestände überwachen, ist eine „Inventur per Knopfdruck“ durchführbar, und das System kann die freien Lagerkapazitäten des Distributionszentrums ausweisen. Für eine Bestellung eines Kunden werden die Waren entsprechend kommissioniert und der Warenausgang dokumentiert. Die Kommissionierung wird automatisch an der Verladerampe überprüft. Unter der Voraussetzung, dass der Kunde ebenfalls über einen RFID-Leser verfügt, wiederholt sich die Überprüfung der Warenbestellung beim Kunden. Im Idealfall ist mit der Wareneingangsbestätigung auch eine automatische Zahlfunktion verbunden. Da zumeist die Verpackungsmaterialien der Waren mit RFID-Tags markiert sind, könnten diese bei der Entsorgung identifiziert und einer entsprechenden Verwertung zugeführt werden.

1

Produktkennzeichnung

3 2

Warenausgangskontrolle Hersteller

8

Abfallverwertung

Produktionskennzahlen

4

Wareneingangskontrolle Distributionszentrum

7 6 5

Wareneingangskontrolle Kunde

Warenausgangskontrolle Distributionszentrum

Automatische Lagerverwaltung

Abb. 2-11: Lieferkette von Warenhäusern19

b) Bibliotheken Das Ausleihsystem von einigen Bibliotheken wie z.B. der Wiener Stadtbibliothek, der Stadtbibliothek Stockholm oder der Universitätsbibliothek Karlsruhe basiert auf der RFIDTechnologie. Alle Verleihmedien sind mit Transpondern ausgestattet, sodass Ausleihund Rückgabevorgänge der Bibliothek beschleunigt werden und die Bücher vor Diebstahl 19

vgl. http://www.xplane.com


15

sind besser geschützt sind. Die Mitarbeiter können mit einem portablen RFID-Leser die Inventur schnell durchführen und falsch einsortierte Bücher finden. Optional ist es den Besuchern der Bibliothek möglich, entliehene Medien an einem Rückgabeautomaten jederzeit, d.h. rund um die Uhr, zurück geben zu können.

Abb. 2-12: Prozesse einer Bibliothek20

c) Fluggepäck An den meisten Flughäfen wird das Gepäck der Passagiere mit Barcodelabeln gekennzeichnet. Der Nachteil dieses Verfahrens ist, dass die weltweit durchschnittlichen Leseraten der Barcodesysteme bei ca. 60 bis 80 % liegen. Von dem Wechsel von Barcode zu RFID versprechen sich daher viele Airlines ein einfacheres und schnelleres Gepäckhandling sowie ein Einsparpotenzial von insgesamt bis zu einer Milliarde Dollar pro Jahr.21 Die internationale Flug-Transport-Vereinigung (IATA) als Dachverband von 285 Fluggesellschaften untersucht in Pilotprojekten die Vorteile der RFID-Technologie für die Logistikprozesse der Luftfahrt und versucht einen möglichst internationalen Standard für die Kennzeichnung von Fluggepäck mit Smartlabeln zu etablieren. Ein Übergang von den Barcodesystemen zu RFID wird voraussichtlich mehrere Jahre dauern. Daher werden RFID-Gepäcklabel weiterhin mit einem Barcode bedruckt und beide Technologien parallel eingesetzt.22

20 21 22

siehe: http://www.bibliotheca-rfid.com/index.php?nav=29,32, am 18.11.2006 vgl. http://www.lhsystems.de/extra/simplibiz/rfid_1.htm, am 18.11.2006 vgl. http://www.lhsystems.de/extra/simplibiz/rfid_1.htm, am 18.11.2006

16


2.4

RFID-Anwendungen für den Bereich der Arbeitssicherheit

Die Anwendungsmöglichkeiten für den arbeitssicherheitstechnischen Bereich der RFIDTechnologien sind bisher nur ansatzweise untersucht bzw. umgesetzt worden. a) Dokumentation der Reinigung von Feuerwehr-Schutzbekleidung Brooks Automation (Germany) GmbH, 2006 Per Gesetz ist eine regelmäßige Wäsche und Desinfektion der FeuerwehrSchutzbekleidung vorgeschrieben. Dabei ist die Beschädigung der Kleidung in geringem Maße nicht zu verhindern, sodass jedes Teil nur eine bestimmte Anzahl von Reinigungsvorgängen verträgt. Die Anzahl der erlaubten Reinigungsvorgänge ist – um den Erhalt von wichtigen Schutzfunktionen garantieren zu können – vorgeschrieben. Bei dem RFIDbasierten Kontrollsystem wird jedes Kleidungsstück mit einem Transponder versehen. Von der Wäscheannahmestelle können die auf den Transpondern befindlichen Daten bezüglich des Benutzers und der Anzahl der bereits erfolgten Wäschen ausgelesen werden. Daten über die Weiterverwendbarkeit des Kleidungsstücks können hinzugefügt werden.

Abb. 2-13: Laundry-Reader der Fa. Brooks23

Bei dem Verfahren werden passive Transponder verwendet. Diese Transponder senden mit einer Frequenz von 13,56 MHz (gemäß ISO 15693). Ein 13,56-MHz-Tag kann nur im elektromagnetischen Nahfeld gelesen werden, welches eine Reichweite von bis zu 1,5 m hat. Eine Abgrenzung zu der im Forschungsprojekt vorgesehenen Umsetzung im Praxistest bei der Ford Werke GmbH zur Identifikation der Reinigungsvorgänge bei hochwertigen Sicherheitshandschuhen ist darin zu finden, dass es sich bei der Anwendung der Fa. Brooks um eine Insellösung im Logistik-Bereich handelt, bei dem die Kleidungsstücke ausschließlich für diese Anwendung mit Transpondern ausgestattet werden. In dem Forschungsprojekt wird jedoch von dem Szenario ausgegangen, dass in absehbarer Zeit sämtliche Produkte im Herstellungsprozess mit einem Transponder versehen werden, der für die unterschiedlichsten Anwendungen nutzbar ist. Wir gehen davon aus, dass es 23

vgl. http://www.ready4rfid.com/rfid_index.php?menu=products_laundry&spr=d, vom 04.01.2007


17

sich wegen der nachweisbar höheren Reichweite von 3 bis 6 m um UHF-Transponder mit einer Frequenz von 868 MHz (in Europa) handeln wird und setzten diese deshalb auch im Forschungsprojekt ein. Das im Forschungsprojekt zu entwickelnde Kontrollportal zum Auslesen der auf den Transpondern gespeicherten Daten wird darüber hinaus so konzipiert, dass die Identifikation von Reinigungsvorgängen bei Arbeitshandschuhen nur eine von vielen möglichen Einsatzformen ist. So wird das Portal auch in der Lage sein, PSA in der Bewegung, an einer Person und im Pulk zu erfassen. Damit stellt das Portal eine wesentliche Weiterentwicklung im Bereich der Arbeitssicherheit dar. b) Transponder-Technologie im Bergbau, Dräger Safety AG & Co. KGaA, 2003 Für den Kali- und Salzbergbau wurden Sauerstoffselbstretter mit RFID-Transpondern ausgestattet, damit die bisher personenbezogen im Dreischichtbetrieb ausgegebenen Selbstretter nun im Schichtbetrieb ausgegeben werden können. Dies bedeutet einen deutlich verringerten Gesamtbedarf und zunächst reduzierte Investitionskosten bei einer größeren Austauschhäufigkeit. Die Ergebnisse der erforderlichen Prüfungen können dabei auf dem Transponder gespeichert werden. Auch der Forderung des Bergbauamtes, die Nutzungshäufigkeit zu dokumentieren, kann durch Lesegeräte an den Zugängen zu den Schächten Rechnung getragen werden. Die Daten bezüglich der Nutzungshäufigkeit sowie die Ergebnisse aus den Prüfungen ergeben eine durchgängige Gerätehistorie.

24

Abb. 2-14: Transponder-Technologie bei Kali und Salz

Eine Abgrenzung zu der im Forschungsprojekt vorgesehenen Entwicklung eines Portals zur Kontrolle der persönlichen Schutzausrüstung ist darin zu finden, dass es sich bei der Anwendung der Fa. Dräger um eine Insellösung mit singulärer Nutzungsausrichtung handelt. Mit dem im Forschungsprojekt zu entwickelnden Portal zur automatischen Kontrolle der PSA wird nicht nur sichergestellt, dass Personen, die Gefahrenbereiche betreten wollen, diese nur betreten können, wenn sie mit der erforderlichen PSA ausgestattet sind. Optional kann die Prüfung der PSA mit einer Zugangskontrolle, der Kontrolle der Schutzausrüstung auf Einhaltung von Prüfterminen und der Kontrolle der technischen Zulassung der Schutzausrüstung gekoppelt werden. Die Überprüfung der PSA gewährleistet des Weiteren, dass die Personen innerhalb der Gefahrenbereiche mindestens einen RFIDTag mit sich führen. Die Ergebnisse der Entwicklung des Kontrollportals der PSA können

24

vgl.: Wendrich, Dieter: Transpondertechnologie bei Kali und Salz, in: Drägerheft Nr. 5/2003, S. 6 f.

18


schnell und effizient auf weitere RFID-Anwendungen wie z.B. die Altersüberprüfung der PSA übertragen werden. c) Schlüsselschalter mit RFID-Technologie für Sonderbetriebsarten Schmersal Gruppe, Elan Schaltelemente GmbH & Co. KG, 2006 Mit diesem RFID-unterstützten Schlüssel-Wahlschalter kann der Automatikbetrieb einer Maschine in bewährter Technik über seinen zwangsöffnenden Öffner-Kontakt zunächst sicher abgeschaltet und die Maschinensteuerung wahlweise in verschiedene Sonderbetriebsarten überführt werden. Dies ermöglicht eine UND-Verknüpfung des elektromechanischen Schließer-Kontakts mit der Signalauswertung eines RFID-Transponders, der in den Schlüssel integriert ist. Das System sieht bis zu drei verschiedene Berechtigungsstufen vor, die werkseitig vorprogrammiert sind. In der sicherheitstechnischen Praxis bedeutet das: Für eine Maschine gibt es bis zu drei verschiedene, farblich gekennzeichnete und individuell codierte Schlüssel, die den jeweils Berechtigten überlassen sind. Während zum Beispiel der Bediener bei geöffneter Schutztür den Einrichtebetrieb bei reduzierter Geschwindigkeit mittels eines Zustimmungsschalters auslösen kann, ist der Meister berechtigt, die Sonderbetriebsart Prozessbeobachtung mit der so genannten prozessnotwendigen Geschwindigkeit, die im Regelfall höher liegt, zu betreiben. Weitere Berechtigungsstufen sind möglich. Der Schlüssel-Wahlschalter stellt neben den traditionellen Öffner-/Schließer-Signalen über zusätzliche Relaiskontakte die jeweiligen RFIDCodierungen zur Verfügung. Die logische Verknüpfung erfolgt dann über den sicherheitsgerichteten Teil der Maschinensteuerung. Der elektronische Schlüssel mit RFIDTechnologie stellt dem Maschinenbauer und dem Anwender ein einfaches und sicheres System für eine differenzierte Zugriffsberechtigung zur Verfügung.

25

Abb. 2-15: Schlüsselschalter mit RFID-Technologie

Bei dem Verfahren werden passive Transponder verwendet. Die verwendeten Transponder senden im niederfrequenten Bereich mit einer Frequenz von 125 kHz und einer Reichweite von wenigen Zentimetern. Eine Abgrenzung zu der im Forschungsprojekt vorgesehenen Vorstudie zum Einsatz von RFID in der Maschinensteuerung ist darin zu sehen, dass wir – im Gegensatz zu der oben dargestellten Insellösung – beabsichtigen, eine umfassende Lösung als „All-inone“-Paket zu erarbeiten. Dies bedeutet, dass eine Person, die beim Betreten des Arbeitsbereichs durch die an der persönlichen Schutzausrüstung applizierten UHFTransponder mit einer Frequenz von 868 MHz (Reichweite von 3 bis 6 m) durch das Kontrollportal identifiziert wird, mit z.B. einem weiteren z.B. auf der Arbeitskleidung applizierten HF-Transponder mit einer Frequenz von 13,56 MHz (Reichweite bis zu 1,5 m) als zur Bedienung der Maschine berechtigt erkannt werden kann. Eine Abstufung der Be25

vgl. http://www.schmersal.com/cms1/opencms/html/de/products/innovations.html?id=171, vom 05.12.2006


19

rechtigungen, wie bei der oben beschriebenen Anwendung, soll ebenfalls implementiert werden. d) Optimierung des After Sale Services Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik IML / Hommel CNC-Service GmbH, in Planung und Entwicklung Das Unternehmen Hommel CNC-Service GmbH bietet die deutschlandweite Wartung, Instandhaltung und Reparatur von CNC-Maschinen an. Hierzu zählt auch die Versorgung der Kunden mit Ersatzteilen für Maschinen. Die Produkte der Hommel CNC-Service GmbH sind elektronische Bauteile und Maschinenelemente, die teilweise nicht eindeutig identifizierbar sind. Für die Rückverfolgbarkeit der einzelnen Komponenten und damit zur Optimierung des After Sale Service sollen die Ersatzteile zukünftig mit einem Transponder versehen und der Wareneingang und -ausgang mit geeigneten Erfassungsgeräten ausgestattet werden. Zunächst ist festzustellen, dass es sich bei der beschriebenen Anwendung nicht um ein serienreifes Produkt handelt. Bei dem Verfahren werden passive Transponder verwendet. Die Maschinen sowie die Ersatzteile werden mit LF-Transpondern mit einer Frequenz von 125 kHz bzw. mit HFTranspondern mit einer Frequenz von 13,56 MHz versehen. Eine Abgrenzung zu der im Forschungsprojekt vorgesehenen Vorstudie zum Einsatz von RFID in der Maschinensteuerung ist darin zu sehen, dass wir beabsichtigen, ein umfassendes Gesamtkonzept zu den Anwendungsmöglichkeiten der RFID-Technologie im Arbeits- und Gesundheitsschutz („All-in-one“-Paket) zu erarbeiten. Dies bedeutet, dass eine Person, die beim Betreten des Arbeitsbereichs durch die an der persönlichen Schutzausrüstung applizierten UHF-Transponder mit einer Frequenz von 868 MHz (Reichweite von 3 bis 6 m) durch das Kontrollportal identifiziert wird, mit z.B. einem weiteren auf der Arbeitskleidung applizierten HF-Transponder mit einer Frequenz von 13,56 MHz (Reichweite bis zu 1,5 m) als zur Bedienung einer mobilen Leseeinheit berechtigt erkannt werden kann. Darüber hinaus werden Maschinen und Geräte mit Transpondern versehen, auf denen Daten zur Maschine, über Wartungsintervalle und Instandhaltungsmaßnahmen gesichert werden. Über das freigeschaltete Handlesegerät können diese Daten nun ausgelesen und gegebenenfalls modifiziert werden. e) Türmeldesystem via RFID Sick AG, 2005 Bei der elektronischen Sicherheitsverriegelung T 4000 multi handelt es sich um einen separaten Tür-Meldeausgang, mit dem sich jeder angeschlossene Sensor der betreffenden Tür zu ordnen und auswerten lässt. Sie wird u.a. zur Absicherung von Zugangstüren an Roboterzellen und an Schutzzäunen entlang von Fertigungs- und Montagelinien beispielsweise in der Automobilindustrie eingesetzt. Das System T 4000 multi ist durch die Zertifizierung nach EN 954-1 Kategorie 4 für Maschinen mit hohem Gefährdungspotenzial besonders geeignet und zugelassen. Der Lesekopf des T 4000 multi wird an dem feststehenden Teil einer trennenden Schutzeinrichtung, z.B. der eigentlichen Roboterzelle, befestigt und per Kabel mit der Auswerteeinheit verbunden. Diese steht wahlweise in zwei verschiedenen Versionen für den gleichzeitigen Anschluss von zwei bzw. von vier Sensoren zur Verfügung. Der Betätiger – ein Transponder – ist so an der Zugangstür angebracht, dass er sich im Betriebszustand der Maschine im sicheren Schaltabstand von

20


15 mm zum Lesekopf befindet. Hierbei wird die zur Übertragung des Transpondercodes erforderliche Energie induktiv vom Lesekopf an den Betätiger übertragen. Der gesamte Überwachungsvorgang läuft berührungslos per Radiofrequenz-Identifikation (RFID) ab. Während der laufenden Maschine, d.h. bei geschlossener Schutztür, wird das Bitmuster des Codes permanent mit dem gespeicherten Code verglichen. Bei Übereinstimmung werden die sicheren Relaisausgänge sowie die für jede Tür separat zur Verfügung stehenden Halbleiterausgänge freigegeben, und der Roboter kann starten. Ein Öffnen der Schutzeinrichtung wird durch Unterbrechung der Datenkommunikation erkannt und die gefahrbringende Bewegung der Maschine sofort gestoppt. Gleiches geschieht bei der Unterbrechung der Spannungsversorgung des T 4000 und bei einer Beschädigung des Betätigers. In einem solchen Fall muss nicht – wie bei mechanischen Verriegelungen – das gesamte System, sondern nur der Betätiger ausgetauscht werden, denn dem Auswertegerät können beliebig viele Codes hinterlegt werden. Da jedoch immer nur der zuletzt hinterlegte Code gültig ist und das mehrfache Hinterlegen des gleichen Betätigers am gleichen Auswertegerät nicht möglich ist, besitzt das System ein sehr hohes Maß an Manipulationssicherheit. Der große Ansprechbereich der Sensoren gleicht Toleranzen zwischen Tür und Schutzzaun aus, wodurch falsche Alarme zuverlässig vermieden werden. Besonders auf die Schock- und Vibrationsfestigkeit kommt es beispielsweise bei der Absicherung von Hubwerken, Palettierern und Depalettierern oder Maschinen zur Ladungssicherung besonders an. Auch bewegliche Abdeckungen an Maschinen, z.B. Schutzhauben, können mit dem elektronischen Sicherheitssystem überwacht und unbefugtes Eingreifen in eine laufende Maschine so verhindert werden. In Anlagen zur Papierherstellung und Weiterverarbeitung zeichnen sich die Schalter durch ihre Robustheit und ihre Verschmutzungsunempfindlichkeit aus. Ähnliches gilt für lebensmitteltechnische Anlagen, z.B. Gewürzmühlen und Schneidemaschinen, die im Betrieb nicht nur stark verschmutzen, sondern aus diesen Gründen auch regelmäßig und intensiv gereinigt werden müssen.

Abb. 2-16: Türmeldesystem via RFID26

Bei dem Verfahren werden passive Transponder verwendet. Die Maschinen sowie die Ersatzteile werden mit LF-Transpondern mit einer Frequenz von 125 kHz versehen. Eine Abgrenzung zu der im Forschungsprojekt vorgesehenen Vorstudie zum Einsatz von RFID in der Maschinensteuerung ist nicht erforderlich. Die dargestellte Lösung stellt eine vollwertige Ergänzung zum Forschungsprojekt dar.

26

vgl. http://www.sick.de/de/products/categories/safety/contactfreeswitches/de.html, vom 05.12.2006


f)

21

Berührungslose Sicherheitsschalter für Schutztüren Klaschka GmbH & Co. KG, 2006

Auf der Messe SPS/IPC/Drives Elektrische Automation 2006 in Nürnberg wurde im November die folgende Anwendung präsentiert: Sicherheitszonen in teilautomatisierten Industrieanlagen sind durch Schutzzäune und -türen abgetrennt. Schutztüren müssen Sicherheitsschlösser oder Sicherheitsschalter aufweisen, die der jeweils geforderten Sicherheitskategorie entsprechen. Die Sicherheitsschalter SIDENT III sind gemäß Steuerungskategorie 3 nach EN 954-1 zertifiziert und erfüllen zusammen mit einer Sicherheitssteuerung oder einem zertifizierten Not-AusGerät die hohen Anforderungen an den Schutz von Menschen und Anlagen. Sie arbeiten in Verbindung mit ihrem Betätigungselement SIDENT / B (ohne Anschlussleitung) nach dem Identifikationsprinzip mit einem 6-stelligen Sicherheitscode, der nur einmal vergeben wird. Im Normalfall wird der Sicherheitsschalter an der Zarge, das Betätigungselement an der Tür befestigt. Gegenüber mechanisch oder magnetisch arbeitenden Sicherheitsschaltern wird eine sehr hohe Manipuliersicherheit erreicht. Weitere Vorteile sind neben leichter Montage die Betriebssicherheit durch hohe Schaltabstände und die damit verbundene Unempfindlichkeit gegenüber Vibrationen und Verschmutzungen.

Zertifiziert gemäß Steuerungskategorie 3 oder 4 Berührungslos, Betriebssicherheit durch große Schaltabstände Manipuliersicherheit Leichte Montage und einfaches Justieren Hohe Toleranzen gegenüber Vibrationen Robust und wartungsfrei gegenüber Verschmutzungen Transponder ohne Spannungsversorgung Gehäuse mit verdrehbarer aktiver Fläche oder kurzer Bauform

Abb. 2-17: Sicherheitsschalter SIDENT27

Hinsichtlich der Abgrenzung zum vorliegenden Forschungsprojekt wird auf die Ausführungen zu Pkt. e) verwiesen. g) Elektronisches Produktverwaltungs- und -identifikationssystem EPIS Span-Set GmbH & Co. KG, 2006

27

vgl. http://www.klaschka.de/produber.php?ParaArt=PRODUKTGRUPPE&PGcode=PG105, vom 05.12.2006

22


EPIS ist ein elektronisches Produktverwaltungs- und -identifikationssystem mittels RFID. Produkte aus der Höhensicherungs-, Anschlag-, Hebe- und Ladungssicherungstechnik werden mit einem beschreibbaren Transponder ausgerüstet. Die Produktdaten lassen sich mit einem mobilen Schreib-/Lesegerät auslesen, aktualisieren und pflegen. Das System ermöglicht

die Erstellung von Inventarlisten, die Dokumentation der Standzeiten, die Durchführung von UVV-Prüfungen, die Produktidentifikation, die Dokumentation von Aus- und Einlagerung und Reparaturen

von nahezu allen Produkten der Hebe-, Anschlag-, Zurr- und Höhensicherungstechnik. Damit trägt das System wesentlich zur Verbesserung der Arbeitssicherheit bei. EPIS besteht aus dem in diversen Varianten erhältlichen RFID-Transponder, einem tragbaren Schreib- und Lesegerät, der Applikationssoftware und Datenbank (EVAP) sowie Zubehör.

Abb. 2-18: Elektronisches Produktverwaltungs- und -identifikationssystem EPIS28

Bei EPIS werden passive Transponder verwendet. Diese Transponder senden mit einer Frequenz von 13,56 MHz (gemäß ISO 15693). Ein 13,56-MHz-Tag kann nur im elektromagnetischen Nahfeld gelesen werden, welches eine Reichweite von bis zu 1,5 m hat. Die Nutzung von Synergien – wie z.B. die der Ausstattung von PSA mit einem RFIDTransponder zur Erfassung im Kontrollportal implementierten RFID-Systemen – zur Erfassung und Dokumentation von UVV-Prüfungen und Inventarlisten etc. sind ein durchaus gewollter Effekt im Forschungsprojekt. Der Gesamtnutzen soll jedoch weit über die reine Produktverwaltung und Produktidentifikation hinausgehen. h) Personenallokation I wtek AS, 2004 28

http://www.spanset.de/index.html, vom 05.12.2006


23

Straßentunnel und Mienen stehen im Rufe, nur unzureichend mit Sicherheitssystemen ausgerüstet zu sein. Die vorhandenen Systeme erlauben oftmals nur die Erfassung von einzelnen Personen an festgelegten Ein- und Ausgängen. Hier bietet das norwegische Unternehmen wtek mit „Watcher“ eine umfassende und berührungsfreie Lösung für ein Zugangskontroll-, Allokations- und Evakuierungssystem an. Das System ist in der Lage, zu jedem Zeitpunkt die im System befindlichen Personen zu benennen und erforderlichenfalls für eine Evakuierung auch zu lokalisieren. Aber auch für den Evakuierungsfall von Gebäuden ist das System der Fa. WTEK anwendbar. Mit dem RFID-System kann im Katastrophenfall zuverlässig sichergestellt werden, ob bzw. wie viele Personen sich noch im Gebäude befinden, um unnötige und gefährliche Rettungsmaßnahmen vermeiden zu können.

Abb. 2-19: Zugangskontroll-, Allokations- und Evakuierungssystem „Watcher“29

Bei dem Verfahren werden aktive Transponder mit eigener Energiequelle verwendet. Diese Transponder senden im UHF-Bereich und erreichen Reichweiten von bis zu 100 m. Eine Abgrenzung zu der im Forschungsprojekt vorgesehenen Umsetzung ist vor allem darin zu sehen, dass wir mit passiven Transpondern ohne eigene Stromversorgung arbeiten werden. Diese Transponder sind zum einen um ein Vielfaches günstiger als die aktiven Transponder. Es kann derzeit davon ausgegangen werden, dass passive Transponder in Abhängigkeit von der Auflage zwischen EUR 0,05 (Auflage über 1 Mio. Stück) und EUR 10 (Auflage unter 1.000 Stück) kosten. Aktive Transponder sind ab ca. EUR 20 pro Stück erhältlich. Darüber hinaus ist bei aktiven Transpondern regelmäßig ein Wechsel der Energiequelle erforderlich.

29

vgl. http://www.wtek.no/, vom 05.12.2006

24


Vor diesem Hintergrund können wir davon ausgehen, dass das Portal zur Kontrolle der PSA, das unter anderem auch für die Zugangskontrolle genutzt werden kann, bei dem vorgesehenen Einsatz eines RFID-Systems mit passiven UHF-Transpondern mit einer Frequenz von 868 MHz sehr viel kostengünstiger umsetzt werden kann. Die Umsetzung einer Möglichkeit der Ortung im Evakuierungsfall ist lediglich von der Anzahl und Ausrichtung der vorhandenen Lesegeräte abhängig. i)

Personenallokation II Ekahau Inc. (U.S.), 2006

Bei Leon, Spanien, werden die Arbeiter eines Tunnelbauprojekts mit RFID-Transpondern versehen. Die gesamte Tunnelanlage ist mit Lesegeräten ausgestattet. So können die Betreiber immer genau sehen, wo sich die Arbeiter aufhalten und wissen in Gefahrensituationen oder Notfällen genau, wo sich die Arbeiter aufhalten, bzw. wo und wie viele Mitarbeiter verschüttet wurden. So kann schnell und zielgerichtet geholfen werden. Zudem bieten die aktiven Transponder auch den Arbeitern eine Kommunikationsmöglichkeit. Sie können bei Bedarf Alarm auslösen und so auf Gefahren hinweisen. Hinsichtlich der Abgrenzung zum vorliegenden Forschungsprojekt wird auf die Ausführungen zu Pkt. h) verwiesen. j)

Personen- und Gegenstandsallokation IBM Deutschland GmbH, in Planung und Entwicklung

IBM hat mit der „RFID Solution for Asset Tracking“ eine Lösung entwickelt, die Informationen über den Aufenthaltsort und Zeitangaben von Personen und Gegenständen zur Verfügung stellt. Mit diesen in Echtzeit gewonnenen Informationen sollen bestehende Abläufe analysiert und gegebenenfalls optimiert werden können. Speziell in sicherheitsrelevanten Unternehmenszonen wie in Raffinerien oder chemischen Fabriken bekommt neben der klassischen Bestands- und Teileverfolgung die Personenlokalisierung immer mehr Gewicht. Die RFID-Lösung ist unter anderem darauf ausgerichtet, virtuelle Sicherheitszonen zur Zugangsberechtigung oder zur Überwachung von Hochsicherheitsbereichen zu definieren. Dazu tragen die Arbeiter in diesen speziell ausgewiesenen Zonen RFID-Tags an ihrer Kleidung. Im Notfall können Personen schnell lokalisiert und durch eine rechtzeitige Warnung sicher aus der Gefahrenzone evakuiert werden. Zudem soll das Asset Tracking Rettungskräfte mit einer Genauigkeit von 30 Zentimetern orten können und somit die Einsatzplanung optimieren. Den begrenzten Lokationskontext bedient das System mit passiver und aktiver RFIDTechnologie sowie Wireless-Technologie und Ultra Breitband Technologie (UWB). Diese Infrastrukturen liefern Lokationsrohdaten, die nur durch eine eindeutige Tag-ID und durch eine Lokationskoordinate bestimmt sind. Zunächst ist festzustellen, dass es sich bei der beschriebenen Anwendung nicht um ein serienreifes Produkt handelt. Bei dem Verfahren ist beabsichtigt, dass je nach Verwendungszweck sowohl aktive als auch passive Transponder eingesetzt werden.


25

Eine Abgrenzung zu der im Forschungsprojekt vorgesehenen Vorstudie zum Einsatz von RFID ist darin zu sehen, dass wir beabsichtigen, eine umfassende Lösung als „All-inone“-Paket zu erarbeiten. k) Gefahrgutüberwachung und Rückverfolgung durch RFID Universität Dortmund, Fachgebiet Logistik / Universität Paderborn, Fachgebiet Computeranwendung und Integration in Konstruktion und Planung, in Planung und Entwicklung Gefahrguttransporte bergen stets große Risiken für die Umwelt und die menschliche Gesundheit. Transport- und Lade-Prozesse (TUL-Prozesse) gefährlicher Güter werden zudem in der Öffentlichkeit mit besonderer Aufmerksamkeit verfolgt und stellen hohe Anforderungen an alle Beteiligte der Transportkette in Bezug auf Sicherheit und Zuverlässigkeit. Trotz der umfangreichen gesetzlichen Auflagen und der Vielzahl von Verordnungen kommt es während des TUL-Prozesses immer wieder zu Situationen, bei denen Probleme auftreten können. So sind die Einsatzkräfte meist nicht ausreichend informiert, oder die Informationen stehen nur verzögert zur Verfügung. Dies ist zum Teil durch unleserliche oder beschädigte Gefahrzettel begründet. Häufig wird auch gegen Zusammenladungsverbote verstoßen. Verbesserte Informationen für Rettungskräfte können Einsätze optimieren. Im Stückgutverkehr mit Gefahrgütern könnte der Einsatz der automatischen Identifikationstechnologie RFID zur Erhöhung der Sicherheit in TUL-Prozessen beitragen. Gefahrgutverpackungen (z.B. Fässer, Packstücke, Kanister) bzw. Ladungsträger (z.B. IBC's, Big-Bags) werden mit Transpondern ausgestattet. Die Identifikationsnummer des Gefahrstoffes (in Form der vierstelligen UN-Nummer, die jeden Stoff weltweit eindeutig identifiziert) sowie die Stoffmengen, die Absender etc. werden auf den Transpondern hinterlegt. Diese Informationen können z.B. bereits bei der Kommissionierung der Güter bzw. ihrer Auslagerung erfasst werden. Die Transponderdaten werden dann wieder bei der Zusammenstellung von Ladeeinheiten für die Beladung im Warenausgang mit einem RFIDSchreib-/Lesegerät erfasst und gespeichert. Ist eine Lkw-Ladung komplett zusammengestellt, so werden die Daten vor der Beladung elektronisch von einer Software, die alle geltenden Zusammenladungsverbote gespeichert hat, ausgewertet. Sollten Gefahrstoffe zusammen geladen worden sein, die nicht zusammen geladen werden dürfen, so erfolgt eine Warnmeldung. In gleicher Weise können die Informationen an allen Punkten der Lieferkette überprüft und gegebenenfalls aktualisiert werden. Um Gefahrguttransporte effektiv zu überwachen, ist die Integration von Ortungssystemen, z.B. GPS (Global Positioning System) und Kommunikationstechnologien, z.B. GSM (Global System for Mobile Communications) direkt am Transportmittel erforderlich. Durch die Ortungsfunktion sind Standorte des Gefahrguttransports ermittelbar und mit einer Monitoring-Funktion im Sinne von Tracking und Tracing verfolgbar. Durch das Zusammenspiel der Identifikations-, Ortungs, und Kommunikationstechnologien ergeben sich folgende Vorteile:

Vereinfachung von TUL-Prozessen (z.B. durch automatische Warenausgangskontrolle) Fehler bei der Bezettelung und Zusammenladung können gemindert werden Reaktionszeiten der Einsatzkräfte werden durch Ortung vermindert Informationsbereitstellung der Einsatzkräfte wird verbessert Gefahrgüter können über die gesamte Transportkette rückverfolgt werden

26


Abb. 2-20: Gefahrgutüberwachung und Rückverfolgung durch RFID30

Es ist festzustellen, dass es sich bei der beschriebenen Anwendung nicht um ein serienreifes Produkt handelt. Eine Abgrenzung zu der im Forschungsprojekt vorgesehenen Vorstudie zum Einsatz von RFID in der Maschinensteuerung ist nicht erforderlich. Die dargestellte Lösung stellt eine vollwertige Ergänzung zum Forschungsprojekt dar.

30

vgl. http://gueter.evision.de/startseite/GUETER_Abstract.doc, vom 05.12.2006

Projektmodul 1 - „Grundlagen“

3 3.1

27

Projektmodul 1 - „Grundlagen“ Allgemeines

Der Ausgangspunkt für die Bearbeitung und Durchführung des geplanten Forschungsvorhabens ist eine Bedarfsfeststellung für die Anwendung der RFID-Werkzeuge. Auf der Grundlage von Gefährdungsbeurteilungen, Interviews und Unfallstatistiken aller Berufsgenossenschaften wurden zunächst die Gefahrenpotenziale von Tätigkeiten, die für die geplanten RFID-Anwendungen geeignet erscheinen, identifiziert und analysiert. Anschließend wurden verschiedene Vertreter der Wirtschaft, der Berufsgenossenschaften und der Wissenschaft zu Workshops eingeladen, bei denen mögliche Einsatzgebiete der Sicherheitssysteme erläutert und diskutiert werden. Außerdem wurden die Workshops dazu genutzt, die Teilnehmer über das Thema „RFID und Datenschutz“ zu informieren. Die Diskussion über mögliche Anwendungsgebiete von RFID in den unterschiedlichsten Branchen wurde in intensiven Experten-Interviews vertieft und spezifiziert. Die Ergebnisse der Analysen, Workshops und Experten-Interviews lieferten Hinweise auf Anwendungsgebiete mit besonderer berufsgenossenschaftlicher Bedeutung und werden in Form eines Pflichtenheftes erfasst, in dem die Arbeitsbereiche für den Einsatz der RFIDSysteme genau beschrieben, die Standorte für die Testphase der Sicherungssysteme festgelegt und die Anforderungen an die RFID-Systeme dokumentiert werden. Ferner wird das geplante RFID-System durch eine Patentrecherche auf bestehende Schutzrechte überprüft. Basierend auf dem Pflichtenheft werden die Sicherheitssysteme in den Modulen Entwicklung und Testphase umgesetzt.

3.2

Analyse von Unfallstatistiken und Gefährdungsbeurteilungen

3.2.1

Grundlagen

Im Rahmen der BG-übergreifenden Analyse von Unfallstatistiken und Gefährdungsbeurteilungen zur Identifizierung von möglichen RFID-Anwendungen musste zunächst festgestellt werden, dass eine übergreifende eindeutige Korrelation von Arbeitsunfällen und deren Zusammenhang mit fehlender bzw. falscher persönlicher Schutzausrüstung (PSA) für sämtliche Branchen nicht herzustellen ist, da eine Abfrage der PSA im Zusammenhang mit einem Arbeitsunfall im Unfallmeldebogen gemäß der „Unfallversicherungs-Anzeigeverordnung“ (UVAV) vom 04.02.2002 nicht mehr vorgesehen ist31.

Die folgende Abbildung verdeutlicht dennoch den dringenden Bedarf an innovativen Ansätzen im Bereich Arbeitssicherheit. Dies gilt vor allem für die Bereiche 31 u.a.: Neue Unfallanzeige-Verordnung: Nicht mehr, sondern weniger Prävention, in: Arbeit & Ökologie – Briefe, 2. Jg., Nr. 6, 2002, S. 12 - 13

28


Steine und Erden Metall Holz Nahrungs- und Genussmittel Bau Verkehr Landwirtschaft

32

Abb. 3-1: Meldepflichtige Arbeitsunfälle je 1.000 Vollarbeiter 2004

In Kenntnis dieser Zahlen war das LuF Baubetrieb und Bauwirtschaft intensiv bemüht, im Rahmen der Workshops und Experten-Interviews diese besonders betroffenen Branchen anzusprechen. Dennoch konnten in den folgenden Bereichen keine Ansprechpartner aus den entsprechenden Berufsgenossenschaften oder aus den zugehörigen Unternehmen gewonnen werden:

32

Steine und Erden Holz Verkehr Landwirtschaft (nicht im HVBG organisiert)

Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA): Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit 2004. Unfallverhütungsbericht Arbeit


3.2.2

29

Analyse betriebsinterner Unfallstatistiken

Vor dem Hintergrund der statistisch nicht darzustellenden Verbindung von Arbeitsunfällen und deren Zusammenhang mit fehlender bzw. falscher PSA wurden dem LuF Baubetrieb und Bauwirtschaft im Rahmen der durchgeführten Workshops und Experten-Interviews unternehmensinterne Daten zur Verfügung gestellt, die in geringem Umfang Rückschlüsse auf die beschriebenen Abhängigkeiten erlauben: Konkrete Auswertungen der Unfallmeldebögen eines Automobilherstellers z.B. zeigen, dass die Arbeitsunfälle in Verbindung mit PSA über die Jahre 2004, 2005 und 2006 eine konstanten Anteil von 10 % an der Gesamtzahl der Arbeitsunfälle bezogen auf ca. 6.500 Arbeitnehmer haben:

2004: Gesamt: ca. 300 Arbeitsunfälle, davon in Verbindung mit PSA ca. 30 Arbeitsunfälle

2005: Gesamt: ca. 300 Arbeitsunfälle, davon in Verbindung mit PSA ca. 30 Arbeitsunfälle

2006: Gesamt: ca. 200 Arbeitsunfälle, davon in Verbindung mit PSA ca. 20 Arbeitsunfälle (bis 03.08.2006)

Hinsichtlich der nicht mit PSA in Verbindung stehenden Arbeitsunfälle konnte kein eindeutiger Rückschluss auf einen besonderen Gefährdungsschwerpunkt, wie z.B. einen Anlagenbereich oder eine bestimmte Tätigkeit, innerhalb des Unternehmens ausgewiesen werden. Hinsichtlich der in Verbindung mit PSA stehenden Arbeitsunfälle konnte festgestellt werden, dass Verletzungen an der Hand und den Fingern einen Anteil von ca. 5 % an der Gesamtzahl der Arbeitsunfälle im ausgewählten Werkbereich haben. Ebenso hilfreich sind die Zahlen, die dem LuF Baubetrieb und Bauwirtschaft aus der chemischen Industrie zur Verfügung gestellt wurden. Die Unfallquote eines Unternehmensparks beträgt 2,2 Unfälle je 1 Mio. Arbeitsstunden bei ca. 9.600 Arbeitnehmern. Es kommt zu durchschnittlich 350 Arbeitsunfällen pro Jahr, d.h. 25 bis 35 Unfälle pro Monat. Davon ziehen ca. 33 % einen Ausfall von mindestens einem Tag nach sich. Auch hier können die nicht mit PSA in Verbindung stehenden Arbeitsunfälle nicht mit einem eindeutigen Gefährdungsschwerpunkt in Korrelation gesetzt werden. Allerdings führen ca. 50 % der Unfälle, die auf nicht vorhandene bzw. falsche PSA zurückgeführt werden können, zu Verletzungen der Augen. Weiteres statistisches Material aus den an den Workshops und Experten-Interviews beteiligten Unternehmen konnte uns leider sowohl mangels Daten aber teilweise auch aus datenschutzrechtlichen Gründen nicht zur Verfügung gestellt werden. Dennoch lässt sich die Tendenz erkennen, dass die Anzahl der Arbeitsunfälle in der stationären Großindustrie ein sehr niedriges Niveau erreicht hat. Damit sind eindeutige Unfallschwerpunkte wie z.B. spezielle Tätigkeiten oder bestimmte Maschinenbereiche nicht nachweisbar.

30


3.3

Workshops

Nachdem durch die Analyse von Unfallstatistiken und Gefährdungsbeurteilungen nicht die erwünschten Erkenntnisse zur Identifizierung von möglichen RFID-Anwendungen gewonnen werden konnten, brachten an dieser Stelle die durchgeführten Workshops und ExpertenInterviews vertiefende Erkenntnisse. Im Rahmen des Projektmoduls „Grundlagen“ wurden am 19. Juni 2006 sowie am 29. August 2006 jeweils im Arbeitsschutzzentrum der BG Bau in Haan Workshops zum Thema „Sicherheitstechnik mit RFID“ durchgeführt. Zum ersten Workshop wurden maßgeblich die in dem HVBG vereinigten gewerblichen Berufsgenossenschaften eingeladen. Zum zweiten Workshop wurden maßgeblich Vertreter der Mitgliedsunternehmen der gewerblichen Berufsgenossenschaften sowie die Mitglieder des Verbandes Deutscher Sicherheitsingenieure e.V. – Bezirksgruppe West eingeladen. In den Workshops haben wir das Thema „Radio Frequency Identification – RFID“ zunächst in Form der folgenden drei Vorträge vorgestellt: 1. Technische Grundlagen vorgestellt durch Herrn Dipl.-Ing. Oliver Weber, Lehr- und Forschungsgebiet Baubetrieb und Bauwirtschaft der Bergischen Universität Wuppertal 2. RFID-Anwendungen vorgestellt durch Herrn Prof. Dr.-Ing. Manfred Helmus, Lehr- und Forschungsgebiet Baubetrieb und Bauwirtschaft der Bergischen Universität Wuppertal 3. Datenschutz und RFID vorgestellt durch Herrn Dipl.-Ing. Michael Hartz, Cichon + Stolberg Elektroanlagenbau GmbH, Köln Im weiteren Verlauf der Workshops wurden durch den jeweiligen Moderator, Herrn Oliver Weber bzw. Frau Berit Offergeld, zunächst mögliche Anwendungen von RFID im Arbeitsund Gesundheitsschutz vorgestellt. In der anschließenden Diskussion aller Teilnehmer konnten weitere RFID-Anwendungen im Bereich der Arbeitssicherheit identifiziert und eingegrenzt werden. Diese Anwendungen können bereits im Hinblick auf die weitere Ausrichtung des Forschungsprojektes in drei Kapitel gegliedert werden:

3.3.1

Anwendungsbereiche in Zusammenhang mit dem Kontrollportal

a) Allgemeine Anwendungen

Überprüfung der persönlichen Schutzausrüstung auf Vollständigkeit und Zugangskontrolle zu bestimmten Arbeitsbereichen Im Jahr 2003 waren Absturzunfälle mit 30 % der tödlichen Unfälle ein Unfallschwerpunkt. Nach der Unfallstatistik 2003 des HVBG ist bei 95 % der Absturzunfälle


31

davon auszugehen, dass sicherheitswidriges Verhalten oder das Fehlen von ausreichenden Schutzmaßnahmen die Ursachen für den Absturz sind. Besonders hoch gelegene Arbeitsplätze könnte man zusätzlich sichern, indem das Betreten des Arbeitsplatzes mit einer Überprüfung der persönlichen Schutzausrüstung auf Vollständigkeit kombiniert wird. Eine Person dürfte zum Beispiel nur dann das Flachdach eines Gebäudes betreten, wenn sie die notwendige PSA bei sich trägt. Mit der RFIDTechnologie wäre dies realisierbar.

Automatische Kontrolle von mitgeführten Kleingeräten auf die Einhaltung von Wartungsintervallen Nach der Betriebsstättenverordnung sind die Unternehmen dafür verantwortlich, dass ausschließlich mit zugelassenen Geräten (z.B. Atemschutzgeräte, Handkreissägen, Bohrmaschinen), die einer regelmäßigen Wartung unterzogen werden müssen, gearbeitet wird. Mit dem Einsatz des Kontrollportals ist eine effiziente Kontrolle – auch bei Kontraktoren – sichergestellt.

Kontrolle der Funktionalität von PSA Aufgrund unterschiedlichster Beanspruchungen der persönlichen Schutzausrüstung kann diese ihre Schutzwirkung mit der Zeit einbüßen (z.B. bei der Reinigung von Arbeitsschutzhandschuhen oder Warnschutzbekleidung). Die Einsatzdokumentation durch RFID bietet eine Gewährleistung der Funktionsfähigkeit.

Automatische Kontrolle der PSA bei der Höhensicherung Die Benutzung von Anlagen zur Höhensicherung setzt voraus, dass die betroffenen Personen die für das Sicherungssystem geeignete Absturzsicherung mit sich führen. Ein RFID-Portal (z.B. auf Dachflächen, an Schornsteinen, Gerüsten) stellt sicher, dass die verwendete PSA zu den vorhandenen Systemen passt.

b) Nahrungs- und Genussmittel/Fleischerei

Automatische Identifikation der PSA an den vorgeschriebenen Hygiene-Schleusen Im Zusammenhang mit den z.B. in Fleischereibetrieben vorhandenen Fußbodenoberflächen kommt es zu Rutschunfällen. Mit Hilfe der automatischen Identifikation der Sicherheitsklasse des Arbeitsschuhs im Bereich der vorgeschriebenen Hygieneschleuse können diese Rutschunfälle vermieden werden.

c) Chemische Industrie

Überwachung der Haltbarkeit von Filtern bei Atemschutzmasken Filter für Atemschutzgeräte verlieren auch bei optimaler Lagerung mit der Zeit ihre Schutzwirkung. Bei der Kennzeichnung mit RFID-Tags kann die Lagerungsdauer automatisch überprüft werden. Darüber hinaus kann die Markierung der Filter zur Erkennung der geeigneten Schutzausrüstung zur Verhinderung von Intoxikationen in Gefahrenbereichen genutzt werden.

32


3.3.2

Anwendungsbereiche in Zusammenhang mit der Maschinensteuerung

a) Allgemeine Anwendungen

Abfrage der Vollständigkeit der persönlichen Schutzausrüstung vor der Inbetriebnahme von Maschinen und Geräten Ein häufiger Fehler bei der Benutzung von Schleif- oder Trennmaschinen ist, dass die bedienende Person keine Schutzbrille trägt. Das Risiko, dabei eine Augenverletzung zu erleiden, ist für den Maschinenbenutzer hoch. Mit der RFID-Technologie wäre es möglich, eine Schaltung zu integrieren, die die Inbetriebnahme der Maschine verweigert, solange die Maschine nicht mit der persönlichen Schutzausrüstung „frei“ geschaltet wurde (weitere Anwendungsbereiche z.B. Überprüfung der Sicherheitsklasse von Laserbrillen beim Laserschweißen).

Erfassung von Wartungs- und Prüfterminen von Maschinen und Geräten sowie weiterer Arbeitsmittel Mobile RFID-Lesegeräte könnten dazu genutzt werden, Wartungs- und Prüftermine von Arbeitsmitteln zu erfassen und zu kontrollieren. Eine nach Betriebsstättenverordnung zur Prüfung befähigte Person kann ein solches RFID-System nutzen, um verschiedene Prüfintervalle und das zugehörige Prüfverfahren der Arbeitsmittel zu erkennen und durchzuführen. Die Umsetzung der Betriebsstättenverordnung könnte dadurch wesentlich effizienter gestaltet werden.

b) Nahrungs- und Genussmittel/Fleischerei

Sicherheitsschaltung zur Bedienung einer Fleischereimaschine Bei verschiedenen Fleischereimaschinen kommt es zu folgenschweren Unfällen aufgrund von Bedienungsfehlern, die darauf zurückzuführen sind, dass die Kettenhandschuhe nicht abgelegt wurden. Zur Verhinderung dieser Unfälle kann mittels RFIDTechnologie eine Schaltung integriert werden, die die Maschine nur dann freischaltet, wenn der Kettenhandschuh ausgezogen wurde.

c) Metallverarbeitende Betriebe

Erfassung der Maschinenwartung einschließlich der Dokumentation von ausgetauschten Einzelteilen, eventuell mit mobilen Lesegeräten Nach der Betriebsstättenverordnung sind die Unternehmen dafür verantwortlich, dass ausschließlich mit zugelassenen Geräten (z.B. Atemschutzgeräte, Handkreissägen, Bohrmaschinen), die einer regelmäßigen Wartung unterzogen werden müssen, gearbeitet wird. Mit dem Einsatz des Kontrollportals ist eine effiziente Kontrolle – auch bei Kontraktoren – sichergestellt.

d) Bauwirtschaft

Informationssystem für Kranführer Bei dieser Anwendung werden Objekte (Maschinen, Geräte, Arbeitsmittel oder Kranlasten) mit Tags markiert. Auf den Tags sind Informationen zu den Objekten gespei-


33

chert und können dann mit Hilfe eines Lesegerätes jederzeit berührungslos durch Funk aufgerufen und genutzt werden. So wäre zum Beispiel ein Lesegerät am Kranhaken dazu in der Lage, die mit Tags markierten Lasten zu identifizieren und dem Kranführer über ein Display weitere Informationen wie Gewicht, maximale Ausladung und Zielort der Last anzuzeigen.

Überwachung von Gefahrenbereichen (z.B. Bereiche hinter Fahrzeugen, hinter Drehbohrgeräten und im Bereich des Krandrehkranzes) In dem Bereich hinter Fahrzeugen bzw. hinter Drehbohrgeräten kommt es vielfach zu Unfällen. Diese Unfälle können durch RFID-Technologie verhindert werden, wenn zuverlässig sichergestellt ist, dass die in dem Bereich arbeitenden Personen einen Transponder mit sich führen. Durch eine in die Maschinensteuerung integrierte Leseeinheit wird erkannt, dass sich Personen in der Gefahrenzone aufhalten, und das Gerät wird ausgeschaltet.

3.3.3

Sonstige Anwendungsbereiche

a) Chemische Industrie

Einhaltung von Zusammenlagerungsverboten bei Vielstoffbetrieben Die Zusammenlagerung von bestimmten chemischen Gebinden kann zu unkontrollierbaren Reaktionen führen (z.B. Brand, Explosion). Durch die Ausstattung von chemischen Gebinden mit Transpondern wird bei unsachgemäßer Zusammenlagerung ein Alarmsignal ausgelöst. Darüber hinaus kann herstellerseits auf den zu den Gebinden gehörigen Transpondern das Sicherheitsdatenblatt hinterlegt werden, das mit mobilen Leseeinheiten ausgelesen werden kann.

3.4

Experten-Interviews

In den weiterführenden Experten-Interviews mit Gesprächspartnern aus den unterschiedlichsten Branchen sind verschiedene Anforderungsprofile für RFID-Instrumente im Bereich der Arbeitssicherheit eingegrenzt worden. 3.4.1

Anwendungsbereiche in Zusammenhang mit dem Kontrollportal

Mit der Streif Baulogistik GmbH in Essen ist das Konzept des „Kontrollsystems der persönlichen Schutzausrüstung“ erarbeitet worden. Im Angebot eines Anbieters von baunahen Logistikdienstleistungen befindet sich ein Container, der zur Zugangskontrolle auf Baustellen eingesetzt wird. Der Container besteht aus einem Pförtnerbereich und zwei Vereinzelungsanlagen mit Drehkreuz, an denen sich die Mitarbeiter wie auch die Kontraktoren beim Pförtner identifizieren müssen. Die Erweiterung dieser Anlage auf die Kontrolle der persönlichen Schutzausrüstung ist bei diesem Unternehmen auf großes Interesse gestoßen, da potenziellen Mietern dieser Anlagen auch ein erhöhtes Interesse an der Einhaltung der Arbeitssicherheit unterstellt wird. Übereinkommend ist man zu dem Ergebnis gelangt, dass für den Mieter mit der

34


Kombination dieses Containers und dem Kontrollportal der persönlichen Schutzausrüstung ein Mehrwert an Arbeitssicherheit geschaffen wird. Des Weiteren wurden verschiedene Gespräche mit Mitarbeitern aus dem Bereich Arbeitssicherheit eines Automobilherstellers geführt; unter Bezugnahme auf die in Kapitel 3.2 dargestellten Zahlen zu den Arbeitsunfällen mit Verletzungen der Hand und der Finger und unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die eingesetzten Arbeitshandschuhe – vor allem die der höheren Schnittfestigkeitsklassen – während der Einsatzdauer verschiedentlich gereinigt werden, scheint an dieser Stelle ein äußerst sinnvoller Anwendungsbereich für RFID gefunden zu sein: Durch die Reinigung, aber auch durch die wiederholte Belastung des Sicherheitshandschuhs, werden bestimmte Handschuhe mit Kevlar-Innenhandschuh einem erhöhten Verschleiß ausgesetzt. Unter Einsatz von RFID ist im Bereich der Handschuhausgabe eine Dokumentation der durchlaufenen Reinigungsvorgänge möglich, mit dem Ziel, die Handschuhe nach einer definierten Anzahl von Reinigungsvorgängen auszusortieren. Aus dem Bereich der Feuerwehr ergibt sich ein weiteres viel versprechendes Einsatzgebiet von RFID: Die Atemschutzgeräte der Feuerwehr müssen nach einer Einsatzdauer von 20 min und einem Anfangsdruck von 200 bar kontrolliert werden. Diese Kontrolle könnte durch die Erfassung des Einsatzbeginns durch ein RFID-Kontrollportal automatisiert werden. Darüber hinaus könnten Wartungsintervalle auf dem in das Atemschutzgerät implementierte Transponder abgelegt und abgerufen werden, um die regelmäßige jährliche Wartung der Geräte sicherzustellen und zu dokumentieren. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit für RFID ergab sich aus dem Gespräch mit Mitarbeitern aus dem Bereich der Arbeitssicherheit eines Halbleiterherstellers: Die Herstellung von Halbleitern findet in Reinräumen mit einer Größe von ca. 1.500 m² statt. In diesen Reinräumen können im Katastrophenfall hochtoxische Gase austreten. Deshalb ist hier ein Zugangskontrollsystem erforderlich, das neben einer effektiven Zugangskontrolle und -schleusung auch dokumentieren kann, ob sich in den Gefahrenbereichen noch Personen aufhalten, um z.B. eine Begehung der Bereiche durch Rettungsdienste überflüssig zu machen. Die RFID-Technologie bietet an dieser Stelle eine hohe Detektionssicherheit sowie die Möglichkeit der Richtungsdetektion (rein/raus) an den Zugängen. 3.4.2

Anwendungsbereiche in Zusammenhang mit der Maschinensteuerung

Bei dem Besuch eines Edelstahlwerkes wurde der Einsatz von RFID-Technologie in Zusammenhang mit Maschinensteuerungen konkretisiert. Hier geht es darum, eine RFID-Anwendung für die Bedienung von Gabelstaplern, Kräne und Hubarbeitsbühnen zu entwickeln, die dazu beitragen würde, dass sowohl eigene Mitarbeiter als auch Mitarbeiter von Fremdunternehmen die genannten Geräte ausschließlich in Verbindung mit einer auf einem ausweisenden Transponder hinterlegten gültigen Befähigung und Einweisung bedienen dürfen.


3.4.3

35

Sonstige Anwendungsbereiche

Ein weiteres Konzept entstand bei der Zusammenarbeit mit einem Unternehmenspark aus der chemischen Industrie: Die Einsatzmöglichkeiten von RFID in Zusammenhang mit den bereits im Rahmen des Workshops eingebrachten Schwierigkeiten von Vielstoffbetrieben bezüglich des Zusammenlagerungsverbotes wurden bestätigt. Diesbezüglich wurde die Möglichkeit diskutiert, das durch den Chemiehersteller zu einem Chemie-Gebinde hinzuzufügende Sicherheitsdatenblatt auf dem RFID-Tag bzw. der dahinterliegenden Datenbank zu speichern. Auf diesen Sicherheitsdatenblättern werden verpflichtend Angaben zu der erforderlichen PSA hinterlegt. Allerdings empfiehlt Infracor, diese Angaben in einer Form zu hinterlegen, die für das Unternehmen ergänzbar ist, um unternehmenseigene Anwendungsregularien einpflegen zu können. Es besteht Einigkeit dahingehend, das System grundsätzlich nicht als Kontrollsystem für den Arbeitgeber, sondern als Hinweissystem für den Arbeitnehmer zu betrachten. In Zusammenhang mit dem Einsatz von Atemschutzgeräten wird eine Anwendungsmöglichkeit zur Identifizierung der richtigen Kombination von Filter und chemischen Stoffen empfohlen. Hinsichtlich der Haltbarkeit und Wirksamkeit der Filter wäre darüber hinaus auch eine Einsatzmöglichkeit zur Überwachung der Absorptionsrate des Filters wünschenswert. Des Weiteren wurde angeregt, aus dem Handschutzplan der Gefährdungsbeurteilung einen Einsatz aus der Kombination der erforderlichen Schutzhandschuhe sowie der eingesetzten Chemikalien herzuleiten. In der Dokumentation der regelmäßigen Sachkundigenprüfung von fremden und eigenen Arbeitsmitteln wird ein weiterer Anwendungsbereich gesehen. Die Prüfintervalle bzw. -ergebnisse könnten auf dem TAG hinterlegt werden.

3.5

Teilnehmer der Workshops und Experten-Interviews

3.5.1

Teilnehmer aus dem Bereich der Berufsgenossenschaften und Institutionen

36


3.5.2

Teilnehmer aus den Unternehmen

3.6

Patentrechtliche Untersuchung

3.6.1

Allgemeines

Die Rechtslage im Bereich der "Computerbasierten Erfindungen" ist zum gegenwärtigen Zeitpunkt Gegenstand zahlreicher juristischer Diskussionen und nationaler sowie europäischer politischer Debatten. Im Kern geht es dabei um die Frage, inwiefern Software oder auf Software basierende Systeme überhaupt patentierbar sind. Die Klärung der damit zusammenhängenden Probleme und das politische Tauziehen wird sicher noch einige Zeit in Anspruch nehmen.

3.6.2

Projektbezogene Einschätzung

Unabhängig vom Stand dieser Diskussion scheint sich allerdings im Moment am europäischen und deutschen Patent-Gerichtshof tendenziell die Meinung durchzusetzen, das Gesamtsysteme aus Hard- und Software, die als Einheit einen "technischen Effekt" liefern, durchaus patentierbar sind. Auch wenn dies gelegentlich die Patentierung einzelner Algorithmen verhindert, so dürfte nach aktueller Rechtslage das oben beschriebene Gesamtsys-


37

tem zur "Identifizierung der Vollständigkeit persönlicher Schutzausrüstung" grundsätzlich durchaus patentfähig sein. 3.6.3

Recherche

Das deutsche Patent- und Markenamt (DPMA) bietet die Möglichkeit, im Rahmen seines Dienstes DEPATISnet online nach bestehenden Patenten zu recherchieren. Dabei werden Suchmasken zur Verfügung gestellt, die in unterschiedlichen Recherchemodi mehr oder minder umfangreiche Suchkriterien erfassen und daraufhin eine breit angelegte Datenbankanfrage starten. Wir haben die Patentrecherche in Form einer so genannten Einsteigerrecherche zunächst im August 2006 und noch einmal im Dezember 2006 mit Hilfe der auf der Internet-Seite des Deutschen Patent- und Markenamtes (DPMA) zur Verfügung stehenden Suchmaschine „depatisNET“ durchgeführt. Dabei wurde in Verbindung mit verschiedenen anderen Stichworten nach dem Stichwort „RFID“ gesucht. Die Ergebnisse dieser Recherche vom Dezember 2006 lassen sich wie folgt zusammenfassen: Der Begriff RFID findet sich in den Volltext-Datenbeständen des DPMA 7.787mal. Dabei führen immerhin 3.298 Treffer den Begriff RFID im Titel der Patentschrift. Darunter ist zum einen die Patentschrift Nr. DE 10 2005 024 450 B3, veröffentlicht am 18.05.2006, der Firma Dräger Safety. Dieses Patent beschreibt ein modulares System von elektronischen Baugruppen, die am Körper getragen werden und durch eine Steuereinheit dafür sorgen sollen, dass eine Mindestkonfiguration anderer Baugruppen gegeben ist. Die Zeichnung lässt dabei auf ein Atemschutzsystem schließen.

Abb. 3-2: Modulares System körpernah getragener elektronischen Baugruppen33

Darüber hinaus findet man ein US-Patent „RFID system and method for ensuring personnel safety“ (US-Patent-Nr. 6853303 B2) vom 08.02.2005. Gegenstand der Erfindung ist ein RFID-Verfahren bzw. ein System, mit dem sichergestellt werden kann, dass Mitarbeiter ord33 Patentschrift Nr. DE 10 2005 024 450 B3: Modulares System körpernah getragener elektronischer Baugruppen und Verfahren zu seiner Inbetriebsetzung, veröffentlicht am 18.05.2006

38


nungsgemäß mit der für die jeweilige Tätigkeit notwendigen persönlichen Schutzausrüstung ausgestattet sind. Jeder Bestandteil der notwendigen Schutzausrüstung wird dabei mit RFIDTranspondern versehen. Diese RFID-Transponder beinhalten die erforderlichen Informationen, um die jeweiligen Bestandteile der notwendigen Schutzausrüstung identifizieren zu können. Der jeweilige Zugang zum Arbeits- bzw. Tätigkeitsplatz wird mit einem RFIDLesegerät ausgestattet. Mit dem Lesegerät werden die Informationen der RFID-Transponder bezüglich der Bestandteile der persönlichen Schutzausrüstung abgefragt. Der Zugang wird genehmigt, wenn die Person alle erforderlichen Bestandteile der notwendigen persönlichen Schutzausrüstung bei sich trägt.

34

Abb. 3-3: Schematische Darstellung des Zugangskontrollportals gemäß US-Patent

Das Patentrecht der USA schützt Erfindungen und Ideen, die neu und nützlich sind und außerdem in eine der Kategorien passen, die für eine Patentierung gegeben sein müssen, z.B. Bearbeitungsverfahren, Maschinen, Geräte zur Herstellung und Produkte aus verschiedenen Materialien. Ein US-Patent hat eine Gültigkeit von 20 Jahren, beginnend mit dem Datum, an dem die Patentierung aktenkundig wird. Ein US-Patent gibt dem Erfinder exklusive Rechte, die andere daran hindern, die patentierte Erfindung in den USA nachzuahmen oder zu verkaufen. Es gibt dem Erfinder aber keinerlei Patentrechte im Ausland. Grundsätzlich hat der Inhaber eines Patentes nach einer Patenterteilung durch eine staatliche Patentbehörde sechs Monate Zeit, sein Patent innerhalb des Patent Cooperation Treaty (PCT) auch bei der World Intellectual Property Organisation (WIPO) oder z.B. bei der European Patent Organisation (EPO) in einzelnen anderen Ländern anzumelden. Dieses Patentierungsverfahren dauert bis zu 18 Monate, in unserem Fall könnte das im Betreff genannte US-Patent also noch bis Februar 2007 vakant sein. Es kann allerdings festgestellt werden, dass eine entsprechende Patentanmeldung weder auf den Internet-Seiten der WIPO noch auf denen der EPO vorzufinden ist und demzufolge mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht vorgenommen wurde. Hinzu kommt, dass es sich bei dem vorliegenden US-Patent lediglich um eine Produktidee handelt. Ein entsprechendes marktfähiges Produkt konnte trotz intensiver InternetRecherche nicht identifiziert werden. In der Bundesrepublik Deutschland dagegen sind grundsätzlich nur Produkte und keine Produktideen patentierbar.

34 Patentschrift Nr. US 6853303 B2: RFID System and Method for ensuring personnel safety, veröffentlicht am 08.02.2005


39

Weitere Fundstellen von Patenten beziehen sich auf allgemeine Aspekte des zugrunde liegenden RFID-Verfahrens, z.B. Gegenstandsidentifikation, Gegenstands- bzw. Personenallokation, Vollständigkeitsanalysen, Gefahrenabwehr. Naturgemäß kann eine derartige Recherche keine juristisch belastbaren Ergebnisse produzieren. Vor diesem Hintergrund haben wir darüber hinaus mit Datum vom 11.12.2006 die Provendis GmbH als Patentvermarktungsgesellschaft der Hochschulen in NordrheinWestfalen beauftragt, eine professionelle Patentrecherche vorzunehmen. Das Ergebnis dieser Patentrecherche wurde am 02.01.2007 vorgelegt. Bei dieser Recherche wurde zunächst ausschließlich nach Patenten in Verbindung mit dem im Bereich RFID maßgeblichen Autor, Klaus Finkenzeller, gesucht. Diese Suche ergab über 100 Patente bzw. Anträge. Im Zuge einer Verfeinerung dieser Suche wurden Patente mit den Suchwörtern „Safety“ und „RFID“ verfeinert. Unter den acht verbleibenden Patenten und Anträgen konnte das folgende beim PCT international angemeldete Patent „Telekommunikationsanordnung“ (PCT-Patent-Nr. WO-002005119931-A1) vom 15.12.2005 als einzig relevantes identifiziert werden. Bei Durchsicht der Zusammenfassung des Patentinhaltes kann allerdings festgestellt werden, dass es sich um die Erfindung eines Telekommunikationsgerätes zur Abwicklung wenigstens eines über ein Telekommunikationsnetzwerk zur Verfügung gestellten Dienstes und einer Sicherheitseinrichtung handelt und somit keine Überschneidungen mit dem vorliegenden Forschungsprojekt aufweist. Des Weiteren wurde die Recherche unabhängig von dem Namen „Klaus Finkenzeller“ wiederholt. Hier konnte als wesentliches Ergebnis das bereits oben genannte US-Patent gefunden werden. Schließlich wurde bei der Durchsicht der Ergebnisse der durch Provendis durchgeführten Recherche die Patentschrift Nr. US 7034683 B2: Electronic Vehicle Product and personnel monitoring, veröffentlicht am 25.04.2006, als vom Prinzip her grundsätzlich interessant für das vorliegende Forschungsprojekt erkannt. Es handelt sich bei diesem Patent um ein System, das die Verfolgung und Allokation von Fahrzeugen, Gegenständen und Personen in Gebäuden, Fahrzeugen und Flugzeugen oder sogar in einem globalen Netzwerk möglich macht. Konkrete Parallelen zu den Zielen des Forschungsprojektes sind jedoch nicht erkennbar. 3.6.4

Einschätzung

Obwohl die dem US-Patent zugrunde liegende Idee vollständig mit der Absicht übereinstimmt, innerhalb des Forschungsprojektes ein Zugangskontrollsystem auf der Grundlage der RFID-Technologie zu entwickeln, kommen wir zunächst zu dem Schluss, dass wir bei der Bearbeitung des Forschungsprojektes „Sicherheitstechnik mit RFID“ kein in Deutschland und Europa gültiges Patent berühren. Darüber hinaus ist für uns und mit hoher Wahrscheinlichkeit auch für den HVBG als Fördergeber vor allem die Entwicklung eines marktreifen Produktes, das zur Verhütung von Arbeitsunfällen und arbeitsbedingten Erkrankungen führt, und weniger dessen Patentierung maßgeblich. Eine patentrechtliche Verwertung des Verfahrens erscheint zum gegenwärtigen Zeitpunkt fragwürdig, da durch das vorliegende US-Patent die notwendige Innovationstiefe nicht mehr gegeben ist. Des Weiteren entstehen für eine qualifizierte und verwertbare Patentanmeldung erhebliche Kosten für entsprechend erfahrene Anwälte. Diese müssen

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verlässlich bereits bestehende Rechte recherchieren den patentierbaren Kerngedanken identifizieren die Schutzansprüche einerseits korrekt und umfassend, andererseits aber auch hinreichend diffus und allgemein formulieren das Verfahren begleiten

Ohne erfahrene Patentspezialisten besteht durch die zwangsweise Offenlegung die Gefahr, dass die zugrunde liegende Idee durch geringfügige Variationen sehr schnell von potenten Mitbewerbern aufgegriffen wird. Deshalb sollte eine Patentierung erst dann in Betracht gezogen werden, wenn sich abzeichnet, dass sich aus der Idee auch Produkte mit ausreichenden Marktchancen entwickeln lassen, die eine juristisch belastbare, aber auch recht teure Patentierung rentabel machen. Diese Produkte müssen sich darüber hinaus in hinreichender Weise von dem vorliegenden US-Patent abgrenzen lassen bzw. eine Ergänzung und Erweiterung der Idee darstellen.

3.7

Pflichtenheft

Dieses Pflichtenheft soll zunächst einen Überblick über die Funktion des Gesamtsystems geben und die betroffenen Aufgabenbereiche identifizieren. Danach werden in Form eines Grobkonzeptes die einzelnen Aufgaben der zu erstellenden Software beschrieben und die erforderlichen Module, Schnittstellen und Strukturen skizziert. Eine detaillierte Spezifikation der Schnittstellen und ihrer formalen Parameter sowie die abschließende Definition der einzelnen Datenstrukturen kann erst erfolgen, wenn die notwendige Hard- und Software (Tags, Leser, ZK-Anlage etc) beschafft wurde, da erst dann die erforderlichen Details hinreichend genau bekannt sind. Das Feinkonzept ist damit erster und wichtigster Bestandteil der konkreten Realisierung in Modul 2 des Forschungsprojektes. 3.7.1

Überblick

Im Folgenden werden die Aufgaben und die wesentlichen Funktionen der zu entwickelnden Anwendung beschreiben. 3.7.1.1 Aufgaben Die zu erstellende Software soll die Identifikation und Klassifizierung von ausgewählten Teilen der persönlichen Schutzausrüstung (PSA) von Mitarbeitern ermöglichen und deren Vollständigkeit anhand hinterlegter Profile kontrollieren und schließlich signalisieren und/oder an ein Zutrittskontrollsystem weitergeben. Dabei sollen alle wesentlichen Parameter über eine grafische Oberfläche (Windows) einstellbar und visualisierbar sein. Darüber hinaus müssen Eingabemasken zur Verfügung gestellt werden, die alle erforderlichen Datenbankoperationen, z.B. zur Eingabe der Mitarbeiter, der PSA-Gegenstände und -Profile, bequem ermöglichen.


41

3.7.1.2 Funktionsbeschreibung Die zu erstellende Software läuft als eigenständige Applikation auf einem Windows-Rechner. Sie stützt sich dabei auf einen SQL-Datenbankserver, der als Dienst im Hintergrund auf der gleichen Maschine läuft. Über einen Ethernetanschluss kommuniziert sie mit einer RFID-Leseeinheit, steuert deren Antennen, filtert die Ereignisdaten und speichert sie zwischen. Im zweiten Schritt werden die Ereignisdaten mittels der Datenbank konkreten PSA-Gegenständen zugeordnet. Darüber hinaus wird der Mitarbeiter anhand seines persönlichen Tags identifiziert und das für ihn hinterlegte PSA-Profil mit den im RFID-Feld identifizierten Gegenständen abgeglichen. Das Ergebnis dieses Abgleichs wird entweder nur visualisiert oder zusammen mit der MitarbeiterKennung als Input-Signal für ein Zutrittskontrollsystem verwendet, das dann ggf. weitere Prüfungen durchführt und letztlich einen Zugang freigibt oder verweigert. Schließlich werden alle Ereignisse, also die gestarteten Prüfungen und deren Ergebnisse, in der Datenbank gespeichert und stehen so für spätere Auswertungen zur Verfügung. Um dabei den Datenschutzerfordernissen genüge zu tun, wird der Zugriff auf diese Ereignisdaten über Passwörter abgesichert. 3.7.1.3 Schematischer Aufbau des Systems Das untenstehende Bild zeigt das Zusammenwirken aller Systembestandteile und verdeutlicht den physikalischen Aufbau, der sich auch in der Gestaltung der einzelnen Softwaremodule niederschlägt.

Datenerfassung

Datenverarbeitung Antennen

RFID-Leser

Datenbank IP-Netzwerk LAN / Internet

Auswertung Datenzugriff

Transponder

Zutrittskontrolle

Signalisierung Cichon + Stolberg

Abb. 3-4: Datenerfassung und -verarbeitung mit RFID

42

3.7.2


Softwaremodule

Die einzelnen Funktionen werden in Form jeweils eigener Software-Objekte modularisiert, die weitestgehend autark ablaufen und untereinander über festgelegte Schnittstellen kommunizieren. 3.7.2.1 Das Modul Lesersteuerung Dieses Modul steuert und parametriert eine RFID-Leseeinheit, die per Ethernet an den Steuerungs- und Auswerterechner angeschlossen wird. Es gliedert sich in folgende Komponenten: 3.7.2.1.1

Kommunikation

Die Kommunikationskomponente stellt alle erforderlichen Mechanismen für eine EthernetVerbindung per TCP/IP mit dem Leser zur Verfügung: Adressvergabe Verbindungsaufbau gesicherte Kommunikation Verbindungsabbau Fehlerbehandlung 3.7.2.1.2

Parametrierung

Die Parametrierung erlaubt die Veränderung von Leserparametern, um bei den jeweils unterschiedlichen physikalischen und geometrischen Gegebenheiten am Einsatzort möglichst hohe Erfassungsquoten erzielen zu können. Dazu zählen insbesondere die Sendefeldstärke, Abtastrate und Integrationszeiten sowie die präjudizierten Pulkgrößen, die Empfängersensitivität und diverse Timing-Parameter. 3.7.2.1.3

Antennensteuerung

Hier müssen durch eine geeignete Strategie die verschiedenen Antennen des RFID-Feldes über den Multiplexer des Lesers so gesteuert werden, dass einerseits möglichst alle Tags früh entdeckt werden, andererseits die gegenseitige Beeinflussung gering bleibt und Mehrfacherfassungen vermieden werden, da diese den erforderlichen Speicher- und Rechenzeitaufwand massiv erhöhen. 3.7.2.1.4

Ereignisdatenverarbeitung

Diese Komponente puffert die identifizierten Tags und stellt sie in Form einer Liste den weiterverarbeitenden Modulen (Auswertung) zur Verfügung. Darüber hinaus erzeugt sie ein Triggerereignis, das die Auswertung anstößt. Dies kann entweder aus der Änderungsgeschwindigkeit der erkannten Tags abgeleitet werden oder als externes Signal aus einem zusätzlichen Bewegungssensor bzw. der zugehörigen Zutrittskontrollanlage generiert werden.


43

3.7.2.2 Das Modul Auswertung Das Auswertungsmodul wird bei Eintreffen des Triggerereignisses der Lesersteuerung gestartet und erzeugt mittels der in der Datenbank hinterlegten Daten eine Aussage über die Vollständigkeit der PSA, die sie dann an das Signalisierungsmodul weiterreicht. Dabei untersucht es einzeln die Elemente aus der Tagliste, die die Lesersteuerung erzeugt hat und alle derzeit im Sendebereich der Antennen befindlichen Tags repräsentiert. Der Auswertungsvorgang läuft in vier Schritten ab: 3.7.2.2.1

Tagzuordnung

Jedes Tag wird mittels entsprechender Datenbankeinträge einem PSA-Gegenstand (Schutzbrille, Sicherheitsschuhe, Gehörschutz usw.) oder einer Person zugeordnet. 3.7.2.2.2

Schutzprofil

Wenn ein Tag mit der Zuordnung Person gefunden wurde, wird das für diese Person hinterlegte Schutzprofil aus der Datenbank abgerufen. Dieses Schutzprofil gibt an, welche Ausrüstungsgegenstände die betreffende Person mindestens mit sich zu führen hat. 3.7.2.2.3

Vollständigkeitsprüfung

Jetzt wird geprüft, ob alle restlichen Tags im Feld zusammen der Mindestforderung dieses Schutzprofils entsprechen, oder, anders ausgedrückt, das Schutzprofil Teilmenge der im Feld vorhandenen Tags mit PSA-Gegenstandszuordnung ist. 3.7.2.2.4

Ausgabe

Das Ergebnis der Prüfung wird an das Signalisierungsmodul weitergereicht. Zusätzlich werden optional die Prüfungsergebnisse sowie alle aufgetretenen Fehlerzustände in der Datenbank eingetragen und stehen damit bei Bedarf nach einer entsprechenden Legitimation der Benutzers für eine spätere Auswertung zur Verfügung. Die zugehörige Datenbank muss vor der Inbetriebnahme erzeugt und mit entsprechenden Daten versorgt werden. Dazu wird das Datenbankmodul benötigt, das alle erforderlichen Administrationswerkzeuge zur Verfügung stellt (siehe Kapitel 3.7.2.4) 3.7.2.3 Das Modul Signalisierung Das Ausgabemodul sorgt für die Signalisierung des Prüfungsergebnisses. Je nach gewünschter Funktion und vorhandener externer Hardware kann es einen oder mehrere Vorgänge anstoßen:

die visuelle Signalisierung mittels farbiger Leuchten akustische Signalisierung durch unterschiedliche Töne das Senden von Freigabe- oder Sperrbefehlen an eine per TCP/IP oder seriell angekoppelte Zutrittskontrolle

44


Abhängig von der zu steuernden Hardware müssen hier Schnittstellen geschrieben werden, die einfache Befehle zur Kommunikation zur Verfügung stellen und möglichst wenig Last im System erzeugen. Nach jedem Prüfungsvorgang wird der Namen der Person und die für diese Person geforderten und vorhandenen Schutzgegenstände angezeigt. Darüber hinaus wird das Prüfungsergebnis (PSA komplett oder unvollständig) großflächig symbolisiert. 3.7.2.4 Das Datenbankmodul Das Datenbankmodul ist im Gesamtsystem von zentraler Bedeutung. Auf der einen Seite dient es der Speicherung aller systemrelevanter Daten, auf der anderen Seite soll es einen Großteil der erforderlichen Arbeiten möglichst selbstständig ausführen (siehe Kapitel 3.7.2.2). Moderne SQL-Datenbanksysteme stellen alle erforderlichen Funktionen zur Verfügung, darüber hinaus bilden sie den mittlerweile einzigen ernstzunehmenden Standard für Datenbanken in der Softwareindustrie. Dies führt unter anderem dazu, dass es auch preisgünstige bis hin zu kostenlosen Implementierungen für diesen Datenbanktyp gibt. Die folgenden Funktionsbeschreibungen gehen deshalb davon aus, dass für die Realisierung eine einfache und kostenlose SQL-Datenbank (MSDE von Microsoft oder Firebird, eine OpenSource-Variante des Interbase-SQL-Servers) eingesetzt wird. Zur Ausübung der eigentlichen Funktion des Systems, der Prüfung der persönlichen Schutzausrüstung auf Vollständigkeit, werden Funktionen geschrieben, die mittels Datenbankanfragen dem Auswertungsmodul die aus den unten näher beschriebenen Tabellen ermittelten Ergebnismengen zurückliefert. Für alle Tabellen werden übersichtliche Eingabemasken erstellt, die alle erforderlichen Arbeiten an den Datenbeständen zulassen:

Daten einsehen und durch die Einträge blättern neue Einträge erzeugen alte Einträge bearbeiten Daten löschen ggf. Suchfunktionen (z.B. bei den Tagtabellen)

3.7.2.4.1

Schutzgegenstand-Tabelle

Diese Tabelle enthält eine Liste mit Gegenständen, die einzelne Schutzgegenstände (Helm, Sicherheitsschuhe, Handschuhe usw.) oder eine Person repräsentieren. Diese werden mit einer Klartext- Kennung unter einem numerischen Index abgespeichert. 3.7.2.4.2

Tag-Tabelle

Die Tag-Tabelle enthält alle Tags. Sie ist primär mit einer fortlaufend vergebenen Nummer indiziert und enthält neben dem UID (Unique Identifikator) als sekundären Index eine Klartext-Kennung (siehe Kapitel 3.7.2.4.1), mit der jeweils ein PSA-Gegenstand oder eine Person identifiziert werden kann. Diese Tabelle muss alle ausgegebenen Tags enthalten. Die einzelnen Datensätze werden entweder manuell mit einer entsprechenden Maske angelegt oder per Datenaustausch aus


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einer vom Tag-Lieferanten oder vom Leser gelieferten Datensammlung importiert und dann später bei der Ausgabe mit einem PSA-Gegenstand oder einer Person verknüpft. 3.7.2.4.3

Schutzprofil-Tabelle

In der Schutzprofil-Tabelle werden jeweils eine oder mehrere SchutzgegenstandsKennungen einem Schutzprofil zugeordnet. Das Schutzprofil erhält einen aussagekräftigen Klartext-Namen, der zweckmäßigerweise die Tätigkeit des zu Schützenden enthält, z.B. Schweißer, Dachdecker etc. 3.7.2.4.4

Personen-Tabelle

Die Personen-Tabelle enthält alle Personen und speichert neben den wichtigsten persönlichen Daten wie Name und Nachname auch eine zugeordnete Schutzfunktion und das zugeteilte Personal-Tag. Dabei referenziert sie die Tag- und die Schutzprofil-Tabelle (vergleiche Kapitel 3.7.2.4.2 und 3.7.2.4.3). 3.7.2.4.5

Ereignisdaten-Tabelle

Damit sind alle für die unmittelbare Funktion erforderlichen Tabellen beschrieben. Neben diesen funktionsbedingten Tabellen werden weitere Tabellen geführt, die der Dokumentation aller Vorgänge dienen und spätere Auswertungen ermöglichen. Sofern diese Tabellen neben der rein technischen Dokumentation auch personenbezogene Daten enthalten, werden diese mit Passwörtern geschützt und können nur von sich entsprechend ausweisenden Bedienern eingesehen werden. Dazu gehören insbesondere die Ereignistabellen, die festhalten, wer wann mit welcher Schutzausrüstung im Portal detektiert wurde. Je nach DatenschutzAnforderung können diese Daten auch anonymisiert werden, sodass später lediglich noch statistische Auswertungen möglich sind. 3.7.3

Feinspezifikation

Details der Implementierung z.B. zum Format der Daten, den Parametern aller Funktionen und zur Kommunikation mit den Subsystemen können erst dann spezifiziert werden, wenn alle beteiligten Systembestandteile bekannt und beschafft sind und deren Handbücher und Dokumentation vorliegen.

3.8

Fazit

3.8.1

Zusammenfassung

Die durchgeführten Workshops, Experten-Interviews und Unfallanalysen haben erkennen lassen, dass die Anzahl der Arbeitsunfälle in der befragten stationären Großindustrie ein niedriges Niveau erreicht hat. Damit sind eindeutige Unfallschwerpunkte wie z.B. spezielle Tätigkeiten oder bestimmte Maschinenbereiche bei den besuchten Unternehmen nicht nachweisbar.

46


Trotz des niedrigen Niveaus der Arbeitsunfälle wird das Interesse an Einsatzmöglichkeiten von RFID in der Arbeitssicherheit von Seiten der stationären Industrie, aber auch von Seiten der Baubranche als sehr groß beurteilt. Die beteiligten Projekt- und Interviewpartner sind während der vorliegend dargestellten ersten Projektphase des Forschungsprojektes übereinstimmend zu dem Ergebnis gekommen, dass die untersuchte Technik neue Möglichkeiten zur Verbesserung von Sicherheit und Gesundheitsschutz am Arbeitsplatz bietet. Dies spiegelt sich auch in den Fragestellungen und Ergebnissen aus den Workshops und Experten-Interviews wider; vor allem in der BG Bau und den Unternehmen des Baugewerbes besteht ein immanentes Interesse an der Weiterentwicklung des im Rahmen der Vorstudie zu diesem Projekt entwickelten Versuchsportals zur Untersuchung der Ausstattung einer Versuchsperson mit PSA auf Vollständigkeit unter Laborbedingungen. Mit dem Portal zur automatischen Kontrolle der PSA wird einerseits sichergestellt, dass Personen, die Gefahrenbereiche betreten wollen, diese nur betreten können, wenn sie mit der erforderlichen PSA ausgestattet sind. Anderseits gewährleistet die Überprüfung der PSA, dass die Personen innerhalb der Gefahrenbereiche mindestens einen RFID-Transponder mit sich führen, um hinsichtlich der Weiterentwicklung von Anwendungsmöglichkeiten dieser Technologie im Bereich der Arbeitssicherheit Synergien nutzen zu können. Aber auch die in den Workshops und Experten-Interviews entwickelten branchenübergreifenden Ansätze zur Verwendung von RFID-Transpondern z.B. als Maschinenschlüssel, der die Betätigung von für die Arbeitssicherheit kritischen Maschinen nur im Abgleich mit der erforderlichen PSA bzw. Unterweisungen erlaubt, werden von allen beteiligten Berufsgenossenschaften und Unternehmen als überaus sinnvoll bewertet. In der Patentrecherche musste festgestellt werden, dass die dem US-Patent „RFID system and method for ensuring personnel safety“ (US-Patent-Nr. 6853303 B2) zugrunde liegende Idee vollständig mit der Forschungsziel übereinstimmt, ein Zugangskontrollsystem auf der Grundlage der RFID-Technologie zu entwickeln. Dennoch wird mit diesem Forschungsziel nach derzeitigem Kenntnisstand kein in Deutschland und Europa gültiges Patent berührt. Darüber hinaus ist für den HVBG vor allem die Entwicklung eines marktreifen Produktes, das zur Verhütung von Arbeitsunfällen und arbeitsbedingten Erkrankungen führt, und weniger dessen Patentierung maßgeblich. 3.8.2

Ausblick

Die Ausführungen zu den Ergebnissen des Projektmoduls „Grundlagen“ im Forschungsprojekt „Sicherheitstechnik mit RFID“ zeigen, dass das Ziel des zweiten Projektmoduls „Anwendungsorientierte Entwicklung“ eine praxistaugliche Umsetzung des „Kontrollportals der persönlichen Schutzausrüstung“ zur Verbesserung der Arbeitssicherheit in verschiedenen Branchen sein muss. Im Rahmen des Projektmoduls „Praxistest und Dokumentation“ werden diese Instrumente in verschiedenen Szenarien überprüft.


47

Forschungsinhalte Grundlagen Anwendungsorientierte Entwicklung Testphaseund Dokumentation

RFIDSicherungssyteme DokumentationderZwischenergebnisse Softwareprogrammierung LaborstudienundModifiktaionfürdenEinsatzvonRFID PraxistestsderRFIDSyteme Ergebnisanalyse,DokumentationundAbschlussbericht

Projektbegleitender Arbeitskreis Sozialpartner, BGIAVertreter, BGExperten, Projektpartner

Abb. 3-5: Projektmodule

Für die Umsetzung maschinensteuernder RFID-Anwendungen, wie z.B. die Autorisation von Arbeitnehmern für die Maschinenbedienung, ist ebenfalls die Personenausstattung mit Transpondern nutzbar. Die durchgeführten Interviews zeigen, dass von Seiten der Industrie großes Interesse besteht, alternative Systeme zur Sicherung von Gefahrenbereichen einzusetzen. Mit dieser Zielsetzung ist eine umfassende Verfolgung der im Rahmen des laufenden Moduls „Grundlagen“ identifizierten Anwendungsmöglichkeiten sichergestellt. 3.8.2.1 Technische Entwicklung Die Ergebnisse der Entwicklung des Kontrollportals der PSA können schnell und effizient auf weitere RFID-Anwendungen, wie z.B. die Dokumentation von Waschvorgängen oder die Altersüberprüfung der PSA übertragen werden. Der technische Vorgang – die Identifikation von Objekten (z.B. die persönliche Schutzausrüstung) mit Hilfe von RFID – bleibt bei den meisten Anwendungsideen unverändert, nur die Systemreaktionen (z.B. Dokumentationsereignisse oder Warnhinweise) müssen entsprechend verändert werden. Im Idealfall könnten Transponder für eine Arbeitsschutzanwendung schon während der Produktion der PSA in die Schutzausrüstung integriert werden. Die Kennzeichnung ist dann für den PSA-Hersteller und den Handel im Bereich der Warenlogistik und Qualitätskontrolle verwertbar. Der Träger der markierten PSA profitiert von den geplanten RFID-Sicherheitseinrichtungen. In der Laborphase werden verschiedene Testläufe mit Transpondern, Lesegeräten und Antennen durchgeführt. Aufgrund der Funkübertragung, der auf den Transpondern gespeicherten Daten an die Lesegeräte, ist die exakte Anordnung von Antennen und Transpondern wichtig, um optimale Leseergebnisse zu erzielen. So ist die Funktion verschiedener Transponder z.B. von der Art des Untergrundes abhängig. Ein Transponder, der auf einem Karton geklebt eine Sendereichweite von bis zu 5 Metern erreicht, kann auf anderem Untergrund, wie z.B. Metall, bis zu 95 % seiner Leistung einbüßen. Diese Interaktivität von Objektträger und Transponder machen ausführliche Testreihen notwendig. Ferner unterstreichen die stetigen Weiterentwicklungen im RFID-Hardewarebereich die Notwendigkeit, eigene Testreihen für die Anwendungsentwicklung der geplanten RFID-Systeme durchzuführen. Neben der Hardwaremodifikation beinhaltet das Modul „Anwendungsentwicklung“ die Softwareentwicklung für das Kontrollportal der PSA. Auf der Grundlage einer Datenbankapplikation sollen die Kontrollfunktionen der RFID-Systeme als Software umgesetzt werden. Während des zwölfmonatigen Entwicklungszeitraums ist geplant, eine Softwareumgebung unter anderem als Serverapplikation zu erstellen, sodass es für autorisierte Nutzer später möglich ist, über das Internet bzw. das Extranet die Software für die RFID-Systeme zu verwalten. Die Vorteile dieser Systemarchitektur liegen in der einfachen Integration der Software in bestehende Datenverarbeitungssysteme sowie der Möglichkeit der Fernverwaltung. Auf diese Weise soll das Entwicklungsziel, eine kostengünstige Softwarelösung für kleine und mittelständische Unternehmen zu erstellen, umge-

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setzt werden. Die Möglichkeit der Fernwartung des Systems bietet gerade für den Einsatz der RFID-Systeme an den Produktionsorten ideale Voraussetzungen. Ein weiterer Punkt, der bei der anwendungsorientierten Entwicklung der Software zu beachten ist, sind die rechtlichen Rahmenbedingungen des Datenschutzes, wobei das Projekt in diesem Bereich von den Erfahrungswerten des Projektpartners Cichon + Stolberg profitieren wird. Nach Abschluss der Entwicklungs- und Laborphase ist der Testeinsatz der RFID-Systeme im Arbeitsalltag geplant. Vor der Inbetriebnahme der RFID-Systeme werden zunächst die Teilnehmer der Testreihe ausführlich in das Forschungsprojekt eingewiesen und der Zweck des Kontrollportals erläutert. Für die Durchführung des Probebetriebes werden dabei drei praxistaugliche Kontrollportale für persönliche Schutzausrüstung an unterschiedlichen Standorten installiert. Die Standorte der RFID-Systeme ergeben sich aus der Bedarfsanalyse des Grundlagenmoduls. Während des Probebetriebs werden die Systeme regelmäßig auf ihren technischen Zustand überprüft und gegebenenfalls modifiziert. Gerade zu Beginn der Testphase wird eine umfangreiche Justierung der RFID-Systeme und der Transponder erwartet. Die Datensammlung des Probebetriebes erfolgt weitgehend automatisch; es sind jedoch für die spätere Überprüfung und Auswertung der Datenbasis Stichproben in Form von manueller Parallelerfassung geplant. Die Resultate der Testphase geben abschließend Aufschluss über die Zuverlässigkeit, Praktikabilität und Nutzerakzeptanz der entwickelten RFID-Systeme. Die Ergebnisanalyse beinhaltet eine wissenschaftliche Bewertung der entwickelten RFID-Instrumente unter Berücksichtigung ökonomischer Aspekte. 3.8.2.2 Analyse von RFID-Anwendungen in der Maschinensteuerung Wie bereits im Kapitel „Berufsgenossenschaftliche Relevanz“ des Förderantrages dargestellt, ist das Interesse sowohl von Seiten der stationären Industrie aber auch von Seiten der Baubranche an Einsatzmöglichkeiten von RFID im Bereich der Maschinensteuerungen sehr groß. Vor allem bei der Verwendung von RFID-Transpondern als Maschinenschlüssel, der eine Betätigung von Maschinen nur im Abgleich mit der erforderlichen PSA bzw. einer Unterweisung erlaubt, wie auch bei der Überwachung von Gefahrenbereichen von Anlagen und Maschinen mittels der RFID-Technologie werden große Potenziale zur Verbesserung der Arbeitssicherheit gesehen. Die Entwicklung von Maschinenschaltungen auf Basis der RFID-Technologie erfordert allerdings eine enge Einbindung von Anlagen- und Maschinenherstellern sowie weiterer konzeptioneller Arbeit. Aus diesem Grund ist im Rahmen des Projektmoduls 2 ein weiterer vertiefender Workshop zur Diskussion und Analyse der Umsetzungsmöglichkeiten von RFID im Bereich der Maschinensteuerung geplant.

Projektmodul 2 – Anwendungsorientierte Entwicklung

Gefördert durch die

April 2008

Projektmodul 2 - „Anwendungsorientierte Entwicklung“

4

51


Mit dem vorliegenden Forschungsbericht werden die Ergebnisse aus dem Projektmodul 2 – „Anwendungsorientierte Entwicklung“ zum Forschungsprojekt „Sicherheitstechnik mit Radio Frequency Identification (RFID)“, gefördert durch die Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung DGUV, erläutert und dargestellt. Aufgrund des großen Umfangs dieses Berichtes sei bereits an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass zum eigentlichen Verständnis der anwendungsorientierten Entwicklung an sich im Wesentlichen die folgenden Kapitel von Bedeutung sind:

Organisatorische Konzeption (Kapitel 4.2) Datenverarbeitung (Kapitel 4.3) Technische Voruntersuchungen (Kapitel 4.5) Untersuchungen zur anwendungsorientierten Entwicklung (Kapitel 4.6)

Die übrigen Kapitel dienen a. b. c. d.

4.1

der Hinführung bzw. der Erläuterung von physikalischen bzw. juristischen Hintergründen der Darstellung des Sachstandes bezüglich der Standardisierung und dem Ausblick auf die Praxistests im Projektmodul 3 – „Praxistests und Dokumentation“

Zielstellung

Die Ausführungen zu den Ergebnissen des Projektmoduls „Grundlagen“ im Forschungsprojekt „Sicherheitstechnik mit RFID“ hatten gezeigt, dass das Ziel des zweiten Projektmoduls „Anwendungsorientierte Entwicklung“ eine praxistaugliche Umsetzung des „Kontrollportals der persönlichen Schutzausrüstung“ zur Verbesserung der Arbeitssicherheit in verschiedenen Branchen sein muss. Im Rahmen des Projektmoduls „Praxistest und Dokumentation“ sollen diese Instrumente schließlich in verschiedenen Szenarien überprüft werden. Forschungsinhalte Grundlagen Anwendungsorientierte Entwicklung Testphaseund Dokumentation

RFIDSicherungssyteme DokumentationderZwischenergebnisse Softwareprogrammierung LaborstudienundModifiktaionfürdenEinsatzvonRFID PraxistestsderRFIDSyteme Ergebnisanalyse,DokumentationundAbschlussbericht

Projektbegleitender Arbeitskreis Sozialpartner, BGIAVertreter, BGExperten, Projektpartner

Abb. 4-1: Projektmodule

Mit dieser Zielsetzung ist eine umfassende Verfolgung der im Rahmen des laufenden Moduls „Grundlagen“ identifizierten Anwendungsmöglichkeiten sichergestellt. Ziel des Projektmoduls „Anwendungsorientierte Entwicklung“ ist, die hardund softwareseitigen Komponenten der RFID-Technologie unter Laborbedingungen zur Praxisreife zu führen, um im Projektmodul „Testphase und Dokumentation“ praxistaugliche Instrumente zu entwi-

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ckeln, mit denen der Arbeits- und Gesundheitsschutz branchenübergreifend und nachhaltig verbessert werden kann. Das Projektmodul beinhaltet die folgenden Arbeitspakete: 1.

Entwicklung des Portals zu automatischen Kontrolle der persönlichen Schutzausrüstung (PSA) a. Durchführung von Testläufen mit Transpondern, Lesegeräten und Antennen zur Optimierung der Leseergebnisse b. Entwicklung einer Datenbankapplikation zur Servernutzung c. Integration der datenschutzrechtlichen Anforderungen in das System

2.

Analyse von RFID-Anwendungen in der Maschinensteuerung a. Organisation und Durchführung eines Workshops zur Identifikation und Eingrenzung der möglichen RFID-Anwendungen im Bereich der Maschinensteuerung b. Vorstudie zur Entwicklung und Umsetzung einer Versuchsumgebung für den Einsatz von RFID in Maschinenschaltungen

Das Projekt wird in enger Kooperation mit der Firma Cichon + Stolberg (Köln) und weiteren Unternehmen verschiedener Branchen durchgeführt. 4.1.1

Entwicklung des Portals zur automatischen Kontrolle der PSA

In der Laborphase werden verschiedene Testläufe mit Transpondern, Lesegeräten und Antennen durchgeführt. Aufgrund der Funkübertragung der auf den Transpondern gespeicherten Daten an die Lesegeräte ist die exakte Anordnung der Antennen und Transpondern wichtig, um optimale Leseergebnisse zu erzielen. So ist die Funktion verschiedener Transponder z.B. von der Art des Untergrundes abhängig. Diese Interaktivität von Objektträger und Transponder machen ausführliche Testreihen notwendig. Ferner unterstreichen die stetigen Weiterentwicklungen im RFID-Hardwarebereich die Notwendigkeit, eigene Testreihen für die Anwendungsentwicklung der geplanten RFID-Systeme durchzuführen. Neben der Hardwaremodifikation beinhaltet das Modul 2 – „Anwendungsorientierte Entwicklung“ die Softwareentwicklung für das Kontrollportal der PSA. Auf der Grundlage einer Datenbankapplikation sollen die Kontrollfunktionen der RFID-Systeme als Software umgesetzt werden. Während des zwölfmonatigen Entwicklungszeitraums ist geplant, eine Softwareumgebung unter anderem als Serverapplikation zu erstellen, sodass es für autorisierte Nutzer später möglich ist, über das Internet bzw. das Extranet die Software für die RFID-Systeme zu verwalten. Die Vorteile dieser Systemarchitektur liegen in der einfachen Integration der Software in bestehende Datenverarbeitungssysteme sowie der Möglichkeit der Fernverwaltung. Auf diese Weise soll das Entwicklungsziel, eine kostengünstige Softwarelösung für kleine und mittelständische Unternehmen zu erstellen, umgesetzt werden. Die Möglichkeit der Fernwartung des Systems bietet gerade für den Einsatz der RFIDSysteme an den Produktionsorten ideale Voraussetzungen. Ein weiterer Punkt, der bei der anwendungsorientierten Entwicklung der Software zu beachten ist, sind die rechtlichen Rahmenbedingungen des Datenschutzes, wobei das Projekt in diesem Bereich von den Erfahrungswerten des Projektpartners Cichon + Stolberg profitieren wird. Nach Abschluss der Entwicklungs- und Laborphase ist im Projektmodul 3 – „Praxistests und Dokumentation“ der Testeinsatz der RFID-Systeme im Arbeitsalltag geplant. Vor der Inbetriebnahme der RFID-Systeme werden zunächst die Teilnehmer der Testreihe ausführlich in


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das Forschungsprojekt eingewiesen und der Zweck des Kontrollportals erläutert. Für die Durchführung des Probebetriebes werden dabei praxistaugliche Kontrollportale für persönliche Schutzausrüstung an unterschiedlichen Standorten installiert. Die Standorte der RFIDSysteme ergeben sich aus der Bedarfsanalyse des Grundlagenmoduls. 4.1.2

Analyse von RFID-Anwendungen in der Maschinensteuerung

Hinsichtlich der Umsetzung maschinensteuernder RFID-Sicherheitssysteme ist ebenfalls die Personenausstattung mit Transpondern nutzbar. Ein RFID-gesteuertes Sicherheitssystem für Maschinen erlaubt zuverlässig eine Inbetriebnahme von Maschinen ausschließlich durch autorisierte und unterwiesene Personen, die über den „richtigen Schlüssel“ bzw. Transponder verfügen. Darüber hinaus können den autorisierten Mitarbeitern unterschiedliche Rechte zur Bedienung zugewiesen werden, sodass Befugnisse zur Maschinensteuerung im Betriebs-, Störungs- bzw. Wartungszustand der Anlage unterschieden werden können. Des Weiteren würde die Ausstattung von Anlagen und Geräten mit Transpondern eine lückenlose Dokumentation der Wartung und Instandhaltung gemäß Betriebsstättenverordnung garantieren. Schließlich sind die Möglichkeiten zur Überwachung von Gefahrenbereichen durch RFID vertiefend zu untersuchen. In den Workshops und Experteninterviews des Grundlagenmoduls haben Vertreter der stationären Industrie, aber auch der Bauwirtschaft, großes Interesse an Einsatzmöglichkeiten von RFID im Bereich der Maschinensteuerung bekundet. Daher wurde als weiteres Ziel dieses Projektmoduls eine Vorstudie zum Einsatz von RFID in der Maschinensteuerung durchgeführt.

4.2

Organisatorische Konzeption

Bereits im September konnte auf der Messe A+A 2007 in Düsseldorf der Prototyp des „Portals zur Kontrolle der persönlichen Schutzausrüstung“ vorgestellt werden. Mit diesem Prototypen konnte das im Antrag auf Förderung des Projektmoduls 2 „Anwendungsorientierte Entwicklung“ formulierte Forschungsziel, die hardund softwareseitigen Komponenten der RFID-Technologie unter Laborbedingungen zur Praxisreife zu führen grundsätzlich erreicht werden. Weitere erforderliche Untersuchungen wurden dann parallel zu den angelaufenen Praxistests durchgeführt. Natürlich wird auch mit der RFID-Technik nicht sicherzustellen sein, dass jeder Mitarbeiter jederzeit in allen Arbeitsbereichen die nötige PSA trägt. Aber es ist möglich, dass beim Betreten der Baustelle automatisch überprüft wird, ob jeder Arbeiter seine PSA dabei hat.35 Zur Entwicklung der organisatorischen Konzeption wurden die folgenden Postulate aufgestellt: 1. 2.

Der Arbeitsbereich darf nur über definierte Zugänge betreten werden. Das Portal muss so funktionieren, dass der Zugang zu einem Arbeitsbereich vor allem zu Zeiten erhöhten Andrangs durch die Kontrolle der PSA nicht behindert

35 Reiter, Christoph: Potentiale zur Optimierung der Personallogistik auf Baustellen durch den Einsatz der Radio Frequency Identification (RFID)-Technologie (Diplomarbeit): BU Wuppertal, LuF Baubetrieb u. Bauwirtschaft, 08/2007, S. 22ff.

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3. 4.

5.

wird, bzw. dass die dadurch entstehende Behinderung in einem akzeptablen Rahmen gehalten wird. Das Portal muss so funktionieren, dass der Erfassungsvorgang automatisch und ohne aktives Handeln des Mitarbeiters abläuft. Das Lesegerät muss in der Lage sein, mehrere Transponder gleichzeitig auszulesen; zum einen die Transponder in bzw. an den Gegenständen der PSA und zum anderen den Transponder an der Person. Die Gegenstände der PSA werden mittelfristig aus Gründen der Warenlogistik mit RFID-Transpondern ausgestattet. In den Laborversuchen müssen die Gegenstände der PSA zu Testzwecken zunächst händisch mit geeigneten RFID-Transpondern versehen werden. Die Zuordnung der PSA zu den Personen wird über die hierfür entwickelte Software sichergestellt.

Der organisatorische Ablauf am RFID-Portal zur Kontrolle der PSA auf Vollständigkeit soll so aussehen, dass der Mitarbeiter das Portal betritt. Er trägt dabei, wie in Abb. 4-2 dargestellt, sowohl die für den Arbeitsbereich bzw. die für die Tätigkeit erforderliche PSA als auch einen ebenfalls mit einem Transponder versehenen Mitarbeiterausweis mit sich.

Abb. 4-2: Konzept zum RFID-Portal zur Kontrolle der PSA auf Vollständigkeit

In dem Erkennungsvorgang werden nun die auf den Transpondern auf dem Mitarbeiterausweis und auf den Gegenständen der persönlichen Schutzausrüstung hinterlegten Daten ausgelesen. Detailliertere Beschreibungen zu den technischen und softwareseitigen Hintergründen finden sich in den folgenden Kapiteln zur technischen und softwareseitigen Konzeption: Kapitel 4.3, 4.4, 4.5, und 4.6. Im Rahmen der organisatorischen Konzeption wurde vorgesehen, dass im Zuge des Erkennungsvorgangs die im Folgenden dargestellten drei unterschiedlichen Systemreaktionen ausgegeben werden können:


erste Meldung

PSAvollständig

55

zweite Meldung

dritte Meldung

Fehler ! (KeineErfassung

PSAnicht

möglich)

vollständig

B

B

Zutritt trotzdem erlaubt!

Zutritt trotzdem erlaubt!

C

alles in Ordnung Zutritt trotzdem erlaubt!

Abb. 4-3: Konzept der möglichen Portalmeldungen

Mit der ersten der möglichen Meldungen wird verdeutlicht, dass der Erkennungsvorgang ordnungsgemäß funktioniert hat und der Zugang zum Arbeitsbereich demzufolge frei gegeben wird. Mit der zweiten Meldung wird verdeutlicht, dass evtl. verschiedene Gegenstände der persönlichen Schutzausrüstung nicht erkannt werden konnten, z.B. weil sie nicht mit einem Transponder versehen wurden, oder aber auch, weil der Transponder nicht erkannt werden konnte. In Folge dieser Meldung sind nun wiederum drei verschiedene Vorgehensweisen vorstellbar. Dabei hängt es davon ab, wie restriktiv ein Unternehmen das Portal zur Kontrolle der PSA auf Vollständigkeit einsetzen möchte: 1. 2. 3.

Der Zugang zu dem Arbeitsbereich bleibt aufgrund der unvollständigen Erkennung verwehrt. Den umgebenden Personen wird mit Hilfe eines akustischen oder visuellen Signals angezeigt, dass der Erkennungsvorgang unvollständig war. Der Zugang zum Arbeitsbereich wird ungehindert freigegeben; man vertraut auf Wiederholungs- und Lerneffekte.

Die dritte der möglichen Meldungen signalisiert, dass der Erkennungsvorgang unvollständig war und damit auch die mitgeführte persönliche Schutzausrüstung unvollständig ist. In Folge dieser Meldung sind nun wiederum die drei oben beschriebenen Vorgehensweisen möglich.

4.3

Datenverarbeitung

Die zu erstellende Software soll die Identifikation und Klassifizierung von ausgewählten Teilen der persönlichen Schutzausrüstung (PSA) von Mitarbeitern ermöglichen und deren Vollständigkeit anhand hinterlegter Profile kontrollieren und schließlich signalisieren und/oder an ein Zutrittskontrollsystem weitergeben. Dabei sollen alle wesentlichen Parameter über eine grafische Oberfläche (Windows) einstellbar und visualisierbar sein. Darüber hinaus müssen Eingabemasken zur Verfügung gestellt werden, die alle erforderlichen Datenbankoperatio-

56


nen, z.B. zur Implementierung der Daten neuer Mitarbeiter, der PSA-Gegenstände und Profile, bequem ermöglichen. 4.3.1

Funktionsbeschreibung

Neben der Hardware enthält das RFID-Portal zur Kontrolle der PSA auf Vollständigkeit als wesentlichen Bestandteil eine umfangreiche Software, die auf dem eingebauten zentralen Steuerungscomputer läuft und alle Funktionen des Systems steuert. Diese zentrale Steuerungseinheit wird im Folgenden als Controller bezeichnet und enthält im Wesentlichen die folgenden vier Funktionseinheiten: 1. 2. 3. 4.

die Lesersteuerung die PSA-Applikation die Signalisierung den PSA-Server mit der zugehörigen Datenbank

Die einzelnen Teilaufgaben sind wiederum in zahlreiche weitere Funktionsmodule aufgeteilt, die im Weiteren detailliert vorgestellt werden. Die weitgehende Modularisierung ist zwar konzeptionell und handwerklich aufwendig, jedoch insbesondere in einem Forschungsprojekt der vorliegenden Größenordnung unverzichtbar und im Weiteren äußerst wertvoll. Die Aufteilung in funktionell klar voneinander abgegrenzte Bausteine dient zunächst der Übersichtlichkeit und Testbarkeit – wichtige Faktoren, wenn mehrere Partner an einem Projekt mit vorgegebenen Fertigstellungsterminen arbeiten. Noch wichtiger ist aber, dass nur durch eine saubere Modularisierung die Anforderungen des Forschungsprojektes nach Universalität, Wartungsfähigkeit und Ergänzungsmöglichkeiten sauber und rückwirkungsarm realisiert werden können. In den folgenden Kapiteln werden die einzelnen Module zunächst grob in ihren jeweiligen Funktionskontext, danach fein in die jeweiligen Aufgaben und ihrem inneren Aufbau gegliedert. Soweit es sich um Module mit einer Schnittstelle zum Benutzer handelt, werden alle zugeordneten graphischen Objekte ausreichend detailliert beschrieben, um dieses Kapitel auch als Bedienungsanleitung der Software benutzen zu können. 4.3.2

Schematischer Aufbau des Datenverarbeitungssystems

Das nachfolgende Bild zeigt schematisch die Architektur des Gesamtsystems: Der schematische Aufbau gliedert sich eingangs nach unterschiedlichen RFID-(UHF)-Lesern und den zugehörigen Leseradaptern. Die Programmierung dieser Leseradapter war vor allem deshalb erforderlich, weil sich die Leserhersteller bis dato nicht auf ein einheitliches Übertragungsformat für Daten und Steuerungsbefehle geeinigt haben. Ablauftechnisch nachgeordnet befindet sich darunter das Applikationsinterface, das den eigentlichen Anwendungen (Lesersteuerung, PSA-Applikation etc.) eine einheitliche Schnittstelle in Form zahlreicher einzelner Funktionsmodule bietet. Die eigentliche Applikation zur RFID-gesteuerten Kontrolle der PSA auf Vollständigkeit selbst wiederum steuert a. den Zugriff auf die PSA-Datenbank, b. die Signalisierung via Leuchtfeld und Touchscreen und c. ein Triggermodul zu einer externen Zutrittskontrolle.


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Darüber hinaus ist optional ein Adapter zur Anbindung eines EPC-Information-Servers implementierbar, der zukünftig zur Identifikation von PSA-Gegenständen auf der Grundlage zukünftiger Normen und Standardisierungen dienen kann (siehe dazu auch Kapitel 4.8).

Abb. 4-4: Architektur des gesamten Datenverarbeitungssystems

Der Aufbau und die Funktion der Leseradapter wird in Kapitel 4.3.3 beschrieben. Kapitel 4.3.4 enthält zunächst eine Übersicht der Module des Applikationsinterfaces, danach werden

58


alle Funktionen der Module im Rahmen der einzelnen Applikationen in Kapitel 4.3.5 detailliert beschrieben. Der Online-Server und seine PSA-Datenbank werden in Kapitel 4.3.6 behandelt. 4.3.3

Der Leseradapter

Alle Funktionen des Leseradapters werden in einzelne Kommunikationsschichten differenziert und übernehmen dort klar gegeneinander abgegrenzte Aufgaben. Das Konzept lehnt sich zwar eng an das OSI-7-Schichten-Schema (OSI: Open Systems Interconnection) gemäß ISO 7498 (siehe Abb. 4-5) an, wird jedoch, wie allgemein üblich, nicht in voller Breite und Tiefe implementiert. Das Modell stammt aus den Anfängen der Computer-Programmierung (ca. 1979/1983) und hat in zahllosen Varianten überall dort Verbreitung gefunden, wo zwei oder mehrere Systeme Daten austauschen müssen. Insbesondere dient es dazu, die einzelnen Funktionen einer Datenübertragung voneinander abzugrenzen und dann getrennt und unabhängig voneinander zu implementieren. Dieses Konzept hat z.B. das Internet erst möglich gemacht, indem es den gesamten Verkehr mit einem gemeinsamen Protokoll (TCP/IP) abwickelt und zahlreiche Adapter für die unterschiedlichsten Übertragungswege und Geräteklassen zur Verfügung stellt. So kann man heute sein Handy dazu benutzen, um Nachrichten (z.B. SMS: Short Message Service) per GSM-Funk zum Sender zu senden, von dort geht das gleiche Datenpaket über mehrere Vermittlungen zu irgendeinem Computer auf dieser Welt, der es als E-Mail auf dem Bildschirm erscheinen lässt. Mit dem gleichen Mechanismus kann z.B. ein TCP/IP-Datenpaket durch eine Telefonleitung als Reihe von Pieptönen die Heizung eines Wohnhauses starten. Das Modell lässt sich als Stapel aus max. 7 Schichten darstellen, die in der folgenden Graphik einzeln aufgezählt sind:

Abb. 4-5: OSI-7-Schichten-Schema


59

Je nach Einsatzzweck und Aufgabe werden oft mehrere Schichten zusammengefasst und als Einheit interpretiert. Bei der unten beschriebenen Kommunikation zwischen einem Leser und einem Rechner greifen sogar mehrere Schichtenmodelle ineinander, z.B. abstrahiert das Reader Protocol Interface (RPI) einige Teilaufgaben der TCP/IP-Kommunikation. Eine wesentliche Forderung des OSI-Konzeptes besteht darin, dass die Schichten voneinander unabhängig sein müssen. Dies bedeutet, dass eine Schicht jeweils immer nur ihre direkten Nachbarn sieht und für alle anderen vollständig transparent sein muss. Alle weiter entfernten Schichten dürfen also nicht als solche zurückwirken. Dabei bietet es den darunter liegenden Schichten eigene Dienstleistungen an, bedient sich aber im Gegenzug ausschließlich der Dienstleistungen der hierarchisch direkt darüber angeordneten Schicht. 4.3.3.1 Schematischer Aufbau des Leseradapters Die folgende Übersicht zeigt den Aufbau der Adapter:

Abb. 4-6: Architektur des Leseradapters

Die hier auftauchenden Kürzel werden im Weiteren inhaltlich erläutert:

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PLI: RPI: MAL: CAI:

Physical Layer Interface Reader Protocol Interface Manufacturer-Abstraction-Layer Common Application Interface

4.3.3.2 Inhaltlicher Aufbau des Leseradapters Der schematische Aufbau des Leseradapters ist nachfolgendend inhaltlich beschrieben. PLI, RPI und MAL bilden zusammen den Leser-Adapter, an dessen applikationsseitigem Ende mit einheitlichen Befehlssätzen und Datenübertragungsverfahren gearbeitet werden kann. 4.3.3.2.1

PLI: Physical Layer Interface:

Dieses Interface subsummiert die Aufgaben der Schichten 1 bis 3 im OSI-Modell. Es dient dazu, ein und denselben Leser mit seinen unterschiedlichen Schnittstellen (Ethernet, RS232, RS485 und ggf. USB) betreiben zu können. Das PLI bereitet die vom und zum Leser übertragenen Daten so auf, dass sie den elektrischen und logischen Anforderungen des jeweiligen Übertragungskanals genügen. Dazu gehört insbesondere die Steuerung der physikalischen und logischen Schnittstellen des Hosts (seriell/USB und TCP/IP) und die zugehörigen Mechanismen zum Verbindungsaufbau, der Übertragung und des Verbindungsabbaus. Diese Aufgaben werden Hersteller-übergreifend implementiert und teilen sich z.Zt. in zwei große Bereiche: PLI: TCP/IP In diesen Bereich fallen alle IP-basierten Schnittstellen wie Ethernet, W-LAN und ggf. auch ISDN/GSM per zusätzlichen Terminal-Adapter. Die Abwicklung des IP-Verkehrs übernimmt standardmäßig die für den eingesetzten Compiler mitgelieferte TCP/IP-Bibliothek. PLI: Seriell Die Protokolle RS485, RS422 und RS232 erfordern ebenfalls eine vergleichsweise aufwändige Hardware-Steuerung und zusätzliche Bibliotheken zur Interrupt- und EventVerarbeitung. Diese stehen in Form allgemein gehaltener eigener Software-Module zur Verfügung. Sie müssen jedoch noch an die Erfordernisse der Leser angepasst und in das Gesamtkonzept eingebunden werden. Im Laufe der Versuche hat sich gezeigt, dass die seriellen Verbindungen innerhalb des Portals nicht benötigt werden, da die zu überbrückenden Entfernungen klein genug bleiben, um auch TCP/IP in Form von Ethernet nutzen zu können, das wesentlich höhere Datenübertragungsraten zur Verfügung stellt. 4.3.3.2.2

RPI: Reader Protocol Interface

Das RPI repräsentiert die Schicht 4 des OSI-Modells und implementiert die für die verschiedenen physikalischen Schichten eines Lesers erforderlichen Protokollstrukturen. Da es z.Zt. noch keine Leser gibt, die den Empfehlungen von EPC-Global für ein genormtes Datenübertragungsprotokoll zwischen Leser und Host entsprechen (siehe auch Kapitel 4.8.3.2.2), müssen die herstellereigenen Protokolle für die jeweilige Übertragungsart einzeln und gesondert implementiert werden. Da vor allem der RFID-(UHF)-Leser UDL 500 von Deister Electronic unterschiedliche Protokolle für die jeweils verwendete Übertragungsart (TCP/IP bzw. seriell) benutzt, entsteht hier erheblicher Aufwand.


61

Das RPI erzeugt die für die Kommunikation erforderlichen Datensätze. Dazu gehört das Generieren und Vorschalten der Übertragungspräambeln und Adressfelder, das Konvertieren bzw. Codieren der eigentlichen Daten, das Berechnen von Checksummen und die Einhaltung der Timing-Bedingungen des Übertragungskanals. Darüber hinaus müssen bei einigen Verfahren Bestätigungsbefehle erzeugt werden bzw. abgewartet werden. 4.3.3.2.3

MAL: Manufacturer Abstraction Layer

Hier wird ein Software-Toolkit zur Verfügung gestellt, das für verschiedene Lesertypen eine einheitliche Befehlsschnittstelle zur Steuerung und zum Lesen der Daten darstellt. Der MAL repräsentiert die OSI-Schicht 5. Ein fertiger MAL besteht aus einem Leser-spezifischen API (Application Programmer Interface), das die erforderlichen Leserfunktionen bereithält und die nachfolgenden Schnittstellen automatisch und transparent initialisiert. Darauf können dann in einem weiteren Schritt alle weiteren Schichten (wie hier z.B. ein Leser-Testprogramm, das Datenbank-ADI, ein Erfassungsprogramm etc.) aufgesetzt werden. Es beinhaltet die folgenden Funktionen zur Parametrierung, zur Steuerung und zur Übertragung der Daten im Feld befindlicher Transponder: MAL: Parametrierung Als wesentlichen Bestandteil erhält der MAL eine Schnittstelle, um alle für den Lese- und Kommunikationsprozess erforderlichen Parameter mit einheitlichen Funktionen zu steuern. Diese Parameter sind im Einzelnen: a.

b. c. d. e. f. g.

Betriebsart: - kontinuierlich - Einzelauslösung manuell - Einzelauslösung durch Signaleingang am Leser Location: (Kurzbeschreibung des Lesereinbauortes für die EPC-Datensatzerzeugung) Integrationszeit (Dauer der einzelnen Abtastclusters) UHF-Frequenz/Kanal Ausgangsleistung (in Prozent vom Leser-internen Maximum) Antennenmultiplexing (Parallele Steuerung von 1 bis 4 Antennen) Kommunikationsparameter: - Schnittstellen-Interface (TCP/IP (Ethernet), RS232, RS485, RS422, USB) - Serielle Parameter (COM-Port, Baudrate, Leseradresse) - TCP/IP-Parameter (IP-Adresse, Subnetzmaske, Gateway, PCP-Port)

MAL: Steuerung Hier werden Mechanismen implementiert, die dazu dienen, den Leser zum Erfassen aller Transponder im Feld zu starten. Dabei soll der Start in Abhängigkeit von äußeren Events erfolgen können und die Transponder über einen einstellbaren Zeitraum aufintegriert werden. Nach Ablauf des Zeitraums werden die Transponder in Form einer Liste an die aufrufenden Applikationen übergeben. Diese Liste enthält die Lesernummer, die Uhrzeit mit Datum und daran anschließend alle erfassten Transponder. MAL: Funktionen Die wesentlichen Funktionen des MAL sind im Einzelnen:

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a. b. c. d. e. f. g.

Betriebsart festlegen (triggered/kontinuierlich) Trigger-Event definieren (manuell, Digitaleingang, zeitgesteuert, dauernd) Start der Erfassung Auslesen des Leserspeichers Aussortieren mehrfach erfasster Transponder Erzeugen der bereinigten Tagliste Löschen des Leserspeichers

MAL: Datenübertragung Die Datenübertragung an die nachfolgenden Schichten erfolgt in Form von Zeigern auf Listen, die alle innerhalb eines Integrationsintervalls im Feld befindlichen Transponder aufzählen. Dabei enthalten die einzelnen Listenelemente die Nummern der Transponder im EPCFormat, zusätzlich wird ein Zeitstempel, die Leserkennung sowie seine Adresse vermerkt. So können auch heterogene Aufbauten aus mehreren Lesern gleichzeitig betrieben werden, ohne dass die Gefahr besteht, die Ergebnisse im Nachhinein nicht mehr zuordnen zu können. 4.3.4

Das Applikationsinterface CAI: Common Application Interface

Das Applikationsinterface Common Application Interface CAI setzt als OSI-Schicht 6 (Darstellung) auf den einzelnen MALs auf und stellt deren erfasste Daten in einem einheitlichen Format zur Verfügung. Als wesentliche Funktion soll es das Datensatzformat des MAL an die Spezifikationen von EPC-Global (Gen2) anpassen, um den nachfolgenden Applikationen eine normgerechte Schnittstelle zur Verfügung zu stellen. Darüber hinaus bietet das CAI einheitliche Schnittstellen zur Steuerung des Lesers und erzeugt Events, die dann die eigentliche PSA-Applikation triggern. Das CAI hat die Aufgabe, den jeweiligen Applikationen a.

die Auswahl eines Lesertyps zu ermöglichen und diesen dann den nachfolgenden Applikationen transparent mittels eines Typ-unabhängigen Befehlssatzes zur Verfügung zu stellen, b. ein standardisiertes Interface für die Betriebsparameter bereit zu halten, damit der Benutzer die Leser durch entsprechende Eingaben den örtlichen Einsatzbedingungen anpassen kann, c. die von allen Lesern unterschiedlich repräsentierten Datensätze in ein einheitliches Format zu übertragen und bis zur Weiterverarbeitung in einer lokalen Datenbank zu puffern, d. bei Schreiboperationen auf die Transponder die Applikations-Datenformate passend aufzubereiten, e. eine einheitliche Steuerung des RFID-Systems zu ermöglichen. Dazu sind umfangreiche Parametrierungen erforderlich, die in Form einzelner Funktionsmodule realisiert wurden. Jedes Modul bildet seine internen Daten und Abläufe als eigenes graphisches Objekt ab, das dem Benutzer alle erforderlichen Details übersichtlich visualisiert. Dabei können einzelne Module zu Gruppen zusammengefasst werden.


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Modulname Reader

Nr. Kurzbeschreibung 1 Bietet eine Auswahl der zur Verfügung stehenden Lesertypen (respektive MALs) an

Mode Param1 Power1 Mux Sound TagList SysLog Com IPCom SerCom ReaderInfo DbParam1 DbLink DbInfo TagWrite EPCData Power-2

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Sensor SensOut DbAppl PSAtouch PSAParams PSADisp PSAList PSAInfo PSASignal

19 20 21 23 23 24 25 25 26

Wählt eine Betriebsart des Lesers aus Eingabe diverser Betriebsparameter vereinfachte Antennenausgangsleistungsberechnung und -einstellung Selektor für die Anzahl der Antennen Selektor für akustische Signalisierung Listet alle Tag-Ereignisse auf Listet alle Meldungen des Gesamtsystems Auswahl des Kommunikationskanals und der Verbindungsparameter Dient der Eingabe der IP-Verbindungsparameter Parametrierung der seriellen Schnittstelle bei Lesern Gibt wichtige Statusmeldungen des Lesers aus Sammelseite für Datenbankverbindungen Parametriert interne und externe Datenbankverbindungen Zeigt den Status der Datenbankverbindungen an Ermöglicht das Beschreiben der Tags Eingabe von EPC-konformen Tagdaten Bietet eine umfangreiche Sammlung von Feldern zur detaillierten Berechnung der Antennenausgangsleistung Ordnet den Sensoreingängen der Leser Funktionen zu Gibt die Zustände der Sensoren aus Verwaltet den Datenbankzugriff und die EPC-Informationen PSA-Mitarbeiter-Display und Touchscreen-Steuerung Parametereingabe PSA-Kontrolle Kontrollinformation PSA-Kontrolle PSA-Gegenstandsidentifikation und Klassifikation Versionsinformation PSA Leuchtflächensteuerung PSA

Tab. 4-1: Modulübersicht

Die eingestellten Werte aller Module werden bei jeder Änderung gespeichert und stehen beim nächsten Start des CAI wieder so zur Verfügung, wie sie beim Schließen der Oberfläche zuletzt eingestellt waren. Mit einem CAI lassen sich maximal 2 Leser gleichzeitig steuern. Damit ließen sich z.B. bei breiten Portalen 8 statt 4 RFID-(UHF)-Leser-Antennen steuern und die Tag-Ereignisse beider Leser einem Event zuordnen. Die Versuche haben aber gezeigt, dass 4 Antennen ausreichend sind, sodass von dieser Option schon aus Kostengründen kein Gebrauch gemacht wird (siehe dazu Kapitel 4.6.4). Die einzelnen Module des CAI sind die Grundlage aller Applikationen. Alle Anwendungen bedienen sich also des gleichen Satzes an Modulen, enthalten jedoch zum Teil weitere Softwaremodule, die die eigentliche Arbeit der jeweiligen Applikation erledigen. Auf diese Weise lassen sich aus einem Satz von Software-Modulen beliebige spezifische Anwendungen „zusammenstöpseln“, ohne dass alle Grundlagen für jede Anwendung neu geschrieben werden müssen. Die Beschreibung der CAI-Module enthält nicht nur eine detaillierte Darstellung der Optionen, sondern auch zahlreiche Bedienhinweise. Damit kann das folgende Kapitel auch als Bedienungsanleitung genutzt werden.

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Einige der aufgeführten Module sind nicht direkt aus der Benutzeroberfläche zugänglich, sondern dienen z.Zt. lediglich als interne Programmierschnittstelle. Diese werden der Übersichtlichkeit wegen nicht beschrieben, können jedoch bei Bedarf jederzeit in die Oberfläche integriert und dann auch für den Benutzer dokumentiert werden. Ein Beispiel hierfür ist die Verwaltung des optionalen zweiten Lesers. 4.3.5

Applikationen und Softwaremodule

Im gesamten Projekt sind insgesamt fünf Anwendungen entwickelt worden: a. b.

c. d. e.

Die Lesersteuerung dient der Parametrierung des Lesers und wird über zahlreiche einzelne Module mit einer graphischen Oberfläche bedient. Die PSA-Applikation erledigt den eigentlichen „Job“, nämlich das Suchen nach PSA-Gegenständen und deren Vollständigkeitskontrolle anhand von vorgegebenen PSA-Profilen. Ihre Arbeit findet weitgehend unsichtbar im Hintergrund statt, es werden lediglich gefundene RFID-(UHF)-Transponder und zugeordnete PSAProfile in den zugeordneten Modulen der Lesersteuerung angezeigt. Die Signalsteuerung visualisiert die Ergebnisse der PSA-Applikation via TouchScreen und Leuchtfeld. Darüber hinaus ist eine kleine Anwendung zum Beschreiben der RFID-(UHF)Transponder in den jeweiligen PSA-Gegenständen entwickelt worden. Der PSA-Server speichert alle für die Funktion des PSA-Portals erforderlichen Daten und stellt sie in Form einer Internet-fähigen Oberfläche zur Administration zur Verfügung. Alle Benutzer-, PSA- und Profildaten können so mit einem Standardbrowser per Internet erzeugt, bearbeitet und auch wieder gelöscht werden.

Abgesehen vom eigenständig realisierten Datenbankserver setzen alle Anwendungen auf dem bereits oben beschriebenen CAI (Common Application Interface) auf. Soweit die einzelnen Programmteile Anzeigen und Parameterfelder benötigen, werden sie in Form einzelner Module hierarchisch gegliedert und in einer gemeinsamen Oberfläche graphisch repräsentiert (siehe Abb. 4-7). Die oberste Hierarchieebene bilden die Reiter für die Registerblätter „Leser“, „Starten“ und „Info/Hilfe“; sie werden jeweils auf einer eigenen Seite angezeigt. Die darunter liegende Ebene gliedert auf den jeweiligen Seiten einzelne Funktionen und Module mit Rahmen zu funktionalen Gruppen. Ganz unten in der Hierarchie liegen die Module selbst, die im Folgenden detailliert beschrieben werden. Dabei repräsentiert der oben abgebildete Reiter „Leser“ alle wesentlichen Elemente der Lesersteuerung. Der Reiter „Starten“ vereinigt hauptsächlich die Anzeigen und Meldungen der PSA-Applikation, enthält aber zusätzlich noch einige zugeordnete Elemente der Lesersteuerung.


65

Abb. 4-7: Screenshot „PSA-Software“, exemplarische Darstellung der Steuerungsoberfläche

4.3.5.1 Die Lesersteuerung: Registerblatt „Leser“ Die Lesersteuerung dient dazu, die physikalischen und logischen Parameter des Lesers optimal an die Aufgaben der PSA-Kontrolle anzupassen und ist integraler Bestandteil des Gesamtsystems. Darüber hinaus bietet die Lesersteuerung die Möglichkeit, die Funktionsfähigkeit von Lesern, Antennen und Transpondern zu testen. Der in der obigen Abb. 4-7 dargestellte Screenshot zeigt den Aufbau der Lesersteuerung und die zugehörigen CAI-Module der Hauptseite. Die Lesersteuerung des PSA-Portals wird über den Monitor des Systemcontrollers, z.B. das Notebook-Display bedient. Die Hauptseite (Reiter „Leser“) beinhaltet die folgenden vier Funktionsgruppen: 1. 2. 3.

4.

Leserverbindung (Daten zum Aufbau einer Kommunikationsverbindung mit dem Leser) Leser-Info (gibt bei aktiver Verbindung wichtige Systemparameter aus) Leistungseinstellung (ermöglicht eine präzise, an die jeweiligen Gegebenheiten angepasste Einstellung der Sendeleistung, um einerseits die gesetzlichen Vorgaben einhalten zu können, andererseits ausreichende Leistungsreserven für die eigentliche Aufgabe zur Verfügung zu haben) HF-Parameter wie Frequenz und Antennenanordnung

Die folgenden Kapitel beschreiben detailliert die jeweiligen Ein- und Ausgabefelder.

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4.3.5.1.1

Feld „Lesertyp“, Modul 1 / Reader

Dieses Modul erlaubt die Auswahl des aktuell verwendeten Lesers.

Abb. 4-8: Screenshot “PSA-Software”, Feld „Lesertyp“

Hier stehen z.Zt. folgende Typen zur Auswahl, weitere Leser können bei Bedarf nachträglich adaptiert werden, indem für sie eigene Leseradapter geschrieben werden. a. b. c. d.

Feig LRU 1000 Feig LRU 2000 Deister UDL 500 Intermec IF5

Zu den Details und Hintergründen der Auswahl des RFID-(UHF)-Lesegerätes wird auf Kapitel 4.5.2.1 verwiesen. 4.3.5.1.2

Felder zum Netzwerk-Interface, Modul 10 / IPCom

Dort kann die physikalische (IP-)Schnittstelle parametriert werden, über die die Software des Controllers mit dem Leser kommuniziert. Erfahrungsgemäß erfordert eine korrekte IPParametrierung rudimentäres Netzwerk-Know-How, deshalb sollten Änderungen hier mit Bedacht und dem erforderlichen Grundwissen durchgeführt werden. Sobald Probleme auftreten, müssen unbedingt (Netzwerk-)Fachleute zu Rate gezogen werden, da sonst hartnäckige Fehlfunktionen zu befürchten sind.


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Abb. 4-9: Screenshot „PSA-Software“, Felder zum Netzwerk-Interface

IP-Adresse: Hier muss die Adresse eingetragen sein, die auch im Leser als IP-Adresse parametriert ist. Die Adresse muss in beiden Geräten (Controller und Leser) im aktuellen Subnetz des benutzten Netzwerkzweiges liegen, ansonsten ist der Leser unsichtbar und muss zunächst mit den mitgelieferten Werkstools auf die richtige IP-Adresse eingestellt werden. Subnetzmaske: Die Subnetzmaske lautet im Normalfall 255.255.255.0. Übergeordnete oder parallele Netzwerkzweige lassen sich z.B. durch 255.255.0.0 erreichen. Gateway: Der Gateway bezeichnet die IP-Adresse des lokalen Routers, der z.B. dann erforderlich ist, wenn ein Leser per Internet aus der Ferne gesteuert werden soll. TCP-Port: Auch hier muss ein Wert eingetragen werden, der den Vorgaben des Lesers entspricht, beim Feig-Leser ist dieser Wert ab Werk auf 10001 eingestellt. Alle Leser bringen Tools mit, um diesen (und alle anderen eigenen Parameter) ggf. zu ändern. Eine Änderung ist hier allerdings nur sehr selten erforderlich, da sich die Adressierung der Leser über die IP-Adresse bewerkstelligen lässt.

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Connect/DisConnect: Beim Betätigen dieses Buttons wird abwechselnd ein Verbindungsaufbau zum Leser gestartet bzw. die Verbindung abgebaut. Jeder Verbindungsaufbau wird inklusive etwaiger Fehlermeldungen im untersten Feld protokolliert, siehe Kapitel 4.3.6.3. 4.3.5.1.3

Feld „Leser-Info“, Modul 12 / ReaderInfo:

In diesem Feld werden Statusmeldungen des Lesers angezeigt: a. b.

Online/Offline und die Versionsnummern der leserinternen Softwaremodule.

Diese Daten müssen z.B. für Nachfragen beim Leserhersteller bereit gehalten werden. 4.3.5.1.4

Feld „Leistungseinstellung“, Modul 4 / Power1:

Die Leistungseinstellung bietet dem Nutzer die Möglichkeit, aus den Werten für den Antennengewinn, der Kabeldämpfung und der Sendeleistung die tatsächlich abgestrahlte Leistung zu berechnen. Die diesbezüglichen technischen Grundlagen und Details sind in Kapitel 4.4.2 dargestellt.

Abb. 4-10: Screenshot „PSA-Software“, Felder zur Leistungseinstellung


69

Das Programm erledigt die zugehörigen Rechenoperationen und die Umwandlung von linearer in logarithmische Darstellung automatisch und gibt bei der Eingabe feldspezifische Hinweise aus. Wenn der Button ‚Ändern’ betätigt wird, sendet das Steuerungsprogramm ein Befehl zum Leser, der dort die Einstellung des entsprechenden Sollwertes auslöst. Danach strahlt die Antenne mit dem aktuell eingestellten Wert. 4.3.5.1.5

Feld „Frequenz“, Modul 3 / Param1

Im untersten Feld kann der Sendekanal selektiert werden. Insbesondere bei mehreren Lesern in unmittelbarer Nachbarschaft müssen Kanäle mit möglichst großem Abstand gewählt werden, damit sich verschiedene Leser nicht gegenseitig beeinflussen. Das CAI-Modul 3 stellt nur die Kanäle zur Verfügung, die gemäß ISO 320208 auch für den Betrieb mit 2 WERP vorgesehen sind (vgl. dazu ebenfalls Kapitel 4.4.2).

Abb. 4-11: Screenshot „PSA-Software“, Feld „Frequenz“

4.3.5.1.6

Feld „Antennenmultiplexer“, Modul 5 / AntMux:

Der Antennenmultiplexer schaltet die jeweils gewünschte Anzahl von Antennen am RFID(UHF)-Leser. Damit können zum Test oder für den Betrieb eines Portals die nicht benötigten Antennen abgeschaltet werden. Dies ist nicht nur zur Reduktion der Strahlungsbelastung sinnvoll, sondern wirkt sich auch auf die Erfassungssicherheit der tatsächlich benötigten Antennen aus. Die jeweils aktiven Antennen müssen sich dann nicht die Erfassungszeit mit

70


überzähligen oder abgebauten Antennen teilen, sondern ihnen steht bei korrekter Parametrierung die gesamte Erfassungszeit zur Verfügung. Normalerweise wird das PSA-Portal mit vier aktiven Antennen betrieben.

Abb. 4-12: Screenshot „PSA-Software“, Feld „Antennenmultiplexer“

4.3.5.1.7

Großes unteres Listenfeld, Modul 8 / Syslog

Das untere Feld listet die Historie aller Systemereignisse. Hier werden etwaige Fehlermeldungen ausgegeben und alle Aktionen des MAL und die zugehörigen Rückmeldungen des Lesers aufgelistet. Die ausführlichen Meldungen bieten die Möglichkeit, Störungsursachen zu identifizieren oder zumindest stark einzugrenzen. 4.3.5.2 Die PSA-Applikation: Registerblatt „Starten“ Der Reiter für das Registerblatt „Starten“ des Hauptmenüs enthält die wichtigen und wesentlichen Steuerungs- und Überwachungselemente für die vorliegende Applikation der RFIDgesteuerten Kontrolle von PSA auf Vollständigkeit. Zusätzlich sind Module enthalten, die einen Einblick in die internen Abläufe und die Datenbankeinträge der PSA-Kontrolle ermöglichen.


71

Abb. 4-13: Screenshot „PSA-Software“, Registerblatt „Starten”

4.3.5.2.1

Feld „Betriebsart“, Modul 2 / Mode:

Der Leser kann in drei verschieden Betriebsarten betrieben werden: kontinuierlich: Der Leser sendet nach Betätigen des Start-Buttons36 in kurzer Folge immer wieder Anregungsimpulse an seine Antennen. Alle Transponder im Feld werden automatisch erfasst und zurückgemeldet. Einzelauslösung Button: Der Leser startet einen einzelnen Erfassungslauf durch Druck auf den Start-Button.

36 In Abb. 4-14 grün dargestellt: Der Stop-Button ist nur dann rot, wenn die Erfassung läuft; ansonsten inaktiv und deshalb grau.

72


Einzelauslösung TCP-Socket: Der RFID-(UHF)-Leser startet den Erfassungsvorgang durch externe Ereignisse an seinem Triggermodul, wie z.B. durch Ausgabesignale einer Zutrittskontrolle.

Abb. 4-14: Screenshot „PSA-Software“, Feld „Betriebsart“

4.3.5.2.2

Feld „Sound“, Modul 6 / Sound

Die Soundausgabe wird im untersten Feld selektiert. Zu Testzwecken hat es sich bewährt, bei jedem erkannten Transponder ein kurzes Signal zu erzeugen. So kann auch ohne visuellen Kontakt zum Display aus der Entfernung abgeschätzt werden, ob z.B. Veränderungen der Antennen- oder Transponder-Anordnung zu Verbesserungen oder Verschlechterungen der Erfassungswahrscheinlichkeit führen.


73


4.3.5.2.3

Feld „Integrationszeit“, Modul 3 / Param1

Darunter wird die Integrationszeit festgelegt. Innerhalb dieses Intervalls werden Transponder im Feld eingesammelt und gemeinsam dargestellt. Dieser Zeitraum muss empirisch an die Einsatzbedingungen des Lesers angepasst werden. Er sollte tendenziell bei einer großen Anzahl von Tags im Feld größer gewählt werden, damit genügend Zeit zum Erkennen aller Transponder zur Verfügung steht.

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4.3.5.2.4

Feld „Standby“, Modul 3 / Param1

Hier erfolgt die Eingabe der verbleibenden Scanzeit nach dem Lesen des letzten Transponders. Dies hat Auswirkungen auf die Umschaltung in den neutralen Zustand nach dem letzten Erfassungsvorgang und beeinflusst wesentlich die Wahrnehmung beim Nutzer der vorliegenden Applikation.


75


4.3.5.2.5

Felder zur PSA-Kontrollinformation, Modul 25 / PSAList

Bei den hier beschriebenen Feldern handelt es sich um ein Kernstück der vorliegenden Anwendung. Die Listenfelder „Gefundene Tags“ und „Soll-PSA“ gehören zusammen. Im ersten Feld werden die (PSA-)Klassifikationskennungen aller gefundenen Transponder angezeigt, dabei wird die Erkennungshäufigkeit mit ausgegeben. Im zweiten Feld werden die Klassifikationskennungen der geforderten Transponder angezeigt. Damit können während der Laufzeit die Aktivitäten des Lesers und der RFID-(UHF)-Transponder im Feld kontrolliert werden.

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Abb. 4-18: Screenshot „PSA-Software“, Felder zur PSA-Kontrollinformation

Zur Abschätzung der Erfassungsqualität dient der rechte Teil der Tabelle. Dazu werden mehrfach erfasste Transponder nicht mehrfach dargestellt, sondern die Anzahl ihrer Erfassungen seit dem letzten Start ausgegeben. Diese Zahl repräsentiert also eine relative Erfassungsqualität: a. b.

hohe Zahl: niedrige Zahl:

oft erfasst selten erfasst

Mit dieser Funktion lassen sich unter anderem die Anbringung von Transpondern und die Ausrichtung der Antennen optimieren (siehe dazu auch Kapitel 4.6.4). Die für diese Anzeige der geforderten Transponder erforderlichen Informationen zu den so genannten „PSA-Profilen“ holt sich das Programm aus einer Datenbank, die mit einem externen, internetfähigen Tool administriert wird. Auf diese PSA-Profile wird vertiefend in Kapitel 4.7.1.1 eingegangen. Neben der Beschreibung dieser PSA-Profile müssen sämtliche zur Anwendung vorgesehene PSA-Gegenstände identifiziert und Klassen zugeordnet werden. Da es an dieser Stelle noch nicht möglich ist, auf einem vorhandenen bzw. verabschiedeten Klassifizierungssystem aufzusatteln, wird im Rahmen des vorliegenden Projektes zunächst das folgende, stark vereinfachte Klassifizierungsschema verwendet:


Bezeichnung

Transponder ID

Absturzsicherung

110

Atemschutz

111

Augenschutz

112

Fußschutz

113

Gehörschutz

114

Gesichtsschutz

115

Handschutz

116

Schutzhelm

117

Schutzkleidung

118

Sicherheitsschürze

119

Schutzweste

1 1 10

77

Tab. 4-2: PSA-Klassifizierung und Transponder-IDs

Auf die weiteren Zusammenhänge bei der Kennzeichnung der RFID-(UHF)-Transponder zur Identifizierung der PSA wird deshalb vertiefend in den Kapiteln 4.7.1.2, 4.8.1, 4.8.3.2 und 4.8.4 eingegangen. 4.3.5.3 Registerblatt „Info / Hilfe“, Modul 26 / PSAInfo Diese Seite enthält Versions- und Herstellerinformationen.

Abb. 4-19: Screenshot „PSA-Software“, Registerblatt „Info/Hilfe”

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4.3.5.4 Die Signalsteuerung Im Zusammenhang mit den Ausführungen zur Organisation und Konzeption des RFIDPortals zur Kontrolle der PSA auf Vollständigkeit in Kapitel 4.2 war bereits dort auf die akustischen respektive visuellen Signale eingegangen worden, die das Ergebnis des Erkennungsvorgangs im Portal für den Nutzer anzeigen. In dem nun entwickelten Portal wurde zunächst auf eine akustische Signalisierung verzichtet. Eine visuelle Signalisierung des Erkennungsvorgangs wurde jedoch auf zweierlei Arten realisiert (siehe auch Kapitel 4.6.1.2, Abb. 4-76): 1. 2.

Eine detaillierte Signalisierung über einen Touch-Screen Eine grobe Signalisierung über ein Leuchtfeld

Die Programmierung und Steuerung dieser Signalisierungen ist in den folgenden Kapiteln beschrieben. 4.3.5.4.1

Signalisierung am Touch-Screen, Modul 22 / PSATouch

Zur PSA-Applikation des Controllers gehören zwei Bildschirme. Einer davon dient wie bis hierher beschrieben der Parametrierung und Überwachung des Lesers und der PSAAnwendung. Er wird normalerweise im Betrieb nicht benötigt und deshalb ausschließlich vom Bedien- und Wartungspersonal des Portals benutzt. Der andere Bildschirm ist für den Benutzer, also den Träger der Schutzausrüstung, gedacht und visualisiert den Prüfungsvorgang und das Prüfungsergebnis. Um eine aufwändige sprachliche Lokalisierung dieses Bildschirms zu vermeiden, werden alle wesentlichen Vorgänge und Ergebnisse mit graphischen Elementen symbolisiert.


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Abb. 4-20: Screenshot Touch-Screen „PSA-Software“, Begrüßungs-Bildschirm

Im Leerlauf, also ohne laufenden Zutrittsvorgang, zeigt der Bildschirm einen einfachen Hinweis auf die Funktion des Systems an. Sobald sich ein Benutzer nähert und dieser durch den in seiner PSA enthaltenen RFID(UHF)-Transponder (oder durch die Datenübertragung von der Zutrittskontrolle, siehe auch Kapitel 4.7.1.3) identifiziert wurde, wechselt der Benutzer-Bildschirm in den Ergebnis-Modus. Er zeigt jetzt symbolisch die Liste der gemäß PSA-Profil für den jeweiligen Mitarbeiter mitzuführenden Schutzausrüstungsgegenstände. Ein Beispiel für eine mögliche Signalisierung am Touch-Screen zeigt der folgende Screenshot. Er fordert die folgenden PSA-Gegenstände: 1. 2. 3. 4. 5.

Absturzsicherung (oben links, rot) Augenschutz (2. von rechts, rot) Sicherheitsschuhe (oben rechts, rot) Gehörschutz (mittig links, rot) Sicherheitshelm (unten links, grün)

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Abb. 4-21: Screenshot Touch-Screen „PSA-Software“, Erkennungsvorgang Zustand 1

Nun startet im Hintergrund der Erkennungsvorgang mittels der in Kapitel 4.3.5.2.5 bereits beschriebenen Softwaresteuerung. Auf dem Touch-Screen wird das Fortschreiten des Erkennungsvorgangs damit dargestellt, dass die über den entsprechenden Transponder auf dem jeweiligen PSA-Gegenstand erkannten Gegenstände nun mit einem grünen Kreis angezeigt werden, wie auch in Abb. 4-22 dargestellt. Bis auf den Augenschutz und die Sicherheitsschuhe haben der RFID-(UHF)-Leser und damit die Applikation in der Abbildung alle erforderlichen PSA-Gegenstände im Feld gefunden werden können. Die symbolische Darstellung für den Augenschutz und die Sicherheitsschuhe sind deshalb nach wie vor rot gekennzeichnet.


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Abb. 4-22: Screenshot Touch-Screen „PSA-Software“, Erkennungsvorgang Zustand 2

Da bis zur vollständigen Erkennung aller Gegenstände die grundsätzliche Möglichkeit besteht, dass einzelne Gegenstände deshalb nicht gefunden werden können, weil der Nutzer sie nicht bei sich trägt, wurde die in der Programmierung die Möglichkeit vorgesehen, dass der Nutzer dies durch Drücken des „OK-Buttons“ über den Touch-Screen bestätigt. Diese Kommunikationsmöglichkeit zwischen dem Nutzer und dem Portal bzw. der Software ist der ausschlaggebende Grund für die Verwendung eines Touch-Screens in dieser Anwendung. Die rechtlichen Hintergründe, die mit dieser programmierungstechnisch geschaffenen Möglichkeit in Verbindung stehen, wurden auf Anregung aus dem das Projekt begleitenden Lenkungsausschuss dankenswerterweise durch den Justiziar der ThyssenKrupp Steel AG ansatzweise beleuchtet und finden sich in Kapitel 4.9. Nach Abschluss des vollständigen Erkennungsvorgangs, d.h. mit Erkennen aller gemäß PSA-Profil geforderten PSA-Gegenstände, ist die symbolische Darstellung für alle PSAGegenstände nun grün gekennzeichnet, wie in dem nachfolgenden Screenshot dargestellt.

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Abb. 4-23: Screenshot Touch-Screen „PSA-Software“, abgeschlossener Erkennungsvorgang

In diesem Moment verschwindet auch der „OK-Button“, da ja nun keine Bestätigung seitens des Nutzers mehr erforderlich ist. 4.3.5.4.2

Signalisierung an der Leuchtfläche, Modul 26 / PSASignal

Der oben beschriebene Touch-Screen stellt ein vergleichsweise kostenintensives Medium zur Ermöglichung von Kommunikation zwischen dem RFID-System und dem Mitarbeiter und auch nicht in jedem Fall erforderlich. Um auch ohne die aufwändige, detaillierte Mitarbeiterinformation per Bildschirm die eigentliche Aussage des PSA-Portals signalisieren zu können, wurde zusätzlich ein Software-Modul zur Steuerung einer Leuchtfläche geschrieben. Diese Leuchtfläche umgibt bei den Portal-Prototypen den Bildschirm und zeigt folgende Zustände (siehe auch Abb. 4-77): Blau: Das System befindet sich im Leerlauf, es läuft also gerade kein Zutritts- oder PSAPrüfungsvorgang (parallel zum bzw. anstatt vom Touch-Screen-Zustand gemäß Abb. 4-20). Rot: Das System hat einen Mitarbeiter identifiziert und den PSA-Prüfungsvorgang gestartet, bisher aber noch nicht alle PSA-Gegenstände gefunden, die dem erkannten Mitarbeiter per PSA-Profil zugeordnet wurden (parallel zum bzw. anstatt vom Touch-Screen-Zustand gemäß Abb. 4-21 bzw. Abb. 4-22).


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Grün: Alle für den identifizierten Mitarbeiter geforderten PSA-Gegenstände wurden erkannt (parallel zum bzw. anstatt vom Touch-Screen-Zustand gemäß Abb. 4-23). Auf den Zustand „Rot“ bzw. „Grün“ folgt nach Ablauf der in Kapitel 4.3.5.2.4 beschriebenen „Standby-Zeit“ immer wieder der Grundzustand mit der blauen Leuchtfläche. 4.3.5.5 Hilfsprogramm zum Beschreiben von RFID-(UHF)-Transpondern Da es zur Zeit noch keinen Hersteller von PSA-Gegenständen gibt, die ihre PSAGegenstände von Haus aus, d.h. im Produktionsprozess mit RFID-(UHF)-Transpondern und den dazugehörigen, eindeutigen EPC-Nummern ausrüstet, sind wir innerhalb des Forschungsprojektes zunächst gezwungen, alle verwendeten PSA-Gegenstände zunächst mit RFID-(UHF)-Transpondern zu versehen und diese dann mit geeigneten Klassifikations- und Seriennummern zu programmieren. Dazu dient ein weiteres, eigenständiges Programm, das sich weitgehend der schon beschriebenen Module des CAI bedient. Zusätzlich enthält es eine Seite, die es anhand eigener Module erlaubt, EPC-Norm-konforme Daten in die Tags der einzelnen PSAGegenstände zu schreiben.

Abb. 4-24: Screenshot „PSA-Software“, Modul zum Beschreiben von RFID-(UHF)-Transpondern

Zunächst muss im Unterfeld Nummern-Typ eine EPC-Nummern-Klasse selektiert werden. Die Nummern selbst werden dann in den darunter liegenden Feldern eingetragen. Die Felder korrespondieren mit den zugehörigen Bereichen in der EPC-Definition. Wenn das Feld „Se-

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riennummer automatisch“ aktiviert ist, wird die Seriennummer nach jedem Klick auf „Schreiben“ inkrementiert. Der Klick auf die Schaltfläche „Schreiben“ sendet zunächst die eingetragenen Daten zum Leser und löst dann den Schreibvorgang aus. Dabei werden die Daten, die im Tag bis zu diesem Moment gespeichert waren, mit dem neuen Datensatz überschrieben. 4.3.6

Der PSA-Datenbankserver

Alle in Kapitel 4.3.4 definierten Programme und Module sind für den Einsatz auf dem RFIDController geschrieben und stehen in direkter Verbindung mit den Lesern und der sonstigen Peripherie wie Touchscreen oder Leuchtfläche. Die Software des folgenden Kapitels beschreibt die Funktionalitäten des Datenbankservers, der keine direkte Verbindung zum Leser hat. Seine Funktion ist auch nicht direkt an den PSA-Controller/Computer gebunden und kann deshalb auch auf jedem anderen (Windows-) Computer laufen. Umgekehrt funktioniert allerdings die PSA-Kontrolle nicht ohne die zugehörige Datenbank, da ihr die Datengrundlage für die erforderlichen Entscheidungen fehlen würde. Dazu werden alle erforderlichen Daten zentral in einem Server gespeichert und per Browser im Internet zugänglich gemacht. Diese Form der Bedienoberfläche wurde gewählt, um die Administration der Benutzer und deren Schutzausrüstungsprofile zukünftig von jedem ComputerArbeitsplatz der Welt aus zu ermöglichen (sofern er ans Internet angeschlossen ist), ohne dort vorher spezielle Software installieren zu müssen. Der PSA-Datenbankserver ist derzeit über psa.cryptin.de erreichbar. In dieser ersten Realisierungsphase sind zunächst die rudimentären Funktionen zur Verwaltung der Daten auf einer lokalen Datenbank implementiert. In einer späteren Ausbaustufe könnte dann über eine geeignete Rechte-Verwaltung der gesicherte Zugriff auf alle Daten per Internet ermöglicht werden. Dann wäre es z.B. möglich, dass beauftragte Nachunternehmer ihre Mitarbeiter selbst im System anlegen und verwalten. Die Nachunternehmer können dann nicht nur ihren Mitarbeitern selbst geeignete PSA-Profile zuweisen, sondern z.B. auch Bewegungsdaten für ihre Zeitwirtschaft aus dem Internetserver abrufen und Zutrittsberechtigungen zur Baustelle vergeben. Der PSA-Datenbankserver läuft als .net-Applikation auf einem Microsoft-IIS (Internet Information Server). Während der Implementierung dieses Dienstes fiel auf, dass sich die fertige Server-Applikation lediglich mit dem Internet-Explorer (Version 6 und höher) des gleichen Herstellers korrekt darstellen lässt. Wann und wie weit Microsoft diesen Missstand beheben wird und den IIS sowie das .net-Framework kompatibel zu allen anderen Internetbrowsern macht, konnte nicht abschließend geklärt werden. Möglicherweise wird die gesamte Applikation auf eine universellere Plattform, z.B. Linux Apache, portiert werden müssen. Die Hauptaufgaben des Datenbankservers gliedern sich in zwei Bereiche: a. b.

PSA-Profilverwaltung und Personalverwaltung.

Beide Bereiche werden auf der Startseite und allen anderen Seiten links oben durch die Schaltflächen „Person“ und „Profile“ repräsentiert.


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Abb. 4-25: Screenshot „PSA-Datenbankserver“, Begrüßungs-Bildschirm

4.3.6.1 PSA-Profilverwaltung Die Profilverwaltung dient dazu, PSA-Profile aus einzelnen Schutzausrüstungsgegenständen zusammenzustellen, ihnen griffige Namen zuzuweisen, diese in die Datenbank einzutragen und ggf. später zu ändern oder zu löschen. Wenn man auf der Startseite auf „Profil“ klickt, sieht man die folgende Seite:

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Abb. 4-26: Screenshot „PSA-Datenbankserver“, Seite „PSA-Profilverwaltung“

Die linke Tabelle zeigt zunächst eine Übersicht aller vorhandenen Profile und ihrer Namen. Im Rahmen der Vorbereitung der Praxistests auf der InHaus2-Baustelle der FraunhoferGesellschaften und Hochtief in Duisburg haben wir bereits in Abstimmung mit der BG Bau einige bauspezifische PSA-Profile vorbereitet. Diese sind in Kapitel 4.7.1.1 dargestellt. Jedes Profil lässt sich anklicken. Der Benutzer erhält dann in der rechten Tabelle alle zugeordneten Ausrüstungsgegenstände. Die Schaltflächen verlinken auf weitere Seiten für die Neuanlage und zum Ändern vorhandener PSA-Profile. Beim Löschen eines Profils wird vorher geprüft, ob noch Personen vorhanden sind, denen das zu löschende Profil zugewiesen ist und ggf. eine entsprechende Warnung eingeblendet. 4.3.6.1.1

PSA-Profil anlegen

Zum Anlegen eines Profils muss zunächst in einer eigenen Bildschirmmaske eine Bezeichnung eingeben werden und der „Erstellen“-Button angeklickt werden. Daraufhin wird das Profil in der Datenbank neu angelegt und zur Profilverwaltung zurück gesprungen. Dort können anschließend dem noch leeren Profil mit „Profil bearbeiten“ Schutzausrüstungsgegenstände zugewiesen werden.


4.3.6.1.2

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PSA-Profil bearbeiten

Einem vorhandenen Profil können PSA-Gegenstände hinzugefügt oder genommen werden.

Abb. 4-27: Screenshot „PSA-Datenbankserver“, Seite „PSA-Profil bearbeiten“

Beim Hinzufügen werden zunächst in der rechten Options-Tabelle alle gewünschten PSAGegenstände aktiviert und anschließend der Button „Hinzufügen“ betätigt. Daraufhin werden die aktivierten Gegenstände aus der rechten Tabelle entfernt und erscheinen in der linken Tabelle, die alle erforderlichen PSA-Gegenstände eines entsprechenden Profils aufzählt. Dort können sie einzeln durch Anklicken von „Entfernen“ wieder entfernt werden und stehen dann erneut in der rechten Tabelle für dieses Profil zur Verfügung. 4.3.6.2 Personalverwaltung Das Programm bietet die Möglichkeit, eine unbegrenzte Anzahl von Personen zu verwalten. In der aktuellen Ausbaustufe werden alle Mitarbeiter in einer Maske verwaltet. Die Personalverwaltung ist ähnlich wie die PSA-Verwaltung aufgebaut und gliedert sich in zwei Bildschirmseiten.

88


Abb. 4-28: Screenshot „PSA-Datenbankserver“, Seite „Personalverwaltung“

Auf der ersten Seite werden in der oberen Scroll-Box alle in der Datenbank vorhandenen Mitarbeiter aufgelistet. 4.3.6.2.1

Mitarbeiter-Profil anlegen

Zum Anlegen eines Profils muss zunächst in einer eigenen Bildschirmmaske eine Bezeichnung eingeben und der „Erstellen“-Button angeklickt werden. Ein Klick auf die Personalnummer gibt dann die für diese Person gespeicherten Daten in der unteren Tabelle aus. Einzelne Mitarbeiter-Daten lassen sich löschen, müssen aber zuvor durch eine Sicherheitsabfrage bestätigt werden.


4.3.6.2.2

89

Mitarbeiter-Profil verwalten

Beim Neuanlegen oder Ändern von Mitarbeiterdaten erscheint eine weitere Bildschirmmaske:

Abb. 4-29: Screenshot „PSA-Datenbankserver“, Seite „Mitarbeiter-Profil bearbeiten“

Die einzelnen Felder sind: PersNr.: Hier können beliebige Daten eingetragen werden, vorzugsweise die Personalnummer des Mitarbeiters. Name/Vorname: Auch in diesen Feldern sind alle Zeichen erlaubt, die durch Tastatureingabe erzeugt werden können. Geburtsdatum: Die Eingabe des Geburtsdatums dient der Unterscheidung zwischen gleichnamigen Mitarbeitern und kann ggf. entfallen. Zur Eingabe müssen nur die entsprechenden Listeneinträge bei Tag/Monat/Jahr angeklickt werden.

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Kartennummer: Dieser Eintrag repräsentiert die in der Regel in Unternehmen verwendete und auf den Mitarbeiterausweisen aufgedruckte Mitarbeiter-Nummer. In der vorliegenden Anwendung haben wir die Mitarbeiter- bzw. Karten-Nummer dazu genutzt, den Mitarbeiter über seine Mitarbeiter-Nummer anonymisiert mit seinem PSA-Profil zu verknüpfen. Das RFID-Portal zur Kontrolle der PSA auf Vollständigkeit ist über die auf einem RFID-(UHF)-Transponder im Mitarbeiterausweis gespeicherte Karten-Nummer in der Lage, diese während des Erkennungsvorgangs einem PSA-Profil zuzuordnen und nach der entsprechenden PSA zu suchen. Unkorrekte Werte sollten hier vermieden werden, da ansonsten der Mitarbeiter falsch identifiziert wird und damit ein falsches oder gar kein Profil gefordert wird. Über diese Zuordnung können auch beliebige externe Zutrittskontrollsysteme mit der PSA-Kontrolle kombiniert werden (siehe dazu auch Kapitel 4.7.1.3). Das Feld PSA-Profil stellt alle vorhandenen Profile in Form einer Liste zur Auswahl. Der Button „Reset“ löscht alle Eingabefelder für eine Neueingabe. Beim Anklicken von „Speichern“ werden alle Daten in die Datenbank eingetragen und die erforderlichen Zuordnungen in der Datenbank erzeugt. 4.3.6.3 Reportfunktion Die Funktionen der PSA-Datenbank und der Personalverwaltung stellen gemeinsam das wesentliche Software-Tool zur Umsetzung des RFID-gesteuerten Portals zur Kontrolle der PSA auf Vollständigkeit dar. Die Funktionsfähigkeit des Portals kann mit der Reportfunktion überprüft und dokumentiert werden. Hier werden in einem Protokoll sämtliche Vorgänge am Portal festgehalten. Dabei werden die folgenden Datensätze im Protokoll erfasst: PersNr.: Über die Erfassung der Personal-Nummer kann später anonymisiert dokumentiert werden, wer das Portal passiert hat. Name/Vorname: Dieses Feld dient in den folgenden Praxistests (siehe dazu auch Kapitel 4.7.1) zur Kontrolle der vollen Funktionsfähigkeit des Portals. In späteren Einsätzen wird dieses Feld wegen der bereits erwähnten Anonymisierung nicht vorhanden sein. Zeitstempel: In diesem Feld wird die Zeit der Erfassung mit Datum und genauer Uhrzeit hinterlegt. PSA-Status: In diesem Feld wird hinterlegt, ob die erfassten Gegenstände der PSA im Abgleich mit dem hinterlegten PSA-Profil vollständig waren. Waren sie nicht vollständig, wird ebenfalls hinterlegt, welche PSA-Gegenstände aus dem Abgleich mit dem PSA-Profil nicht vorgefunden wurden.


91

Abb. 4-30: Screenshot „PSA-Datenbankserver“, Seite „Report“

Darüber hinaus bietet die Reportfunktion die Möglichkeit, ausschließlich Vorgänge mit dem PSA-Status „PSA vollständig“ bzw. „PSA unvollständig“ zur Darstellung zu bringen.

4.4

Grundlagen des Elektromagnetismus

Bevor im Folgenden die erforderlichen Untersuchungen detailliert beschrieben werden, muss zunächst auf die Grundlagen des Elektromagnetismus eingegangen werden. 4.4.1

Ausbreitung elektromagnetischer Wellen

Die an einer Dipolantenne anliegende hochfrequente Spannung (Frequenzbereich 865 bis 868 MHz) erzeugt eine elektromagnetische Welle, die sich vom Ort der Entstehung kugelförmig im Raum ausbreitet. Die Entstehung elektromagnetischer Wellen lässt sich aus den Maxwellschen Gleichungen erklären:

92


3. Maxwellsche Gleichung:

rot E

wB wt

³ Ed r

³³

wB dA wt

Die zeitliche Änderung des magnetischen Feldes ist stets mit einer räumlichen Änderung des elektrischen Feldes verknüpft. 4. Maxwellsche Gleichung:

rot H rot B

j frei

wD Hd r wt ³

P 0 j P 0H 0

I frei ³³

wE Bd r wt ³

wD dA wt

P 0 I P 0H 0 ³³

wE dA wt

Eine zeitliche Änderung des elektrischen Feldes ist stets mit einer räumlichen Änderung des magnetischen Feldes verknüpft. Für periodisch (insbesondere sinusförmig) wechselnde Felder ergeben diese Effekte zusammen eine sich mit Lichtgeschwindigkeit (in Vakuum) ausbreitende Schwingung bzw. Welle. Folgende Abbildung veranschaulicht die Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle an einer Dipol-Antenne. Das elektrische Feld ist in blau und das magnetische Feld ist in rot dargestellt.

Abb. 4-31: Elektromagnetische Welle an einem Dipol37

Frequenz Die Frequenz f wird in der Einheit Hertz [Hz] angegeben und steht für die Anzahl der kompletten Schwingungen eines periodischen Signals (z.B. elektromagnetische Welle) pro Sekunde.

37

In Anlehnung an Wikipedia, freie Enzyklopädie, de.wikipedia.org/wiki/Bild:Felder_um_Dipol.jpg, (06.02.2008)


93

Periodendauer Die Periodendauer T wird in einer Zeiteinheit, in der Regel Sekunde [s], angegeben und beschreibt die zeitliche Dauer zwischen zwei gleichen, aufeinander folgenden Schwingungszuständen eines periodischen Signals. Der Kehrwert der Frequenz entspricht der Periodendauer einer Schwingung: T=1/f Phase Die Phase wird in Grad [°] angegeben und ist ein Maß für die Verschiebung zweier periodischer Signale gleicher Frequenz gegeneinander. Eine Phasendifferenz von 0° (Gleichtakt) zweier gleichfrequenter Wellen bedeutet, dass ihr Effekt sich addiert (konstruktive Interferenz), eine Phasendifferenz von 180° (Gegentakt) zweier gleichfrequenter Wellen bedeutet, dass sich ihr Effekt aufhebt (destruktive Interferenz). Phase 0° = Phase 360°. Wellenlänge Die Wellenlänge wird in einer Längeneinheit, in der Regel Zentimeter [cm], angegeben und beschreibt den Abstand zwischen zwei gleichen, aufeinander folgenden Schwingungszuständen einer periodischen Wellenbewegung. Der Quotient aus Lichtgeschwindigkeit ( c 3 10 8 m/s) und der Frequenz f entspricht der Wellenlänge einer elektromagnetischen Welle:

O

c f

Für den Frequenzbereich von 868 MHz ergibt sich eine Wellenlänge von

O

3 10 8 868 10 6

0,35 m = 35 cm

Nah- und Fernfeld Im Nahfeld hat sich die elektromagnetische Welle noch nicht von der Antenne gelöst. Dadurch kann eine Feldschwächung direkt an der Sendeantenne detektiert werden. Die Kopplung erfolgt elektrodynamisch über ein Magnetfeld (induktive Kopplung).38 Im Fernfeld dagegen hat sich die elektromagnetische Welle bereits von der Antenne gelöst, wodurch die Feldschwächung keine Auswirkung auf die Antenne selbst hat. In diesem Fall muss der Transponder ein moduliertes elektromagnetisches Feld zurück senden (reflektieren oder aktiv senden), um von der Antenne detektiert zu werden (siehe auch Kapitel 4.4.5). Beim Anbringen der RFID-(UHF)-Leser-Antennen sollte beachtet werden, dass reflektierende Gegenstände im Nahfeld starken Einfluss auf die Antennenimpedanz haben. Um eine unbeabsichtigte Fehlanpassung der Antenne und damit eine Minderung der ausge-strahlten Leistung zu vermeiden, sollten metallische und wasserhaltige Gegenstände im Nahfeld der Antenne vermieden werden. Die Bestimmung des Nahfeldes bei Richtantennen kann folgender Abbildung entnommen werden:

38 Vgl. Tennant, Rich, in Sweeney, Patrick J. (Hrsg.): RFID für Dummies, Weinheim: WILEY-VCH Verlag, 2006, S. 122

94


Abb. 4-32: Ermittlung von Nah- und Fernfeld einer Richtantenne39

4.4.2

Leistungsangaben

Bei den Untersuchungen und Berechnungen im Bereich des Elektromagnetismus spielt auch die Sendeleistung P, in der Regel in Watt [W] angegeben, eine entscheidende Rolle. Ein wichtiger Begriff in Zusammenhang mit Antennen und Funkzulassungsvorschriften ist der Leistungsbegriff EIRP (Equivalent Isotropic Radiated Power, engl.: äquivalente isotrope abgestrahlte Leistung).40 Die Sendeleistung PEIRP beschreibt, mit welcher Leistung ein Isotropenstrahler gespeist werden muss, um eine vorgegebene Strahlungsleistung PE im Abstand r zur Antenne zu erzeugen. Während sich die Sendeleistung PEIRP auf einen isotropen Strahler bezieht, gibt es eine weitere Leistungsangabe, die vor allem in den deutschen Zulassungsvorschriften auftaucht und mit ERP (Equivalent Radiated Power, engl.: äquivalente abgestrahlte Leistung) bezeichnet wird. Die Sendeleistung PERP bezieht sich auf eine Norm-Dipolantenne. Da eine Dipolantenne – wie in der vorliegenden Anwendung verwendet – zielgerichteter sendet als ein Isotropenstrahler, kann sie mit einer niedrigeren Sendeleistung PERP die vorgegebene Strahlungsleistung PE im Abstand r zur Antenne senden als der Isotropenstrahler mit der Sendeleistung PEIRP. Der Zusammenhang zwischen den mit PERP und PEIRP bezeichneten Sendeleistungen ist durch den Antennengewinnfaktor (Gi = 1,64) der Dipolantenne gegenüber dem Isotropenstrahler gegeben.41

PEIRP

P1 Gi und PEIRP

PERP 1,64

bzw.

PERP

PEIRP

1 1,64

PEIRP 0,61

39 Vgl. Gysel, Ulrich E.: Vorlesungsskript Hochfrequenztechnik (Kapitel 10: Antennen), Zürich: Zürcher Hochschule für angewandte Wissenschaften ZHAW, Departement Technik Informatik und Naturwissenschaften, 2003, S. 11 40 Vgl.: Tennant, Rich, in Sweeney, Patrick J. (Hrsg.): a.a.O., S. 128 41 Vgl.: Finkenzeller, Klaus: RFID Handbuch, München/Wien: Carl Hanser Verlag, 2006, S. 129


95

Somit entspricht die in Europa für den UHF-Bereich (865,6 bis 867,6 MHz) gemäß der „Entscheidung der Kommission vom 23. November 2006 zur Harmonisierung der Frequenzbänder für Geräte zur Funkfrequenzkennzeichnung (RFID-Geräte) im Ultrahochfrequenzband (UHF)“ (2006/804/EG), umgesetzt in EN 302208, erlaubten Sendeleistung PERP in Höhe von 2 W also einer Sendeleistung PEIRP in Höhe von 3,28 W.

UHF in MHz

Europa

USA/Kanada

865-870

902-928

max. Sendeleistung EIRP in Watt max. Sendeleistung ERP in Watt

4 2

Tab. 4-3: Zulässige Sendeleistungen

Japan

Korea

952-954 908,5-914 4

Singapore 923-925

4 2

PERP42

Die maximal erlaubte Sendeleistung liegt demnach in den USA und Kanada sowie Japan und Korea um 24 % über den in Europa erlaubten Werten.43 4.4.3

Strahlungsdichte

Bei einem isotropen Strahler wird die elektromagnetische Energie in alle Richtungen gleichmäßig stark abgestrahlt. Die Leistungsflussdichte bzw. Strahlungsdichte S im Fernfeld kann damit aus dem Quotienten der dem Strahler zugeführten Energie bzw. der abgestrahlten Leistung PEIRP und der vom Abstand r abhängigen Kugeloberfläche, angegeben in [W/m²], ermittelt werden:

S

PEIRP 4 S r 2

Für die Reichweitenberechnung bedeutet das:

PEIRP 4 S S

r

Daher erzielt eine Dipolantenne mit einer Sendeleistung PERP in Höhe von 2 W eine entsprechend dem Antennengewinn um den Faktor 1,64 größere Reichweite als ein Isotropenstrahler mit einer Sendeleistung PEIRP in Höhe von 2 W. 4.4.4

Die RFID-(UHF)-Luftschnittstelle

Das elektromagnetische Feld zwischen Leser-Antenne und Transponder-Antenne wird umgangssprachlich auch als „Luftschnittstelle“ bezeichnet. Damit wird ausgedrückt, dass der Datenaustausch hier nicht wie bei anderen Technologie (z.B. LAN, USB etc.) über eine reelle

42 43

Deister Electronic GmbH, www.deister.com, Application Note UHF-Portal, S. 4 Clasen, Michael: Aktueller Stand der RFID Standardisierung, Kap. 2.2.5, CD-Workshop, Erlangen, 2006

96


Schnittstelle vonstatten geht, sondern berührungslos – also über die „Luftschnittstelle“ – funktioniert.

Abb. 4-33: Systematische Darstellung der Luftschnittstelle44

Dieser Datenaustausch wird jedoch von den verschiedenen Eigenschaften der „Luftschnittstelle“ beeinflusst. Die Auswirkungen dieser Eigenschaften auf die vorliegende Anwendung werden in Kapitel 4.6.2 erläutert. Zunächst wird jedoch kurz das Verfahren der Datenübertragung zwischen RFID-(UHF)Leser-Antenne und RFID-(UHF)-Transponder-Antenne erläutert. 4.4.5

Das Backscatter-Prinzip

In der RFID-Technologie wird die Reflexion der elektromagnetischen Welle an der RFID(UHF)-Transponder-Antenne genutzt, um Daten zwischen dem Transponder und dem Lesegerät zu übertragen. Das hierbei verwendete Verfahren nennt sich „Backscatter-Prinzip“ (engl.: Rückstreuung). Das RFID-(UHF)-Lesegerät strahlt mittels der daran angeschlossenen RFID-(UHF)-LeserAntenne ein konstantes Feld aus, das den RFID-(UHF)-Transponder mit Energie versorgt. Der Transponder schaltet dann im Takt der Daten einen Lastwiderstand ein bzw. aus und moduliert damit durch Anpassung und Fehlanpassung den Rückstreuquerschnitt (backscatter) der Transponder-Antenne. Die von der Transponder-Antenne reflektierte elektromagnetische Welle wird dadurch in ihrer Amplitude moduliert und kann dann von dem RFID-Lesegerät entschlüsselt werden. Nachfolgende Abbildung zeigt eine vereinfachte Darstellung der Leistungsübertragung zwischen Leser- und Transponder-Antenne (physikalische Zusammenhänge).

44 Rupp, Roland: RFID – Eine Technologie etabliert sich, in: BU Wuppertal, LuF Baubetrieb u. Bauwirtschaft (Hrsg.): Unterlagen zum Workshop „RFID in der Maschinensicherheit“ (18.09.2007, MMBG, Düsseldorf), S. 72


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Abb. 4-34: Darstellung der Leistungsübertragung zwischen Leser- und Transponder-Antenne45

Die ausgestrahlte Leistung der RFID-(UHF)-Sende-/Empfangs-Antenne lässt sich aus der eingespeisten Leistung Pinc (im RFID-Leser eingestellte Leistung) und dem Antennengewinn GAntenne der Sende-/Empfangs-Antenne ermitteln. Die von der Antenne abgestrahlte Leistung PEIRP fällt mit der Entfernung r quadratisch ab. Somit ergibt sich für die am Transponder einfallende Leistungsdichte unter der Berücksichtigung des Antennengewinns zu

S

Pinc G Antenne . 4 S r 2

Von der Antenne des Transponders wird die Leistung PS reflektiert, die proportional zur Leistungsdichte S und dem Rückstreuquerschnitt der Transponder-Antenne ist:

PS

S V

Die von der Transponder-Antenne reflektierte Welle breitet sich auch wieder kugelförmig im Raum aus. Für die am Lesegerät wieder eintreffende Leistungsdichte SBack gilt:

S Back

PEIRP V (4 S ) 2 r 4

Zudem hat das Geschehen zwischen der Antenne des Lesers und der Antenne des Transponders zwei Aspekte: zum einen das physikalische Geschehen, d. h. die elektromagnetische Welle im (Frei-)Raum, zum anderen die Datenverarbeitungsprozesse, die i.d.R. als „Protokolle“ beschrieben werden. Die Luftschnittstelle „… ist die Spezifikation der physikalischen Eigenschaften und der logischen Bedingungen der Kommunikation … mit einem genau definierten Protokoll für den Datenaustausch …“46 Aus physikalischer Sicht ergeben sich insbesondere die Beschränkungen zur Lesereichweite, aus Datenverarbeitungssicht ergeben sich über die verwendeten Protokolle insbesondere die Beschränkungen zur Lesegeschwindigkeit. 45 Siehe auch: LuF Baubetrieb u. Bauwirtschaft (Hrsg.): Forschungsbericht: InWeMo – Integriertes Wertschöpfungsmodell mit RFID in der Bau- und Immobilienwirtschaft, BBR, Berlin, 2008 46 Tennant, Rich, in Sweeney, Patrick J. (Hrsg.): a.a.O., S. 162

98

4.4.6


Antikollisionsverfahren

Eine besondere Herausforderung in der RFID-Technologie besteht dann, wenn mehrere Transponder gleichzeitig von einem Lesegerät angesprochen werden. Antworten diese Transponder zur gleichen Zeit, so kann das zu einer Überlagerung aller Daten (Kollision) im Lesegerät führen. „Das Problem des Vielfachzugriffs ist in der Funktechnik schon seit langem bekannt. So etwa bei Nachrichtensatelliten oder Mobilfunknetzen, wo eine Vielzahl von Teilnehmern auf einen einzelnen Satelliten oder eine Basisstation zuzugreifen versucht. Aus diesem Grunde wurden zahlreiche Verfahren entwickelt, um die verschiedenen Teilnehmersignale voneinander zu trennen. Es gibt prinzipiell vier verschiedene [Antikollisions-]Verfahren, das Raummultiplexverfahren (SDMA), das Frequenzmultiplexverfahren (FDMA), das Zeitmultiplexverfahren (TDMA) sowie das Codemultiplexverfahren (CDMA oder spreadspectrum).“47 Das einfachste Antikollisionsverfahren ist das ALOHA-Verfahren. Beim ALOHA-Verfahren handelt es sich um ein transpondergesteuertes, stochastisches TDMA-Verfahren. „Dieses Verfahren wird ausschließlich bei Read-only-Transpondern eingesetzt, die in der Regel nur wenige Daten (Seriennummern) an ein Lesegerät übertragen müssen und diese in einem zyklischen Turnus an das Lesegerät senden. Die Datenübertragungszeit stellt nur einen Bruchteil der Wiederholzeit dar, sodass sich relativ lange Pausen zwischen den Übertragungen ergeben. Außerdem unterscheiden sich die Wiederholzeiten der einzelnen Transponder geringfügig. Somit besteht eine gewisse Wahrscheinlichkeit, dass zwei Transponder ihre Daten zu unterschiedlichen Zeiten absetzen können und die Datenpakete nicht miteinander kollidieren.“48 In der nachfolgenden Abbildung wird der zeitliche Ablauf des Datenverkehrs beim ALOHAVerfahren dargestellt:

Abb. 4-35: Schematische Darstellung des zeitlichen Ablauf beim ALOHA-Verfahren49

Dabei werden das Verkehrsangebot g und der Durchsatz S eines ALOHA-Systems wie folgt definiert: Mehrere Transponder senden ihre Datenpakete zu zufälligen Zeitpunkten. Dabei kommt es ab und zu auch zu Datenkollisionen, durch welche der (Daten-)Durchsatz S für die kollidierten Datenpakete zu null wird

47 48 49

Finkenzeller, Klaus: a.a.O., S. 214 Finkenzeller, Klaus: a.a.O., S. 220 Finkenzeller, Klaus: a.a.O., S. 220


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Ein weiteres in der RFID-(UHF)-Technologie verwendetes Verfahren zur Trennung verschiedener Transpondersignale ist der Binary-Search-Algorithmus. Im Gegensatz zum ALOHAVerfahren wird die Selektion der einzelnen Transponder durch das Lesegerät aktiv gesteuert. Das Lesegerät fordert dabei alle sich im Lesebereich befindenden Transponder auf, ihre Daten zu übertragen, wobei es mit der höchsten Stelle der ID-Nummer beginnt. Geht man davon aus, dass die vom Lesegerät empfangenen Bitfolgen der höherwertigen Bit (oberer Teil der ID-Nummer), bedingt durch den Aufbau des Electronic Product Codes, häufig übereinstimmen, ist dieses Verfahren relativ effizient. Zu einer Kollision der Daten kommt es dann erst an einer niedrigeren Stelle der ID-Nummer. Das Lesegerät erweitert in diesem Fall die Abfrage, indem es an der Stelle der Datenkollision eine Verzweigung des binären Suchbaumes (siehe Abb. 4-36) wählt und damit nur noch die Transponder anspricht, deren IDNummer mit dem an der Stelle gewählten Wert übereinstimmen. Kommt es zu weiteren Datenkollisionen, so erweitert das Lesegerät die Abfrage an weiteren Verzweigungen des binären Suchbaums, bis ein einzelner Transponder angesprochen wird. Dieser Transponder kann dann eindeutig selektiert und ausgelesen werden. Mit einem zusätzlichen Kommando (unselect) kann der Transponder anschließend stumm geschaltet werden. Die restlichen Transponder werden anschließend nach dem gleichen Prinzip ab der ersten Verzweigung selektiert und ausgelesen. Mit diesem Algorithmus lässt sich eine große Anzahl von Transpondern im Lesefeld einzeln ansprechen.

Abb. 4-36: Binärer Suchbaum50

4.5

Technische Voruntersuchungen

Im Rahmen der technischen Voruntersuchungen wurde zunächst empirisch und im Anschluss daran versuchstechnisch abgebildet, welche Hardware-Komponenten im Rahmen der anwendungsorientierten Entwicklung des RFID-gestützen Portals zur Kontrolle der PSA auf Vollständigkeit zum Einsatz kommen müssen. Diese Voruntersuchungen beziehen sich auf die erforderlichen RFID-(UHF)-Reader, die RFID-(UHF)-Leserantennen, aber auch die erforderlichen RFID-(UHF)-Transponder. Die Arbeitspakete zu den technischen Voruntersuchungen in Kapitel 4.5 wurden gemeinsam mit dem am Lehr- und Forschungsgebiet Baubetrieb und Bauwirtschaft parallel laufenden Forschungsprojekt „InWeMo – Integriertes Wertschöpfungsmodell mit RFID in der Bau- und Immobilienwirtschaft mit Fokus Material- und Personallogistik“, gefördert im Rahmen der „Forschungsinitiative Zukunft Bau“ des Bundesamtes für Bauwesen und Raumordnung (BBR), durchgeführt.

50

Finkenzeller, Klaus: a.a.O., S. 231

100

4.5.1


Frequenzbereiche

Bereits im Forschungsbericht zum Projektmodul „Grundlagen“51 wird in Kapitel 3.2.1 kurz erläutert, aus welchen Gründen für den vorliegenden Anwendungsfall der Bereich der ultrahochfrequenten Radiowellen (UHF, 868 MHz) besonders interessant ist. Eine Übersicht der wesentlichen Eigenschaften der zur Verfügung stehenden Frequenzbereiche gibt die folgende – ebenfalls bereits aus dem genannten Forschungsbericht bekannte – Darstellung: Low Frequency 125 kHz

High Frequency 13,56 MHz

Ultra-High Frequency 868 (915) MHz

Mikrowelle 2,45 GHz

Max. Lesereichweite (passive Tags)

< 0,5 m

bis zu 1,2 m

bis zu 3 m

bis zu 1 m

Energieversorgung Materialdurchdringung

passiv hoch

passiv mittel

passiv / aktiv mittel

passiv / aktiv gering

Merkmale

Lesegeschwindigkeit Lesegenauigkeit bei Metall o. Wasser in naher Umgebung Pulkfähigkeit

Typische Anwendungen

langsam

schnell

gut

schlecht

möglich, aber wenig realisiert

möglich

möglich (bis zu 200 Tags/Sek.)

möglich

TieridentifikationW egfahrsperre

Gepäcklogistik Airlines Zutrittskontrolle Einzelhandel

Containerlogistik Palettenidenidentifikation

Fahrzeugidentifikation für Maut

Tab. 4-4: RFID-Frequenzen im Überblick

Zusammengefasst lässt sich der Einfluss der RFID-Frequenz auf die Systemeigenschaften wie folgt beschreiben:52 Je höher die Frequenz desto ähnlicher wird die Feldausbreitung dem Licht Je höher die Frequenz desto schneller wird der Datenaustausch Je höher die Frequenz desto kritischer wird der Einfluss von Metall und von Flüssigkeiten Unter Berücksichtigung dieser grundlegenden Eigenschaften haben wir uns zunächst mit den Vor- und Nachteilen dieser Eigenschaften der unterschiedlichen Frequenzbereiche auf unser Anwendungsziel beschäftigt. Dies wird in Tab. 4-5 noch einmal detailliert dargestellt.

51 LuF Baubetrieb u. Bauwirtschaft: (Hrsg.): Forschungsbericht „Sicherheitstechnik mit RFID“ Projektmodul „Grundlagen“, DGUV, St. Augustin, 01/2007 52 Rupp, Roland: RFID – Eine Technologie etabliert sich, in: BU Wuppertal, LuF Baubetrieb u. Bauwirtschaft (Hrsg.): Unterlagen zum Workshop „RFID in der Maschinensicherheit“ (18.09.2007, MMBG, Düsseldorf), S. 73


Potentielle Einsatzbereiche in der Personallogistik auf Baustellen

Potallösungen (Erfassung und Verarbeitung "Im Vorbeigehen", d.h. ohne Einfluss auf Prozesse)

LF passiv

101

RFID-Frequenzbereich HF UHF passiv passiv Kernuntersuchungsberich

aktiv

MW aktiv

Zeiterfassungsportal

+

+

+

?

?

Bereichswechselkontrolle portalgebunden

+

+

+

?

?

Zutrittskontrollportal (mit Drehkreuzsteuerung)

+

+

?

?

Werkzeugverbuchungsportal

-

+

?

?

?

?

?

?

PSA-Kontrollportal

-

Diebstahlschutzportal

-

Zeiterfassung Zutrittskontrolle (mit Drehkreuzsteuerung) Terminallösung (Erfassung und Verarbeitung "durch PSA-Abfrage bewusstes Vorhalten", d.h. ggf. geringer Einfluss auf Prozesse) Werkzeugverbuchung

Bereichswechselkontrolle

Maschinenberechtigung Maschinenberechtigung

Ortung in der Fläche (2D)

+ (?) Vereinzelung bzw. Abschirmung erf.

+ (?) Vereinzelung bzw. Abschirmung erf.

+

+ (?)

bis 0,80 m Durchgangsbreite

Vereinzelung bzw. Abschirmung erf.

+

- (?)

70 - 80% möglich

Absorbtion Körper.

+

+

+

+

?

+

+

+

+

?

+

+

+

+

?

+

+

+

+

?

+

+

+

+

?

+

+

?

?

?

-

-

+ (?)

+ (?)

+ (?)

+ (?)

+ (?) mit viel Aufwand

Systemlösungen Ortung im Raum (3D) Legende

+ ?

-

?

technisch möglich (z.T. Aussagen von RFID-Spezialisten technisch nicht möglich noch zu prüfen. Durchführbarkeit z.T. technisch, z.T. theoretisch zu prüfen

Tab. 4-5: Einsatz von RFID in der Personallogistik nach Frequenzbereichen53

Aus dieser Darstellung geht zunächst hervor, dass für den Bereich der Kontrolle der PSA grundsätzlich sowohl der Bereich der hochfrequenten Radiowellen (HF; 13,56 MHz) als auch der UHF-Bereich in Frage kommen. Trotz der technischen Herausforderungen hinsichtlich der Vereinzelung und Abschirmung (siehe Kapitel 4.6.2.3), die zunächst eine Anwendung im Bereich der hochfrequenten Radiowellen (HF, 13,56 MHz) nahelegen, gaben für die Entscheidung, zur Umsetzung des RFIDgestützten Portals zur Kontrolle der PSA auf Vollständigkeit die UHF-Technologie heranzuziehen, aber schließlich eher betriebswirtschaftlich orientierte Überlegungen den Ausschlag:

53 LuF Baubetrieb u. Bauwirtschaft (Hrsg.): Forschungsbericht: InWeMo – Integriertes Wertschöpfungsmodell mit RFID in der Bau- und Immobilienwirtschaft, BBR, Berlin, 2008

102


In einer Studie im Auftrag von GS1 hat die LogicaCMG zwischen November 2006 und Februar 2007 Vorhersagen zur Entwicklung im Bereich des Marktes für passive RFIDTechnologie in Europa für die nächsten fünfzehn Jahre untersucht. Diese Studie wurde im Rahmen des Forschungsprojekts „BRIDGE – Building Radio frequency IDentification solutions for the Global Environment“ von der Europäischen Kommission gefördert.54 LogicaCMG kommt in dieser Studie im Wesentlichen zu dem nachfolgend dargestellten Schlussfolgerungen:

Auf lange Sicht wird erwartet, dass sich die Kosten der Hardware-Komponenten deutlich reduzieren werden. Dies wird zum einen auf technische Innovationen und zum anderen auf die erhöhte Wirtschaftlichkeit aufgrund von Massenproduktionen zurückzuführen sein. Auch die Kosten für die RFID-Transponder werden aus vergleichbaren Gründen auf weniger als 1 EURO-Cent sinken. Die UHF-RFID-Technologie wird in Europa weiterhin wachsen und die dominante Frequenz für die Verfolgung von physikalischen Objekten werden. Mit der HFTechnologie wird zukünftig eine Reihe von Nischenmärkten, wie z.B. Bibliotheken, abgedeckt.

55

Tab. 4-6: Schätzungen für die Entwicklung der passiven RFID-Technologie

Global bezogen auf die Stückzahl von Transpondern und Lesegeräten, liegen große Chancen im Bereich Retail und Supply-Chain mit UHF Gen2- / ISO18000-6 C-Technik. Nicht zuletzt durch den Bekanntheitsgrad und die hohe Bereitschaft, RFID in der Lieferkette einzusetzen, ist schon jetzt zu erkennen, dass andere Industriezweige nachziehen und relativ schnell die UHF-Technologie in Logistik und Produktion einführen.56 4.5.2

Hardware-Komponenten

Zu einem funktionierenden RFID-Systemaufbau gehören maßgeblich die folgenden Hardware-Komponenten:

54

GS1 / LogicaCMG (Hrsg.): Bridge-Project: European passive RFID – Market Sizing 2007-2022, Brüssel: Europäische Kommission, 02/2007 55 GS1 / LogicaCMG (Hrsg.): a.a.O., S. 2 56 O.V.: Dem Massenmarkt ein Stück näher – Interview mit Dr. Werner Knop, Head of Engineering Deister electronic GmbH, in: RFID im Blick, 10/2006


a. b. c.

103

RFID-(UHF)-Lesegerät RFID-(UHF)-Leser-Antenne RFID-(UHF)-Transponder

Hierzu erfasst ein RFID-(UHF)-Lesegerät den Transponder, liest die dort abgespeicherte Identifikationsnummer (ID) ein und leitet diese zusammen mit weiteren Daten wie z.B. LeserID und Lesezeitpunkt an eine Datenbank weiter. Das IT-System verknüpft die ID mit Informationen, die in der Datenbank hinterlegt sind.57

Abb. 4-37: Grundgedanke eines RFID-Systems58

Diese Hardware-Komponenten haben wir – wie bereits in der Einleitung zu Kapitel 4.3 erwähnt – zunächst auf der Grundlage einer Marktübersicht durch Messebesuche, Zeitschriften- und Buchliteratur sowie Internetrecherchen ermittelt, theoretisch qualitativ gegenüber gestellt und auf diesem Wege eine Vorauswahl für die technischen Voruntersuchungen getroffen. Auf dem Wege dieser Voruntersuchungen haben wir uns schließlich projektorientiert für einzelne Hardware-Komponenten entschieden, mit denen dann im Rahmen der anwendungsorientierten Entwicklung weitergearbeitet wurde. 4.5.2.1 RFID-(UHF)-Lesegerät Ziel der Implementierung eines RFID-Systems ist im Allgemeinen die Erfassung von Objekten und damit ein Gewinn an Informationen über diese Objekte. Erreicht werden kann dies nur, wenn die auf dem Transponder hinterlegten Informationen gelesen und weiterverarbeitet werden. Hierzu sind Lesegeräte erforderlich. Lesegeräte werden je nach Anwendung in unterschiedlichen Bauformen hergestellt. Neben stationären Lesern, die üblicherweise für Portallösungen oder den industriellen Einsatz in Fertigungsanlagen eingesetzt werden, gibt es noch portable Geräte. Portable Leser, auch mobile Leser genannt, werden zudem unterschieden in fahrzeuggebundene mobile Leser (z.B. an Gabelstaplern, LKW oder Verladekränen) und Handlesegeräte.59 Der grundsätzliche Aufbau eines Lesegerätes kann auf zwei Funktionsblöcke reduziert werden, 57

Informationsforum RFID, „Technologie, Was ist RFID?“: www.info-rfid.de/technologie/25.html, (06.02.2008) In Anlehnung an: Finkenzeller, Klaus: RFID Handbuch, München/Wien: Carl Hanser Verlag, 2006, S. 7 Leser, die in Maschinen integriert sind (z.B. Wegfahrsperren in KFZ, elektronische Schließzylinder für Schließsysteme, RFID-Leser im Mobiltelefon) arbeiten nicht im UHF-Frequenzbereich und wurden daher nicht aufgeführt. 58 59

104


den HF-Interface und die Steuerung60.

Separat zu behandeln sind die an das Lesegerät angeschlossenen bzw. teilweise auch im Gehäuse des Lesegerätes integrierten Antennen.61 HF-Interface Folgende Aufgaben werden vom HF-Interface des UHF-Lesers übernommen:

Zum einen erzeugt es die hochfrequente Sendeleistung zur Aktivierung und Energieversorgung des Transponders. Zum anderen moduliert es die Sendeleistung zur Übertragung von Daten an den Transponder. Des Weiteren empfängt und demoduliert das HF-Interface die vom Transponder reflektierten Signale.62

Um die schwachen Empfangssignale, die vom Transponder reflektiert wurden, von dem abgestrahlten Feld zu trennen, stehen zwei getrennte Signalzüge im HF-Interface zur Verfügung. Daten zum Transponder durchlaufen den Sendezweig, Daten vom Transponder durchlaufen den Empfängerzweig.63 Steuerung Folgende Aufgaben werden von der Steuerung des UHF-Lesers übernommen:

Ihre erste Aufgabe ist die Kommunikation mit der Applikationssoftware sowie die Ausführung von Kommandos. Zudem steuert sie den Kommunikationsablauf mit einem Transponder (Master-Slave-Prinzip), codiert und decodiert Signale und führt einen Antikollisionsalgorithmus durch. Ferner ist die Steuerung für eine Ver- und Entschlüsselung der Daten zuständig, die zwischen Transponder und Lesegerät übertragen werden.64

Um diesen komplexen Aufgaben gerecht werden zu können, verfügt die Steuerung über einen Mikroprozessor (P) als zentrales Bauelement. Kryptologische Verfahren, wie eine Stromverschlüsselung zwischen Transponder und Lesegerät sowie die Signalcodierung, werden in einem zusätzlichen ASIC-Baustein ausgelagert, um den Prozessor von rechenintensiven Prozessen zu entlasten. Der Zugriff auf das ASIC erfolgt über den MikroprozessorBus (registerorientiert).65

60

Vgl.: Finkenzeller, Klaus: a.a.O., S. 356 In Anlehnung an: Finkenzeller, Klaus: a. a. O., S. 356 Vgl.: Finkenzeller, Klaus: a. a. O., S. 357 63 Vgl.: Finkenzeller, Klaus: a. a. O., S. 357 64 Vgl.: Finkenzeller, Klaus: a. a. O., S. 362 65 Vgl.: Finkenzeller, Klaus: a. a. O., S. 362 61 62


Abb. 4-38: Blockschaltbild der Steuerung eines Lesegerätes

105

66

Zur Kommunikation mit der übergeordneten Applikationssoftware stehen diverse Schnittstellen zur Verfügung (z.B. RS232/485, LAN etc.).67 UHF-Leser-Gate bzw.-Portal Um aus stationären Lesegeräten eine UHF-Portal- bzw. UHF-Gate-Lösung aufzubauen, gibt es in Abhängigkeit der Hersteller zwei verschiedene Konzepte: Einerseits kann das Portal aus mehreren Lesern mit integrierter Antenne aufgebaut werden, wie z.B. von Deister Electronic GmbH mit dem Portal UDL 500 angeboten.68

Abb. 4-39: Lesegerät von Deister Electronic GmbH mit integrierter Antenne

Andererseits kann ein Portal aus einem stationären Lesegerät aufgebaut werden, an das z.B. vier externe Leser-Antennen angeschlossen werden:

66 67 68

In Anlehnung an: Finkenzeller, Klaus: a. a. O., S. 362 Vgl.: Finkenzeller, Klaus: a. a. O., S. 362 Deister Electronic GmbH, www.deister.com, (02.02.2008)

106


Abb. 4-40: Stationäres UHF-Lesegerät OBID ID ISC.LRU2000 der Firma Feig Electronic GmbH69

Da der stationäre Leser der Firma Feig Electronic GmbH in der Regel für Portallösungen, wie nachfolgend dargestellt, eingesetzt wird, verfügt er über vier Antennenanschlüsse.

Abb. 4-41: Skizze UHF-Portal von Deister Electronic GmbH70

Entwicklungsunternehmen arbeiten derzeit an Antennenmultiplexern für den UHF-Bereich, die einen Anschluss einer weit höheren Anzahl an Antennen ermöglichen sollen.71 4.5.2.1.1

Hardware-Vorauswahl

Auf Basis der systematischen Marktanalyse und der Bewertung der Eigenschaften der verschiedenen Leser wurde die nachfolgend aufgeführte Technik im Rahmen der anwendungsorientierten Entwicklung genutzt bzw. miteinander verglichen:

69 SOFTWORK s.r.l., in Anlehnung an: www.rf-id.it/SalaStampa/TestiNews/AnnuncioUHF-LRU1000.htm, (25.01.2008) 70 Deister Electronic GmbH, www.deister.com, (02.02.2008) 71 Gespräch mit der Firma TBN Identifikation und Netzwerke GmbH am 28.08.2007.


Feig

LRU 1000

Feig

ID ISC.LRU2000

Intermec

IF5

War zum Zeitpunkt der Hardware-Beschaffung noch nicht lieferbar und ist in den folgenden Vergleich deshalb nicht eingeflossen. Heute würde dieses RFID-(UHF)-Lesegerät eine gleichwertige Alternative darstellen.

deister electronic

UHF Portal UDL 500

Tab. 4-7: Ausgewählte RFID-(UHF)-Lesegeräte

72

72 Siehe auch: LuF Baubetrieb u. Bauwirtschaft (Hrsg.): Forschungsbericht: InWeMo – Integriertes Wertschöpfungsmodell mit RFID in der Bau- und Immobilienwirtschaft, BBR, Berlin, 2008

107

108


Ausgangsleistung

Anschluss Antennenkabel

IP54

100 mW - 4 W in 100 mW Schritten ? 4 Weirp und 2 Werp ( 0,5 Werp ) erreichbar

SMA-Buchse (50 Ohm)

5

IP54

100 mW bis 3,0 W in 100 mW Schritten ? 4 Weirp und 2 Werp ( 0,5 Werp ) erreichbar

SMA-Buchse (50 Ohm)

IF 5

1

IP53

max. 0,5 W (= 100%)

SMA-Buchse ("-20 db Software gesteuert")

UHF Portal UDL 500

1x4

IP54, optional IP 65

in Anzahl bei Schutzklasse BUW vorhanden

Hersteller

Modell

Feig

LRU 1000

1

Feig

ID ISC LRU 2000

Intermec

max. 2,0 Werp konfigurierbar in 10 Schritten, (Interne Antennen) geräteweise kalibriert

Tab. 4-8: Technische Eigenschaften der ausgewählten RFID-(UHF)-Lesegeräte73

Die vollständige Übersicht befindet sich in Anlage 8.1. 4.5.2.1.2

Voruntersuchungen

Voruntersuchungen an den RFID-(UHF)-Lesegeräten haben erst in Verbindung mit den RFID-(UHF)-Leser-Antennen (siehe Kapitel 4.5.2.2) und in Verbindung mit den RFID-(UHF)Transpondern (siehe Kapitel 4.5.2.2.4) stattgefunden. Aufgrund der Lieferschwierigkeiten des RFID-(UHF)-Lesers IF5 von INTERMEC zum Zeitpunkt der Hardware-Beschaffung im Frühjahr 2007 war es nicht möglich, diesen Leser im Rahmen der Voruntersuchungen zu berücksichtigen. Darüber hinaus hat die mangelnde Kommunikationsbereitschaft der Firma INTERMEC bezüglich der Bereitstellung von Protokollen und Bibliotheken zur Programmierung des für den Test-Einsatz erforderlichen Leseradapters (siehe dazu Kapitel 4.3.3) den Einsatz dieser Antenne erschwert. Der Portal-Leser UHF Portal UDL 500 von DEISTER ELECTRONIC ist für die vorliegende Anwendung vor allem deshalb nur unzureichend geeignet, weil die Verbindung von RFID(UHF)-Lesegerät mit RFID-(UHF)-Leser-Antennen in einem festen Gehäuse eine flexible Anordnung der Antennen, wie sie in der vorliegenden Anwendung erforderlich ist, nicht ermöglicht. 4.5.2.1.3

Hardware-Auswahl

Da der FEIG ID ISC.LRU 2000 eine technische Weiterentwicklung des FEIG LRU 1000 darstellt, haben wir uns im Rahmen des Projektes für die Verwendung dieses RFID-(UHF)Lesegerätes entschieden, obwohl dieser entgegen den Aussagen im technischen Datenblatt derzeit nicht über eine W-LAN-Schnittstelle verfügt. Von seinen Funktionalitäten kann der Leser IF5 von INTERMEC wahrscheinlich als gleichwertig eingeschätzt werden.



109

4.5.2.2 RFID-(UHF)-Leser-Antennen Die Antenne des Lesegerätes sendet und empfängt die zur Energie- und Datenübertragung notwendigen elektromagnetischen Wellen. Dabei ist die Antenne so konzipiert, dass sie ihre abgestrahlte Leistung bündelt und in einer bevorzugten Richtung mit einem bestimmten Öffnungswinkel abstrahlt. In der Praxis werden die Antennen so ausgelegt, dass sich ein Richtkegel in der gewünschten Abstrahlrichtung bildet.

horizontal

vertikal

Abb. 4-42: Typischer zweidimensionaler Richtkegel einer zirkularen RFID-(UHF)-Leser-Antenne74

Abb. 4-43: Typischer dreidimensionaler Richtkegel einer zirkularen RFID-(UHF)-Leser-Antenne

4.5.2.2.1

75

Hardware-Vorauswahl

Im Folgenden ist eine Marktübersicht (Stand Frühjahr 2007) gegeben, auf deren Grundlage wir die Voruntersuchungen durchgeführt und die Entscheidungen bezüglich der weiteren Verwendung von RFID-(UHF)-Leser-Antennen getroffen haben.

74 75

ABCDATA e.K., www.abcdata.de/abcdataneu/antennen.php, (26.02.2008) ABCDATA e.K., www.abcdata.de/abcdataneu/antennen.php, (26.02.2008)

110


i-scan UHF ID Feig

ISC.ANT. U250/250-EU (neues Modell)

25-200 Series RFID Intermec

Directional LHCP Antenna

IA39B Intellitag Intermec

Rugged Antenna

WiMo

CI-868

WiMo

HSP-868

Identec Solutions

i-A9185

Identec Solutions

i-W900R

Tab. 4-9: Ausgewählte RFID-(UHF)-Leser-Antennen76


CI-868

HSP-868

i-A9185

i-W900R

WiMo

Identec Solutions

Identec Solutions

i-scan UHF ID ISC.ANT.U250/250-EU (neues Modell) 25-200 Series RFID Directional LHCP Antenna IA39B Intellitag Rugged Antenna

Modell

WiMo

Intermec

Intermec

Feig

Hersteller (bzw. Lieferant)

50 Ohm

TNC-Buchse

integriertes Kabel mit SMA-Stecker

ca. IP43/IP54 (nicht spezifiziert)

2

2

1

IP 54

IP 65

50 Ohm

N-Buchse

1


50 Ohm

50 Ohm

50 Ohm

N-Buchse

k.A.

50 Ohm

50 Ohm

Impedanz

1

N-Buchse

SMA-Buchse

Anschluss

k.A.

IP54

Schutzklasse

2

9

in Anzahl bei BUW vor-handen

- 20 dB

> -15dB

Front-toback Ratio

k.A

k.A

< 1,5 : 1

< 1,5

vertikal

zirkular

zirkular

zirkular

zirkular

Polarisierung

k.A

linear

0 dB(stahlt horizontal elliptisch in alle Richtunge n gleich stark aus)

15 dB

15 dB

< 1,3 : 1 > -20 dB

< 1,3 : 1

< 1,5 : 1

VSWR

ca. 70°

30°

60°

65°

Elevation

55°

360°

65°

120°

61 +- 2° 64 +- 2°

ca. 70°

70°

65°

65°

Azimuth

Half Power Beam Width

entfällt

5,0

entfällt

8,0

10,5

8,3

9,0

0,0

3,0

0,0

-15dB

zirkular

Azimuth

Elevation

65°

65°

116


Diese RFID-(UHF)-Leser-Antenne wurde in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS in Duisburg, das uns hierzu dankenswerterweise seine Räumlichkeiten und technische Ausstattung zur Verfügung gestellt hat, hinsichtlich ihrer spezifischen Strahlungscharakteristik untersucht. Der dazugehörige Versuchsaufbau wird in Kapitel 4.5.2.2.6 detailliert beschrieben. Die entsprechenden Messreihen befinden sich in Anlage 8.4.

Abb. 4-48: Horizontale Strahlungscharakteristik der ausgewählten RFID-(UHF)-Leser-Antenne

Abb. 4-49: Vertikale Strahlungscharakteristik der ausgewählten RFID-(UHF)-Leser-Antenne

4.5.2.2.4

RFID-(UHF)-Transponder

Der RFID-Transponder, auch RFID-Tag genannt, ist der Datenträger des RFID-Systems. Das Kunstwort „Transponder“ ist aus den technischen Begriffen Transmitter (engl.: senden) und Responder (engl.: antworten) zusammengesetzt. Nachfolgend soll ein detaillierter Blick auf den Aufbau eines Transponders geworfen werden.


Abb. 4-50: Aufbau eines RFID-(UHF)-Transponders

117

78

Kern des Transponders ist das Inlay, bestehend aus

einem Mikrochip mit integriertem Schaltkreis und Speicher, einem Koppelelement (z.B. Dipolantenne oder Spule) als Verbindung zwischen Mikrochip und Funkwellen und einem Trägermaterial.79

Die Aufgabe des RFID-Transponders ist es,

„…ein Signal aus dem RFID-Leser zu empfangen, die notwendige Energie für den RFID-Chip zu speichern [passive Tags], die darin eingebetteten Kommandos zur Steuerung der Funktion zu befolgen, neue Daten in das RFID-Tag aufzunehmen, mit Hilfe der gespeicherten Energie die in den RFID-Tags gespeicherten Informationen zurückzusenden“.80

Im Hinblick auf die Untersuchung von RFID-Anwendungen in „rauen“ Umgebungen, z.B. dem Bau, sollte zudem auf folgenden Bestandteil hingewiesen werden: „den pastenartigen Bonding-Kleber, der die … [Antenne] leitend mit dem Chip verbindet. Dies ist das entscheidende Element für die Lebensdauer des RFID-Tags, die eindeutige Schwachstelle. Sie bestimmt beispielsweise die maximal zulässige Betriebs- und Lagertemperatur.“81 Das Trägermaterial der in den meisten UHF-Transpondern verbauten UHF-Inlays besteht aus einer ca. 0,1 mm dünnen flexiblen Plastikfolie, auf die die zumeist aus Aluminium bestehende Antenne durch Siebdruck- oder Ätztechnikverfahren aufgebracht wird.82 Der Chip wird über dünne Anschlussfäden oder -flächen mit der Antenne verbunden. In den meisten Fällen existiert eine Schutzfolie über dem Bereich des Mikrochips.

78 GS1 Germany GmbH, www.gs1-germany.de/internet/content/produkte/epcglobal/epc_rfid/technik/index_ ger. html, (06.02.2008) 79 In Anlehnung an: Finkenzeller, Klaus: a.a.O., S. 8f.;RFID Support Center, Grundlagen RFID, www.rfid-supportcenter.de, (06.02.2008) 80 Tennant, Rich, in Sweeney, Patrick J. (Hrsg.): RFID für Dummies, Weinheim: WILEY-VCH Verlag, 2006, S.148 81 Tennant, Rich, in Sweeney, Patrick J. (Hrsg.): a.a.O., S. 150 82 Vgl.: Finkenzeller, Klaus: a.a.O., S. 20f.

118


Die Größe eines Transponders hängt weitestgehend von der Größe und Form der Antenne ab. Der Mikrochip hat im Allgemeinen keinen Einfluss auf die Größe des Transponders, da es heutzutage Mikrochips gibt, deren Fläche weniger als einen Quadratmillimeter beträgt.83 Die Größe der Antenne wiederum ist von den Anforderungen des Nutzers an das RFIDSystem abhängig. Einflussgrößen sind hierbei unter anderem die Reichweite, das Material, das den Transponder umgibt, sowie die Frequenz des Systems (die Antennenform lässt Rückschlüsse auf den Frequenzbereich zu: Antenne in Form einer Spule: LF oder HF, Antenne in Form eines (abgewandelten) Dipols: UHF). Bei aktiven Transpondern ist außerdem noch die Größe der integrierten Batterie zu beachten. Das Inlay kann auf verschiedene Arten zu Transpondern weiterverarbeitet werden, wodurch sich diverse Transponderbauformen ergeben, auf die im Folgenden noch eingegangen wird. Im UHF-Bereich findet man derzeit im Wesentlichen Inlays von den folgenden Herstellern:

Alien Technologies Atmel Avery Dennison Hana KSW OMRON Philips / NXP Symbol Technologies / Motorola Texas Instruments UPM Raflatac (Rafsec)

Transponderchip „Die meisten RFID-Tags werden [zwar] in erster Linie durch ihre Antennenform unterschieden, aber der mikroskopisch kleine integrierte Schaltkreis, der Chip, hat einen viel größeren Einfluss auf die gesamte Leistung des RFID-Tags.“84 Wichtiger diesbezüglicher Einflussfaktor ist die Energieeffizienz, einerseits die Effizienz des Sendens und Empfangens, andererseits die Effizienz der Energiespeicherung sowie die der Datenverarbeitung im Chip. Als Größenordnung für den Energieverbrauch zum Senden und Empfangen wird ein Wert von 100 mW bzw. -10 dBm genannt.85 Der Transponderchip ist das Kernstück eines RFID-Transponders, auf dem die Daten gespeichert werden. Im Wesentlichen besteht der Chip aus drei Komponenten:

einem Hochfrequenz-Teil zur Gewinnung der benötigten Energie aus dem elektromagnetischen Feld, einer Kontrolleinheit zur Verarbeitung der empfangenen Befehle und einer Speichereinheit.86

Wichtige Parameter für die Auswahl des Chips sind 83

die Größe des verfügbaren Speichers

Hitachi Europe Ltd., www.hitachi-eu.com/mu/Products/Mu%20Chip.htm, (06.02.2008) Tennant, Rich, in Sweeney, Patrick J. (Hrsg.): a.a.O., S. 152 Vgl. z.B. Tennant, Rich, in Sweeney, Patrick J. (Hrsg.): a.a.O., S. 153 86 Vgl.: Bundesverband Informationswirtschaft, Telekommunikation und neue Medien e.V. (BITKOM) (Hrsg.): BITKOM RFID Guide 2006, Berlin: BITKOM e.V., 10/2006, S. 22 84 85


119

die Wiederbeschreibbarkeit der Energiebedarf

Im Bereich der Wiederbeschreibbarkeit können RFID Transponder im Wesentlichen in drei Gruppen gegliedert werden:

read-only-Transponder WORM-Transponder (write-once-read-many-times) read-write-Transponder

Als read-only-Transponder bezeichnet man Transponder, die in der Produktion eine einmalige fortlaufende Nummer erhalten, die vom Anwender nicht mehr verändert werden kann. Eingesetzt wird diese Art der Transponder u.a. in Wegfahrsperren im Kfz-Bereich, zur Identifikation von Tieren, in Lackierereien, in chemischen und medizintechnischen Anwendungen. Die sogenannten WORM-Transponder bieten dem Anwender die Möglichkeit, einmalig die Kennung des Transponders zu verändern. Diese Transponder sind für Endanwender gedacht, die beispielsweise die Identifikationsnummer des Transponders einmalig auf ihr Produkt anpassen möchten. Die dritte Gruppe bilden die read-write-Transponder. Diese Transponder besitzen neben dem festen Speicher für die unveränderbare Identifikationsnummer des Transponders einen zusätzlichen Speicherraum, der immer wieder neu beschrieben und ausgelesen werden kann. Die Reichweite dieses Transponders ist beim Schreibvorgang, auf Grund des höheren Energiebedarfs, wesentlich geringer als beim Lesevorgang. Des Weiteren hat eine Erweiterung des Speicherplatzes auch immer eine Verlängerung der Lesezeiten zur Folge, daher wird die Erweiterung des Speichers immer eng an den minimalen Notwendigkeiten bleiben. Bei denen für das Forschungsprojekt verwendeten Transpondern handelt es sich um Transponder, die dem „EPC Class1 Generation2“-Standard genügen, und somit über einen Speicherbereich von mindesten 96 Bit verfügen. EPC steht für den „Electronic Product Code“. Nähere Informationen sind im Internet unter der Internetadresse www.epc-global.de zu finden. Darüber hinaus wird auf den EPC noch im Zusammenhang mit Normung und Standardisierung im Kapital 4.8.3.2.1 eingegangen. Im UHF-Bereich findet man derzeit im Wesentlichen die folgenden Hersteller von Transponderchips:

Legic Philips Smart-Tec STMicroelectronics Texas Instruments

RFID-(UHF)-Transponder-Antenne Die Transponder-Antenne stellt als Koppelelement die Verbindung zwischen der elektromagnetischen Welle, die vom Lesegerät aus gesendet wird, und dem Chip her.87 Generell lässt sich sagen: „Die Größe der Antenne ist entscheidend für die Leistung des RFID-Tags, weil die Größe der Antennen normalerweise die Reichweite des RFID-Tags bestimmt. Ver87 Vgl.: Bundesverband Informationswirtschaft, Telekommunikation und neue Medien e.V. (BITKOM) (Hrsg.): BITKOM RFID Guide 2006, Berlin: BITKOM e.V., 10/2006, S. 23

120


einfacht: Verwenden Sie eine größere Antenne, wird auch die Kommunikation besser, da die Antenne mehr Energie einfängt. … Eine andere Eigenschaft der Antennen, die ihre Funktion unterstützt, ist ihre Form …“88 Ob als Koppelelement eine Spule oder eine Antenne eingesetzt wird, hängt von der Funktionsweise des RFID-Systems ab. Induktive Systeme (LF- und HF-Frequenzbereich) arbeiten mit Spulen, elektromagnetische Systeme (UHF-Frequenzbereich) meist mit Dipolantennen. Im UHF-Bereich werden als Koppelelement i.d.R. herkömmlich Dipolantennen genutzt, die, wie nachfolgende Abbildung zeigt, unterschiedlich aufgebaut sein können. Auswirkungen der Bauform werden nachfolgend erläutert.

89

Abb. 4-51: Bauformen von Dipolantennen

Zunehmend werden Sonderbauformen entwickelt. Sowohl die verschiedenen Dipolbauformen als auch die verschiedenen Sonderbauformen für den UHF-Bereich werden nachfolgend kurz vorgestellt. Aufgrund der unterschiedlichen Frequenzbereiche, die für die UHF-Technologie in den verschiedenen Ländern zur Verfügung stehen, müssen UHF-Transponder, die weltweit einsetzbar sein sollen, eine möglichst große Bandbreite aufweisen. Durch das Verhältnis von Durchmesser und Länge der Antenne lässt sich die Bandbreite verändern. Bei zunehmendem Durchmesser nimmt diese zu. Um auf der gewünschten Frequenz in Resonanz zu kommen, muss der Dipol allerdings um einen Verkürzungsfaktor verringert werden. Der Verkürzungsfaktor liegt bei etwa 0,90 bis 0,99.90

88 89 90

Tennant, Rich, in Sweeney, Patrick J. (Hrsg.): a.a.O., S. 149 In Anlehnung an: Finkenzeller, Klaus: a.a.O., S. 135 Vgl.: Finkenzeller, Klaus: a.a.O., S. 135


121

Einfach gestreckter Dipol Eine UHF-Transponder-Antenne ist in der schlichtesten Form ein einfach gestreckter Halbwellendipol (sog. /2-Dipol) mit einer definierten Länge von /2. Das Leitungsstück mit der Länge l = /2 wird in der Mitte unterbrochen und speist den dort angeschlossenen Transponderchip mit Energie. Durch die Formgebung der Antenne können die charakteristischen Eigenschaften, wie vor allem Strahlungswiderstand und die Bandbreite, beeinflusst werden. Der Strahlungswiderstand Rr (73,2 ) hat Einfluss auf die reflektierte Leistung Ps, die benötigt wird, um die eingefallene Welle mit den benötigten Informationen zurück zum Lesegerät zu reflektieren. Die reflektierte Leistung Ps wird mit der folgenden Formel ermittelt:91

PS

I 2 Rr

Schleifendipol Durch die Parallelschaltung der /2-Leitungsstücke in geringem Abstand zueinander (d < 0,05*) kann der Strahlungswiderstand beeinflusst werden. Die daraus entstehende Form wird Schleifen- oder Faltdipol genannt, welcher einen vierfach so hohen Strahlungswiderstand im Vergleich zum Halbwellendipol aufweist (Rr = 240 bis 280 ). Es gilt folgender Zusammenhang:92

Rr

§ § 4D 2 · · ¨ lg¨ ¸¸ ¨ ¨© d1 d 2 ¸¹ ¸ 73,2: ¨ ¸ ¨ lg§¨ 2 D ·¸ ¸ ¨ ¨d ¸ ¸ © © 2 ¹ ¹

2

Doppelschleifendipol Eine weitere Form des Schleifendipols ist der Doppelschleifendipol. Der Strahlungswiderstand ist stark von Leiterdurchmesser und Abstand der /2-Leitungsstücke zueinander abhängig. Es werden mit dem Doppelschleifendipol in der Praxis Werte zwischen 540 und 2000 erzielt. Folgendes Verhältnis gilt:93

Rr

§ § 4D 3 · · ¨ lg¨ ¸¸ ¨ ¨© d1 2 d 2 ¸¹ ¸ 73,2: ¨ ¸ ¨ lg§¨ D ·¸ ¸ ¨d ¸ ¸ ¨ © 2¹ ¹ ©

2

Sonderbauformen Doppeldipol und Tripol Bei Dipolantennen gibt es unter anderem Sonderformen: den Doppeldipol und den Tripol. Diese Bauformen unterstützen aufgrund ihres zweidimensionalen Antennendesigns eine fast beliebige Positionierung im Leserfeld.

91 92 93

Vgl.: Finkenzeller, Klaus: a.a.O., S. 134 Vgl.: Finkenzeller, Klaus: a.a.O., S. 134 Vgl.: Finkenzeller, Klaus: a.a.O., S. 134f.

122


Abb. 4-52: Sonderbauformen: Tripol-Antenne, Doppeldipol-Antenne

Sonderbauform Schlitz-Antenne Die Schlitz-Antenne ist eine spezielle Form der Antenne, bei der nicht eine Metallstruktur in der Umgebung eines Nichtleiters (Luft) Wellen abstrahlt, sondern die umgekehrte Bauform der Antenne zur Wellenabstrahlung genutzt wird. Der Strahler ist hier eine Unterbrechung in einer Metallplatte oder einem Hohlleiter. Die Unterbrechung hat meist die Form eines Dipols, kann prinzipiell aber auch andere Antennen-Designs annehmen. Die Schlitze stellen dabei eine magnetische Antenne dar, was zur Folge hat, dass mit vertikal ausgerichteten Schlitzen eine horizontal polarisierte Welle erzeugt wird. Schlitz-Antennen werden vor allem bei hohen Frequenzen und speziellen Anwendungen eingesetzt.

Abb. 4-53: Sonderbauform: Schlitz-Antenne94

Sonderbauform Patch-Antenne Patch-Antennen eignen sich besonders gut zur Integration auf Leiterplatten. Häufig bestehen sie aus einer rechteckigen Metallfläche, deren Seitenlänge etwa der halben Wellenlänge (/2) entspricht und somit als Resonator wirkt, ähnlich einer Dipol-Antenne. Kombiniert man diese Antenne mit einer dahinter angebrachten Metallfläche, so kann eine Richtungswirkung erzielt werden, deren Gewinn bis zu 10 dB erreichen kann. Diese Antennenbauform wird u.a. auch im Mobilfunk und in WLAN-Gruppen verwendet. In der RFID-Technik wird diese Art der Antennen u.a. in der Bekleidungsindustrie eingesetzt. Dafür wurde ein Transponder entwickelt, dessen Antenne Bestandteil des Textilgewebes ist. Dieser sogenannte Textag kann z.B. in das Etikett des Herstellers eingearbeitet werden.

94 CTR Carinthian Tech Research AG, www.ctr.at/carinthian_tech_research_deutsch/news_presse/fotogalerie_forschungsbereiche.php, (06.02.2008)


123

Abb. 4-54: Sonderbauform: Patch-Antenne95

Sonderbauform Streifenleiter-Antenne Ähnlich wie die Patch-Antenne wird die Streifenleiter-Antenne in der Bekleidungsindustrie eingesetzt. Auch sie kann in das Herstelleretikett eingearbeitet werden. Als Antenne dient dabei ein dünner Draht, der wellenförmig in das Etikett eingewebt wird.

96

Abb. 4-55: Sonderbauform: Streifenleiter-Antenne

RFID-(UHF)-Transponder-Bauformen RFID-Transponder werden in folgenden Konfigurationen angeboten:

Inlays - häufig als „dry Inlays” bezeichnet Selbstklebende Inlays - häufig als „wet Inlays“ bezeichnet Fertige RFID-Etiketten (Labels) Selbstklebende RFID-Etiketten (Smart Labels) Hard-Tags Karten

Transponder gibt es in unzähligen verschiedenen Bauformen. Insbesondere LF- und HFTransponder können je nach Anwendungsart in Uhren, Schlüsselanhängern, Plastikkarten oder beliebigen Plastikgehäusen in allen nur erdenklichen Formen eingebaut werden.97 Da im Forschungsprojekt für die anwendungsorientierte Entwicklung sowie in den Praxistests passive RFID-(UHF)-Transponder genutzt werden, soll nachfolgend der Aufbau dieser Transponder genauer beschrieben werden. Die Untersuchung der spezifischen Eignung der

95

Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS, www.iis.fraunhofer.de/bf/ec/dk/an/antdes/pa.jsp, (20.12.2008), bzw. Deister Electronic GmbH, www.deister.com/content/deutsch /default/index.htm, (17.01.2008) 96 Deister Electronic GmbH, www.deister.com/content/deutsch /default/index.htm, (17.01.2008) 97 Siehe auch: LuF Baubetrieb u. Bauwirtschaft: (Hrsg.): Forschungsbericht „Sicherheitstechnik mit RFID“, Projektmodul „Grundlagen“, DGUV, St. Augustin, 01/2007, S. 9 ff.

124


unterschiedlichen RFID-(UHF)-Transponder für die vorliegende Anwendungen wird im Kapitel 4.5.2.2.5 detailliert beschrieben. Nachfolgend werden die grundsätzlich am Markt verfügbaren Smart Labels bzw. Inlays aufgeführt. RFID-(UHF)-Transponder als Smart Label Dieses Smart Label-UHF-Inlay kann in andere Gehäuse eingebettet werden. Beispiele hierfür sind „Smart Labels“ und „Hard-Tags“. Für ein Smart Label wird die Trägerfolie mit einem Kleber versehen und meist von oben mit einer Papierschicht laminiert. Die Transponder werden als Selbstklebeetiketten auf einer Endlosrolle geliefert. Der Vorteil ist, dass sie dünn und flexibel sind. Zudem kann die Oberfläche mit transponderspezifischen Daten, wie z.B. der Seriennummer, bedruckt werden. Der Nachteil ist der sehr geringe Schutz gegenüber mechanischen Einflüssen. RFID-(UHF)-Transponder als Smart Label zur Nutzung auf Metall Da bei allen Frequenzen Einschränkungen hinsichtlich der Funktionalität bei Befestigung von Transpondern auf Metall existieren, entwickeln die Hersteller von Komponenten der RFIDTechnologie Transponder, die für dieses störungsanfällige Umfeld bzw. Trägermaterial geeignet sind. Hier sind einige Erfolge erzielt worden, und es stehen nun Transponder zur Verfügung, die auf Metalloberflächen aufgebracht werden können. Durch geeignete Maßnahmen, wie Abschirmung, Abstandhaltung, Feldbündelung durch Ferritkerne, Abstimmung u.v.m. konnten die vorhandenen Einschränkungen verringert werden. Die Paxar Corporation, in Deutschland mit der PAXAR Central Europe GmbH vertreten, zählt zu den Weltmarktführern in der Produktkennzeichnung und Warenlogistik. Dieses Unternehmen hat zur Lösung des Problems, Metalle oder Behälter mit Flüssigkeiten durch Transponder zu kennzeichnen, den „Space-Tag“ entwickelt. Bei ihm dient eine drei bis acht Millimeter dicke Zwischenlage aus wasserfreiem Schaumstoff zwischen Transponder und Objektoberfläche als Abstandhalter. Der spezielle Schaumstoff fixiert die trennenden Luftmoleküle. Dieser Abstand muss eingehalten werden, da der Transponder ansonsten aufgrund von Reflexionen an der Metalloberfläche nicht mehr genug Energie aus dem Feld aufnehmen könnte. Das luftgepolsterte RFID-Etikett kann bei Versandeinheiten wahlweise vor oder nach dem Umspannen von Paletten mit Folie aufgebracht werden und eignet sich damit auch für Sammel- oder Sandwichpaletten.98

Abb. 4-56: Transponder für Metall99

98 99

Logistik Inside, www.logistik-inside.de, (12.03.2008) Paxar Central Europe GmbH, www.paxar-emea.com/de/aboutpaxar/news/newsrfidspacetag.html, (06.04.2008)


125

Gekapselte RFID-(UHF)-Transponder An dieser Stelle sind die so genannten „Hard-Tags“, aber auch „weich“ gekapselte RFID(UHF)-Transponder zu nennen. Zum einen gibt es Hard-Tags, bei denen Inlays in flache Kunststoffgehäuse eingegossen werden, durch die sie vor mechanischer Beanspruchung weitestgehend geschützt sind. Zum anderen können „weich“ gekapselte Transponder, silikonummantelte oder dünn beschichtete Transponder (z.B. Karten) eingesetzt werden. RFID-(UHF)-Transponder als Hard-Tag zur Nutzung auf Metall Des Weiteren gibt es Hard-Tags, die neben der einfachen Schutzfunktion durch das Gehäuse bzw. die Kapselung auch für die Befestigung auf Metalloberflächen ausgelegt sind. Um dies zu erreichen, werden im einfachsten Fall herkömmliche Inlays so im Gehäuse angebracht, dass ein Abstand zur Unterseite des Hard-Tags, und damit zum Metallhintergrund, geschaffen wird. Im UHF-Bereich finden sich derzeit im Wesentlichen die folgenden Hersteller von RFIDTranspondern in Form von Hard-Tags zur Nutzung auf metallischen Oberflächen: 4.5.2.2.5

Caen Deister Intermec Rafsec Bone Smart Tec Sokymat Wisteq Hardware-Vorauswahl

Auf der Basis der verfügbaren Transpondertests, wie z.B. dem Benchmark-Test von ODIN100, haben wir zunächst eine für die geplante Applikation sinnvoll erscheinende Auswahl an Transpondern beschafft und diese den nachfolgend beschriebenen Voruntersuchungen unterzogen, um zum einen die Zuverlässigkeit der Herstellerangaben und der Rankings zu überprüfen. Zum anderen sollte die Ausfallquote der Transponder geprüft werden. Aufgrund der derzeit außerordentlich hohen Innovationsgeschwindigkeit in der RFID-Technologie mussten aber auch nach den ersten Transpondertests im Mai 2007 immer wieder neu am Markt erschienene Transponder beschafft und getestet werden. Nachfolgend ist eine Aufstellung sämtlicher RFID-(UHF)-Transponder gegeben, die wir eigenen Untersuchungen unterzogen haben. Die vollständige Aufstellung einschließlich der Angaben zu den technischen Eigenschaften befindet sich in Anlage 8.3.

100

ODIN Technologies (Hrsg.): The RFID Global Tag Benchmark, Duelles/Virginia: Odin Technologies, 11/2006

126


Inlays bzw. Smart Labels (EPC Gen2 Class1) Inlay- bzw. Smart-Label-Modell Abbildung Hersteller

Bezeichnung

Avery Dennison

AD 222

Avery Dennison

AD-420 / AD-421

Avery Dennison

AD 612

Avery Dennison

AD 812 / AD 811

Avery Dennison

AD 820 / AD 821

Avery Dennison


127

Inlay- bzw. Smart-Label-Modell Abbildung Hersteller

Bezeichnung

Alien

SQUIGGLE

Alien

OMNI - SQUIGGLE

Alien

MINI - SQUIGGLE

Alien

M TAG

Alien

2x2

RSI ID Technologies

Impinj Thin Propeller

RSI ID Technologies

Impinj Propeller

128



Bezeichnung

RSI ID Technologies

Impinj Jumping Jack

RSI ID Technologies

Impinj Banjo

RSI ID Technologies

Impinj Disc/CD

RSI ID Technologies

Impinj Satellite

RSI ID Technologies

Impinj Paper Clip

RSI ID Technologies

Impinj Button

RSI ID Technologies

Symbol Pharma


129


Bezeichnung

RSI ID Technologies

Symbol Trident

RSI ID Technologies

Symbol Double S

RSI ID Technologies

Symbol Bag

RSI ID Technologies

Symbol Double T

RSI ID Technologies

Symbol Maze

RSI ID Technologies

Symbol Spine

RSI ID Technologies

Spyder

RSI ID Technologies

Pulse

130



Bezeichnung

KSW

Excalibur 868

KSW

Excalibur 915

UPM Raflatac

Rafsec Frog

UPM Raflatac

Rafsec Dogbone

UPM Raflatac

Rafsec Gen2 Short Dipole

UPM Raflatac

Rafesac Web

Texas Instruments


131


Bezeichnung

Rako

Rako RFID UHF GEN2

Tab. 4-13: Ausgewählte RFID-(UHF)-Transponder101

Tag-Modell Hersteller

Bezeichnung

verwendetes Inlay-Modell

PCO

"silikonummanteltes Inlay" Größe 1

Avery Dennison 612

PCO

"silikonummanteltes Inlay" Größe 2

UPM

Tricon

"Schlauch"

UPM

Maxicard

"Smart-Card"

Rafsec Gen2 Short Dipole

101

Abbildung

Siehe auch: LuF Baubetrieb u. Bauwirtschaft (Hrsg.): Forschungsbericht: InWeMo – Integriertes Wertschöpfungsmodell mit RFID in der Bau- und Immobilienwirtschaft, BBR, Berlin, 2008

132


Tag-Modell Hersteller

Bezeichnung

verwendetes Inlay-Modell

Paxar

Space-Tag für Paletten

UPM Raflatac

Deister Electronic

TexTag

---

Abbildung

102

Tab. 4-14: Ausgewählte Sonderbauformen für RFID-(UHF)-Transponder

4.5.2.2.6

Voruntersuchungen

Die im Rahmen dieses Forschungsprojektes durchgeführten Tests mit RFID-(UHF)Transpondern werden in Kapitel 4.6.3 in Bezug auf die vorliegende Applikation erläutert. Polarisation und Einfluss der relativen Ausrichtung Um eine maximale reflektierte Leistung am Transponder zu erzeugen, muss die Antenne des Transponders genauso ausgerichtet werden wie die des Lesegerätes. Bei einer Drehung der Transponder-Antenne um beispielsweise 90° kann diese nicht mehr genügend reflektierte Leistung erzeugen, um die Leser-Antenne zu erreichen. Somit kann der Transponder nicht mehr erkannt werden. Eine Ausnahme stellt der unter Sonderbauformen erwähnte Doppeldipol-Transponder dar (siehe dazu Abb. 4-52). Um dem entgegen zu wirken, werden in der Praxis zirkular polarisierte Antennen eingesetzt. „Bei zirkularer Polarisation rotiert die Orientierung der Welle um den Fußpunkt des Dipols.“103

102 Siehe auch: LuF Baubetrieb u. Bauwirtschaft (Hrsg.): Forschungsbericht: InWeMo – Integriertes Wertschöpfungsmodell mit RFID in der Bau- und Immobilienwirtschaft, BBR, Berlin, 2008 103 Tennant, Rich, in Sweeney, Patrick J. (Hrsg.): a.a.O., S. 161


a)

133

b) 104

Abb. 4-57: a) lineare Polarisation, b) zirkulare Polarisation

Wie in Abb. 4-58 unter A) und B) dargestellt ist, können die Transponder in Verbindung mit einer zirkular polarisierten Leser-Antenne in einem beliebigen Winkel gedreht werden, solange sie sich parallel zur Wellenfront befinden. Wird der Transponder, wie unter C) und D) gezeigt, orthogonal zur Wellenfront positioniert, so ist die Leistungsaufnahme und -reflexion so gering, dass eine Erfassung des Transponders nicht oder nur mit geringen Abständen möglich ist.

Abb. 4-58: Darstellung einer zirkular polarisierten Antenne und mögliche Positionierungen der Transponder

104

Wikidepia, freie Enzyklopädie, www.wikipedia.org/wiki/Polarisation, (26.02.2008)

134


Prinzipielle Messbedingungen Die Messungen wurden am Fraunhofer Institut für mikroelektronische Schaltungen und Systeme (IMS) in Duisburg durchgeführt. Hier wurden uns die Räumlichkeiten und die über die vorhandenen Messinstrumente hinaus benötigten Instrumente zur Verfügung gestellt. Der Raum hat eine Größe von ca. 3 m x 5 m und ist allseitig mit Absorptionselementen ausgekleidet. Er ist ausgestattet mit einem Drehtisch, welcher von außen ferngesteuert bedient wird.

Abb. 4-59: Prinzipielle Messbedingungen

Verwendete Geräte/Materialien

Feldstärke-Messgerät, Typ:

Lesegerät, Typ: RFID-(UHF)-Leser-Antenne, Typ: RFID-(UHF)-Transponder, Typ: (div.) Notebook Stative (Messgerät, Antenne) Thermometer, Hygrometer, Maßband, Wasserwaage

SPECTRAN® HF-6080, Rev. 3 (1MHz bis 7GHz) Feig - ID ISC.LRU 2000 Feig - ID ISC.ANT.U250/250


135

Messung 1: Ausmessung der RFID-(UHF)-Leser-Antenne

Abb. 4-60: Versuchsaufbau Messung 1

In der ersten Messung soll die Richtcharakteristik der RFID-(UHF)-Leser-Antenne gemessen werden. Hierzu wird die Antenne auf dem Drehtisch montiert und das Feldstärke-Messgerät auf einem Stativ aufgebaut. Die Feldstärke wird bei fester Antennenleistung in Abhängigkeit des Abstrahlwinkels gemessen. Der Quadrant von 0° bis 90° wird in 5°-Schritten gemessen, alle anderen Quadranten in 15°-Schritten. Die Ergebnisse zur Messung 1.1 (Richtcharakteristik der RFID-(UHF)-Leser-Antenne) befinden sich in Anlage 8.4. Messung 2: Symmetrieeigenschaften der RFID-(UHF)-Transponder In Messung 2 wird ein Referenz-Transponder sehr genau ausgemessen. Diese Messung hat für den weiteren Verlauf der Messungen eine sehr große Bedeutung. Sie soll zum einen zeigen, ob die RFID-(UHF)-Transponder bei Drehung in die eine Richtung das gleiche Ansprechverhalten zeigen wie bei Drehung in die andere Richtung. Zu untersuchen ist dies für die Z- und die Y-Achse. Sollte dies der Fall sein, könnten diese Symmetrieeigenschaften für spätere Messungen genutzt werden. Zum anderen soll untersucht werden, inwieweit sich das Ansprechverhalten bei Drehung um die drei verschiedenen Achsen überhaupt unterscheidet. Diesbezügliche Symmetrieeigenschaften könnten für spätere Messungen genutzt werden.

136


Abb. 4-61: Achsendefinition

Messung 2.1

Abb. 4-62: Versuchsaufbau Messung 2.1

Der Transponder wird bei Drehung um die Y-Achse ausgemessen. Hierzu wird der Transponder auf dem Drehtisch montiert und die Antenne in einem festen Abstand von einem Meter auf ein Stativ aufgebaut. Gemessen wird nun, bei welcher Antennenleistung die Transponder beim jeweiligen Winkel gerade noch ansprechen. Gemessen wird in allen Quadranten in 5°-Schritten. Die Leistung der Antenne lässt sich in Stufen von 0,1 W im Bereich von 0 bis 2 W einstellen.


137

Die Ergebnisse zur Messung 2.1 (Ausmessung Referenztransponder, Y-Achse) befinden sich in Anlage 8.5. Messung 2.2


Der Referenz-Transponder muss aufgrund der zirkularen Ausrichtung der Antenne nicht bei Drehung um die X-Achse ausgemessen werden.

138


Messung 2.3


Der Referenz-Transponder wird bei Drehung um die Z-Achse ausgemessen. Hierzu wird der Transponder auf dem Drehtisch montiert und die Antenne in einem festen Abstand von einem Meter auf ein Stativ aufgebaut. Gemessen wird nun, bei welcher Antennenleistung die Transponder beim jeweiligen Winkel gerade noch ansprechen. Gemessen wird in allen Quadranten in 5°-Schritten. Die Leistung der Antenne lässt sich in Stufen von 0,1 W im Bereich von 0 bis 2 W einstellen. Die Ergebnisse zu der Messung 2.3 (Ausmessung Referenztransponder, Z-Achse) befinden sich in Anlage 8.6. Messung 3: RFID-(UHF)-Transponder-Vergleichsmessungen In Abhängigkeit der unter Messung 2 ermittelten Symmetrieeigenschaften werden die verschiedensten RFID-(UHF)-Transponder in 5°-Schritten und in einem Abstand von einem Meter von der Antenne in der Y-Achse ausgemessen. Die Leistung der Antenne wird hierbei auch in Stufen von 0,1 W im Bereich von 0 bis 2 W eingestellt. Gemessen wird, bei welcher Antennenleistung die jeweiligen Transponder beim jeweiligen Winkel gerade noch angesprochen werden. Die Ergebnisse zur Messung 3 (Ausmessung RFID-(UHF)-Transponder) befinden sich in Anlage 8.7. Aus diesen Ergebnissen lassen sich wesentliche Eigenschaften der einzelnen RFID-(UHF)-Transponder herleiten:


Nummer: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Name: "RSI-633" "RSI-666" "RSI-665" "RSI-622" "RSI-661" "RSI-635" "Rafsec Gs (b)" "Rafsec ANT" "Rafsec UPM" "E1" "RAFSEC G2" "RSI-611" Nr 14 Nr 15 "RSI-600" "RSI-662" "Alien 2006" "AD-222" "RSI-667" "KSW" "Texas Instr." "E" Nr 24 Nr 25

139

Erkennungswinkel Erkennung ab (in °) bei 1 W ERP (in WERP): Ausgangsleistung: 144 0,2 45 0,7 180 0,2 180 0,4 144 0,2 0 2 140 0,2 177 0,1 180 0,4 0 1,2 152 0,1 148 0,1 0 >2,0 0 1,9 134 0,2 120 0,5 159 0,2 152 0,1 172 0,2 180 0,1 150 0,1 151 0,1 0 >2,0 0 >2,0

Tab. 4-15: Wesentliche Ergebnisse für die untersuchten RFID-(UHF)-Transponder

Abb. 4-65: Erfassungswinkel der Transponder bei PERP von 1 W (Entfernung 1,5 m)

140


Abb. 4-66: Minimale Ausgangsleitung PERP zur Erkennung des Transponders (Entfernung 1,5 m)

Messung 4: Fehlerreferenzmessung Um den statistischen Fehler der Messungen zu ermitteln, wird eine Messreihe unter möglichst identischen Bedingungen zehn Mal wiederholt. Mit Hilfe von statistischen Methoden wird die Güte der Messungen abgeschätzt. Die Ergebnisse zu der Messung 4 (Fehlerreferenzmessung) sind nachfolgend dargestellt.

14.11.2007

15.11.2007

Messung

Winkel 1

delta

Winkel 2

delta

Winkel 3

delta

Winkel 4

delta

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

63 64 64 64 65 67 62 59 60 59 61 61 60 61 61

0,933 1,933 1,933 1,933 2,933 4,933 0,067 3,067 2,067 3,067 1,067 1,067 2,067 1,067 1,067

120 122 120 120 124 120 117 118 121 124 121 124 124 124 122

1,4 0,6 1,4 1,4 2,6 1,4 4,4 3,4 0,4 2,6 0,4 2,6 2,6 2,6 0,6

-63 -62 -67 -63 -60 -66 -69 -67 -65 -62 -62 -63 -62 -64 -63

0,867 1,867 3,133 0,867 3,867 2,133 5,133 3,133 1,133 1,867 1,867 0,867 1,867 0,133 0,867

-123 -120 -122 -123 -121 -120 -125 -125 -123 -124 -125 -123 -123 -123 -124

0,067 2,933 0,933 0,067 1,933 2,933 2,067 2,067 0,067 1,067 2,067 0,067 0,067 0,067 1,067

931 62,067

29,2 1,947

1821 121,4

28,4 1,893

-958 -63,867

29,6 1,973

-1844 -122,933

17,467 1,164

Winkel 1:

2,34 2,29 2,45 1,62

SUMME MITTEL

Standardabweichung der Einzelmessungen [ ° ]:

Winkel 2: Winkel 3: Winkel 4:

Tab. 4-16: Ermittlung des statistischen Fehlers der Messungen

Dies bedeutet, dass der statistische Fehler im Bereich von unter 1 % liegt und damit als vernachlässigbar eingeordnet werden kann.


141

Messung 5: Untergrundeinfluss


Bei dieser Messung soll ermittelt werden, welchen Einfluss verschiedene Befestigungsuntergründe auf die Transponder-Erkennung haben. Hierzu wird ein Referenztransponder in einem Abstand von einem Meter auf einem Paxar Space-Tag in Kombination mit einer Stahlplatte befestigt. Die Leistung der Antenne wird in Stufen von 0,1 W im Bereich von 0 bis 2 W eingestellt. Überprüft wird, ob die TransponderErkennung von den unter Messung 4 (im 0°-Winkel) ermittelten Werten abweicht. Die Ergebnisse zur Messung 5 (Untergrundeinfluss) befinden sich in Anlage 8.8.

142


Messung 6: Abschirmung


In Messung 6 soll die Durchdringungsfähigkeit des Feldes bei verschiedenen Materialien getestet werden. Hierzu wird ein Referenztransponder auf dem Drehtisch befestigt und die Antenne in einem Meter Abstand auf einem Stativ aufgebaut. Der Transponder wird mit Metallfolie, Metallplatten, Glas und Plastik verdeckt. Die Leistung der Antenne wird in Stufen von 0,1 W im Bereich von 0 bis 2 W eingestellt. Getestet wird, ob das Ansprechverhalten von den unter Messung 4 (im 0°-Winkel) ermittelten Werten abweicht. Abgegebene Leistung: 0dBm

Referenz (ohne Hindernis): Material Bau-Stein (rot) Stein (Beton) Holz dünn Plexiglas (mit Schutzfolie) Plexiglas (ohne Schutzfolie) Styropor fein (blau) Styropor Holz Pressholz Steinfliese (Marmor) Steinfliese Gipskarton

Frequenz: 866mHz

Datum: 19.02.08

-21,03 dBm Dicke [mm] 180 50 4 2 3 30 15 28 3 16 8 12

direkt vor Antenne x1 -22,61 -24,58 -21,01 -20,61 -21,02 -20,75 -20,67 -21,81 -20,66 -26,15 -20,51 -20,5

x2

x3

-22,28 -21,37

-21,68

-20,58 -20,81 -23,14 -20,81 -20,68 -21,22

50cm vor Antenne x1 -17,89 -21,8 -20,78 -20,95 -21,07 -21,1 -20,27 -20,74 -20,11 -20,61 -21,03

x2

x3

-19,92 -20,6

-20,61

-20,79 -21,08 -20,24 -20,57 -20,6 -21,13

Tab. 4-17: Absorptionsverhalten unterschiedlicher Materialien im elektromagnetischen Feld


143

Messung 7: Richtmöglichkeiten durch Reflexion


Bei dieser Messung soll ermittelt werden, inwieweit sich das Feld der Antenne mit einfachen, seitlichen Anbringungen richten lässt. Dafür werden seitlich an der Antenne jeweils Absorptionsfolien bzw. Metallplatten angebracht. Die Antenne wird mit der Abschirmung auf dem Drehtisch montiert, und der Referenztransponder wird auf einem Stativ in einem Meter Entfernung aufgebaut. Die Antenne wird in 5°Schritten, bei gleich bleibender Leistung, gedreht. Zur Referenz wird die Messung noch einmal ohne Abschirmung durchgeführt. Hiermit soll ermittelt werden, inwiefern sich das Ansprechverhalten des Transponder mit Absorptionsfolie (Metallplatten) im Vergleich zu einer Messung ohne Abschirmung, ändert.

11

Tag Nr.: Name: Abstand Antenne: Gemessene Achse: Datum:

"RAFSEC G2" 1,5 m Y-Achse 12.12.2007

Abb. 4-70: RFID-Tag

Bei kleinen Distanzen wird das Signal durch die seitliche Abschirmung in Hauptstrahlrichtung und im Bereich hinter der Antenne (180°) in hohem Maße verstärkt. Hier erfüllt die Abschirmung die erhoffte Funktion. Das Signal bzw. die Transponder-Erkennung wird an den Seiten schwächer bzw. eliminiert. Mit zunehmender Distanz wird der Unterschied der Signalstärke

144


jedoch immer geringer. Schon bei 0,9 m ist der Abschirmungseffekt nicht mehr deutlich zu erkennen.

Abb. 4-71: Richtmöglichkeit durch Reflexion mit Aluminiumfolie

4.5.2.2.7

Hardware-Auswahl

Für die Auswahl geeigneter Transponder, die die durch das Projekt gestellten Anforderungen erfüllen, wurden Voruntersuchungen mit den verschiedensten RFID-(UHF)-Transpondern durchgeführt (siehe auch Kapitel 4.5.2.2.6 sowie Anlage 8.3 bis Anlage 8.8). Grundsätzlich vorauszusetzende Eigenschaft der in der vorliegenden Anwendung einzusetzenden RFID-(UHF)-Transponder ist eine relative Lageunabhängigkeit. Dies bedeutet für den Erfassungsvorgang, dass ein Transponder während des Passierens von den Antennen im RFID-Portal in mindestens einem Moment in einem geeigneten Neigungswinkel erfasst werden kann. Aus Gründen der Redundanz setzen wir für die geeigneten Transponder einen Erfassungswinkel von 90° voraus. Darüber hinaus sind diejenigen Transponder für die vorliegende Anwendung ungeeignet, die eine minimale Ausgangsleistung PERP von mehr als 1,0 W benötigen. Bezugnehmend auf Abb. 4-65 und auf Abb. 4-66 sind damit die folgenden der untersuchten Transponder für die Anwendung zunächst einmal ungeeignet:


145


Bezeichnung

Avery Dennison

AD 820 / AD 821

RSI ID Technologies

Symbol Spine

RSI ID Technologies

Pulse

RSI ID Technologies

Impinj Paper Clip

RSI ID Technologies

Impinj Button

RSI ID Technologies

Symbol Pharma

RSI ID Technologies

Impinj Disc/CD

RSI ID Technologies

Impinj Disc/DVD

Tab. 4-18: Ungeeignete RFID-(UHF)-Transponder

Alle übrigen der untersuchten Transponder können den Anforderungen an Größe und Reichweite entsprechend eingesetzt werden. Zur konkreten Auswahl der im Weiteren zu verwendenden Transponder mussten zunächst im Rahmen der anwendungsorientierten Entwicklung weitere vertiefende Untersuchungen stattfinden (siehe auch Kapitel 4.6).

146

4.6


Untersuchungen zur anwendungsorientierten Entwicklung

Im Rahmen der anwendungsorientierten Entwicklung müssen nun, nachdem die organisatorischen Überlegungen abgeschlossen sind, aus den technischen Voruntersuchungen bereits erste grundlegende Erkenntnisse zur weiteren Herangehensweise gewonnen wurden und die Software-Komponenten durch den Praxispartner Cichon + Stolberg entwickelt wurden, die Voraussetzungen für eine realitätsnahe Umsetzbarkeit geschaffen werden. 4.6.1

Systemaufbau

Um die Untersuchungen zur anwendungsorientierten Entwicklung realitätsnah umsetzen zu können, wurde zunächst ein sogenannter Demonstrator mit den auf der Grundlage der in Kapitel 3 vorgenommenen und beschriebenen Untersuchungen ausgewählten technischen Komponenten ausgestattet. Der Demonstrator ist hier das Modell, mit dem im Rahmen eines Projektes dessen Machbarkeit demonstriert werden soll. 4.6.1.1 Technische Komponenten Aus den in Kapitel 4.3 dargestellten und gewählten technischen Komponenten a. RFID-(UHF)-Lesegerät und b. RFID-(UHF)-Leser-Antenne wurde der folgende Systemaufbau konzipiert und für alle weiteren Untersuchungen verwendet:

Abb. 4-72: Spezifizierter Systemaufbau


147

4.6.1.2 Entwicklung des Demonstrators Auf der Grundlage der ausgewählten Technologie wurde nun zunächst ein Demonstrator entwickelt. Dieser Demonstrator soll zunächst die verwendete Technologie aufnehmen und ihr ein Gehäuse bieten. Darüber hinaus muss er die nachfolgend benannten Anforderungen erfüllen. a. b.

c. d. e. f.

Gehäuse für die Technologie-Komponenten (d.h. Abstimmung auf die Abmessungen der Komponenten) Möglichkeit zur Feinjustierung der Technologie-Komponenten (d.h. nicht zur knapp in den Abmessungen) daher Abmessungen: Breite: 40 cm, Tiefe: 40 cm, Höhe: 1,90 m Möglichkeit der Simulation des späteren in-situ-Einsatzes z.B. auf Baustellen (d.h. Abstimmung der Abmessungen auf den in-Situ-Einsatz) Möglichkeit der Kommunikation (d.h. Kommunikationsfähigkeit) Geeignet für den späteren in-situ-Einsatz z.B. auf Baustellen (d.h. robust und spritzwassergeschützt) Geeignet für den Einsatz auf Messen und Ausstellungen (d.h. optisch ansprechendes Design)

Auf der Grundlage dieser Anforderungen wurde der Demonstrator (in der Version 1.0) wie folgt konzipiert

Abb. 4-73: Ansicht Demonstrator, Version 1.0

148


0,40

1,00

0,40

RFID-Antenne abnehmbare Abdeckplatte (Material GFK + Edelstahl)

abnehmbare Abdeckplatte (Material GFK + Edelstahl) Abdeckplatte GFK Touch Screen Abdeckplatte (Material GFK)

0,80

Blendscheibe

1,90

Notebook

abnehmbare Abdeckplatte (Material GFK)

Makrolon, satiniert

Rundstahl

Diodenreihen (rot grün gelb) RFID-Antenne RFID-Leser

Verbindungsplatte

Abb. 4-74: Querschnitt Demonstrator, Version 1.0

Abb. 4-75: Grundriss Demonstrator, Version 1.0

Das entsprechend den beschriebenen Anforderungen nach dem oben dargestellten Entwurf gefertigte Portal ist auf den nachfolgenden Bildern dargestellt.


149

Abb. 4-76: Fotos Demonstrator, Version 1.0

Über das eingebaute Dioden-Feld besteht die Möglichkeit einer reduzierten Kommunikation. Im neutralen Zustand leuchtet das Diodenfeld blau. Während des Erkennungsvorgangs leuchtet das Diodenfeld rot und verbleibt auch rot, wenn der Erkennungsvorgang nicht vollendet werden kann, weil z.B. ein PSA-Gegenstand fehlt oder nicht erkannt werden kann. Konnte der Erkennungsvorgang vollständig beendet werden, leuchtet das Diodenfeld grün.

Abb. 4-77: Fotos der Zustände des Diodenfeldes, Version 1.0

Nachfolgend ist zunächst die Verkabelung bzw. Verdrahtung im Demonstrator zum Optokoppler-Ausgangsverstärker der LED-Steuerung zur Übertragung der softwaregesteuerten Befehle auf den Touch-Screen bzw. das Diodenfeld dargestellt.

150


Abb. 4-78: Verdrahtung des Optokoppler-Ausgangsverstärkers der LED-Steuerung

Abb. 4-79: Verdrahtung der Leuchtflächen-Steuerung


151

4.6.1.3 Kosten der Umsetzung Ziel des Forschungsprojektes ist letztlich die Entwicklung eines möglichst marktreifen Produktes. Dazu gehört neben der ausgereiften Funktionsfähigkeit die Ermittlung der Kosten des RFID-gesteuerten Portals zur Kontrolle der PSA auf Vollständigkeit, um damit schließlich zu einer Preisbildung zu kommen. Für die eingesetzten Komponenten müssen zunächst die folgenden Kosten (Zirka-Werte) berücksichtigt werden: Technik

Anzahl

RFID-Technik Kabel Antennen RFID-(UHF)-Leser Energieversorgung Kommunikationseinheit Touch-Screen Montage-Kit Diodenfläche Steuerung Portal Säule Bodenplatte PC Sonstiges

Einzelpreis (netto)

Gesamtpreis (netto)

4 4 1 1

30 EURO 200 EURO 2.000 EURO 50 EURO

120 EURO 800 EURO 2.000 EURO 50 EURO

1 1 1 1

700 EURO 50 EURO 100 EURO 100 EURO

700 EURO 50 EURO 100 EURO 100 EURO

1.750 EURO 350 EURO 500 EURO 200 EURO

3.500 EURO 350 EURO 500 EURO 200 EURO 8.470 EURO

2 1 1 pauschal

Tab. 4-19: Kosten der eingesetzten Komponenten

4.6.2

Untersuchungen am Systemaufbau

Wie bereits eingangs dargestellt, gilt es nun die nachfolgend aufgezählten Einflüsse auf das Magnetfeld beherrschbar zu machen:105 a.

b. c. d.

Die Ausbreitung des elektromagnetischen Feldes in Abhängigkeit von der Leistungsstärke der abgestrahlten Ausgangsleistung an der RFID-(UHF)-LeserAntenne Die Reichweitenbeschränkung Der Einfluss von Werkstoffen in der Umgebung Die Absorption bzw. Reflexion im Feld

Dieses Ziel wurde mit den nachfolgend beschriebenen Untersuchungen verfolgt. 4.6.2.1 Leistungsstärke der Antennenstrahlung Auf der Basis der beschriebenen Grundlagen zu den Eigenschaften und Wirkungsweisen des Elektromagnetismus (siehe Kapitel 4.4) musste im Rahmen der anwendungsorientieren Entwicklung eines RFID-Portals zur Kontrolle der PSA auf Vollständigkeit nun zunächst die 105

Vgl. Rupp, Roland: RFID – Eine Technologie etabliert sich, in: BU Wuppertal, LuF Baubetrieb u. Bauwirtschaft (Hrsg.): Unterlagen zum Workshop „RFID in der Maschinensicherheit“(18.09.2007, MMBG, Düsseldorf), S. 76

152


erforderliche Leistungsstärke der Antennenstrahlung untersucht werden. Die Leistungsstärke der Antennenstrahlung steht in unmittelbarem Zusammenhang mit der erzielbaren Reichweite zur Erfassung von Transpondern. Dabei spielen neben den dargestellten Grundlagen weitere leistungsdämpfende und leistungserhöhende Einflussfaktoren eine wichtige Rolle. Diese Einflussfaktoren sind im Folgenden dargestellt und in ihren Auswirkungen auf die vorliegende Anwendung beschrieben. 4.6.2.1.1

Kabeldämpfung

Bei Antennen ohne fest installierte Zuleitung zum Lesegerät treten zunächst Leistungsverluste im Antennenkabel, in etwaigen Adaptern und Übergangsverlusten zwischen den einzelnen Bauteilen auf. Diese Leistungsverluste durch die Kabeldämpfung wurden zunächst in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS in Duisburg, die uns hierzu wiederum dankenswerterweise ihre Räumlichkeiten und technische Ausstattung zur Verfügung gestellt haben, untersucht.

Abb. 4-80: Foto zur Messung der Kabeldämpfung

Für die unterschiedlichen, während der Untersuchungen verwendeten Antennenkabel ergaben sich die nachfolgend dargestellten Werte der Kabeldämpfung bezogen auf die Sendeleistung PERP.

106

Hersteller Kabel und Kabelmodell

Belden H155 Belden H155 Belden H155 Belden RG-58C/U Times LMR-200 Times LMR-240-LLPL Aircom Plus Coax

Lieferant Kabel

Feig (altes Modell) Feig (altes Modell) Feig (neues Modell) Intermec Intermec Intermec WiMo

2,00 6,00 6,00 3,40 7,00 9,00 7,50

Länge in m

30,70 30,70 30,70 65,62 32,60 25,00 11,50

0,61 1,84 1,84 2,23 2,28 2,25 0,86

--1,96 1,65 2,26 2,15 2,14 ---

KabelKabelKabeldämpfung dämpfung dämpfung konf. Kabel bei 868 konf. Kabel gemessen MHz pro rechnerisch beim IMS 100 m in dB durch BUW

Kabel

N-Stecker N-Stecker N-Stecker SMA-Stecker SMA-Stecker SMA-Stecker SMA-Stecker

antennenseitig

0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25

N-Stecker N-Stecker N-Stecker N-Stecker N-Stecker N-Stecker SMA-Stecker

0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25

Dämpfung Dämpfung SteckverSteckverbindung leserseitig bindung antennenleserseitig seitig in dB in dB

Kabelanschluss

n.e. n.e. n.e. n.e. n.e. n.e. SMA-St. auf N-St.

Typ

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 k.A.*

1,11 2,34 2,34 2,73 2,78 2,75 4,10*

Dämpfung fertig konfektionzusätzliche iertes Kabel Dämpfung zum Ansatz durch bei LesereinAdapter stellung

Adapter

*Wert gem. WiMo inkl. Adapter 4,1 dB

Bemerkung


Tab. 4-20: Messergebnisse zur Kabeldämpfung106


153

154


Die Messergebnisse zeigen, dass bei dem im Portal eingesetzten Antennenkabel BELTEN H155 mit einer Länge von 6,0 m mit einer Kabeldämpfung von 1,84 dB (Herstellerangaben) bzw. 1,65 dB (Überprüfung im Versuch) gerechnet werden muss. 4.6.2.1.2

Antennengewinn

„Ein wichtiger Begriff, der im Zusammenhang mit Antennen steht, ist der Antennengewinn. Grundsätzlich wird bei einem abgestrahlten Feld von einem isotropen Strahler ausgegangen, der die gesamte Leistung kugelförmig in alle Richtungen gleich stark abgibt. In der Praxis strahlen Antennen allerdings nicht isotrop in alle Richtungen. Es ergibt sich bei den meisten Antennen eine gerichtete Keule, die in Vorzugsrichtung der Antenne liegt. Im Bereich der Keule ist die Feldstärke daher wesentlich höher als unter der isotropen Annahme bei gleicher Leistungseinspeisung. Es existieren die zwei folgenden verbreiteten Arten, die Strahlungsleistung anzugeben. EIRP (effective isotropic radiated power) gibt die Leistung an, die mit einem Isotropenstrahler in einem gewissen Abstand zu einer definierten Strahlungsleistung führt. Hat eine Antenne allerdings den oben erwähnten Antennengewinn, darf nur die um den Faktor des Antennengewinns geringere Leistung angelegt werden. So bleibt auf den zur EIRP definierten Abstand die Leistung im erlaubten Bereich.“107 Der Antennengewinn wird für linear polarisierte Antennen i.d.R: in dBi und für zirkular polarisierte Antennen i.d.R. in dBic angegeben. Wird der Antennengewinn nicht in Dezibel angegeben, spricht man vom Antennengewinnfaktor (G):108

G 10

g >dB @ 10

Die folgende Tabelle gibt eine Übersicht über den Verlust bei allgemein verschiedenen Polarisationszuständen (siehe hierzu auch Kapitel 4.5.2.2.6) zwischen Antenne und Feld: Dämpfung in dB AntennenPolarisation

vertikal horizontal rechtszirkular linkszirkular

vertikal 0 3 3

Feldpolarisation horizontal rechtszikular linkszikular 3 3 0 3 3 3 0 3 0 109

Tab. 4-21: Einfluss unterschiedlicher Polarisationen zwischen Antenne und Feld

Hierzu werden bei Klark110 folgende Erläuterungen geliefert: a. b.

Bei gleicher Polarisation von Antenne und Feld entsteht kein Verlust (0 dB). Bei linearen Polarisationen, die orthogonal (senkrecht) auf einander stehen, oder bei entgegengesetzten zirkularen Polarisationen wird theoretisch keine Energie von der Empfangsantenne aufgenommen. Die Dämpfung wäre dann unendlich.

107 Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS, www.rfid4sme.eu, RFIDImplementierung, S.14 108 Vgl.: Tennant, Rich, in Sweeney, Patrick J. (Hrsg.): RFID für Dummies, Weinheim: WILEY-VCH Verlag, 2006, S. 127 109 In Anlehnung an: Klark, Klaus: Antennen und Strahlungsfelder, 1. Aufl., Wiesbaden: Verlag Vieweg & Sohn Verlag 2004, S. 173 110 Klark, Klaus: a.a.O., S. 173


c.

155

In der Praxis ist in solchen Fällen die Dämpfung jedoch höchstens so hoch wie die Polarisationsentkopplung der Antenne und des nachgeschalteten Empfängers (typischer Wert: 20 – 30 dB). Bei zirkularer Feldpolarisation, die man sich aus zwei amplitudengleichen horizontalen und vertikalen Komponenten zusammengesetzt vorstellen kann, wird bei linearer Antennenpolarisation nur die Hälfte aufgenommen. Der Verlust beträgt somit 3 dB.

Dieser Zusammenhang ist deshalb auch bezüglich der Berechnung der Einstellung von Leserausgangsleistung zur Gewährleistung einer normgerechten Feldstärke relevant (siehe auch Kapitel 4.4.2). Wird der Antennengewinn in der Einheit dBic (zirkulare Polarisation) angegeben, so ist ein Korrekturfaktor von 3 dB in die Berechnung mit einzubeziehen. Der Korrekturfaktor ergibt sich aus dem Bezug der maximal zulässigen Sendeleistung (PERP bzw. PEIRP) auf ein linear polarisiertes Feld; in einem zirkular polarisierten Feld kann eine lineare Antenne maximal die Hälfte der Leistung aufnehmen. 4.6.2.1.3

Resultierende Leistungsstärke

Zur Einstellung der Ausgangsleistung eines RFID-(UHF)-Lesers ist daher eine Berechnung erforderlich, in die einerseits die systembedingten Verluste, andererseits aber auch der Antennengewinn eingehen müssen. Die Berechnung ist nachfolgend beispielhaft dargestellt. Einzustellende Leserausgangsleistung

1,3970 W = 1.397,01 mW =

31,45 dBm

Übergangsverlust Anschluss Antennenkabel an Leser

0,25 dB

Dämpfung durch etwaigen Adapter

0,00 dB

Dämpfung im Antennenkabel

1,84 dB bei Kabellänge von und Dämpfung pro 100 m

6,00 m 30,70 dB

Dämpfung durch etwaigen Adapter

0,00 dB

Übergangsverlust Anschluss Antennenkabel an Antenne Antennengewinn

0,25 dB 9,00 dBic

ggf. Korrekturfaktor bei zirkularen Antennen max. Feldstärke an Antenne in WERP = max. Feldstärke an Antenne in W EIRP

2,00 W ERP = 3,28 W EIRP =

oder

0,00 dBi 3,00 dB 33,00 dBmERP 35,11 dBm EIRP

Eingabefelder Vorgaben / autom. Berechnung Ergebnis

Tab. 4-22: Berechnung der im Lesegerät einzustellenden Leistung unter Berücksichtigung des Antennengewinns sowie der Dämpfung des Antennenkabels111

Die durch Cichon + Stolberg entwickelte und im Rahmen der Untersuchungen verwendete Software bietet deshalb, wie bereits in Kapitel 4.3.5.1.4, Abb. 4-10 gezeigt, die Möglichkeit sowohl die Kabeldämpfung als auch den Antennengewinn bei der Einstellung des RFID(UHF)-Readers zu berücksichtigen. Diese Berechnungen dienen jedoch zunächst allein der Voreinstellung; die erzeugte Feldstärke wurde während der Untersuchungen durch Ausmessen des Feldes nachgewiesen und die Einhaltung der maximalen Leistungsstärke im Feld (Feldstärke) PERP von 2 W bestätigt. 111


156


4.6.2.2 Reichweite der Antennenstrahlung Eine der herausstechenden Eigenschaften der RFID-(UHF)-Technologie ist grundsätzlich die erzielbare Reichweite (bis zu 10 m), wie auch in den Referenz-Untersuchungen mit dem Rafsec Dogbone-Transponder von UPM Raflatac nachgewiesen werden konnte (siehe dazu auch 4.5.2.2.6 und Anlage 8.5 sowie Anlage 8.6). An dieser Stelle muss ganz klar festgestellt werden, dass diese Eigenschaft für die vorliegende Anwendung zunächst kontraproduktiv ist, da sich eine Person, die mit ihrer persönlichen Schutzausrüstung im RFID-Portal erfasst werden soll, in einem Abstand von 0,5 bis 1,0 m zur Antenne bzw. zu den Antennen befindet. Allerdings sei hier auch noch einmal auf Kapitel 4.5.1 und die ausschlaggebenden Gründe für die Wahl der RFID-(UHF)-Technologie hingewiesen. Unter Berücksichtigung der resultierenden Leistungsstärke bzw. Feldstärke PERP sowie der spezifischen Ansprechempfindlichkeit des jeweiligen RFID-(UHF)-Transponders wird im Folgenden die resultierende Reichweite ermittelt. Wichtige Einflussfaktoren bei der Berechnung der Reichweiten eines RFID-Systems sind: a. b. c. d.

e. f.

ausgestrahlte Leistung PEIRP (1,64 x PERP) genutzte Frequenz f bzw. Wellenlänge O Antennengewinn GAntenne der Sende-/Empfangsantenne Antennengewinn GTag der Transponder-Antenne (hier verwendeter Referenz-Transponder: UPM Raflatac DOGBONE, Nr. 8 in den Voruntersuchungen, siehe auch Kapitel 4.5.2.2.6) Empfindlichkeit des Lesegerätes Ansprechempfindlichkeit des Transponders

Zunächst wird das RFID-System aus der Sicht der Sende-/Empfangsantenne betrachtet. Die folgende Gleichung gibt den Zusammenhang zwischen der maximalen Reichweite und den oben genannten Parametern des RFID-Systems an:

PEmpfang _ A rmax

2 2 PInc O4 G Antenne GTag

2 PEIRP O4 G Antenne GTag

(4 S r ) 4

(4 S r ) 4

2 PEIRP G Antenne GTag O 4 4 S PEmpfang _ A _ min

Um die Reichweiten einschätzen zu können, wird ein RFID-System mit einer Sende-/ Empfangsantenne mit einem Antennengewinn von 6 dBi bei der verwendeten Frequenz von 868 MHz angenommen. Für die Empfindlichkeit des Lesers wird ein in der Literatur als realistisch angegebener Wert von -70 dB angenommen. Da die Antennengewinne der verschiedenen Transponder auf Grund ihrer unterschiedlichen Bauformen nur schwer zu ermitteln sind, wird an dieser Stelle zur Vereinfachung der Berechnung ein Transponder mit einer Dipolantenne angenommen.


P_EIRP= G_Tag=

820 mW 1,66 =

G_Antenne= f= = Pi= P_E_min= r_max=

3,98 868 34,56 3,14 0,0000001 15,07

= MHz cm

2,2 dB 6,0 dB

157

P_EIRP= G_Tag=

G_Antenne= f= = Pi= mW = -70,0 dBm P_E_min= m r_max=

3280 mW 1,66 = 3,98 868 34,56 3,14 0,0000001 21,31

= MHz cm mW = m

2,2 dB 6 dB

-70 dBm

Tab. 4-23: Reichweitenermittlung unter Berücksichtigung der Sende-/Empfangsantenne112

Die daraus resultierende theoretische Reichweite von über 20 m muss jedoch sehr kritisch betrachtet werden, da die Ansprechempfindlichkeit des Transponders noch nicht berücksichtig wird. Die nun folgende Gleichung gibt die maximale Reichweite des RFID-Systems, unter Berücksichtigung der Ansprechempfindlichkeit des Transponders, an:

PEmpfang _ T rmax

O2 GTag S 4 S O 4 S

P O2 GTag EIRP 2 4 S 4 S r

O2 GTag PEIRP (4 S r ) 2

GTag PEIRP PEmpfang _ T _ min

Betrachtet man nun das gleiche System unter der Berücksichtigung der Ansprechempfindlichkeit mit einem in der Literatur als realistisch angegebenen Wert von -10 dB, so ergeben sich wesentlich kleinere Reichweiten: P_ERP= P_EIRP= G_Tag= G_Antenne= f= = Pi= P_E_min= r_max=

2000 3280 1,66 3,98 868 34,56 3,14 0,10 6,42

mW mW = = MHz cm

2,2 dB 6,0 dB

mW = -10,0 dBm m

Tab. 4-24: Reichweitenberechnung unter Berücksichtigung der Ansprechempfindlichkeit des Transponders

Dieser rechnerisch ermittelte Wert konnte am Portal in zahlreichen In-situ-Versuchen empirisch nachgewiesen werden: Mit einer Ausgangsleistung PERP von 2 W bzw. PEIRP von 3,28 W ergibt sich im Portal eine Ausbreitung des elektromagnetischen Feldes wie nachfolgend schematisch dargestellt:

112


158


Abb. 4-81: Schematische Darstellung der Ausbreitung des elektromagnetischen Feldes mit PERP = 2,0 W

Diese Ausbreitung des Feldes ist für die vorliegende Anwendung ungeeignet. Daher müssen Mittel der Reichweitenbeschränkung genutzt werden. Dazu wird zunächst die Ausgangsleistung an der RFID-(UHF)-Leser-Antenne so eingestellt, dass die maximale Reichweite nur noch ca. 1,0 m beträgt und damit das Feld auf den Durchgangsbereich des Portals beschränkt werden kann. Dies wird unter Laborbedingungen bei einer Ausgangsleistung PERP von ca. 0,1 W erreicht. P_ERP= P_EIRP= G_Tag= G_Antenne= f= = Pi= P_E_min= r_max=

100 164 1,66 3,98 868 34,56 3,14 0,10 1,44

mW mW = = MHz cm

2,2 dB 6,0 dB

mW = -10,0 dBm m

Tab. 4-25: Reichweitenberechnung unter Berücksichtigung der Ansprechempfindlichkeit des Transponders

Diese Beschränkung ist vor allem deshalb wichtig, damit die Abgrenzung der einzelnen das Portal betretenden Personen sichergestellt werden kann.


159

Abb. 4-82: Schematische Darstellung der Ausbreitung des elektromagnetischen Feldes mit PERP = 0,1 W

Die Voruntersuchungen haben aber auch gezeigt, dass mit Abnahme der abgestrahlten Leistung PERP auch die Qualität der Transponder-Erfassung abnimmt. Aus diesem Grund muss für eine praxisnahe Lösung möglichst optimale Kombination der zur Verfügung stehenden Möglichkeiten aus Reflexion bzw. Absorption (siehe dazu auch Kapitel 4.6.2.3) und Justierung der abgestrahlten Leistung PERP genutzt werden Die Berechnungen zeigen aber auch ganz deutlich, dass die Wahl des Transponders starke Auswirkungen auf die Reichweite des RFID-Systems hat. Dabei haben besonders der Antennengewinn, d.h. der Anteil der Leistung, der aus dem Feld gewonnen werden kann, und die Ansprechempfindlichkeit des Transponders, d.h. die zur Aktivierung des TransponderChips benötigte Leistung, erheblichen Einfluss auf die maximalen Reichweiten. Dies zeigt sich auch noch einmal im Zusammenhang mit den Laboruntersuchungen zur persönlichen Schutzausrüstung und der diesbezüglichen Auswahl der erforderlichen RFID-(UHF)Transponder (siehe Kapitel 4.6.3). Mit S

PEIRP 4 S r 2

0,1W ERP 1,64 (siehe auch Kapitel 4.4.2 und 4.4.3) 4S r 2

ergibt sich für r = 0,5 m (halber Portalabstand) eine Strahlungsdichte von

S

0,052

W ERP m²

Um bereits an dieser Stelle einer Sorge z.B. bezüglich der Auswirkungen auf Mitarbeiter mit Herzproblemen bzw. Herzschrittmachern vorzugreifen, sei darauf hingewiesen, dass im Mobilfunk entsprechend der 26. BImSchV je nach Frequenzbereich (D-Netz ca. 900 MHz, ENetz ca. 1800 MHz, UMTS ca. 2 GHz) für die Strahlungsdichte Grenzwerte von 4,5 W/m² bis zu 10 W/m² zulässig sind; im Einzelfall sollte jedoch eine gesonderte Beurteilung hinsichtlich der Verträglichkeit i.V.m. Körperimplantaten – unter Berücksichtigung der im Entwurf vorliegenden BG-Information zur „Beeinflussung von Implantaten durch elektromagnetischen Felder“113 i.V.m. der BG-Vorschrift „Unfallverhütungsvorschrift Elektromagnetische Felder“ (BGV B11)114 – erfolgen. 4.6.2.3 Feldbeeinflussung durch Reflexion und Absorption Sobald die elektromagnetische Welle bei ihrer Ausbreitung auf Objekte trifft, entstehen durch die Wechselwirkung der elektromagnetischen Welle mit den Atomen bzw. Molekülen eines Stoffes zwei wichtige Effekte:

113

Berufsgenossenschaft der Feinmechanik und Elektrotechnik (Hrsg.): BG- Information: Beeinflussung von Implantaten durch elektromagnetische Felder, (Entwurf), 02/2008 Berufsgenossenschaft der Feinmechanik und Elektrotechnik (Hrsg.): BG- Vorschrift: Unfallverhütungsvorschrift: Elektromagnetische Felder, (BGV BII), 06/2001

114

160


a. b.

Reflexion an der Grenzfläche und Dämpfung bzw. Absorption (und Umwandlung in Wärme) im Material

Abb. 4-83: Reflexion und Transmission von elektromagnetischen Wellen an Grenzflächen115

Reflexion und Absorption treten aber nicht nur an der Antenne, sondern auch an allen sich im Feld befindenden Gegenständen auf. Entscheidend für das Maß an Reflexion bzw. Absorption ist die Beschaffenheit der Objekte.

Abb. 4-84: Darstellung der Feldausbreitung bei Reflexion bzw. bei Absorption116

Die Materialeigenschaften eines sich im Strahlungsfeld befindenden Objektes haben starken Einfluss auf die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen.

115 Siehe auch: LuF Baubetrieb u. Bauwirtschaft (Hrsg.): Forschungsbericht: InWeMo – Integriertes Wertschöpfungsmodell mit RFID in der Bau- und Immobilienwirtschaft, BBR, Berlin, 2008 116 Rupp, Roland: RFID – Eine Technologie etabliert sich, in: BU Wuppertal, LuF Baubetrieb u. Bauwirtschaft (Hrsg.): Unterlagen zum Workshop „RFID in der Maschinensicherheit“ (18.09.2007, MMBG, Düsseldorf), S. 77


Materialzusammensetzung Papier, Wellpappe Nasses Papier, nasse Wellpappe Nicht leitende Flüssigkeiten Leitende Flüssigkeiten Glas Metallische Pappe (Saft-, Milchtüten) Dosen aus Metall Menschlicher Körper Metallteile Kunststoffe, Verpackungen

161

Effekte auf UHF-Signal Kein Einfluss Absorption Geringe Dämpfung Starke Dämpfung Geringe Dämpfung Reflexion (Mehrwegausbreitung) Reflexion (Mehrwegausbreitung) Absorption, Verstimmung, Reflexion Reflexion, Streuung Verstimmung (dielektrische Effekte)

Tab. 4-26: Einfluss verschiedener Materialen auf RFID-(UHF)-Felder117

Auf Grund ihrer sehr hohen Leitfähigkeit weisen Metalle ein starkes Reflexionsvermögen an der Grenzfläche mit gleichzeitiger hoher Dämpfung im Material auf. In der Praxis heißt das u.a., dass es unmöglich ist, elektromagnetische Wellen in eine vollständig geschlossene metallische Hülle zu senden oder aus ihr zu empfangen.118 Bei nicht-leitfähigen Stoffen, Dielektrika genannt, wird das Reflexionsvermögen an der Grenzfläche des Objektes von der Dielektrizitätskonstante r bestimmt. Die Dämpfung im Material ist stark von der Dichte des Stoffes abhängig. So besitzen Stoffe mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante und einer geringen Dichte (PVC, Dämmwolle) so gut wie kein Reflexionsvermögen, gleichzeitig auch eine sehr geringe Dämpfung; die elektromagnetische Welle kann sich also fast ungestört ausbreiten. Durch bestimmte Zusatzstoffe in den Materialien können sich allerdings die Eigenschaften stark verändern. Destilliertes Wasser, dem Salz zugefügt wird, oder Kunststoffe mit Metallbeigemengung verändern insbesondere ihre Dämpfungseigenschaften. Diese Dämpfungseigenschaften wurden in den Voruntersuchungen für verschiedene Materialien nachgewiesen (siehe auch Kapitel 4.5.2.2.6). Wird eine elektromagnetische Welle an einer Metalloberfläche reflektiert und trifft sie dabei auf die von der Antenne abgestrahlte Welle, kommt es zu Interferenzen. Dies bedeutet eine Verstärkung oder Schwächung des Feldes an dieser Stelle. Die Feldschwächung an dieser Stelle wird mit „Loch“ im Feld bezeichnet. Ein Transponder, der sich in einem Loch befindet, kann nicht oder nur mit wenig Energie aus dem Feld versorgt werden und somit nicht vom Leser erkannt werden. Durch das Bewegen der Transponder-Antenne im Feld verschieben sich auch die Interferenzen. Die negativen Auswirkungen von „Löchern“ können damit eliminiert werden. Die Auswirkungen von Reflexionen können auch positiv genutzt werden. So kann durch Reflexionen der abgestrahlten Welle z.B. an Wänden eine Reichweitenverlängerung erzielt werden. Außerdem können Transponder, die im „Schatten“ eines Objektes liegen, trotzdem erfasst werden. Aus diesem Grund haben wir uns die Wirkungsweise der Reflexion zur weiteren Einschränkung und Ausrichtung des elektromagnetischen Feldes zu Nutze gemacht. In diesem Zusammenhang wurden die Möglichkeiten der steuernden Einschränkung und Ausrichtung des elektromagnetischen Feldes durch den Einsatz von Aluminiumfolie am De-

117

Vgl. u.a. Tennant, Rich, in Sweeney, Patrick J. (Hrsg.): a.a.O., S. 222 Vgl. Helmigh, Martin / Hustadt, Jan: Einfluss von Metallen und Flüssigkeiten auf RFID-Systeme, in: Hebezeuge Fördermittel, Berlin: HUSS-MEDIEN GmbH, 2007, S. 6

118

162


monstrator untersucht. Die grundsätzliche Wirkungsweise wurde bereits im Zusammenhang mit den Voruntersuchungen nachgewiesen (siehe dazu auch Kapitel 4.5.2.2.6).

Abb. 4-85: Demonstrator, Version 1.0, mit Aluminiumfolie

Innerhalb der im Folgenden beschriebenen Laborversuche zur persönlichen Schutzausrüstung konnte gezeigt werden, dass die Reichweite des elektromagnetischen Feldes mit Hilfe von Aluminiumfolie so gezielt beschränkt werden kann, dass das elektromagnetische Feld nun nahezu ausschließlich den Bereich innerhalb des Portals abdeckt.

Abb. 4-86: Schematische Darstellung der Ausbreitung des elektromagnetischen Feldes mit PERP = 0,1 W und Einschränkung bzw. Ausrichtung mit Aluminiumfolie

4.6.3

Laborversuche zur persönlichen Schutzausrüstung

Im Rahmen dieser Laborversuche zur persönlichen Schutzausrüstung sollen nun exemplarisch die wesentlichsten Gegenstände der PSA mit Transpondern ausgestattet werden. Diese Transponder müssen hinsichtlich ihre Größe und ihrer Reichweite entsprechend den Erfordernissen des jeweiligen PSA-Gegenstandes ausgewählt werden. Bei der Auswahl der PSA-Gegenstände wurde der Fokus bereits auf die im Rahmen des Projektmoduls 3 durchzuführenden Praxistests gelegt (siehe auch Kapitel 4.7.1). Neben den Gegenständen der PSA kommt darüber hinaus ein Mitarbeiter-Ausweis zum Einsatz.


163

4.6.3.1 Mitarbeiterausweise Im Rahmen der Untersuchungen zur anwendungsorientierten Entwicklung wurde aus zwei Gründen ein Mitarbeiter- bzw. Profilausweis eingesetzt. Der Mitarbeiter-Ausweis dient während des Erkennungsprozesses als sogenannte „Initialzündung“; d.h. dass – wie bereits in Kapitel 4.3.6.1 erläutert – über die Nummer des Mitarbeiter-Ausweises auf das jeweils erforderliche PSA-Profil zurückgegriffen wird. Ebenso wie bei den folgenden Gegenständen der persönlichen Schutzausrüstung geht es im Rahmen der Auswahl eines geeigneten RFID-(UHF)-Transponders zunächst darum, einen hinsichtlich der Erkennung weitestgehend lageunabhängigen Transponder zu wählen (Erfassungswinkel 180°), da beim Durchschreiten des Portals – anders als z.B. auf Transportbändern in der stationären Industrie – eine bestimmte Position des Transponders im Feld nicht als sicher angenommen werden kann. Des Weiteren geht es an dieser Stelle darum, dass der Transponder im Feld nicht zu früh erkannt wird, um eine Erkennung erst innerhalb des Portalbereiches sicherzustellen und damit die Gefahr zu reduzieren, dass bei „Stausituationen“, wie z.B. beim Betreten von Arbeitsbereichen bei Arbeitsbeginn, mehrere Mitarbeiter bzw. deren Mitarbeiter-Ausweise gleichzeitig erkannt werden und damit die PSA-Profile nicht eindeutig zugeordnet werden können. Aus den genannten Gründen kommen für diesen Zweck die folgenden Transponder in Frage, die in den Voruntersuchungen bei einem maximalen Erfassungswinkel (180°) bei einem Antennenabstand von 1,5 m erst ab einer vergleichsweise hohen abgestrahlten Leistung PERP von 0,4 W erkannt wurden (siehe dazu auch Kapitel 4.5.2.2.6). Inlay- bzw. Smart-Label-Modell Abbildung Hersteller

Bezeichnung

RSI ID Technologies

Impinj Jumping Jack

UPM Raflatac

Rafsec Frog

Tab. 4-27: Auswahl der RFID-(UHF)-Transponder für Mitarbeiter-Ausweise

Dieses Verhalten konnte in den Untersuchungen am Portal bei einem halben Portalabstand von 0,5 m (anstatt 1,5 m in den Voruntersuchungen) und einer abgestrahlten Leistung PERP von 0,1 W (anstatt 0,4 W in den Voruntersuchungen) bestätigt werden: Die genannten RFID(UHF)-Transponder wurden jeweils erst innerhalb des Portalbereichs erkannt.

164


Im vorliegenden Fall haben wir uns für die Verwendung des RFID-(UHF)-Transponders „Impinj Jumping Jack“ von RSI ID Technologies für die Mitarbeiter-Ausweise entschieden.

Abb. 4-87: Mitarbeiter-Ausweis mit RFID-(UHF)-Transponder „Impinj Jumping Jack“, RSI ID Technologies

4.6.3.2 Sicherheitsschuhe Im Hinblick auf die in dem Praxistest auf der Baustelle einzusetzenden PSA-Gegenstände ist vor allem der Sicherheitsschuh wesentlich. Beim Sicherheitsschuh ist vor allem die Anbringung des RFID-(UHF)-Transponders relevant, da der Transponder so angebracht werden muss, dass er den Baustellen-Einsatz langfristig besteht. Vor diesem Hintergrund wurde zunächst versucht, einen Transponder unter die herausnehmbare Einlegesohle im Schuh zu kleben.

Abb. 4-88: RFID-(UHF)-Transponder unter der Einlegesohle eines Sicherheitsschuhs

Es zeigte sich jedoch, dass der Fuß, d.h. der wassergefüllte menschliche Körper, in der unmittelbaren Nähe des Transponders eine so stark dämpfende Wirkung hat, dass der Transponder im Schuh nicht mehr erkannt wurde.


165

Abb. 4-89: Erkennungsvorgang mit bzw. ohne Fuß im Schuh

Daraufhin mussten die Überlegungen dahin führen, den Transponder bereits im Produktionsprozess im Schuh unterzubringen, um ihn im Baustellen-Einsatz von den mechanischen Belastungen aus der Umgebung zu schützen. Für die nun erforderlichen Überlegungen und Untersuchungen wurden wir dankenswerterweise sehr intensiv durch die Firma ELTEN GmbH in Uedem als renommiertem Hersteller von Sicherheitsschuhen unterstützt. Für den Einsatz im Sicherheitsschuh mussten zunächst grundsätzlich geeignete Transponder ausgewählt werden. Wiederum muss der Transponder zum einen hinsichtlich der Erkennung im elektromagnetischen Feld weitestgehend lageunabhängig sein (Erfassungswinkel 180°). Des Weiteren muss ein Transponder gewählt werden, der aufgrund der dämpfenden Randbedingungen (menschlicher Körper, Materialeigenschaften der Schuhe) in unmittelbarer Umgebung bereits bei einer sehr geringen Ausgangsleistung PERP im Schuh erkannt wird. Aus den genannten Gründen kommen für diesen Zweck die folgenden Transponder in Frage, die in den Voruntersuchungen bei einem Antennenabstand von 1,5 m schon bei einer vergleichsweise geringen abgestrahlten Leistung PERP von kleiner 0,1 W erkannt wurden (siehe dazu auch Kapitel 4.5.2.2.6). Inlay- bzw. Smart-Label-Modell Abbildung Hersteller

UPM Raflatac

KSW

Bezeichnung

Rafsec Dogbone

Excalibur 915

Tab. 4-28: Auswahl der RFID-(UHF)-Transponder für Sicherheitsschuhe

166


Aufgrund seiner deutlich geringeren Größe und dem damit flexibleren Einsatz haben wir uns in diesem Zusammenhang für den „Rafsec Dogbone“ von UPM Raflatac entschieden. Dieser Transponder wurde nun an einem in seine Bestandteile zerlegbaren „ExperimentalSchuh“ hinsichtlich der einsatzorganisatorisch und produktionstechnisch optimalen Anbringung untersucht.

Transponder in der Zunge

Transponder in der Hinterkappe

Transponder unter der Brandsohle

Transponder auf der Zehenschutzkappe

Transponder in der Laufsohle

Abb. 4-90: Längsschnitt eines Sicherheitsschuhs mit Stahlsohle einschließlich der verschiedenen Positionierungen des RFID-(UHF)-Transponders119

RFID-(UHF)-Transponder in der Hinterkappe des Sicherheitsschuhs Die naheliegendeste Lösung ist die Anbringung des Transponders in der stabilisierenden Hinterkappe des Sicherheitsschuhs, da zu erwarten ist, dass an dieser Stelle die die geringsten mechanischen Belastungen im Einsatz auftreten werden.

119 Auf der Grundlage einer Darstellung der Elten GmbH, www.elten.com/Technologie/Längsschnitt/mitStahlsohle/tabid/85/Default.aspx, (03.04.2008)


167

Abb. 4-91: RFID-(UHF)-Transponder in der stabilisierenden Hinterkappe

Hinsichtlich der Erfassung des RFID-(UHF)-Transponders zeigt sich, dass diese Positionierung sehr geeignet ist. Aber produktionstechnische Randbedingungen lassen diese Positionierung, die zwar in der Einzelfertigung zu realisieren ist, wenig umsetzbar erscheinen. Dies liegt daran, dass der Transponder während des Produktionsvorgangs zur Herstellung der Hinterkappe einem hohen Anpressdruck in Kombination mit hoher Temperatur standhalten muss. Darüber hinaus ist es schwierig, den Transponder in diesen Produktionsschritt einzupflegen. RFID-(UHF)-Transponder in der Zunge des Sicherheitsschuhs Die Positionierung des RFID-(UHF)-Transpondern in der Zunge des Sicherheitsschuhs ist eine produktionstechnisch gut umsetzbare Variante. Auch die Erfassung des Transponders im Feld funktioniert zuverlässig.

Abb. 4-92: RFID-(UHF)-Transponder in der Schuh-Zunge

RFID-(UHF)-Transponder auf der Zehenschutzkappe Weiterhin bietet die Zehenschutzkappe eine grundsätzliche Möglichkeit, den RFID-(UHF)Transponder am Sicherheitsschuh zu positionieren.

168


Abb. 4-93: RFID-(UHF)-Transponder auf der Zehenschutzkappe

Allerdings lassen produktionstechnische Randbedingungen diese Positionierung nicht zu, da der Transponder während des Produktionsvorgangs zur Herstellung der Zehenschutzkappe hohen Zugkräften ausgesetzt wird. Das Leder wird über die Stahlkappe bis vorne in die Spitze gezogen. Im Anschluss wird das Leder Wasserdampf sowie Schmelzklebstoff und damit hohen Temperaturen ausgesetzt. RFID-(UHF)-Transponder unter der Brandsohle des Sicherheitsschuhs Eine weitere Variante der Positionierung des RFID-(UHF)-Transponders in einem Sicherheitsschuh ist das Einbringen zwischen der Brandsohle und der gegen Durchtritt schützenden Stahlsohle. Diese Variante ist ebenfalls produktionstechnisch gut umsetzbar.

Abb. 4-94: RFID-(UHF)-Transponder unter der Brandsohle


169

Bei dieser Positionierung kann der Transponder im elektromagnetischen Feld nicht erfasst werden, da die Radiowellen auf der einen Seite durch den menschlichen Körper absorbiert und auf der anderen Seite durch die Stahlsohle reflektiert werden. Diese Variante ist also nicht umsetzbar. RFID-(UHF)-Transponder unter der Stahlsohle des Sicherheitsschuhs Schließlich besteht die Möglichkeit, den RFID-(UHF)-Transponder unterhalb der durchtrittsicheren Stahlsohle zu positionieren, eine ebenfalls produktionstechnisch gut umsetzbare Variante.

Abb. 4-95: RFID-(UHF)-Transponder unter der Stahlsohle

Allerdings kann der Transponder im elektromagnetischen Feld bei dieser Positionierung zunächst nicht erfasst werden, da die Radiowellen – insbesondere, wenn der Schuh beim Passieren des Portals am Fuß getragen wird – von oben durch die Stahlsohle reflektiert werden und damit den Transponder gar nicht erreichen. Nun wurde zunächst versucht, den Abstand zwischen Transponder und Stahlsohle durch Verwendung eines sogenannten „Space-Tags“ der Fa. Paxar, also eines Transponders mit Abstandhalter, zu vergrößern.

Abb. 4-96: RFID-(UHF)-Transponder für Metall im Sicherheitsschuh

In Verbindung mit dem Umstand, dass aus Gründen der Sicherheit (Rutschhemmung und Stolpersicherheit) für das Portal eine Bodenplatte konstruiert wurde, die ebenfalls aus Edelstahl besteht, erfolgt die Erfassung des RFID-(UHF)-Transponders nun via Reflexion der Radiowelle über die Bodenplatte (siehe dazu auch Kapitel 4.6.4). Somit stellt die Positionierung des Transponders unter der Stahlsohle eine für die Erkennung des Sicherheitsschuhs im RFID-Portal probate Lösung dar.

170


4.6.3.3 Industrieschutzhelme Im Hinblick auf die im Praxistest auf der Baustelle einzusetzenden PSA-Gegenstände ist neben dem Sicherheitsschuh das Tragen eines Industrieschutzhelmes genauso wesentlich. Allerdings kann bei einem Sicherheitshelm – anders als bei einem Sicherheitsschuh – davon ausgegangen werden, dass auch das Aufkleben eines RFID-(UHF)-Transponders auf dem Helm eine dauerhafte Lösung bietet. Darüber hinaus werden nahezu alle am Markt erhältlichen Industrieschutzhelme im ExtruderVerfahren hergestellt. Das Implementieren eines Transponders in den Helm während dieses Herstellungsprozesses ist zum einen verfahrenstechnisch nicht möglich. Zum anderen würde der RFID-(UHF)-Transponder die bei diesem Verfahren entstehenden Temperaturen nicht funktionsfähig überstehen. Für den Einsatz am Industrieschutzhelm mussten wiederum zunächst grundsätzlich geeignete Transponder ausgewählt werden. Aufgrund der vergleichsweise „unkomplizierten“ Randbedingungen (Transponder unverdeckt auf dem Helm aufgeklebt) in Verbindung mit der Tatsache, dass der Helm in der Regel exponiert auf dem Kopf getragen wird, ist in diesem Zusammenhang ein Transponder zu wählen, der erst bei einer sehr hohen abgestrahlten Leistung PERP im elektromagnetischen Feld erkannt wird. Da der Abstand von RFID-(UHF)-LeserAntenne zur Transponder-Antenne im Portal mit einem halben Portalabstand von 0,5 m im Vergleich zu den Voruntersuchungen gemäß Kapitel 4.5.2.2.6 mit einem Abstand von 1,5 m sehr viel kleiner ist, wurden an dieser Stelle noch einmal diejenigen Transponder untersucht, die in den Voruntersuchungen auch bei einer abgestrahlten Leistung PERP von 2,0 W noch nicht reagiert haben und darüber hinaus über eine vergleichsweise kleine Antennengeometrie verfügen: Inlay- bzw. Smart-Label-Modell Abbildung Hersteller

Bezeichnung

RSI ID Technologies

Impinj Paper Clip

RSI ID Technologies

Impinj Button

RSI ID Technologies

Impinj Disc/CD

Tab. 4-29: Auswahl der RFID-(UHF)-Transponder für Industrieschutzhelme

Auch im Portal konnten sowohl der „Impinj Paper Clip“ sowie der „Impinj Button“ von RSI ID Technologies nicht erkannt werden. Der RFD-(UHF)-Transponder „Impinj Disc/CD“ von RSI ID Technologies allerdings wurde im Test am RFID-Portal bei einem halben Portalabstand


171

von 0,5 m auch bei einer abgestrahlten Leistung PERP von 0,1 W wiederholt zuverlässig erkannt.

Abb. 4-97: RFID-(UHF)-Transponder auf dem Industrieschutzhelm

4.6.3.4 Augenschutz Ein weiterer wesentlicher PSA-Gegenstand für den Praxistest im Baustellen-Einsatz ist auch der Augenschutz, unter anderem auch für Tischler- und Elektroarbeiten (siehe dazu auch Kapitel 4.7.1.1). In Analogie zum Industrieschutzhelm gilt auch für die Augenschutzbrille, dass aufgrund der vergleichsweise „unkomplizierten“ Randbedingungen (Transponder unverdeckt) in diesem Zusammenhang ein Transponder zu wählen ist, der erst bei einer sehr hohen abgestrahlten Leistung PERP im elektromagnetischen Feld erkannt wird. Vor diesem Hintergrund wird auch in diesem Zusammenhang der RFD-(UHF)-Transponder „Impinj Disc/CD“ von RSI ID Technologies als idealer Transponder ausgewählt. Inlay- bzw. Smart-Label-Modell Abbildung Hersteller

Bezeichnung

RSI ID Technologies

Impinj Disc/CD

Tab. 4-30: Auswahl der RFID-(UHF)-Transponder für Augenschutzbrillen

172


Abb. 4-98: RFID-(UHF)-Transponder auf Augenschutzbrille

In der Industrie gibt es derzeit Bemühungen, vor allem zur Ausstattung kleinerer Augenschutzbrillen, RFID-Transponder bereits im Produktionsprozess in den Artikel zu implementieren. Parallel dazu wird seitens der Transponder-Hersteller stetig versucht, die Transponder-Abmessungen weiter zu reduzieren. 4.6.3.5 Absturzsicherung Ein weiterer wesentlicher PSA-Gegenstand für den Praxistest im Baustellen-Einsatz ist auch die Absturzsicherung, vor allem für Dach- und Fassadenarbeiten (siehe dazu auch Kapitel 4.7.1.1). Gewohnheitsgemäß wird die Absturzsicherung von den Mitarbeitern beim Betreten des Arbeitsbereiches entweder in der Hand oder aber bereits am Körper, d.h. evtl. auch unter einer Jacke, getragen. Vor diesem Hintergrund mussten nun zunächst wieder die für diesen Einsatz grundsätzlich geeigneten Transponder ausgewählt werden. Wiederum muss der Transponder zum einen hinsichtlich der Erkennung im elektromagnetischen Feld weitestgehend lageunabhängig sein (Erfassungswinkel 180°). Des Weiteren muss ein Transponder gewählt werden, der aufgrund der dämpfenden Randbedingungen (Nähe zum menschlichen Körper) bereits bei einer sehr geringen Ausgangsleistung PERP erkannt wird. Aus den genannten Gründen kommen für diesen Zweck die folgenden Transponder in Frage, die in den Voruntersuchungen bei einem Antennenabstand von 1,5 m schon bei einer vergleichsweise geringen abgestrahlten Leistung PERP von kleiner 0,1 W erkannt wurden (siehe dazu auch Kapitel 4.5.2.2.6). Inlay- bzw. Smart-Label-Modell Abbildung Hersteller

UPM Raflatac

Bezeichnung

Rafsec Dogbone


173


Bezeichnung

KSW

Excalibur 915

Tab. 4-31: Auswahl der RFID-(UHF)-Transponder für Absturzsicherung

Aufgrund seiner deutlich geringeren Größe und dem damit flexibleren Einsatz haben wir uns in diesem Zusammenhang für den „Rafsec Dogbone“ von UPM Raflatac entschieden.

Abb. 4-99: RFID-(UHF)-Transponder auf der Absturzsicherung

4.6.3.6 Kapsel-Gehörschutz Ein weiterer wesentlicher PSA-Gegenstand für den Praxistest im Baustellen-Einsatz ist der Kapsel-Gehörschutz, unter anderem auch für Bodenbelag-, Tischler- und Elektroarbeiten (siehe dazu auch Kapitel 4.7.1.1). Analog zum RFID-(UHF)-Transponder für den Einsatz am Industrieschutzhelm mussten wiederum zunächst grundsätzlich geeignete Transponder ausgewählt werden. Auch hier ist ein Transponder zu wählen, der erst bei einer sehr hohen abgestrahlten Leistung PERP im elektromagnetischen Feld erkannt wird. Da der Abstand von RFID-(UHF)-Leser-Antenne zur Transponder-Antenne im Portal mit einem halben Portalabstand von 0,5 m im Vergleich zu den Voruntersuchungen gemäß Kapitel 4.5.2.2.6 mit einem Abstand von 1,5 m kleiner ist, wurden an dieser Stelle noch einmal diejenigen Transponder untersucht, die in den Voruntersuchungen auch bei einer abgestrahlten Leistung P ERP von 2,0 W noch nicht reagiert haben und darüber hinaus über eine vergleichsweise kleine Antennengeometrie verfügen:

174



Bezeichnung

RSI ID Technologies

Impinj Disc/CD

Tab. 4-32: Auswahl der RFID-(UHF)-Transponder für Kapsel-Gehörschutz

Wegen der optimalen Abmessungen wurde im vorliegenden Fall der RFD-(UHF)Transponder „Impinj Disc/CD“ von RSI ID Technologies ausgewählt. Im Test am RFID-Portal wurde dieser Transponder bei einem halben Portalabstand von 0,5 m auch bei einer abgestrahlten Leistung PERP von 0,1 W wiederholt sehr zuverlässig erkannt.

Abb. 4-100: RFID-(UHF)-Transponder auf Kapsel-Gehörschutz

4.6.3.7 Sicherheitshandschuhe Im Hinblick auf den Praxistest bei den Ford Werke GmbH in Köln (siehe dazu auch Kapitel 4.7.2) ist die Abstimmung der dort einzusetzenden Sicherheitshandschuhe Vantage® 70765/766 der Fa. Ansell Healthcare Europe, der höchstmöglichen Schnittschutz bei der Arbeit mit scharfkantigen Werkzeugen und Materialien bietet, und dazu passender RFID-(UHF)Transponder zunächst von wesentlicher Bedeutung. Da es in diesem Praxistest darum gehen wird, die Widerstandsfähigkeit der Handschuhe zum einen im Einsatz in den unternehmensspezifischen Prozessen zur Herstellung von Kraftfahrzeugen und zum anderen im Reinigungsprozess zu untersuchen, mussten zunächst RFID-(UHF)-Transponder gefunden werden, die vor allem dem Reinigungsprozess in voller Funktionsfähigkeit standhalten ohne den Handschuh selbst in seiner Funktionsfähigkeit einzuschränken.


175

Zwar werden im Bereich der Reinigungslogistik z.B. von Krankenhauswäsche und Arbeitskleidung schon seit einiger Zeit RFID-Anwendungen zur Identifizierung und Sortierung der Wäscheartikel eingesetzt. Allerdings nutzen diese Anwendungen in der Regel die HFTechnologie. Daher sind auch die für diese Technologie entwickelten RFID-(HF)Transponder nicht nutzbar. Hinzukommt, dass diese Transponder, da sie lediglich im Reinigungsprozess Anwendung finden und nicht am Wäschestück verbleiben, nicht unter Berücksichtigung ergonomischer Anforderungen entwickelt wurden.

Abb. 4-101: RFID-(HF)-Transponder der Fa. Brooks Automation Inc. (Durchmesser 16 mm)

Im Rahmen einer Besichtigung des Metro-Future-Store in Neuss zur Information über die Bandbreite der produktions- und warenlogistischen Entwicklungen im Bereich der RFIDTechnologie wurde u.a. auch das Textag der Fa. Deister Electronic GmbH vorgestellt (siehe dazu auch Kapitel 4.5.2.2.5). Das Textag ist ein RFID-(UHF)-Transponder, der mit der Intention entwickelt wurde, insbesondere in der Textil-Industrie Produktinformationen zu T-Shirts, Hemden etc. mit Hilfe der RFID-Technologie direkt am Produkt speichern zu können. Daher wurde bei der Entwicklung u.a. auch darauf hingearbeitet, dass dieser Transponder den Anforderungen eines industriellen Reinigungsprozesses standhält. Um diese für unseren Praxistest immanente Anforderung nachweisen zu können, wurde der Transponder zunächst exemplarisch einem Reinigungsprozess mit den für die Reinigung des Sicherheitshandschuhs geltenden Randbedingungen unterzogen:

Kalte Reinigung mit Tetrachlorethen (Trivialname: Perchlorethylen, Per) Trocknung bei 50°C

Diesen Reinigungsprozess hat der Textag voll funktionsfähig überstanden.

Abb. 4-102: RFID-(UHF)-Transponder für Sicherheitshandschuhe

Abstimmungsgespräche mit der Ansell Healthcare Europe ergaben zwar einerseits, dass man auch dort die Kombination der RFID-Technologie mit PSA für sehr zukunftsträchtig hält. Dennoch ist man der Auffassung, dass ein Textag als Transponder vor allem deshalb langfristig nicht geeignet ist, da die Bestrebungen der PSA-Branche eher dahin gehen, sämtliche

176


An- und Aufnäher an Sicherheitshandschuhen gänzlich zu vermeiden, um die Gefahr, dass Mitarbeiter damit an Maschinen hängenbleiben oder gar hineingezogen werden, vollständig zu vermeiden. Für die grundsätzlichen Überlegungen und für die anstehenden Praxistests ist der Textag allerdings der derzeit einzig einsetzbare Transponder. 4.6.4

Laborversuche zur Abstimmung von PSA und Demonstrator

Zur Bestimmung der optimalen Abstimmung der nun mit RFID-(UHF)-Transpondern versehenen persönlichen Schutzausrüstung im Demonstrator wurde mit Hilfe von zahlreichen Insitu-Versuchen schließlich der empirische Nachweis erbracht, dass mit den im obigen Kapitel 4.6.3 dargestellten RFID-(UHF)-Transpondern jeweils der optimale Transponder für den jeweiligen PSA-Gegenstand ausgewählt worden war. Dabei wurde immer wieder das nachfolgend dargestellte Schema durchlaufen:

Portal • Erfassungsquote • Sendeleistung • Umgebungseinflüsse • Feldbeschränkung • Antennenposition • Reflektion, Absorption

PSA • Materialeigenschaften • Positionsmöglichkeit • Haltbarkeit • Produzierbarkeit

Transponder • Größe • Leistungsfähigkeit • Haltbarkeit • Verfügbarkeit

Abb. 4-103: Entwicklung und Optimierung des PSA-Kontrollsystems „Planen, Ausführen, Prüfen, Anpassen“

Vor allem im Hinblick auf den Einsatz des RFID-Portals auf der Baustelle war es nun noch erforderlich, die Antennen im RFID-Portal so auszurichten, dass eine Person, die – je nach PSA-Profil – in den unterschiedlichsten „Körperzonen“, wie z.B. Kopf, Brust, Füße etc., mit PSA ausgestattet ist, vollständig und gleichzeitig durch die RFID-(UHF)-Leser-Antennen des


177

Portals erfasst werden kann (ausgehend von einer durchschnittlichen Körpergröße eines männlichen Erwachsenen von ca. 1,80 m)120. Auch hier wurden die endgültigen Einstellungen mit Hilfe von zahlreichen In-situ-Versuchen entsprechend dem obigen Schema gefunden.

Abb. 4-104: Ausrichtung der RFID-(UHF)-Leser-Antennen im Demonstrator

Mit zahlreichen In-situ-Versuchen wurde der für die Erfassung sämtlicher PSA-Gegenstände optimale Neigungswinkel (gegen die Horizontale) der RFID-(UHF)-Leser-Antennen ermittelt:

120

Antenne 1: Antenne 2: Antenne 3: Antenne 4:

= 90°

= 60° = 80° = 50°

Vgl. Statistisches Bundesamt Deutschland, www.destatis.de/jetspeed/portal/cms/Sites/destatis/Internet/ DE/Content/Statistiken/Gesundheit/GesundheitszustandRisiken/Tabellen/Content50/Koerpermasse, templateId=renderPrint.psml, (15.04.2008)

178

4.7


Vorbereitung der Praxistests

Im Rahmen des Projektmoduls 3 – „Praxistests und Dokumentation“ ist nun geplant, das im Rahmen des vorliegenden Projektmoduls 2 entwickelte RFID-gesteuerte Portal zur Kontrolle der PSA auf Vollständigkeit in dieser und in modifizierter Form in den nachfolgend dargestellten unterschiedlichen Szenarien zum Praxiseinsatz zu bringen. 4.7.1

InHaus2-Baustelle

Mit dankenswerter Unterstützung der Fraunhofer-Gesellschaften und der HOCHTIEF Construction AG als Bauherren dürfen wir das RFID-gesteuerte Portal zur Kontrolle der persönlichen Schutzausrüstung auf Vollständigkeit auf der InHaus2-Baustelle in Duisburg einsetzen.

Abb. 4-105: Visualisierung der InHaus2-Forschungsanlage121

Für die Erweiterung des InHaus-Innovationszentrums durch die InHaus2-Forschungsanlage für Nutzimmobilien haben sich neun Fraunhofer-Institute unter Leitung des Duisburger Fraunhofer-Instituts für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme zusammengeschlossen. Baubeginn für die inHaus2-Forschungsanlage war am 23. März 2007, der Fertigstellungstermin ist im Juni 2008. Sie entsteht auf einem ca. 8.000 m² großen Gelände mit einer Nutzfläche von 3.500 m². In der inHaus2-Forschungsanlage sollen intelligente Raum- und Gebäudesysteme beispielsweise für neuartige Pflegeheime, Krankenhäuser, Büros oder Hotels entstehen. Zu den Zielen des neuen Innovationszentrums zählen die Reduzierung der laufenden Betriebskosten und die Optimierung von Anwendungsprozessen. Bereits in der Errichtungsphase kommen neuartige Verfahren zum Einsatz, die den Bauprozess optimieren. So erfassen RFID-Transponder auf der Baustelle Daten, die dann eine umfassende ITbasierte Steuerung der Materialflüsse und Aktivitäten ermöglichen. Weiterhin wird mit neuartigen Baustoffen wie z.B. selbstverdichtenden Betonen gearbeitet.122

121 InHaus-Zentrum der Fraunhofer-Gesellschaft, www.inhaus-zentrum.de/site_de/index.php?node_id=2216, (07.03.2008) 122 InHaus-Zentrum der Fraunhofer-Gesellschaft, www.inhaus-zentrum.de/site_de/index.php?node_id=2216, (07.03.2008)


179

4.7.1.1 Entwicklung der erforderlichen PSA-Profile In Koordination mit der Terminplanung auf der Baustelle wurde zunächst abgestimmt, welche Gewerke in dem in Rede stehenden Testzeitraum von voraussichtlich Anfang Februar 2008 bis Ende April 2008 auf der Baustelle erbracht werden. Daraus ergaben sich auch die in dieser Zeit voraussichtlich auf der Baustelle vertretenen Firmen und deren Tätigkeiten. In enger Abstimmung mit der BG Bau wurden daraus die nachfolgend dargestellten PSAProfile für die unterschiedlichen Tätigkeiten entwickelt. Tätigkeitsprofil Basis Profil

Bodenbeläge (Fliesen-, Parkettund Teppicharbeiten)

Malerarbeiten Tischlerarbeiten

TGA-Gewerke: Elektroarbeiten

Dachdeckerarbeiten

Besuchergruppen

Notwendige PSA Mitarbeiterausweis Industrieschutzhelm Sicherheitsschuhe Warnweste Mitarbeiterausweis Sicherheitsschuhe Gehörschutz (evt. nur beim Schneiden von Fliesen sinnvoll, nicht beim Verlegen von Teppich) Augenschutz (evt. nur beim Schneiden von Fliesen sinnvoll, nicht beim Verlegen von Teppich) Handschutz Knieprotektoren Mitarbeiterausweis Sicherheitsschuhe Mitarbeiterausweis Gehörschutz Augenschutz Sicherheitsschuhe Mitarbeiterausweis Sicherheitsschuhe Gehörschutz (Bohren, Stemmen v. Löchern etc.) Augenschutz (Bohren, Stemmen v. Löchern etc.) Atemschutz (Bohren, Stemmen v. Löchern etc.) evt. Schutzhelm (Arbeiten über Kopf) Mitarbeiterausweis Sicherheitsschuhe Handschtuz Absturzsicherung (Geschirr, Anseilschutz) Augenschutz (Schneiden von Ziegeln mit der Flex) Atemschutz (Schneiden von Ziegeln mit der Flex) Besucherausweis Industrieschutzhelm Sicherheitsschuhe Warnweste

Tab. 4-33: Bauspezifische PSA-Profile

Zunächst wurde in Abstimmung mit der Projektleitung der InHaus2-Baustelle ein sogenanntes „Basis-Profil“ entwickelt, das die Gegenstände der persönlichen Schutzausrüstung enthält, mit denen grundsätzlich jeder ausgestattet sein muss, der die Baustelle betreten möchte. Dies gilt auch für Bauherrenvertreter sowie Objekt- und Fachplaner. Gleiches gilt auch für die Besuchergruppen, die diese Baustelle besuchen, wie das dazugehörige PSA-Profil zeigt. Für die anstehenden Gewerke wurden die erforderlichen PSA-Profile in der dargestellten Weise spezifiziert. In Abstimmung mit dem konkreten Zeitraum der Praxistests und eventuellen Verschiebungen im Baustellenterminplan sind diese PSA-Profile möglicherweise noch bedarfsgerecht zu erweitern.

180


Aufgrund der großen Flexibilität, die die PSA-Software mit sich bringt, ist es grundsätzlich möglich im System branchenunabhängig weitere und andersartige PSA-Profile zu hinterlegen. 4.7.1.2 Kennzeichnung der Transponder zur Identifikation der PSA An dieser Stelle muss noch einmal auf die Kennzeichnung der Transponder zur Identifikation der PSA, von der die Funktion des RFID-Portals unmittelbar und maßgeblich abhängt, eingegangen werden. Bereits in Verbindung mit den Erläuterungen zur Funktionsweise der PSA-Software wurde in Kapitel 4.3.5.2.5 dargestellt, dass die Software beim Auslesen der RFID-(UHF)-Transponder sogenannte (PSA-)Klassifikationskennungen ausliest. Die Zuordnung geschieht bei der Verwendung von EPC-Gen2-Class1-Transpondern grundsätzlich über die EPC-Nummer des jeweiligen Transponders, der hierfür eine sogenannte Seriennummer bereit hält (siehe dazu auch Kapitel 4.8.3.2.1). 001 002 003 004 005 006 007 008

001=Helm 002=Schuhe 003=Handschuhe 004=Brille 005=Gehörschutz 006=Absturzsich. 007=Atemschutz 008=MitarbeiterXY

Abb. 4-106: Individuelle Kennzeichnung der Transponder zur Identifikation der PSA

Grundsätzlich waren wir natürlich zunächst auch bemüht, diese EPC-Seriennummer zur Kennzeichnung der Transponder und Identifikation der PSA mit einem vorhandenen bzw. verabschiedeten Klassifizierungssystem zu füllen. Natürlich wäre es insbesondere interessant gewesen, wenn ein solches Klassifizierungssystem für PSA-Gegenstände bereits in den EPC implementiert wäre. Dies entspricht leider noch nicht der vorgefundenen Situation. Darüber hinaus existieren weltweit mehrere unterschiedliche Klassifikationssysteme (siehe dazu auch Kapitel 4.8.2). Deshalb haben wir im Rahmen des Forschungsprojektes Bemühungen angestoßen, diesen Bereich der Standardisierung und Normung zu verbessern. Unter anderem auch aus diesem Grund laufen z.Zt. beim Deutschen Institut für Normung (DIN) Bemühungen, die ein weiteres, europaweit einheitliches Klassifizierungssystem zum Ziel haben. Gleichzeitig soll mit der Implementierung dieses Klassifizierungssystems in den EPC mit Hilfe der Bildung einer sogenannten „Business Requirement Group“ bei GS1 Germany bzw. EPC den Belangen des Arbeitsschutzes im Bereich RFID genüge getan werden (siehe dazu auch Kapitel 4.8.4). Sollten diese Bemühungen in der Zukunft Erfolg haben, könnte das dann geschaffene System jederzeit auch in dem RFID-gestützten Portal zur Kontrolle der PSA auf Vollständigkeit eingesetzt werden.


181

4.7.1.3 Anbindung des RFID-Portals an eine Zutrittskontrolle Wie bereits in Kapitel 4.2 zur organisatorischen Konzeption dargestellt, ist die Anbindung des RFID-Portals an eine Zutrittskontrolle grundsätzlich sinnvoll, um im Falle einer unvollständigen Erkennung der PSA den Zugang zum Arbeitsbereich zu verwehren. Darüber hinaus bietet die Anbindung an ein Zutrittskontrollsystem die Möglichkeit der Vereinzelung; d.h. dass auf diesem Wege auch die Schwierigkeiten im Zusammenhang mit der Eingrenzung der Reichweite des RFID-(UHF)-Feldes und der damit in Verbindung stehenden Abgrenzung der Erfassung organisatorisch gelöst werden können. Mit der Unterstützung durch die Streif Baulogistik GmbH konnten wir für die Praxistests auf der InHaus2-Baustelle dankenswerterweise einen InSite-Container installieren, der diese Zutrittskontrolle ermöglicht.

Abb. 4-107: InSite-Container der Streif Baulogistik GmbH

Diese Möglichkeit wurde bei der Installierung des Systems auf der InHaus2-Baustelle bevorzugt und angewendet. Daher wurde das RFID-Portal zur Kontrolle der PSA auf Vollständigkeit in Richtung Baustellenzugang hinter dem Zutrittskontrollsystem des InSite-Containers angeordnet.

Abb. 4-108: Anbindung des RFID-Portals an eine Zutrittskontrolle

Entsprechend der nachfolgend dargestellten modularen Konzeption kann hier nun zunächst das im InSite-Container implementierte RFID-(HF)-Zutrittskontrollsystem genutzt werden.

182


Tab. 4-34: Modulare Konzeption des RFID-(UHF)-Portals

Dieser Vorgang dient nicht nur der Abfrage der generellen Zugangsberechtigung. Über die Erfassung des mit einem RFID-(HF)-Transponder versehenen Mitarbeiterausweises und dem damit einhergehenden Auslesen der Mitarbeiterausweis-Nummer wird der Lesevorgang am RFID-(UHF)-Portal initiiert. Damit kann auch sichergestellt werden, dass das RFID(UHF)-Portal nicht ununterbrochen ein elektromagnetisches Feld aufbaut und aufrecht erhält. Diese Maßnahme dient u.a. auch der Einsparung von Energie.

1. Schritt

2. Schritt

3. Schritt

Abb. 4-109: Ablauf der Erkennungsvorgänge bei modularer Konzeption

Das PSA-Portal kann über sein Triggermodul mit externen Systemen für die Zutrittskon-trolle oder Zeitwirtschaft kombiniert werden. Diese übermittelt dann bei jedem Zutritt dem Portal über den TCP/IP-Port 22378 Datenpakete, mit denen das Portal seine PSA-Kontrolle starten und parametrieren kann. Der Aufbau der Datensätze ist wie folgt festgelegt: [Zutritt] reader=1 cardno=01234567890ABCDEF access=released


183

Die zu den einzelnen Variablen gehörenden Wertebereiche sind: (Aufbau: Schlüsselwort=Werte) reader= 1..15 cardno=00 00 00 00 00 00 00 00..FF FF FF FF FF FF FF FF (8 Byte Hexadezimal) access=(enabled,disabled) Das Portal sucht nun in seiner Datenbank (siehe dazu auch Kapitel 4.3.6) nach einem Eintrag für die übermittelte Kartennummer und prüft das damit verbundene PSA-Profil auf Vollständigkeit. Bei Bedarf können hierüber auch diese Zutrittsevents in die Ereignisliste des Datenbankservers eingetragen werden und stehen dann für andere Anwendungen, zum Beispiel eine Arbeitszeitauswertung für Subunternehmer, zur Verfügung. 4.7.2

Ford Werke GmbH

In den Praxistests bei der Ford Werke GmbH in Köln wird es darum gehen, die Widerstandsfähigkeit der dort einzusetzenden Sicherheitshandschuhe Vantage® 70-765/766 der Fa. Ansell Healthcare Europe, die höchstmöglichem Schnittschutz bei der Arbeit mit scharfkantigen Werkzeugen und Materialien bieten und die uns für diesen Praxistest freundlicherweise durch die Fa. Ansell Healthcare Europe zur Verfügung gestellt wurden, zum einen im Einsatz in den unternehmensspezifischen Prozessen zur Herstellung von Kraftfahrzeugen und zum anderen im Reinigungsprozess zu untersuchen. Dabei ist von höchstem Interesse, bis zu welcher Anzahl an Reinigungszyklen die Handschuhe – und in zweiter Linie auch die RFID(UHF)-Transponder – standhalten, ohne ihre Schutzfunktion zu verlieren. Die RFID-Technologie wird an dieser Stelle benötigt, um die Anzahl der durchlaufenen Reinigungszyklen zerstörungsfrei an dem einzelnen Handschuh zu notieren bzw. zu hinterlegen. Hierzu wurden die Sicherheitshandschuhe, wie bereits in Kapitel 4.6.3.7 beschrieben, zunächst mit einem geeigneten RFID-(UHF)-Transponder, dem Textag der Fa. Deister Electronic GmbH, versehen. Die Daten auf den Transpondern werden mit Hilfe eines RFID-(UHF)Tisch-Lese-/Schreibgerätes mit integrierter Leser-Antenne, die mit einer maximalen abgestrahlten Leistung PERP von 0,045 W und einer maximalen Reichweite von 0,5 m arbeitet, ausgelesen bzw. neu aufgeschrieben. In der vorliegenden Anwendung wird das RFID-(UHF)Lesegerät UDL50 der Fa. Deister Electronic GmbH verwendet. Jeder Handschuh besitzt eine individuelle Identifikationsnummer. Dies ermöglicht die lückenlose Dokumentation der durchlaufenen Reinigungsprozesse.

184


Abb. 4-110: RFID-(UHF)-Tisch-Lese-/Schreibgerät UDL50 der Fa. Deister Electronic GmbH mit integrierter Leser-Antenne

Ablauftechnisch beinhaltet ein Reinigungszyklus nun die folgenden Teilschritte: 1.

2.

3.

4.

5. 6. 7. 8.

Die Handschuhe werden zunächst an der zentralen Handschuhausgabestelle der Ford Werke GmbH in Paketen zu je 10 Handschuhen an den jeweiligen Vorarbeiter ausgegeben. Nach maximal zwei Arbeitstagen werden diese Handschuhe im Wechsel gegen die gleiche Anzahl neuer Handschuhe an der zentralen Handschuhausgabe zurückgegeben. Innerhalb der Handschuhausgabe werden die mit den RFID-(UHF)-Transpondern versehenen Handschuhe am RFID-(UHF)-Tisch-Lese-/Schreibgerät vorbeigeführt, um die Identifikationsnummer des Transponders auszulesen. Die Anzahl der bereits durchlaufenen Einsatz- und damit auch Reinigungszyklen sind in einer verknüpften Datenbank hinterlegt. Ist der Handschuh in einem Zustand, der einen weiteren Reinigungsvorgang erlaubt, wird die Anzahl der durchlaufenen Reinigungsvorgänge an dieser Stelle mit Hilfe des RFID-(UHF)-Tisch-Lese-/Schreibgerätes um die Anzahl „1“ erhöht. Der Handschuh wird den zur Abholung durch das Reinigungsunternehmen bereit-stehenden Handschuhen hinzugefügt. Der Handschuh wird beim Reinigungsunternehmen dem bereits in Kapitel 4.6.3.7 dargestellten Reinigungsprozess unterzogen. Die gereinigten Handschuhe werden wieder zur Handschuhausgabestelle der Ford Werke GmbH geliefert. Im Rahmen einer Sichtprüfung innerhalb der Handschuhausgabe werden die Handschuhe wieder in Paketen zu je 10 Handschuhen für die nächste Abholung durch einen Vorarbeiter bereitgelegt, sofern ihr Zustand einen erneuten Einsatz erlaubt.

Ziel dieses Praxistests ist es, über die Anzahl der Einsatzhäufigkeiten das „Preis-LeistungsVerhältnis“ dieser hochwertigen Schnittschutz-Sicherheitshandschuhe zu ermitteln, um eine Aussage darüber treffen zu können, ob diese Handschuhe ein sinnvolles Mittel darstellen, die marginal vorhandenen Hand- und Armverletzungen innerhalb der Ford Werke GmbH weiter zu reduzieren.


4.7.3

185

Weitere Praxistests

Anders als noch im der Vorhabenbeschreibung zum Projektantrag zum Modul 2 – „Anwendungsorientierte Entwicklung“ dargestellt, ließ sich der Praxistest bei der ELMOS Semiconductor AG als Hersteller Halbleiterbauelemente und Sensoren am Standort Dortmund nicht realisieren. Vor diesem Hintergrund waren wir neben den Tätigkeiten zur anwendungsorientierten Entwicklung am RFID-Portal intensiv bemüht, einen aus der Sicht des Gesundheits- bzw. Arbeitsschutzes ebenfalls interessanten Anwendungsfall für die RFID-Technologie aufzutun. 4.7.3.1 Westfälischer Zoologischen Garten Münster GmbH (Allwetterzoo) In diesem Zusammenhang entstand über die Verwaltungsberufsgenossenschaft zunächst der Kontakt zum Westfälischen Zoologischen Garten Münster GmbH (Allwetterzoo Münster). Hier, wie in anderen Zoologischen Gärten auch, kommt es trotz aller Sicherheitsmaßnahmen in Einzelfällen immer noch vor, dass Tierpfleger durch Zootiere teilweise sogar lebensgefährlich verletzt werden. Ursache für diese Unfälle ist unter anderem auch eine fehlende Möglichkeit der Signalisieurung bezüglich des Aufenthaltsortes der Tiere z.B. durch Umsperren. Hierdurch kann beim Betreten des Geheges z.B. zum Reinigen, Füttern etc. zum ungewollten Kontakt mit teilweise gefährlichen Zootieren kommen. Grund des Kontaktes war daher die Fragestellung, ob mit Hilfe der RFID-Technologie möglicherweise zuverlässig sichergestellt werden kann, dass sich immer dann, wenn ein Tierpfleger ein Gehege betritt, die entsprechenden Tiere in einem anderen Gehege befinden und dort verbleiben. Die diesbezüglichen Recherchen ergaben allerdings sehr schnell, dass grundsätzlich nur die LF-Technologie (125 kHz) einer näheren Betrachtung unterzogen werden muss, da diese bereits den Tieren zur Identifikation injiziert wurden.

Abb. 4-111: RFID-(LF)-Transponder zur Tieridentifikation123

Der Versuch, die Klappen und Schieber der Gehege nun mit RFID-(LF)-Antennen auszustatten, würde allerdings sehr schnell an der mangelnden Reichweite dieser Technologie scheitern. Darüber hinaus würden die Klappen und Schieber, die vielfach aus Metall sind, die geringe Lesereichweite nochmals reduzieren bzw. den Lesevorgang unmöglich machen. Aus diesen Gründen musste der Einsatz der RFID-Technologie zur Lösung des vorhandenen Sicherheitsproblems – mindestens ausgehend vom heutigen Stand der Technik – verworfen werden.

123

advanced PANMOBIL systems GmbH & Co KG, www.panmobil.de/index.php?id=73, (06.04.2008)

186


4.7.3.2 Stockmeyer GmbH & Co. KG Westfälische Fleischwarenfabrik Die Idee zur Verwendung der RFID-Technologie als Sicherheitsschaltung bei der Bedienung einer Fleischereimaschine aus den Workshops zum Projektmodul 1 – „Grundlagen“124 wieder aufgreifend haben wir den Kontakt zur Fleischerei-Berufsgenossenschaft gesucht und wurden an die Fa. Stockmeyer GmbH & Co. KG Westfälische Fleischwarenfabrik in Sassenberg/Westfalen weitergeleitet. Zwar war diese Anwendungsidee aus dem Workshop für den Betrieb hinfällig, da bei der Fa. Stockmeyer keine Zerlegearbeiten durchgeführt werden. Aber es gelang gemeinsam mit der Sicherheitsfachkraft des Betriebs, eine weitere Anwendungsmöglichkeit für die RFIDTechnologie zu eruieren. Die Tragequote der erforderlichen PSA beträgt nahezu 100 %, da eine hohe Sensibilisierung der Mitarbeiter für die vorhandenen Gefahren erreicht werden konnte. Bezüglich der Lärmemissionen allerdings besteht bei den Mitarbeitern eine signifikante Unterschätzung des Gefahrenpotenzials, die dazu beiträgt, dass der vorhandene und individuell angepasste In-Ear-Gehörschutz vielfach nicht getragen wird. An dieser Stelle kann wiederum der Einsatz der RFID-Technologie in Form eines reduzierten RFID-Portals sinnvoll sein, um die Tragequote des Gehörschutzes zu erhöhen. Die daraus entwickelte Anwendungsidee, die in den Praxistests umgesetzt werden soll, sieht daher so aus, dass an der vorhandenen Zwangshygieneschleuse ein reduziertes PSAKontrollportal zum Einsatz kommt. An dieser Hygieneschleuse müssen die Mitarbeiter zunächst den Desinfektionsmittel-Spender bedienen; erst durch Bedienung des Spenders wird der Zugang zum Hygienebad für die Sicherheitsschuhe bzw. -stiefel freigegeben. Hinter dem Hygienebad, das man also mit einer Portion Desinfektionsmittel in der Hand durchschreitet, befindet sich erst das Handwaschbecken. Im Rahmen des Praxistests wird die Zwangshygieneschleuse so gesteuert, dass der Zugang zum Hygienebecken erst dann freigegeben wird, wenn neben der Bedienung des Seifenspenders als Zugangsvoraussetzung auch die Erkennung des mit einem RFID-(UHF)-Transponder versehenen individuellen Gehörschutz erfolgreich war. Ziel dieses Praxistests ist es, die Tragequote des Gehörschutzes im Testzeitraum und darüber hinaus zu erhöhen.

4.8

Standardisierung und Normung

Im Zusammenhang mit der Kennzeichnung von RFID-(UHF)-Transpondern zur Identifikation von Gegenständen der persönlichen Schutzausrüstung entstand die Notwendigkeit, sich im Rahmen des Forschungsprojektes mit dem Bereich Standardisierung und Normung eingehend zu beschäftigen. 4.8.1

Standardisierung und Normung bei PSA

Mit dem Bereich Normen und Standards für die persönliche Schutzausrüstung haben wir uns im Rahmen des vorliegenden Forschungsprojektes aus zwei wesentlichen Gründen auseinander gesetzt. 124 LuF Baubetrieb u. Bauwirtschaft: (Hrsg.): Forschungsbericht „Sicherheitstechnik mit RFID“ Projektmodul „Grundlagen“, DGUV, St. Augustin, 01/2007, S. 43f.


187

Zum einen haben wir uns im Zusammenhang mit der Definition der PSA-Profile (siehe dazu auch Kapitel 4.3.6.1 und 4.7.1.1) mit dem damit i.V. stehenden Normen und Standards beschäftigt: Entsprechend der „Grundregel für Sicherheit und Gesundheitsschutz“ gilt es Gefährdungen zunächst durch technische Maßnahmen zu minimieren. Erst wenn dies nicht möglich ist, sind organisatorische und persönliche Schutzmaßnahmen zu treffen. Diese Rangfolge findet sich in verschiedenen Vorschriften wieder und wird als “TOP“ (technisch, organisatorisch, persönlich) bezeichnet. Daher lassen sich aus den umfangreichen Regelwerken der Berufsgenossenschaften bezüglich der Verknüpfung von definierten Tätigkeiten und der dazu jeweils erforderlichen PSA, also für die sogenannten PSA-Profile, keine direkten und allgemeingültigen Regelungen ableiten. Daher wurden, wie auch in Kapitel 4.7.1.1 dargestellt, für den Praxiseinsatz auf der InHaus2-Baustelle in Abstimmung mit der BG Bau individuelle PSA-Profile entwickelt. Zum anderen aber wurde bereits im Zusammenhang mit den Ausführungen zur Kennzeichnung der RFID-(UHF)-Transponder in Kapitel 4.7.1.2 kurz dargestellt, dass die im vorliegenden Forschungsprojekt nun derzeit verwendete individuelle Kennzeichnungssystematik lediglich in Ermangelung eines übergeordneten Klassifizierungs- bzw. Ordnungssystems für sämtliche Gegenstände der persönlichen Schutzausrüstung gewählt wurde. Vor diesem Hintergrund wird im Folgenden kurz dargestellt, wie die gewählte individuelle Kennzeichnung sich stufenweise optimieren ließ. a.

Kennzeichnung der RFID-(UHF)-Transponder zur Identifikation der PSA auf der Basis eines (evtl. vorhandenen) Klassifizierungssystems 46181704=Helm 46181704

46181605=Sicherheitsschuhe

46181605

46181504=Sicherheitshandschuhe

46181504

46181802=Sicherheitsbrille

46181802

46181902=Gehörschutz

46181902

46182306=Absturzsich.

46182306

46182002=Atemschutz

46182002

008=MitarbeiterXY

008 46180000=Persönliche Sicherheit 46181500=Sicherheitskleidung … 46181600=Fußschutz … 46181700=Kopf- und Gesichtsschutz … 46181800=Augenschutz … 46181900=Gehörschutz … 46182000=Atemschutz … …

Abb. 4 -112: Kennzeichnung der Transponder zur Identifikation der PSA auf Basis des UNSPSC

b.

Kennzeichnung der RFID-(UHF)-Transponder zur Identifikation der PSA unter Einbindung in das EPC-Netzwerk

188


017 32000 123451 100000123 017 33000 123452 100000456 017 34000 123453 100000789 017 35000 123454 100000159 017 36000 123455 100000753 017 37000 123456 100000654 017 38000 123457 100000852 008

017 32000 123451 100000123=PZ,HerstellerA,Helm,Bau-gelb 017 33000 123452 100000456=PZ,HerstellerB,Sicherheitsschuhe-S3-halbhoch 017 34000 123453 100000789=PZ,HerstellerC,Sicherheitshandschuhe-Leder 017 35000 123454 100000159=PZ,HerstellerD,Sicherheitsbrille-Gestellbr. 017 36000 123455 100000753=PZ,HerstellerE,Gehörschutz -Ohrmuschelgrau 017 37000 123456 100000654=PZ,HerstellerF, Absturzsich.-… 017 38000 123457 100000852=PZ,HerstellerG,Atemschutz-Vollmaske-Filter… 008=MitarbeiterXY

Abb. 4-113:Kennzeichnung der Transponder zur Identifikation der PSA gemäß EPC

In den folgenden Kapiteln wird deshalb zunächst auf vorhandene Klassifizierungs- und Ordnungssysteme eingegangenen, um danach auf das EPC-Netzwerk einzugehen. 4.8.2

Klassifizierungs- und Ordnungsnummernsysteme

In diesem Abschnitt werden einige Systeme erläutert, die es erlauben, Objekte nach Merkmalen oder Eigenschaften zu klassifizieren bzw. zu ordnen. Für solche Klassifizierungssysteme werden häufig Nummernsysteme (Ordnungsnummernsysteme) verwendet. Im Duden wird Klassifikation wie folgt definiert: „(Klassifizierung), die systematische Einteilung oder Einordnung von ähnlichen Begriffen, Gegenständen, Erscheinungen u.a. in Klassen (Gruppen) [und Unterklassen (Untergruppen) usw.].“125 Im Gegenteil zu den Kennzeichnungs- und Identifizierungsnummernsystemen sind Klassifizierungs- bzw. Ordnungsnummernsysteme jedoch durch die systematische Struktur der Nummer „bis zur letzten Ziffer sprechend“ und geben quasi einen „Raum“ vor, in den die zu ordnenden bzw. zu klassifizierenden Objekte oder Informationen etc. „eingestellt“ werden können. Anhand der Ordnungsnummer weiß der Nutzer genau, was für eine „Art“ Objekt bzw. Information in diesem Raum vorzufinden ist. Bei Kennzeichnungsnummernsystemen hingegen erlauben die Nummern, z.B. die willkürlich zur Kennzeichnung vergebene Seriennummer und auch die willkürlich vergebene Objektklassennummer, keinen unmittelbaren Rückschluss auf eine Eigenschaft oder ein Merkmal. Der Zusammenhang zwischen Klassifizierungs- bzw. Ordnungsnummernsystemen auf der einen Seite und Kennzeichnungs- bzw. Identifizierungsnummernsystemen auf der anderen Seite besteht darin, dass Kennzeichnungsnummern bzw. die mit ihnen versehenen Objekte

125

Weiß, Joachim u.a.: Das Neue Lexikon in 10 Bänden, Band 5, 3. Aufl., Mannheim: Dudenverlag, 1996


189

(also z.B. mit EAN versehene Produkte) in den durch ein Ordnungsnummernsystem zur Verfügung gestellten „Raum“ (z.B. einen Raum Nr. 1111 für Bauprodukte, der sich z. B. neben dem „Raum“ Nr. 1112 für Lebensmittel befindet) „eingestellt“ werden können. Für das Verständnis der übergeordneten Zusammenhänge ist es wichtig, sich Folgendes bewusst zu machen:

Anhand einer Kennzeichnungsnummer lässt sich nicht feststellen, in welchen mit einer Klassifizierungsnummer versehenen Teil eines „klassifizierten Ordnungsraums“ diese Kennzeichnungsnummer einzuordnen ist. Anhand einer Ordnungs- bzw. Klassifizierungsnummer lässt sich nicht feststellen, welche Kennzeichnungsnummern dieser zuzuordnen sind. Aber Ordnungs- bzw. Klassifizierungsnummernsysteme auf der einen Seite und Kennzeichnungs- bzw. Identifizierungsnummernsysteme auf der anderen Seite sind miteinander kombinierbar, jedoch in der Regel nicht eindeutig!

Nachfolgend wird auf solche Klassifizierungssysteme eingegangen, die den Bereich der PSA-Gegenstände bereits heute mehr oder weniger vollständig und umfangreich abbilden. 4.8.2.1 United Nations Standard Products and Services Code UNSPSC Der United Nations Standard Products and Services Code (UNSPSC) basiert auf einem internationalen, branchenübergreifend hierarchisch geordneten Klassifizierungssystem. Er ist XML-kompatibel und umfasst alle Arten von Produktgruppen und Dienstleistungen.126 Das System ist in englischer Sprache verfasst.127 Der UNSPSC wurde 1998 von den Vereinten Nationen und dem Beratungsunternehmen Duns & Bradstreet entwickelt und stammt aus dem nordamerikanischen Raum. Seit 2003 wird der UNSPSC von GS1 US verwaltet.128 Es ist vorgesehen, das UNSPSC-System mit dem im nachfolgenden Kapitel 4.8.2.3 beschriebenen GPC-System (bekannt durch das System der EAN, siehe dazu auch Kapitel 4.8.3) zu vereinigen. Dabei wird der UNSPSC als Überbau für den GPC dienen, wie nachfolgend noch beschrieben werden wird. Die Ziele liegen darin, den elektronischen Handel zu fördern und größere Kostentransparenz innerhalb von Unternehmen zu schaffen.129 Realisiert werden soll dies durch einen Standard für Kataloglösungen. Angestrebt wird eine weltweite Vereinheitlichung der Struktur von Artikeldaten, was eine eindeutige Kommunikation im Beschaffungswesen ermöglichen soll.130 Das Klassifizierungssystem gliedert sich in vier Ebenen zzgl. einer optionalen fünften Ebene, die die Klassifikation unternehmensspezifisch ergänzen kann. 1. 2. 3. 4.

126

Segment (Produktsegment) Family (Produktfamilie) Class (Produktklasse) Commodity (Produktgruppe)

e-pro solutions GmbH, www.e-pro.de/e-pro.de/artikel/artikel_weiterleiten.cfm?id=441, (24.05.2007) Übersetzungen der Klassifikationstabellen in zehn Sprachen finden sich auf der Internetseite www.unspsc.org/ zum Download. 128 GS1 Germany GmbH, www.gs1-germany.de/internet/content/produkte/ean/klassifikationen/unspsc/index_ ger.html, (24.05.2007) 129 e-pro solutions GmbH, www.e-pro.de/e-pro.de/artikel/artikel_weiterleiten.cfm?id=441, (24.05.2007) 130 Institute for collaborative Classification IFCC GmbH, www.ifcc.de/hp/index.shtml?pkunspsc, (24.05.2007) 127

190


5.

Business-Type (Geschäftsfunktion)

Das System beinhaltet über 54 Industriezweige mit mehr als 20.000 Waren und Erzeugnissen. Jeder Hierarchiestufe werden zwei Ziffern zugeordnet, so dass sich am Ende eine achtstellige Zahl bis zur vierten bzw. eine zehnstellige Zahl bis zur fünften Ebene bildet. Diese Zahl wird auch als Identification Number (ID-Number) bezeichnet. Ist ein Objekt noch nicht bis zur vierten Ebene klassifiziert, wird das durch zwei Nullen signalisiert, wodurch auch dieses Objekt mit dem UNSPSC-Code dargestellt werden kann. Hierdurch ist der Code immer mindestens achtstellig. Die Codenummer soll die sprachübergreifende Kommunikation zwischen Unternehmen erleichtern, indem Bestellungen über diese Nummer aufgegeben werden. Der Wert der fünften Ebene ist ein lieferantenspezifischer Code, der den Code des Produkts nicht verändert, sondern ergänzt.131 Wird ein Code für ein bestimmtes Produkt gesucht, dann geschieht dies über die Suche „Search the code“ auf der Internetseite von UNSPSC gemäß der nachfolgenden Abbildung, oder man nutzt die Listen aus dem Downloadbereich.

Abb. 4-114: Startseite „Search the code“ zur manuellen Suche nach ID-Codes im UNSPSC-System

132

Ein Nachteil der Suche ist, dass keine Synonyme zur Erhöhung der Trefferquote berücksichtigt werden. Die Suche ist nach Produktgruppe (Titel) oder nach ID-Code möglich.133 In den folgenden Beispielen wird nach einem „safety helmet“ (deutsch: Schutzhelm) gesucht.

131 132 133

Institute for collaborative Classification IFCC GmbH, www.ifcc.de/hp/index.shtml?pkunspsc, (25.05.2007) United Nations Standard Products and Services Code®, www.unspsc.org/Search.asp, (25.05.2007) United Nations Standard Products and Services Code®, www.unspsc.org/FAQs.asp, (25.05.2007)


191

Abb. 4-115: Ergebnisse der Suche nach dem Begriff „safety helmet“ im UNSPSC-System134

Alternativ zur Suche über die Funktion „Search the code“ ist die Suche anhand der downloadbaren Kataloge möglich: Dies entspricht der folgenden Hierarchie:135 1. 2. 3. 4.

ID: 46 00 00 00: Defense and Law Enforcement and Security and Safety Equipment and Supplies ID: 46 18 00 00: Personal safety and protection ID: 46 18 17 00: Face and head protection ID: 46 18 17 04: Safety helmets

4.8.2.2 Standardwarenklassifikation Bei der Standardwarenklassifikation handelt es sich um ein dreistufiges hierarchisches Klassifikationssystem. Aufbauend auf der Binnenhandelsstatistik des Statistischen Bundesamtes wird die Standardwarenklassifikation in Deutschland seit 1978 genutzt. Seitdem ist sie mehrmals aktualisiert worden, umfasst eine Fülle von unterschiedlichen Sektoren der Warenwirtschaft und ist daher branchenübergreifend einsetzbar. Ihre größte Verbreitung findet die Standardwarenklassifikation in der Konsumgüterwirtschaft, wodurch die Geschäftsbeziehung zwischen Industrie und Handel Unterstützung findet. Heute ist die Standardwarenklassifikation über GS1 Germany erhältlich. Die GPC (vgl. nachfolgendes Kapitel 4.8.2.3) stellt eine Ergänzung zur Standardwarenklassifikation dar. Bei der Standardwarenklassifikation werden die Waren wie folgt hierarchisch aufgeteilt:136 1. 2. 3.

134

Ebene: Warenbereich: Ebene: Warengruppe: Ebene: Artikelgruppe:

12 120 1200

Kaffee, Tee, Kakao, Tabakwaren Kaffee Röstkaffee, koffeinhaltig, ganze Bohnen

United Nations Standard Products and Services Code®, www.unspsc.org/Search.asp, (25.05.2007) United Nations Standard Products and Services Code®, www.unspsc.org/download.aspx, (27.05.2007) GS1 Germany GmbH, www.gs1-germany.de/internet/content/produkte/ean/klassifikationen/warenklassifikation/index_ger.html, (08.06.2007)

135 136

192


Die Waren erhalten bis zu den Artikelgruppen auf der dritten Ebene eine vierstellige Klassifikationsnummer. Die erste Ebene umfasst die Warenbereiche und erhält eine zweistellige Zahl. In der zweiten Ebene befinden sich die Warengruppen, welchen nur eine Stelle zur Verfügung steht. In der dritten Ebene wird den Artikelgruppen ebenfalls nur eine Ziffer zugeordnet.137 Eine Suchfunktion über Synonyme ist vorhanden. Merkmale gibt es in diesem Klassifikationssystem nicht.138 Mit dem internationalen Klassifikationsstandard Global Product Classification (GPC) steht Anwendern ein effizientes Instrument für grenzüberschreitende Warenverkehre in Ergänzung zur Standard-Warenklassifikation zur Verfügung. 4.8.2.3 Global Product Classification GPC Die Global Product Classification (GPC) ist das Klassifikationssystem von GS1. Es weist eine flache Struktur auf und ist zurzeit in Englisch, Französisch, Japanisch und Serbisch erhältlich. Da es in der weltweiten Wirtschaftssprache Englisch erhältlich ist, ist auch eine weltweite Nutzbarkeit gegeben. Seit 2003 steht der GPC den Anwendern als EAN-Standard zur Verfügung.139 Ziel von GS1 ist es, die GPC als allgemeine globale Klassifikation durchzusetzen. Zu diesem Zwecke findet eine Harmonisierung mit dem UNSPSC-System auf globaler Ebene statt, um doppelte Arbeiten zu vermeiden.140 Auch die seit 1978 in Deutschland bekannte Standardwarenklassifikation (siehe Kapital 4.8.2.1) wird seitens GS1 integriert.141 Die Warenbereiche der GPC sind nachfolgend aufgelistet, PSA-relevante Klassen sind markiert.

137

GS1 Germany GmbH, www.gs1-germany.de/internet/content/produkte/ean/klassifikationen/warenklassifikation/index_ger.html, (08.06.2007) 138 ZVEI – Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e.V., www.zvei.org/index.php?id=487 &no_cache=1&tx_ZVEIpubFachverbaende_pi1%5Bdownload%5D=531&type=98, (26.05.2007) 139 GS1 Germany GmbH, http://www.gs1-germany.de/internet/content/produkte/ean/klassifikationen/gpc /index_ger.html, (26.05.2007) 140 GS1 Germany GmbH, www.gs1-germany.de/internet/content/produkte/ean/klassifikationen/gpc/index_ ger.html?raw=gpc&ZMS_HIGHLIGHT=raw, (11.02.2008) 141 GS1 Germany GmbH, www.gs1-germany.de/internet/content/produkte/ean/klassifikationen/warenklassifikation/index_ger.html, (11.02.2008)


193

Abb. 4-116: Spektrum der GPC-Klassen142

Die flache Struktur der GPC besteht aus einer Baustein-Ebene (Brick), die durch bis zu sieben Merkmale (Brick Attributes) und dazugehörige Werte (Brick Values) näher beschrieben werden kann.143 Bei Bedarf kann das System durch eine hierarchische Struktur erweitert werden. Die Erweiterung besteht aus drei Hierarchiestufen, die als Überbau auf das vorhan-

142

GS1 US inc., www.gs1.org/services/gsmp/kc/gpc/310107.html, (11.02.2008) GS1 Germany GmbH, www.gs1-germany.de/internet/content/produkte/ean/klassifikationen/gpc/index_ ger.html?raw=gpc&ZMS_HIGHLIGHT=raw, (25.06.2007)

143

194


dene System aufgesetzt werden. Der Überbau lehnt sich an die ersten drei Ebenen des UNSPSC an, ist in seiner Nummerierung jedoch nicht identisch.

Wie UNSPSC (optional): - Segment - Family - Class

GPC (Pflicht): - Brick - Attribute - Value

Abb. 4-117: Struktur des GPC unter Einbindung des UNSPSC144

Die ersten beiden Zifferngruppen stehen für das „Segment“ (z.B. Safety/Protection: 85 00 00 00), die nächsten beiden für die „Family“ (z.B. Safety/Protection: 85 01 00 00) und die nächsten beiden für die „Class“ (z.B. Protective Personal Aids: 85 01 01 00). Die Brick-Ebene ist alphabetisch geordnet. Zusätzlich weist die GPC eine Nummernstruktur auf, welche das Auffinden von Produkten erleichtert. Die einmal zugeteilte Nummer bleibt immer gleich, auch wenn sich die Beschreibung einer Ware ändert. Alle Brick-Nummern bestehen aus jeweils acht Stellen. Die Brick-Nummer beginnt immer mit einer eins (z.B. Helmets: 10005110).

144 GS1 Germany GmbH, www.gs1-germany.de/internet/content/produkte/ean/klassifikationen/gpc/index_ ger.html?raw=gpc&ZMS_HIGHLIGHT=raw, (11.02.2008)


195

Abb. 4-118: Ergebnisse der Suche nach dem Begriff „safety helmet“ im GPC-System145

Die Brick-Attribute-Number beginnt immer mit einer zwei (z.B. Type of Helmet: 20002129)

Abb. 4-119: Ergebnisse der Suche nach dem Begriff „Type of helmet“ im GPC-System, Brick-AttributeType-Ebene146

145 146

GS1 inc., www.gpcbrowser.gs1.org/Default.aspx, (12.03.2008) GS1 inc., www.gpcbrowser.gs1.org/Default2.aspx?brk=10005110&lan=English&ver=Latest, (12.03.2008)

196


Die Brick-Value-Number beginnt mit einer drei (electric cordless: 30011233).

Abb. 4-120: Ergebnisse der Suche nach dem Begriff „Type of helmet“ im GPC-System, Brick-AttributeValue-Ebene147

4.8.2.4 eCl@ss Bei eCl@ss handelt es sich um einen international ausgerichteten Standard zur Klassifizierung von Produkten, Materialien und Dienstleistungen. Dieser Standard ist branchenübergreifend und in mehreren Sprachen verfügbar. Ziel von eCl@ss ist die strukturierte Abbildung von Beschaffungsmärkten in vier Ebenen entlang der gesamten Wertschöpfungskette, welche die Berücksichtigung der wirtschaftlichen, technischen sowie der kaufmännischen Anforderungen beinhaltet. Des Weiteren soll der elektronische Datenaustausch über Landes- und Sprachgrenzen hinweg durch die weltweite Verbreitung der standardisierten eCl@ss-Struktur vereinfacht werden. Seit 2000 gibt es den eCl@ss e.V. mit Sitz in Köln, eine Non-Profit-Organisation. Durch sie wird dieser Standard über die Ländergrenzen hinweg definiert, verbreitet und weiterentwickelt.148 eCl@ss wurde von Beschaffungsfachleuten der Großindustrie erarbeitet und daher auch auf die Bedürfnisse und Mittel der Großindustrie ausgerichtet. Entwickelt wurde der Standard vom VEBA-Konzern (Vereinigte Elektrizitäts- und Bergwerks AG) für den Datenaustausch im eigenen Konzern und mit weltweiten Geschäftspartnern. Später entschloss sich das Unternehmen dazu, die Datenstruktur auch allen anderen Unternehmen kostenlos zur Verfügung zu stellen.149 eCl@ss ist jedoch auch Partner des „Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie“ (BMWI) im Rahmen des Projekts "eCl@ss für den Mittelstand", bei dem insbesondere auf die Bedürfnisse der „Kleinen und Mittelständischen Unternehmen“ (KMU) eingegangen wer-

147

GS1 inc., www.gpcbrowser.gs1.org/Default2.aspx?brk=10005110&lan=English&ver=Latest, (12.03.2008) 148 eCl@ss e.V., www.eclass.de/ecms/download.html/L3VzZXIvZG9jdW1lbnRzL2dydW5kc2F0emxlaXRsaW5pZV8yMDA2XzEyXzA2LnBkZnwzMDY1fDExNzc5NDQxODg=, (30.04.2007) 149 Palme, Klaus: eCl@ss- Klassifikationssystem für E-Commerce im Internet; in: Leistung und Lohn - Zeitschrift für Arbeitswirtschaft, Juni 2000, Nr. 342-344, Berlin: Bundesvereinigung der Deutschen Arbeitgeberverbände


197

den soll. Durch das Projekt soll der Einsatz von Klassifizierungssystemen und „e-Business“ in KMU gefördert werden.150 Die Phase 2 des Projektes beinhaltet auch einen Punkt „Integration Baubranche“,151 über den offenbar eine Anbindung des weiteren Förderprojektes des BMWI „Integration von bau:class in eCl@ss“ erreicht werden soll.152 Der eCl@ss e.V. wird von seinen Mitgliedern getragen. Änderungsvorschläge von Mitgliedern werden ggf. in neue Releases übernommen. Es werden drei unterschiedliche Mitgliedsformen angeboten, die „Fördernden“, die „Ordentlichen“ und die „Ordentlichen Mitglieder mit Sitz im Lenkungsausschuss“. Die unterschiedlichen Mitgliedsarten haben unterschiedliche Vorteile und führen zu unterschiedlichen Mitgliedsbeiträgen. Abgesehen von den Mitgliedern hat eCl@ss auch Partner, mit denen Kooperationsvereinbarungen bestehen. Dazu gehören z.B. das DIN, das CEN (Comité Européen de Normalisation), der BME (Bundesverband für Materialwirtschaft, Einkauf und Logistik e.V.) und der VDMA (Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e.V.) sowie verschiedene ISO (Internationale Organisation für Normung)-Gremien. Durch die enge Zusammenarbeit mit den Normungsinstituten wird eine Normenkonformität erreicht und gewährleistet. Für eine Etablierung des Standards reicht es jedoch nicht aus, dass nur eCl@ss und andere Standardisierungsorganisationen Zuordnungen vornehmen. Vielmehr müssen möglichst alle Dienstleister, Hersteller, Lieferanten und Händler ihre Produkte in diese Waren- und Dienstleistungsgruppen einordnen und eCl@ss für den Warenaustausch benutzen. Hierfür stellt eCl@ss im Downloadbereich kostenlos Tabellen zur Verfügung, mit deren Hilfe die eigenen Waren und Dienstleistungen eingeordnet werden können.

Dokumentenname

Inhalt

1

eClass5_1_de_SP3.csv

Klassifikationen

2

eClass5_1_sw_de_SP3.csv

Schlagworte

3

eClass5_1_ml_de_SP3.csv

Merkmalleisten

4

eClass5_1_mm_de_SP3.csv

Merkmalbibliothek

5

eClass5_1_mm_we_de_SP3.csv

Wertelisten

6

eClass5_1_we_de_SP3.csv

Wertebibliothek

Tab. 4-35: eCl@ss-Klassifikationsdateien153

Die Produkte und Dienstleistungen können nach den Anweisungen in der „readme_de.txt“Datei in die oben aufgeführten Tabellen eingetragen und so für die firmeninterne Verwaltung,

150

eCl@ss e.V., www.eclass.de/index.html/JTI2bGFuZyUzRGRlJTI2bmF2aWQlM0QzNzA1JTI2c2lkJTNEbjQ2M2VmMWMxNjVkMDUlMjZiJTNE.html?no=intro, (07.05.2007) eCl@ss e.V., www.eclass.de/index.html?no=intro&svt=1&navid=3705, (11.02.2008) 152 eCl@ss e.V., www.eclass.de/index.html/JTI2bGFuZyUzRGRlJTI2bmF2aWQlM0QzNzA2JTI2c2lkJTNEbjQ2M2VmMWMxNjVkMDUlMjZiJTNE.html?no=intro, (07.05.2007) 153 Readme_de.txt aus dem Downloadbereich von eCl@ss e.V., www.eclass.de/index.html/JTI2bmF2aWQlM0QzMDMyJTI2bGFuZyUzRGRlJT2c2lkJTNEbjQ2MzgzYWJhYzc4YzQlMjZiJTNE.html, (02.05.2007) 151

198


den Datenaustausch mit Kunden und Zulieferern sowie für elektronische Kataloge genutzt werden. Die Daten sind dann eCl@ss-konform, wenn die Produkte der vierten Hierarchieebene korrekt zugeordnet sind. Die Materialbeschreibungen sind eCl@ss-konform, wenn die erforderlichen Merkmalsfelder ausgefüllt sind. Es brauchen nicht alle Merkmale bewertet zu werden. Es reicht, die auftragsrelevanten Merkmale auszufüllen. Ist ein Produkt nicht genau einer Klasse in der vierten Ebene zuzuordnen, wird es einem Klassenschlüssel 90 am Ende zugeordnet. Für das entsprechende Produkt sollte beim Änderungsdienst von eCl@ss eine Zuordnung beantragt werden.154 Es findet eine Klassifikation in vier hierarchischen Ebenen statt. 1. 2. 3. 4.

Sachgebiete Hauptgruppen Gruppen Untergruppen

An die vierte Ebene sind sogenannte Merkmalleisten angefügt, welche das Produkt oder die Dienstleistung einheitlich beschreiben. Die Leisten bestehen aus einzelnen Merkmalen, wie Farbe, Gewicht, Durchmesser usw., die für das jeweilige Produkt oder die jeweilige Dienstleistung sinnvoll zusammengestellt werden. Die Merkmale wurden dem DIN-Merkmallexikon (DIN-sml) angepasst und basieren auf den Normenstrukturen DIN 4002, IEC 61360 und ISO 13584. So wird eine Integration in das DIN-Merkmallexikon ermöglicht, wodurch Normenkonformität erreicht wird.155 Voraussetzung für die Erfüllung der Ziele ist, dass alle am Markt verfügbaren Produkte und Dienstleistungen erfasst werden. Dabei findet eine Einordnung in Warengruppen statt. Hierdurch soll das Suchen/Finden und Verwalten von Produkten sowie der Informationsfluss mit geringstmöglichem Aufwand automatisiert werden. Da es sehr viele Produkte und Dienstleistungen gibt und immer neue dazukommen, wird die Erfassung und Kategorisierung nie abgeschlossen sein. Eine Zuordnung soll eindeutig und sachlogisch sein. Bisher (Stand Mai 2007) besteht die Struktur aus:

25 Sachgebieten 514 Hauptgruppen Gruppen 25.083 Untergruppen.

Hinzu kommen 51.638 Schlagwörter, die die Suche vereinfachen sollen. Momentan (Stand Mai 2007) gibt es für etwa fünfzig Prozent der 25.083 Untergruppen Standardmerkmalleisten; die übrigen Untergruppen besitzen zurzeit eine sogenannte Basismerkmalleiste.156 Die Standardmerkmalleisten sind Merkmalleisten, die für jede Klasse individuell entwickelt wur-

154 eCl@ss e.V., www.eclass.de/index.html/JTI2bGFuZyUzRGRlJTI2bmF2aWQlM0QzODM0JTI2c2lkJTNEbjQ2MzllZmI3NTZkOGMlMjZiJTNE.html?no=, (03.05.2007) 155 eCl@ss e.V., www.eclass.de/index.html/JTI2bmF2aWQlM0QzODM3JTI2bGFuZyUzRGRlJTI2c2lkJTNEbjQ2MzViYjZkMmVmOWMlMjZiJTNE.html, (30.04.2007) 156 eCl@ss e.V., www.eclass.de/index.html/JTI2bGFuZyUzRGRlJTI2bmF2aWQlM0QzODQxJTI2c2lkJTNEbjQ2MzlhMzQ0NjVhMjAlMjZiJTNE.html?no= (03.05.2007)


199

den. Die Basismerkmalleiste wird bei allen anderen verwendet und beinhaltet die folgenden fünf Merkmale:157

EAN-Code Hersteller-Name Artikelnummer Produkt-Name Produkt-Typenbezeichnung

Die nachfolgenden Abbildungen zeigen wiederum die Suche nach einem Schutzhelm.158

Abb. 4-121: Suche in eCl@ss: Auswahl des Sachgebietes

157

Readme_de .txt aus dem Downloadbereich von eCl@ss e.V., http://www.eclass.de/index.html/JTI2bmF2aWQlM0QzMDMyJTI2bGFuZyUzRGRlJTI2c2lkJTNEbjQ2MzgzYWJhYzc4YzQlMjZiJTNE.html, (02.05.2007) eCl@ss e.V., www.eclass.de/index.html/JTI2bmF2aWQlM0QzNDYzJTI2bGFuZyUzRGRlJTI2c2lkJTNEbjQ2M2YzZmMyOTc4YTUlMjZiJTNE.html?no=intro&PHPSESSID=33eb056f3bd0da17410e9038f4ff04b7, (07.05.2007)

158

200


Abb. 4-122: Suche in eCl@ss: Auswahl der Hauptgruppe

Abb. 4-123: in eCl@ss: Auswahl der Gruppe


201

Abb. 4-124: Suche in eCl@ss: Auswahl der Untergruppe

Abb. 4-125: Suche in eCl@ss: Ansicht der Standardmerkmalleiste Bohrhammer

4.8.2.5 proficl@ss proficl@ss ist ein Materialklassifizierungssystem, das sich auf die Bereiche Bauen, Gebäudetechnik, Industriebedarf und verwandte Branchen spezialisiert hat. Es besitzt eine detaillierte hierarchische Struktur, wodurch Produkte mittels des Klassenbrowsers leichter gefunden werden sollen. Dies wird durch die integrierte Suche mit 14.159 Synonymen unterstützt. Gegründet wurde der proficl@ss e.V. im Jahr 2003 unter technischer Federführung des Fraunhofer Instituts für Arbeitswirtschaft und Organisation (IAO) von der Einkaufsbüro Deutscher Eisenhändler GmbH (E/D/E), der hagebau Handelsgesellschaft für Baustoffe mbh & Co. KG und der Profi Portal AG.159 Die Nutzung von proficl@ss ist kostenlos. Der Verein wird von seinen „ordentlichen“ und „fördernden“ Mitgliedern getragen.160 Einmal im Jahr wird ein Update veröffentlicht, in das Änderungen und Ergänzungen eingearbeitet sind.161

159 160 161

e-pro solutions GmbH, www.e-pro.de/e-pro.de/artikel/artikel_weiterleiten.cfm?id=441, (20.05.2007) proficl@ss International e.V., www.proficlass.de/index.php?id=115, (20.05.2007) proficl@ss International e.V., www.proficlass.de/index.php?id=130, (20.05.2007)

202


Ziel ist es, ein branchenübergreifendes, internationales Datenmodell für den Austausch von strukturierten Produktdatenkatalogen zu schaffen. Es sollen die Artikeldaten aller Hersteller, Lieferanten und Händler durch eine einheitliche Klassifizierung strukturiert werden, um so das Erstellen von gedruckten und Onlinekatalogen sowie deren elektronischen Austausch effizienter zu gestalten. Hierbei können die Kataloge optisch weiterhin individuell gestaltet werden, lediglich die Produktdaten sollen einer vorgegebenen Klassifizierung entsprechen, wodurch das aufeinander Abstimmen von Katalogdaten entfällt. Korrekturschleifen sollen verkürzt werden und Informationen schneller zur Verfügung stehen.162 Hierzu wurde u.a. ein Klassifizierungssystem geschaffen. Die Klassifikationsstruktur besteht aus der Ordnungshierarchie, in der einzelne Produktklassen zusammengefasst werden. Diesen Klassen sind Merkmale zugeordnet, die das jeweilige Produkt eindeutig und herstellerneutral in seinen technischen Eigenschaften beschreiben. Das Klassifikationsmodell besteht aus 4.296 Basisklassen, 14.159 Synonymen, 3.568 Merkmalen und 55 Einheiten (Stand 30.09.2004). Die Merkmale werden wie bei der Klassifikation von ETIM in numerisch, alphanumerisch, logisch und Rage unterteilt. Sie bestehen aus Merkmalnamen, Merkmaltyp, der Einheit (numerisch) und Vorgabewerten (alphanumerisch). Die Einheiten werden von Warenexperten allgemein verbindlich festgelegt und für jede Klasse neu definiert. Schutz und Prüfzeichen sowie Normen werden wie Merkmale behandelt und können von der Art her numerisch, alphanumerisch oder logisch sein. Bei den Merkmalen gibt es „Muss-“ und „Kann-Felder“. Hierdurch wird ein Mindestmaß an Informationen zur Vergleichbarkeit von Produkten gesichert. Die Merkmale einer Klasse werden ähnlich wie bei eCl@ss als Merkmalleisten bezeichnet. Eine Klasse kann beliebig viele Synonyme/Schlagwörter oder Merkmale haben. Die Anzahl der Merkmale soll aber möglichst gering gehalten werden und sich auf 5 bis 15 beschränken. Jedes Element der Klassifikation ist mit einer alphanumerischen Ordnungszahl (ID) verknüpft, welche das Identifizieren von Elementtypen und deren Versionen sowie Aktualisierungsvorgänge unterstützt.163 Es gibt folgenden Datenelementtypen:164

h = Hierarchieklasse c = Basisklasse s = Schlagwörter für Basisklassen f = Merkmale u = Einheiten v= Werte

Betriebswirtschaftliche Informationen wie EAN, Lieferbedingungen oder Marketinginformationen, die nicht dem direkten Auffinden eines Produktes dienen, aber für Kunden von Interesse sind, sollten nicht in die Klassifikation aufgenommen werden. Derartige Informationen sollen in das Übertragungsformat (z.B. BMEcat) ausgelagert werden. So sind die Informationen auf einem Portal oder in einem Onlinekatalog vorhanden, sind aber nicht Teil der Klassifikation.165 Ein Beispiel für die Klassifikation eines Schutzhelmes mit der Basisklasse AAB801c002 mit Hilfe des Klassenbrowsers ist nachfolgenden Abbildungen zu entnehmen: 162

proficl@ss International e.V., www.proficlass.de/uploads/media/proficlass-broschuere.pdf, (20.05.2007) proficl@ss International e.V., www.proficlass.de/uploads/media/Leitfaden_zur_Klassifizierung.pdf, (20.05.2007) 164 proficl@ss International e.V., www.proficlass.de/uploads/media/proficlass_3-0_als_csv-Datein.zip, (21.05.2007) 165 proficl@ss International e.V., www.proficlass.de/uploads/media/Leitfaden_zur_Klassifizierung.pdf, (20.05.2007) 163


Sechsstellige Kennung aus

Einstellige Kennung:

Buchstaben und Zahlen

Datenelementtyp

AAB801

203

Dreistellige Zahl: Version innerhalb eines Veröffentlichungszyklus

c

002

Tab. 4-36: proficl@ss: Ordnungszahl

Abb. 4-126:

166

proficl@ss: Startseite des Klassenbrowsers

Abb. 4-127: proficl@ss: Unterklasse „Arbeitssicherheit, Unfallschutz“, ID AAA446h001167

166 167

proficl@ss International e.V., www.proficlass.de/index.php?id=58, (21.05.2007) proficl@ss International e.V., www.proficlass.de/index.php?id=58&parentUID=AAA446h001, (21.05.2007)

204


Abb. 4-128: proficl@ss: Unterklasse „Arbeitsbekleidung“, ID AAA450h002168

169

Abb. 4-129: proficl@ss: Unterklasse „Kopfschutz“, ID AAB775h001 168

proficl@ss International e.V., www.proficlass.de/index.php?id=58&parentUID=AAA450h002, (21.05.2007)


205

Abb. 4-130: proficl@ss: Merkmale der Unterklasse „Schutzhelm“, ID AAB801c002, Muss-Felder, Datentyp, 170 Schlagworte

Abb. 4-131: proficl@ss: mögliche alphanumerische Merkmale „Norm“, ID: AAA702f001171

169 170

proficl@ss International e.V., www.proficlass.de/index.php?id=58&parentUID=AAB775h001, (21.05.2007) proficl@ss International e.V., www.proficlass.de/index.php?id=58&parentUID=AAB801c002, (21.05.2007)

206

4.8.3


Vorhandene Normen und Standards für die RFID-Technologie

„Standards sind ein wichtiger Aspekt bei der Einführung neuer Technologien wie der RFIDTechnologie und können als Innovationsmotor begriffen werden. Erst wenn entsprechende Vereinbarungen über Hardware, Software oder die Prozessgestaltung vorliegen, wird es für die breite Masse von insbesondere mittelständischen Unternehmen interessant, sich mit einer neuen Technologie auseinanderzusetzen. In dem Fall sinken zum einen die Investitionskosten gegenüber proprietären Lösungen, zum anderen besteht Investitionssicherheit hinsichtlich der gewählten Lösung. Hinzu kommt, dass in einer heute stark vernetzten Welt und zusätzlich offenen Systemen eine Nutzung über Unternehmensgrenzen hinweg nur über standardisierte Lösungen sinnvoll möglich ist.“172 Für die folgenden RFID-Standardisierungselemente wurden und werden Standards entwickelt, definiert und überarbeitet: a. b. c. d. e.

Standards nach EPCglobal Anwendungsstandards Luftschnittstellen und Funkübertragung Datenprotokolle Testmethoden

Doch zunächst gilt es an dieser Stelle, auf die im Bereich der RFID-Technologie für Normung und Standardisierung maßgeblichen Organisationen GS1 und EPCglobal einzugehen. Die EPCglobal Inc. ist eine Non-Profit-Organisation, die über Ländergrenzen hinweg Normen und Standards zur Nutzung der RFID-Technologie entlang der gesamten Versorgungskette technologieorientiert, anwendungs- und branchenübergreifend entwickelt. Die Gesellschaft wurde 2003 von GS1 und GS1 US (ehemals EAN International und Uniform Code Council, Inc.), also den für die Standardisierung im Bereich Barcode/Strichcode verantwortlichen Institutionen, gegründet. Das EPCglobal-Netzwerk basiert auf Forschungs- und Entwicklungsarbeiten, die vom Auto-ID Center des Massachusetts Institute of Technology (MIT) 1999 initiiert wurden. Zunächst wird jedoch kurz auf die Aufgaben von GS1 und insbesondere GS1 Germany eingegangen, da die Standardisierung von EPCglobal im Bereich der RFID-Technologie in Teilen maßgeblich auf den Standardisierungen von GS1 im Bereich des EANArtikelnummernsystems basieren. 4.8.3.1 Aufgaben und Entwicklung von GS1 Eine wichtige Organisation für die Entwicklung, Förderung und Verbreitung von internationalen Standards in der Konsumgüterwirtschaft sowie ihren angrenzenden Wirtschaftsbereichen ist global GS1, in Deutschland die GS1 Germany GmbH (Global Standards One, vormals CCG, Centrale für Coorganisation GmbH). Die Hauptaufgabe der GS1 Germany GmbH besteht darin, internationale Standards wie z.B. das EAN-Artikelnummernsystem mit zu entwickeln, zu fördern und zu verbreiten. Ziel dieser Standardisierung ist es, Geschäftsprozesse entlang der gesamten Wertschöpfungskette so171 proficl@ss International e.V., www.proficlass.de/index.php?id=58&parentUID=AAB801c002&merkmal_id=AAA358f001&a ction=showfeatures (21.05.2007) 172 VDEB/AIM, Management-Leitfaden für den Einsatz von RFID-Systemen, Version 1.07, 12/2006, S. 10


207

wie den Waren- und Datenverkehr selbst möglichst effektiv und effizient zu gestalten. GS1 Germany hat die Zielsetzung, den Datenaustausch zwischen Unternehmen zu synchronisieren. Neben der GS1 Germany sind nahezu 145 weitere nationale GS1-Organisationen als autorisierte EAN-Stellen für Nummernvergabe und Anwenderbetreuung weltweit zuständig. Die Gesellschaft GS1 Germany gliedert sich in die fünf Geschäftsbereiche a. b. c. d. e.

EAN (Europäische Artikelnummer, heute internationale Artikelnummer), EPCglobal (Elektronischer Produktcode), ECR (Efficient Consumer Response), Event und Consult.

Die Bereiche EAN und EPCglobal dienen der Vergabe, Verbreitung, Pflege und Förderung der jeweiligen Standards, auf die im Folgenden noch genauer eingegangen wird. Darüber hinaus ist GS1 Germany ein kartellrechtlich anerkannter Rationalisierungsverband und Trägerin des Normenausschusses Daten- und Warenverkehr in der Konsumgüterwirtschaft (NDWK) im DIN. Europäische Artikelnummer (heute Internationale Artikelnummer) EAN173 EAN ist der Weltstandard für Identifikationsverfahren. Er zeichnet sich durch eine festgelegte Lesetechnik, klar definierte Dateninhalte und eindeutige Nummernsysteme aus. Die weltweite Überschneidungsfreiheit der Nummernsysteme erschließt eine breite Anwendungsvielfalt. Innerhalb des EAN-Standards gibt es die nachfolgenden Identifikationssysteme: a.

b.

c.

Internationale Lokationsnummer ILN174: zur Identifikation von Unternehmen und Unternehmenseinheiten (engl.: Global Location Number, GLN) Internationale Artikelnummer (EAN) zur Identifikation von Artikeln (Verkaufs- und Handelseinheiten) (engl.: Global Trade Item Number, GTIN) Nummer der Versandeinheit (NVE) zur Identifikation von Versandeinheiten (engl.: Serial Shipping Container Code, SSCC)

Die EAN-Identsysteme arbeiten immer nach dem gleichen Prinzip: Eine weltweit überschneidungsfreie Nummer ersetzt in der elektronischen Datenkommunikation (EDI) und in den Strichcodes die kostspielige Übertragung von Adressen, Artikelbeschreibungen oder sonstigen Detailinformationen. Die Nummer selbst ist nicht sprechend, aber sie ermöglicht den Zugriff auf die jeweiligen Informationen, die bei den Liefer-, Dienstleister- und Empfängerbetrieben in Datenbanken abgespeichert sind. Einige Anwendungsbeispiele aus der Praxis: 173

GS1 Germany GmbH, www.gs1-germany.de/internet/content/produkte/ean/identsysteme/index_ger.html, (14.04.2007) GS1 Germany, GmbH, www.gs1-germany.de/VHM/internet/content/e39/e50/content/produkte/ean/ident systeme/e222 (17.04.2007)

174

208


a. b. c. d.

e.

Partner identifizieren ihr Unternehmen oder Filialen in der Kommunikation über Lokationsnummern (ILNs). Für Artikel werden in Preislisten und Katalogen die zugehörigen EANArtikelnummern angegeben. Darüber kann bestellt und abgerechnet werden. Der EAN-Strichcode auf der Verbrauchereinheit ermöglicht den automatischen Kassiervorgang im Handel mittels Scannertechnik. Die strichcodierte Artikelnummer an der Ware erleichtert die Lagerhaltung inklusive Ein-, Um- und Auslagerungen entlang der warenwirtschaftlichen Versorgungskette. Die eindeutige Packstücknummer auf Versandeinheiten (NVE) steuert die Ware zielgenau und rückverfolgungssicher über Spediteure, Zentral- und Zwischenläger bis hin zum Empfänger.

Den Schlüssel zu den Nummernsystemen bildet immer die ILN. Die in ihr enthaltene Basisnummer ist Grundlage für die darauf aufbauenden EAN-Artikelnummern, Nummern der Versandeinheiten etc. Diese werden durch das regelgerechte Anfügen eigener Nummernbestandteile von den Unternehmen selbst gebildet.

Abb. 4-132: Identifikationssysteme innerhalb des EAN-Standards und deren Abhängigkeit vom ILN

175

175 GS1 Germany GmbH, www.gs1-germany.de/internet/content/produkte/ean/identsysteme/index_ger.html, (14.04.2007)


209

Internationale Lokationsnummer ILN Sie ersetzt seit 1996 die bbn (Bundeseinheitliche Betriebsnummer). Die Sender und Empfänger von Produkten können durch die ILN eindeutig und schnell maschinell identifiziert werden. Die ILN ersetzt bisherige interne Lieferanten- und Kundennummern, wodurch die elektronische Datenverwaltung stark vereinfacht wird, das Arbeiten mit individuellen Kundennummern kann somit entfallen. Der Nummer werden in einer Datenbank die jeweilige Firmenadresse und gegebenenfalls auch Zusatzinformationen zugeordnet. Ein Unternehmensteil hat bei allen seinen Kunden dieselbe ILN und kann sich durch diese z. B. auf Briefbögen, Formularen, in E-Mails usw. identifizieren. Die ILN wird von der „GS1 Germany GmbH“ vergeben und ist entgeltpflichtig. Die ILN gibt es als Typ 1 und als Typ 2. Der Unterschied besteht darin, dass die ILN Typ 1 unveränderlich ist und ausschließlich der Unternehmensidentifikation dient. Bei der ILN Typ 2 können zudem z. B. zusätzliche Lokationsnummern vergeben werden. Außerdem wird eine Teilnahme anderer Nummerierungssysteme wie z. B. EAN oder NVE erst durch die ILN Typ 2 möglich. Durch die ILN Typ 2 ergeben sich somit Anwendungsmöglichkeiten, die über die Identifikation mittels ILN Typ 1 hinausgehen.176 Europäische Artikelnummer EAN Die „Internationale Artikelnummer“ (EAN) hieß vormals „europäische Artikelnummer“. Sie löste in Deutschland die ban (Bundeseinheitliche Artikelnummerierung) ab. International wird sie als GTIN (Global Trade Item Number) bezeichnet. Der EAN dient zur Identifizierung eines Artikels. Auch die EAN ist eine ausschließlich identifizierende Nummer, also von klassifizierenden Merkmalen, die eine Aussage ohne Einsicht in eine zugehörige Datenbank erlauben würden, freigehalten.177 Der EAN wird z.B. in Supermärkten und Baumärkten in Verbindung mit Barcodes genutzt. Nummer der Versandeinheit NVE Die „Nummer der Versandeinheit“ (NVE) wird im internationalen Sprachgebrauch auch mit Serial Shipping Container Code (SSCC) bezeichnet. Sie dient der eindeutigen Kennzeichnung und Identifikation von Versandeinheiten wie Containern, Paletten, Paketen oder auch Gebinden und Stückgut. Die NVE wurde von der GS1-Gemeinschaft entwickelt und Anfang der neunziger Jahre des 20. Jhs. eingeführt. Auf dem Weg vom Absender zum Empfänger kann die NVE von allen an der Transportkette Beteiligten genutzt werden; beginnend z.B. mit der Sendungsübergabe an der Verladerampe des Versenders an den Spediteur bis hin zur Warenannahme des Empfängers. So wird eine lückenlose Sendungsverfolgung, das sogenannte „Tracking & Tracing“ auf Ebene von Versandeinheiten möglich.178 Die NVE dient, wie die anderen Identifikationsnummern auch, als Zugriffsschlüssel auf Datenbanken, in denen die der jeweiligen Versandeinheit zugehörigen Informationen abgelegt sind.

176

vgl. GS1 Germany GmbH, www.gs1-germany.de/VHM/internet/internet/content/produkte/e50/content/produkte/ean/identsystme/e222, (17.04.2007) GS1 Germany GmbH, www.gs1-germany.de/VHM/internet/content/e39/e50/content/produkte/ean/identsysteme/e2 41, (19.04.2007) 178 Vgl. GS1 Germany GmbH, www.gs1-germany.de/internet/content/produkte/ean/identsysteme/e229, (18.04.2007) 177

210


EAN 128-Standard Bei dem EAN 128-Standard handelt es sich um ein Konzept zur Ergänzung der internationalen Artikelnummerierung, das Anfang der neunziger Jahre des 20. Jhs. entwickelt wurde. Es besteht aus einer Kombination von Datenbezeichnerkonzept und Strichcodesymbolik. Mit ihm werden logistisch relevante Einheiten gekennzeichnet, was die Grundlage für Warenverfolgung und Warensteuerung durch die Scannertechnologie ist. Daher ist das Kernelement des EAN 128-Standards die Nummer der Versandeinheit, die auf jedem EAN 128-Etikett zu finden ist. Das besondere am EAN 128-Standard ist, dass Daten wie Verfallsdatum oder Chargennummer (Menge an Produkten, die in einem Produktionsprozess unter definierten Bedingungen hergestellt oder in einer gemeinsamen Bestellung eingekauft wurden), die nicht ohne weiteres hinter „klassischen“ Artikelnummern angehängt werden können und die über die reine Identifikation hinausgehen, mit diesem abgebildet werden können.179 Hierdurch trägt er zur lückenlosen Produktverfolgung auf „Seriennummernebene“ bei und kann von allen beteiligten Unternehmen der Transportkette für „Tracking & Tracing“, Sendungsübergabe und Sendungsverfolgung sowie für eventuell erforderliche Rückrufaktionen genutzt werden.180 Das alles wird durch das Datenbezeichnerkonzept ermöglicht. Es besteht aus drei Teilen: dem zuweisenden Datenbezeichner (DB), den Dateninhalten (auch als Datenelemente bezeichnet) und dem Datenformat, welches beispielsweise die zur Verfügung stehenden Zeichen oder die Feldlänge angibt. Mit DB ist eine der jeweiligen Nummer voran gestellte Zahl gemeint, die aussagt, um welchen Inhalt es sich bei der folgenden Nummer handelt. Dies können z.B. sein: die NVE, die EAN, aber auch die Stückzahl, das Nettogewicht, das Mindesthaltbarkeitsdatum, die Seriennummer oder ein sonstiges Datum. Es folgt ein Auszug aus einer Liste mit möglichen Datenbezeichnern.

179 GS1 Germany GmbH, www.gs1-germany.de/internet/content/produkte/ean/ean_128_standard/index_ ger.html, (26.04.2007) 180 GS1 Germany GmbH, www.gs1-germany.de/internet/content/produkte/ean/ean_128_standard/praxisbeispiele/index_ger.html, (26.04.2007)


Datenbezeichner 0 1 10 15 17 21

Kurz NVE EAN Ch.-B S/N

Format n2+n18 n2+n14 n2+an…20 n2+n6 n2+n6 n2+an…20

Menge (enthaltene Stückzahl)

n2+n...8

310x 400

Nettogewicht in Kilogramm Bestellnummer des Warenempfängers

n4+n6 n3+an…30

410

„Lieferung an“, ILN des Warenempfängers

n3+n13

421

„Lieferung an“, Postleitzahl mit vorangestelltem n3+n3+an…9 …

30

Codierter Dateninhalt Nummer der Versandeinheit Nummer der Handelseinheit Chargennumer/Chargenbezeichnung Mindesthaltbarkeitsdatum (JJMMTT) Verfallsdatum (JJMMTT) Seriennummer

211

Tab. 4-37: Auszug aus der Liste bisher verabschiedeter Datenbezeichner (DB)

In der Spalte „Format“ wird die Anzahl der Ziffern beschrieben, welche sich aus dem DB und den codierten Inhalten zusammensetzt. Die beiden Nummern werden mit einem „+“-Zeichen verbunden. Die NVE wird z. B. durch einen zwei Ziffern langen DB (n2) angekündigt. Es folgt die 18-stellige NVE (n18). Der Buchstabe „a“ in der Spalte Format (DB 10, 21, 400) wird verwendet, wenn es sich um alphanumerische Angaben handelt, was bedeutet dass diese sowohl Zahlen als auch Buchstaben und Sonderzeichen enthalten können. Der Buchstabe „n“ in der Spalte Format steht für Nummer; die darauf folgende Zahl für die Anzahl der Stellen, die die codierte Nummer aufweist. Auf dem EAN 128-Transponderetikett werden die DB den codierten Nummern in Klammern vorangestellt (siehe Abb. 4-133). Eine vollständige und aktuelle Liste der Datenbezeichner, in der festgelegt ist, welche Ziffernkombination für welchen Dateninhalt steht, findet sich auf der Internetseite von GS1-Germany www.gs1germany.de. EAN 128-Informationen werden auf einem standardisiert und übersichtlich aufgebauten EAN 128-Transportetikett sowohl in einer vom Menschen lesbaren, als auch in maschinenlesbarer Form abgebildet. Es folgt die Abbildung eines solchen Etiketts als Beispiel für eine Anwendung im Baubereich; die Firmenadressen und EAN sind authentisch, die Warenbestellnummer des Empfängers, die Chargennummer und die NVE sind frei erfunden.181

181

GS1 Germany GmbH, www.gs1-germany.de/internet/content/produkte/ean/ean_128_standard/transportetikett/index_ger.html, (26.04.2007)

212


Absender

Empfänger

ATIKA GmbH & Co.KG Schinkelstr. 97 59227 Ahlen

hagebau Handelsgesellschaft für Baustoffe mbh & Co.KG Celler Str. 47 29614 Soltau

NVE: 3 40042650 12345678 4 EAN: 400426500832 6 Warenbestellnr. des Empfängers:

Charge:

12345678

67891

(01)04004265008326(400)12345678(10)67891

N V E (00)340042650123456784

Abb. 4-133: Beispiel für ein EAN 128-Transportetikett

4.8.3.2 Standards nach EPCglobal Wie bereits erwähnt, ist EPCglobal über Ländergrenzen hinweg für die technologieorientierte, anwendungs- und branchenübergreifende Entwicklung von Normen und Standards zur Nutzung der RFID-Technologie entlang der gesamten Versorgungskette verantwortlich. In Deutschland ist GS1 Germany Vertragspartnerin für Unternehmen und Institutionen, die sich als Mitglieder bei EPCglobal an der Standardisierung beteiligen.


213

Abb. 4-134: Internationales Zusammenspiel in der AutoID-Normung182

„In absehbarer Zeit wird zu allen EPC-Standards eine korrespondierende ISO-Norm gleichen Inhalts stehen, wie es zuvor bereits bei den Barcodes EAN/UCC nach ISO 15418 der Fall war.“183 EPCglobal unterscheidet die folgenden drei Phasen bei der Entwicklung von Standards:

Abb. 4-135: 3-Phasen-Modell zur Entwicklung von RFID-Standards bei EPCglobal184

182

Bluhm Systeme GmbH, www.bluhmsysteme.com/fileadmin/user_upload/pdf/praesdrfuessler.pdf, (31.08.2007) Vgl. Tennant, Rich, in Sweeney, Patrick J. (Hrsg.): RFID für Dummies, Weinheim: WILEY-VCH Verlag, 2006, S. 83

183

214


4.8.3.2.1

Physische Standards: Der Electronic Product Code (EPC)

Die sogenannten physischen Standards betreffen die Identifikation der Objekte. Dazu gehören der Datenstandard für die auf dem Transponder gespeicherten Daten und die Beschreibung der Luftschnittstelle zwischen Transponder und Lesegerät, der sogenannte Electronic Product Code (EPC), auf den nachfolgend ausführlich eingegangen wird. Diese Standards liegen bereits heute in fertiger Form vor.185 Der „Elektronische Produkt Code“ (EPC) ist – wie bereits im voran Beschriebenen mehrfach erwähnt wurde – mit der RFID-Technik eng verknüpft. Der EPC kennzeichnet einzelne Objekte. Im Gegensatz zur EAN, auf dem der EPC in weiten Teilen aufbaut und der Produkte gleicher Art kennzeichnet, kann mit dem EPC grundsätzlich das einzelne Objekt bis zur Seriennummer gekennzeichnet werden. Voraussetzung der Konzepte ist eine eindeutige, weltweit nur einmal vergebene Nummer, die auf einem RFID-Transponder hinterlegt wird und als Schlüssel zur Abfrage bzw. zur Ablage von Daten in verteilten Datenbanken dient. Diese Nummer wird als Electronic Product Code (EPC) bezeichnet. Der wesentliche Unterschied zum EAN (Barcode auf Produkten) ist, dass mit dem EPC nicht mehr nur jede Artikelklasse ihre Nummer bekommt, sondern dass zusätzlich jedes Produkt mit einer Seriennummer gekennzeichnet wird. Der EPC besteht aus den international standardisierten Komponenten Datenkopf (Header), EPC-Manager, Objektklasse und der Seriennummer.186 In der Generation 2 der Standardisierung (Gen2) ist diese Nummer 96 bit lang und ist in der ursprünglichen General-Identifier-Version (GID) wie folgt aufgebaut. EPC Gen2 (96 bit) - GID Header (Datenkopf)

EPC-Manager ("Unternehmen")

Objektklasse

Seriennummer

8 bit (binär)

28 bit

24 bit

36 bit

0011 0101

4290032

123456

78910111

Damit gibt es 256 verschiedene Datenköpfe/ Header von 0 bis 255, 268.435.456 verschiedene Manager von 0 bis 268.435.455, 16.777.216 verschiedene Klassen von 0 bis 16.777.215 und 68.719.476.736 verschiedene Seriennummern von 0 bis 68.719.476.735 und damit 7.920.428.622.932.690.000.000.000.000 verschiedene Kombinationsmöglichkeiten.

Tab. 4-38: Struktur und Beispiel des EPC Gen2 im 96 bit General-Identifier-Format (GID)

Der Datenkopf klassifiziert, welches Nummernsystem im EPC verschlüsselt ist, vergleichbar mit dem Datenbezeichner des EAN 128. Der EPC-Manager identifiziert den Hersteller eines Produktes bzw. das Unternehmen, das den EPC-enthaltenden RFID-Transponder mit einem Objekt verbindet und entspricht der Basisnummer einer ILN. Für die weltweit eindeutige Vergabe sorgt GS1. 184

Kuhlmann, Frank: EPC-Kommunikation – Grundlagen-/Managementinformation, Köln: GS1 Germany, 2005, S.

19

185

Kuhlmann, Frank: EPC-Kommunikation – Grundlagen-/Managementinformation: GS1 Germany, 2005, S. 19 GS1 Germany GmbH, www.gs1-germany.de/content/produkte/epcglobal/epc_rfid/der_epc/index_ger.html, (20.04.2007) 186


215

Die Objektklasse beschreibt die Objektnummer, also eine Artikelgruppe (z.B. eine einheitliche Nummer für alle Sicherheitsschuhe des Typs S3). Dies kann z.B. eine Artikelnummer wie beim EAN sein. Die Vergabe dieser Nummer erfolgt durch den Hersteller. Die Seriennummer dient der Identifikation des einzelnen Objektes und stellt eine Durchnummerierung der gefertigten Produkte dar. Hierdurch wird es möglich, dieses eine Produkt eindeutig von allen anderen Produkten des gleichen Typs zu unterscheiden187 (vgl. auch EAN 128-Datenbezeichner mit Datenkopf „21“).188 Auch die Vergabe der Seriennummer erfolgt durch den Hersteller. Somit wäre es grundsätzlich möglich, die Kennzeichnung der RFID-(UHF)-Transponder zur Identifikation der PSA auf der Basis des EPC-Gen2-Standards entsprechend der nachfolgenden Abbildung einzuführen. Dabei kann die Belegung der Objektklasse sowie der Seriennummer zunächst durch den Hersteller erfolgen, der den RFID-(UHF)-Transponder auf dem jeweiligen PSA-Gegenstand aufbringt bzw. idealerweise im PSA-Gegenstand implementiert. 4.8.3.2.2

Infrastruktur-Standards

Die Infrastruktur-Standards umfassen Spezifikationen und Schnittstellenbeschreibungen, die für die Erfassung und Verarbeitung der EPC-Informationen innerhalb der unternehmensinternen Systeme und Hardware-Komponenten notwendig sind. Ein Großteil dieser EPCglobal-Standards ist im fortgeschrittenen Entwicklungsstadium. Die Fertigstellung der Infrastruktur-Standards sowie deren Integration und Umsetzung in den entsprechenden ITLösungen wird auf Anwenderseite erfolgen müssen.189 Hätten wir bereits im Projekt auf diese Standards zurückgreifen können, so wäre z.B. die Entwicklung des Leseradapters (siehe dazu auch Kapitel 4.3.3) nicht erforderlich gewesen, da die Kommunikation der Leser unterschiedlicher Hersteller hiermit standardisiert wäre. 4.8.3.2.3

Standards für den Datenaustausch

Die Standards für den Datenaustausch von EPC-Informationen zwischen den Unternehmen umfassen funktionale Beschreibungen von Diensten (EPC-Kernservices) und Schnittstellenbeschreibungen für die Nutzung dieser Dienste. Die Fertigstellung der Standards für den Datenaustausch (EPC-Informationsnetzwerk) und die Bereitstellung der notwendigen Dienste muss noch durch EPCglobal bzw. von durch EPCglobal autorisierte Dienstleister abgeschlossen werden. Mit Hilfe der Standards für den Datenaustausch soll es möglich werden, den EPC im EPCglobal-Netzwerk dann als „Link“ bzw. „Schlüssel“ zu nutzen, über den auf speziell dafür eingerichtete verteilte Datenbanken zugegriffen werden kann. In diesen Datenbanken können die gewünschten Stamm- oder Bewegungs- und Zustandsdaten, wie beispielsweise das Produktionsdatum oder der Produktionsort, die Chargennummern, das Haltbarkeitsdatum oder aber auch der derzeitige Aufenthaltsort eines beliebigen Produktes in Echtzeit hinterlegt 187

GS1 Germany GmbH, www.gs1-germany.de/common/daten/epcglobal/files/zeitschriftenaufsaetze/ epcglobal-netzwerk.pdf, (20.04.2007) GS1 Germany GmbH, www.gs1-germany.de/content/produkte/epcglobal/epc_rfid/der_epc/index_ger.html, (20.04.2007) 189 Kuhlmann, Frank: EPC-Kommunikation – Grundlagen-/Managementinformation, GS1 Germany, 2005, S. 19 188

216


werden. EPC steht damit weiterhin für dieses internationale Informationsnetzwerk, welches im Sinne von Herstellern, Handel und Verbrauchern einen schnellen und sicheren Austausch von Produktdaten ermöglicht. Neben den Datenbanken sind Vermittlungs- bzw. Suchdienste Teil des EPCglobal-Konzeptes. Ziel von EPCglobal ist es also, von der herkömmlichen Internationalen Lokationsnummer (ILN) i.V.m. der herkömmlichen Global Trade Item Number (GTIN) – in Deutschland bekannt als EAN – zum Electronic Product Code (EPC) und dem EPCglobal-Netzwerk mit standardisierten Schnittstellen auf allen Ebenen des Netzwerkes Produktinformationen jederzeit abrufbar zu machen. Dieses Netzwerk wird daher auch als das „Internet der Dinge“ bezeichnet. Das „Internet der Dinge“ ermöglicht es, mit einem nicht monopolisierten, zentralen Such/Vermittlungsdienstnetzwerk, dem EPC Discovery Service (DS) und verteilten, Daten vorhaltenden EPC-Information-Servern (EPCIS, Ereignisdatenbanken) sowie Object Name Servern (ONS, Eigenschaftsdatenbanken) zu sämtlichen Produktinformationen zu gelangen.

190

Abb. 4-136: Der EPC als Schlüssel zu Datenbanken

Diese Darstellung ist noch stark vereinfacht, denn in Wirklichkeit ist es nicht eine Datenbank, auf die mittels des Schlüssels EPC zugegriffen werden soll, sondern ein Netzwerk aus Datenbanken, deren Informationsinhalte über eine Such- und Vermittlungsfunktion bei Bedarf und Berechtigung „aufgespürt“ und auch nur bei Bedarf und Berechtigung miteinander verknüpft werden.

Abb. 4-137: Der EPC als Schlüssel zu Datenbanken-Netzwerk („Internet der Dinge“)

190

Kuhlmann, Frank: Konzept und Anwendung der EPCglobal-Standards, Präsentation, 08.11.2006, S. 10


217

Die EPC-Kernservices werden die Registrierung von und die Suche nach Ereignissen zu einem bestimmten EPC ermöglichen. Die Entwicklungsarbeiten in diesem Bereich sind noch nicht sehr fortgeschritten.191 4.8.4

Handlungskonzept

Unter der schon zu Projektbeginn postulierten Annahme, dass mittel- bis langfristig, d.h. in 10 bis 15 Jahren, sämtliche Produkte – also auch die Gegenstände der persönlichen Schutzausrüstung – bereits im Herstellungsprozess mit einem RFID-Transponder versehen werden, wird nun deutlich, dass sich mit der Vergabe einer durchgängigen Objekt- und Seriennummer, die einem Produkt über den gesamten Lebenszyklus und darüber hinaus zugeordnet werden kann, sowohl in der Produktions- und Warenlogistik, aber eben auch im Rahmen der hier vorliegenden Anwendung umfangreiche Synergien erreichen lassen. Denn damit wäre es nicht mehr erforderlich, einem PSA-Gegenstand eine ausschließlich für die vorliegende Anwendung zu nutzende Nummer zuzuweisen. Der auf der Grundlage der Ergebnisse des vorliegenden Forschungsprojektes „Sicherheitstechnik mit RFID“ und dem in diesem Zusammenhang identifizierten Standardisierungsbedarf vor allem bezüglich der Kennzeichnung von Transpondern zur Identifikation der PSA wurde im Juni 2007 zunächst in einer Ad-hoc-Gruppe des Normenausschusses PSA (NPS) beim DIN präsentiert. Diese Ad-hoc-Gruppe hat die Ergebnisse aus diesem Termin an den Normenausschuss PSA berichtet. Im Normenausschuss PSA wurde auf der Grundlage dieses Schriftstücks die Gründung eines Arbeitskreises "RFID bei PSA" beschlossen. Der Arbeitskreis ist den Fachbereichen des Normenausschusses PSA übergeordnet und berichtet direkt an den Beirat des Fachbereiches. Die Aufgabenstellung des Arbeitskreises sieht folgendermaßen aus: 1. 2. 3.

4.

Der Arbeitskreis erarbeitet ein Konzept für die Festlegung von Merkmalen von PSA auf der Basis von Anforderungen aus den europäischen Normen. Der Arbeitskreis erarbeitet eine Empfehlung für ein Klassifizierungssystem für PSA. Der Arbeitskreis treibt die Gründung einer „Business Requirement Group“ bei GS1 Germany bzw. EPC zur Implementierung des Klassifizierungssystems in EPCglobal voran. Nach Genehmigung des Konzeptes für die Festlegung von Merkmalen von PSA durch den Beirat des Normenausschuss PSA werden Merkmale und deren Definitionen im DIN-Merkmallexikon festgelegt. Die Merkmale können dann im Rahmen des gewählten Klassifizierungssystems genutzt werden.

Es gilt darauf hinzuweisen, dass die Finanzierung des Arbeitskreises „RFID bei PSA“ durch die interessierten Kreise sichergestellt werden muss. Hochschulen sind hiervon jedoch ausgenommen. Der Arbeitskreis kann und soll dennoch nach Bestreben um interessierte Partner erweitert werden.

191

Kuhlmann, Frank: EPC-Kommunikation – Grundlagen-/Managementinformation: GS1 Germany, 2005, S. 19

218

4.9


Rechtliche Betrachtung

Aus arbeitsrechtlicher Sicht werden durch den Einsatz des hier entwickelten RFID-Portals zur Kontrolle der persönlichen Schutzausrüstung auf Vollständigkeit sowohl individual- als auch kollektivrechtliche Aspekte tangiert. Individualrechtlich handelt es sich bei der aus sicherheitstechnischen Gründen angestrebten „Überwachung" um einen Eingriff in das allgemeine Persönlichkeitsrecht (Artikel 2 Abs. I Grundgesetz). Darüber hinaus werden etwaige datenschutzrechtliche Gesichtspunkte berührt, da personenbezogene Daten durch nichtöffentliche Stellen unter Einsatz von Datenverarbeitungsanlagen erhoben, verarbeitet und genutzt werden (55 27 ff. BDSG).192 4.9.1

Datenschutz

Selbstverständlich müssen bei einer Einführung der RFID-Technologie bezüglich des Datenschutzes auch alle rechtlichten Bestimmungen und Gesetze eingehalten werde. Durch den Einsatz von RFID-Systemen ergeben sich für das Unternehmen grundsätzlich neue Möglichkeiten der Mitarbeiterüberwachung. Eine Einführung des RFID-Gesamtsystems kann deswegen nur in Absprache mit den Vertretern der Arbeitnehmer erfolgen. Darüber hinaus muss das System transparent sein. Es muss klar festgehalten werden, welche Daten wo und wie lange gespeichert werden und für welche Anwendungen die Daten genutzt werden dürfen. Obwohl auf den Transpondern selbst keine persönlichen Daten der Mitarbeiter gespeichert werden, sind bei dem hier vorgestellten Konzept datenschutzrechtliche Belange zu beachten.193 Es ist allgemein anerkannt, dass sowohl der Eingriff in das allgemeine Persönlichkeitsrecht als auch die in Rede stehende Datenverarbeitung gerechtfertigt sein können, wenn die damit verbundenen Ziele für den Betroffenen selbst und seine Umgebung bei einer Gesamtabwägung höherwertiger einzustufen sind. Dabei liegt es auf der Hand, dass die Stärke des Eingriffes in die genannten Rechte von der jeweils konkreten Nutzung abhängt, sodass auch eine globale Bewertung einer Rechtfertigung nicht möglich ist. Jedenfalls kann festgehalten werden, dass die Eingriffe dann unproblematisch sind, wenn der Arbeitnehmer etc. – etwa im Rahmen des Arbeitsvertrages – seine ausdrückliche Zustimmung mit dem Einsatz und der Nutzung von RFlD gibt.194 Darüber hinaus hat der VDEB195 in Zusammenarbeit mit dem AIM196 einen „ManagementLeitfaden für den Einsatz von RFID Systemen“ vorgestellt, in dem ein Kriterienkatalog für den Datenschutz aufgestellt wird. Dieser bezieht sich zwar auf die Waren- und Dienstleistungsbranche, die Kriterien sollten sich aber auch für die RFID-Technik in der Baubranche anwenden lassen. Der Katalog beinhaltet unter andere folgende Punkte:197

192 Van den Woldenberg, Klaus: Arbeitsrechtliche Rahmenbedingungen (Schriftliche Stellungnahme, Duisburg, 24.10.2007) 193 Reiter, Christoph: Potentiale zur Optimierung der Personallogistik auf Baustellen durch den Einsatz der Radio Frequency Identification (RFID)-Technologie (Diplomarbeit): BU Wuppertal, LuF Baubetrieb u. Bauwirtschaft, 08/2007, S. 22ff. 194 Van den Woldenberg, Klaus: Arbeitsrechtliche Rahmenbedingungen (Schriftliche Stellungnahme, Duisburg, 24.10.2007) 195 Verband der EDV-Software- und Beratungsunternehmen e.V. 196 Industrieverband für Automatische Identifikation, Datenerfassung und mobile Datenkommunikation 197 VDEB/AIM, Management-Leitfaden für den Einsatz von RFID-Systemen, 12/2006, S. 29


a. b. c. d. e.

219

Umfassende Information der Betroffenen über Inhalt der Transponder bzw. der in den EDV-Hintergrundsystemen gespeicherten Daten, Offenlegung der Verarbeitungsvorgänge, wie mit den Daten umgegangen wird, Informierung der Betroffenen, zu welchem Zweck die Daten gespeichert werden und bei Änderung des Zweckes, Sicherstellung, dass nur berechtigte Personen Zugriff auf gespeicherte Daten haben, Löschen der Daten, nachdem der Zweck der Erfassung erfüllt ist.

In späteren Versionen des PSA-Datenbankservers (siehe Kapitel 4.3.6) sollen die Personen von den einzelnen beauftragten Nachunternehmern selbst verwaltet werden und die Datenbank auf einem öffentlich zugänglichen Server laufen. Dazu sind jedoch eine komplexe Rechteverwaltung und eine ausgeklügelte Sicherheits-Infrastruktur erforderlich, um den Anforderungen des Datenschutzgesetzes für den Umgang mit persönlichen Daten gerecht zu werden. Aus diesem Grund darf der hier beschriebene Demonstrator nur auf nicht öffentlich zugänglichen Maschinen laufen, er enthält jedoch alle erforderlichen Mechanismen zur Verwaltung der Mitarbeiterdaten und speichert diese lokal ab. 4.9.2

Arbeitsrechtliche Rahmenbedingungen

Neben den speziellen datenschutzrechtlichen Aspekten, die im Zusammenhang mit dem Einsatz der RFID-Technologie mit Sicherheit eine dominierende Rolle spielen, wurden auf Anregung aus dem das Projekt begleitenden Lenkungsausschuss durch den Justiziar der ThyssenKrupp Steel AG, Herrn Klaus van den Woldenberg, dankenswerterweise arbeitsrechtliche Aspekte beleuchtet:198 Die oben bereits erwähnten individualrechtlichen Erwägungen haben zusätzlich durch § 75 Abs. 2 BetrVG eine kollektivrechtliche Facette. Nach dieser Vorschrift haben Arbeitgeber und Betriebsrat die freie Entfaltung der Persönlichkeit der im Betrieb Beschäftigten zu schützen und zu fördern. In diesem Sinne ist es auch möglich, relativ geringfügige Eingriffe in das Persönlichkeitsrecht durch eine Vereinbarung mit dem Betriebsrat rechtlich zulässig und damit auch bindend für den Arbeitnehmer zu gestalten; aus vielfältigen Beispielsfällen in der Vergangenheit ist jedoch anerkannt, dass der Betriebsrat nicht in der Lage ist, sämtliche Eingriffe in das Persönlichkeitsrecht durch Vereinbarung mit dem Arbeitgeber rechtlich zulässig zu vereinbaren (z.B. Entnahme einer Blutprobe). Soweit es um eine einmalige Überwachung im Vorfeld der Arbeitsaufnahme etwa im Wege des Durchschreitens eines Portals zur Überprüfung der persönlichen Schutzausrüstung geht, wird hierin sicherlich ein noch rechtlich zulässiger Regelungsrahmen im Verhältnis Arbeitgeber und Betriebsrat gegeben sein. Kontrolleinrichtungen, die ausschließlich den Arbeitsablauf überwachen, sind ohnehin unbedenklich. Wenn zugleich oder sogar überwiegend das Verhalten der Arbeitnehmer kontrolliert wird, ist zu differenzieren. Die bloß gelegentliche Kontrolle – wie im vorgenannten Beispielsfall – wird als relativ geringfügiger Eingriff in den Persönlichkeitsschutz zulässig sein. Die Grenze beginnt an Stellen, bei denen systematisch und ständig Überwachung durch die Nutzung technischer Einrichtungen vollzogen wird (z.B. Mikrofone, Videokameras). Solcher Überwachungsdruck wird mit der Rechtsprechung des BAG als ganz erheblicher Eingriff in 198

Van den Woldenberg, Klaus: Arbeitsrechtliche Rahmenbedingungen (Schriftliche Stellungnahme, Duisburg, 24.10.2007)

220


die Persönlichkeitssphäre verstanden, der nur ausnahms-weise zulässig ist (BAG vom 07.1 0.1 987, NZA 1988, S. 92 ff.). Losgelöst von der gemeinsamen Aufgabenstellung zum Persönlichkeitsschutz gemäß § 575 Abs. 2 BetrVG bestehen eindeutige Mitbestimmungsrechte des Betriebsrates in diesem Zusammenhang. Dies betrifft vor allem das Mitbestimmungsrecht im Rahmen technischer Überwachungseinrichtungen gemäß § 87 Abs. 1 Nr. 6 BetrVG. Die Einführung und Anwendung von technischen Einrichtungen, die dazu bestimmt oder in der Lage sind, das Verhalten oder die Leistung der Arbeitnehmer zu überwachen, sind zwingend mitbestimmungspflichtig. Durch die Nutzung von RFlD im Sinne der oben erwähnten Beispielsfälle würde auch die Möglichkeit bestehen, eine Verhaltensüberwachung der Arbeitnehmer durchzuführen. Flankiert wird der vorgenannte Aspekt durch das zwingende Mitbestimmungsrecht gemäß § 87 Abs. 1 Nr. 1 BetrVG, wonach der Betriebsrat bei Fragen der Ordnung des Betriebes und des Verhaltens der Arbeitnehmer im Betrieb unbedingt einzubinden ist. Erfolgt eine Einigung über die Tatbestände gemäß § 87 Abs. 1 BetrVG zwischen Arbeitgeber und Betriebsrat nicht, so entscheidet die Einigungsstelle (§§ 76 f. BetrVG) abschließend und ersetzt damit die fehlende Einigung zwischen Arbeitgeber und Betriebsrat. Im Hinblick auf die gebotene Beteiligung des Betriebsrates sind zusätzlich die vielfältigen Beteiligungs- und Mitbestimmungsrechte zum Arbeitsschutz zu beachten. So bestimmt § 87 Abc. 1 Nr. 7 BetrVG, dass Regelungen über die Verhütung von Arbeitsunfällen und Berufskrankheiten sowie über den Gesundheitsschutz im Rahmen der gesetzlichen Vorschriften oder der Unfallverhütungsvorschriften der Mitbestimmung unterworfen sind. Gemäß § 580 Abs. 1 Nr. 9 BetrVG hat der Betriebsrat bei seinen allgemeinen Aufgaben u.a. Maßnahmen des Arbeitsschutzes zu fördern. Noch detaillierter regelt § 589 BetrVG, dass der Betriebsrat sich dafür einzusetzen hat, die Vorschriften über den Arbeitsschutz und die Unfallverhütung im Betrieb durchzusetzen. Dabei hat er die für den Arbeitsschutz zuständigen Behörden, die Träger der gesetzlichen Unfallversicherung und sonstige in Betracht kommende Stellen durch Anregung, Beratung und Auskunft zu unterstützen. Im Ergebnis zeigt sich, dass der sicherheitstechnisch sicherlich sehr sinnvolle Einsatz von RFlD durch arbeitsrechtliche Regelungen begleitet werden muss. Vor dem Hintergrund der Zielsetzung einer Verbesserung der Arbeitssicherheit werden solche Regelungen aber regelmäßig durchsetzbar sein.

4.10 Analyse von RFID-Anwendungen in der Maschinensicherheit Aufgrund der Ergebnisse aus dem Projektmodul 1 – „Grundlagen“ bezüglich der Anwendungsideen für die RFID-Technologie in der Maschinensicherheit, war seitens des Fördergebers die Aufgabenstellung dahingehend erweitert worden, diese Anwendungsideen in einem Workshop zum Thema „RFID in der Maschinensicherheit“ zu vertiefen. Bei der Organisation und Umsetzung wurden wir dankenswerterweise durch die Maschinenbau- und MetallBerufsgenossenschaft in Düsseldorf unterstützt, die für diesen Workshop am 18.09.2007 auch Räumlichkeiten und Bewirtung zur Verfügung stellte. 4.10.1 Ausgangssituation Wie bereits im Forschungsbericht zum Projektmodul 1 – „Grundlagen“ dargestellt, ist das Interesse sowohl von Seiten der stationären Industrie, aber auch von Seiten der Baubranche an Einsatzmöglichkeiten von RFID im Bereich der Maschinensteuerungen sehr groß. Vor allem bei der Verwendung von RFID-Transpondern als Maschinenschlüssel, der eine Betätigung von Maschinen nur im Abgleich mit der erforderlichen PSA bzw. einer Unterweisung


221

erlaubt, wie auch bei der Überwachung von Gefahrenbereichen von Anlagen und Maschinen mittels der RFID-Technologie werden große Potenziale zur Verbesserung der Arbeitssicherheit gesehen. Die Spannweite der auf Baustellen eingesetzten Maschinen reicht von tragbaren Handgeräten wie Bohrhammer bis hin zu Großmaschinen und Fahrzeugen wie beispielsweise Radladern oder Hydraulikbaggern. Viele dieser Maschinen besitzen bei unsachgemäßer Nutzung ein hohes Verletzungspotenzial. Die Gefährlichkeit liegt hierbei selten in der Maschine selbst, sondern vielmehr bei den die Maschine bedienenden Personen, sofern diese nicht oder nur ungenügend für die Maschinen ausgebildet sind. Durch unsachgemäße Bedienung erhöht sich nicht nur das Risiko von Unfällen, sondern die Maschinen können beschädigt werden oder schneller verschleißen. Da die Maschinen von unterschiedlichen Personen bedient werden, ist es außerdem sehr schwer, eine Beschädigung der Maschine einer bestimmten Person zuzuweisen. Die RFID-Technik bietet Möglichkeiten, die unbefugte Nutzung von Maschinen zu verhindern und somit das Verletzungspotenzial auf Baustellen zu senken.199 4.10.2 Workshop „RFID in der Maschinensicherheit“ In der Vorbereitung des Workshops haben wir uns bei der Auswahl der Referenten an den im Projektmodul 1 den folgenden Themenblöcken orientiert:

Darstellung von Grundlagen der Maschinensicherheit Präsentation des Forschungsprojektes „Sicherheitstechnik mit RFID“ Präsentation von im Rahmen des Projektmoduls 1 aufgedeckten interessanten Anwendungsideen Ein Blick in die Zukunft.

Daraus ergab sich das im Folgenden dargestellte Programm zum Workshop. Den Rückmeldungen der 42 Teilnehmer und der 7 externen Referenten zufolge konnten wir die an den Workshop gestellten Erwartungen mit diesem Programm vollumfänglich erfüllen. Die Unterlagen zu diesem Workshop können bei Interesse am LuF Baubetrieb und Bauwirtschaft der BU Wuppertal angefragt werden.

199

Reiter, Christoph: Potentiale zur Optimierung der Personallogistik auf Baustellen durch den Einsatz der Radio Frequency Identification (RFID)-Technologie (Diplomarbeit): BU Wuppertal, LuF Baubetrieb u. Bauwirtschaft, 08/2007, S. 65

222


Abb. 4-138: Tagesordnung zum Workshop am 18.09.2007

4.11 Fazit Mit Hilfe des RFID-gestützten Portals zur Kontrolle der persönlichen Schutzausrüstung auf Vollständigkeit kann sichergestellt werden, dass Mitarbeiter, die einen ausgewählten Arbeitsbereich betreten möchten, mit der jeweils erforderlichen persönlichen Schutzausrüstung ausgestattet sind, bzw. dass fehlende Gegenstände der Schutzausrüstung protokolliert werden. Ein Unternehmen, das dieses System einsetzt, stellt offen dar, dass Arbeitssicherheit einen hohen Stellenwert genießt.


223

Durch den Einsatz des RFID-Portals wird den Mitarbeitern die Wichtigkeit und Notwendigkeit der persönlichen Schutzausrüstung mit jedem Betreten des Arbeitsbereiches ins Bewusstsein gerufen. Langfristig kann so die Akzeptanz von PSA unter den Mitarbeitern erhöht und dazu beigetragen werden, gesundheitlichen Schäden infolge von Arbeitsunfällen aufgrund unpassender bzw. fehlender persönlicher Schutzausrüstung zu vermindern oder sogar zu vermeiden. Ziel des Projektmoduls „Anwendungsorientierte Entwicklung“ war es, das RFID-gestützte Portal zur Kontrolle der persönlichen Schutzausrüstung auf Vollständigkeit hinsichtlich der hardund softwareseitigen Komponenten unter Laborbedingungen zur Praxisreife zu führen, um im Projektmodul „Testphase und Dokumentation“ auf ein praxistaugliches Instrumentarium zurückgreifen zu können und in verschiedenen Szenarien weiter zu entwickeln, um den Arbeits- und Gesundheitsschutz branchenübergreifend und nachhaltig zu verbessern. Innerhalb des Projektmoduls 2 – „Anwendungsorientierte Entwicklung“ wurde zunächst eine Datenbankapplikation zur Servernutzung unter Integration der datenschutzrechtlichen Anforderungen in das System entwickelt. Darüber hinaus wurden verschiedene Versuchsreihen zur Identifizierung der geeigneten Hardware (RFID-(UHF)-Lesegerät und RFID-(UHF)-LeserAntennen) durchgeführt. Schließlich wurden an einem Demonstrator umfangreiche Laboruntersuchungen zur Optimierung der Leseergebnisse durchgeführt. Dazu wurden zunächst potenzielle PSA-Profile entwickelt. Auch zu diesem Zweck war zunächst das Design eines Prototyps erforderlich. Für die entsprechenden PSA-Gegenstände wurden geeignete RFID(UHF)-Transponder ausgewählt, mit denen am Demonstrator weitere Untersuchungen zur Feinjustierung durchgeführt wurden. Dabei hat sich gezeigt, dass insbesondere den Maßnahmen zur Abgrenzung und Einschränkung des elektromagnetischen Feldes auf den Bereich des Portals Beachtung geschenkt werden muss, um die Erfassung auf einzelne Personen beschränken zu können. 4.11.1 Ausblick Die Ergebnisse der Entwicklung des Kontrollportals der PSA können schnell und effizient auf weitere RFID-Anwendungen, wie z.B. die Dokumentation von Waschvorgängen übertragen werden. Der technische Vorgang – die Identifikation von Objekten (z.B. der persönlichen Schutzausrüstung) mit Hilfe von RFID – bleibt bei den meisten Anwendungsideen unverändert, nur die Systemreaktionen (z.B. Dokumentationsereignisse oder Warnhinweise) müssen entsprechend verändert werden. Im Idealfall könnten Transponder für eine Arbeitsschutzanwendung schon während der Produktion der PSA in die Schutzausrüstung integriert werden. Die Kennzeichnung ist dann für den PSA-Hersteller und den Handel im Bereich der Warenlogistik und Qualitätskontrolle verwertbar. Der Träger der markierten PSA profitiert von den geplanten RFID-Sicherheitseinrichtungen. Aufgrund der bis dato offensichtlich gelungenen Umsetzung des Forschungsziels aus dem Projektmodul 2 halten wir die Umsetzung des Projektmoduls 3 „Testphase und Dokumentation“, in der die konzipierten hardund softwareseitigen Komponenten der RFID-Technologie in repräsentativen Anwendungsszenarien in Unternehmen umgesetzt und auf ihre Praxistauglichkeit getestet werden sollen, für notwendig und sinnvoll. Insbesondere kann mit den Praxistests der branchenunabhängige Einsatz der RFID-Technologie in unterschiedlichen Anwendungsfällen noch einmal nachhaltig dargestellt werden. Während des Probebetriebs werden die Systeme regelmäßig auf ihren technischen Zustand überprüft und gegebenenfalls modifiziert. Gerade zu Beginn der Testphase wird eine um-

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fangreiche Justierung der RFID-Systeme und der Transponder erwartet. Die Datensammlung des Probebetriebes erfolgt weitgehend automatisch; es sind jedoch für die spätere Überprüfung und Auswertung der Datenbasis Stichproben in Form von manueller Parallelerfassung geplant. Die Resultate der Testphase geben abschließend Aufschluss über die Zuverlässigkeit, Praktikabilität und Nutzerakzeptanz der entwickelten RFID-Systeme. Die Ergebnisanalyse beinhaltet eine wissenschaftliche Bewertung der entwickelten RFID-Instrumente unter Berücksichtigung ökonomischer Aspekte. 4.11.2 Zusatznutzen Der Einsatz des RFID-Portals zur Kontrolle der persönlichen Schutzausrüstung auf Vollständigkeit bietet durchaus Synergien.200 Diese Synergien bieten den Unternehmen die Möglichkeit, die Kosten des Einsatzes eines RFID-Portals nicht nur dem Arbeitsschutz anzulasten, sondern Zusatznutzen z.B. im Bereich der Zugangskontrolle, der Zeiterfassung und des Diebstahlschutzes zu generieren. Die Untersuchung dieser Zusatznutzen sowie deren Weiterentwicklung sind unter anderem Gegenstand des neuen Forschungsprojektes „Baulogistik-Leitstand“ am LuF Baubetrieb und Bauwirtschaft, gefördert im Rahmen der „Forschungsinitiative Zukunft Bau“ des Bundesamtes für Bauwesen und Raumordnung (BBR). 4.11.2.1 Zugangskontrolle Eine wesentliche Aufgabe in der Personallogistik ist die Zugangskontrolle. Vor allem, wenn sehr viele Mitarbeiter und sogar Mitarbeiter von Dritt-Unternehmen Zugang zu einem Arbeitsbereich haben, kann die automatisierte Kontrolle des Zugangs sehr sinnvoll sein. Für die Zugangskontrolle können z.B. die bereits implementierten Mitarbeiter-Ausweise genutzt werden. Die RFID-(UHF)-Transponder werden vom Lesegerät registriert und evtl. gespeichert. Die integrierte Software überprüft die Berechtigung und schaltet gegebenenfalls das Drehkreuz frei. Änderungen der Berechtigungen können über den Server eingepflegt und zu den Lesegeräten übertragen werden. Diese Systemerweiterung kann die folgenden Vorteile mit sich bringen:201

Zutritt nur für berechtigte Personen Kenntnis der Identität bzw. der Anzahl der Personen im Arbeitsbereich Zeitersparnis gegenüber herkömmlichen Methoden Eliminieren von Übertragungsfehlern Echtzeit-Verfügbarkeit der Daten

Um die zusätzlichen Vorteile des Moduls, z.B. die Darstellung, welche Mitarbeiter sich gerade in welchen Bereichen aufhalten, nutzen zu können, müssten die Daten der Lesegeräte in

200

Siehe auch: Helmus, Manfred / Weber, Oliver: RFID auf Montage, in: RFID im Blick, Amelinghausen: Verlag & Freie Medien, 07-08/2006 201 Vgl.: Reiter, Christoph: Potentiale zur Optimierung der Personallogistik auf Baustellen durch den Einsatz der Radio Frequency Identification (RFID)-Technologie (Diplomarbeit): BU Wuppertal, LuF Baubetrieb u. Bauwirtschaft, 08/2007, S. 51


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regelmäßigen Abständen an den Server übermittelt werden. Berechtigte Personen könnten diese Daten dann vom lokalen Arbeitsplatz aus vom Server abrufen. 4.11.2.2 Zeiterfassung Eine weitere wesentliche Aufgabe der Personallogistik ist die Erfassung der Arbeitszeiten. Die Zeiterfassung ist u.a. ein zentrales Element für die Lohnbuchhaltung. Wenn die Systemkomponenten für das RFID-Portal installiert sind, kann die Zeiterfassung ohne weitere Umstände mit Hilfe der RFID-Technik implementiert werden. Beim Betreten des Arbeitsbereiches werden nun die Daten auf den RFID-(UHF)-Transpondern der einzelnen Mitarbeiter-Ausweisen registriert und die Zugangszeiten gespeichert. Diese Daten müssen über Schnittstellen zur Datenverarbeitungssoftware weitergeleitet werden. Durch diese automatische Zeiterfassung über die Zugangsportale ergeben sich Vorteile gegenüber den herkömmlichen Methoden:202

Automatische Zeiterfassung Zeitersparnis gegenüber herkömmlichen Methoden (Keine manuelle Datenübernahme erforderlich) Eliminieren von Übertragungsfehlern Echtzeit-Verfügbarkeit der Daten

Es ist auch für den Nachunternehmer möglich, das installierte RFID-System für die Zeiterfassung seiner Mitarbeiter zu nutzen. 4.11.2.3 Diebstahlschutz Ein großes Problem auf Baustellen ist der hohe Verlust an Werkzeug, Material und Maschinen durch Diebstahl. Teilweise werden sogar große Baumaschinen gestohlen. Auch hier kann die RFID-Technologie helfen, das Problem einzudämmen. Für einen wirksamen Diebstahlschutz durch ein RFID-System müssen vier Grundvoraussetzungen erfüllt sein:203

Ausstattung aller zu sichernden Gegenstände mit nach außen nicht sichtbaren RFID-Transpondern Verlassen des Arbeitsbereichs ausschließlich durch definierten Zugänge Ausstattung der Ausgänge mit RFID-Portalen, die jeder durchqueren muss Registrieren der Transponder beim Durchqueren der Portale

Grundsätzlich gilt hierbei Folgendes zu beachten: Bei der Zeiterfassung und der Zutrittskontrolle möchte der Nutzer, dass sein Transponder vom Lesegerät erfasst wird. Bei der Diebstahlsicherung hingegen besteht die Motivation darin, dass der Transponder des Gegenstandes gerade nicht von den Lesegeräten erfasst wird.

202 203

Vgl.: Reiter, Christoph: a.a.O., S. 51 Vgl.: Reiter, Christoph: a.a.O., S. 53ff.

226


4.11.3 Kritische Betrachtung Nach wie vor gilt, dass wir die RFID-Technologie für ein überaus sinnvolles Instrument zur Unterstützung des bestehenden Arbeitsschutzes halten. Allerdings müssen wir unsere Einschätzungen in zweierlei Hinsicht korrigieren. Zum einen wird sich ein derart flächendeckender Einsatz der Technologie zur synergetischen Nutzung von RFID-Systemen, die z.B. für die Optimierung von Produktions- und Handelsprozessen im Produkt implementiert wurden, erst mittelfristig, d.h. in 10 bis 15 Jahren, durchsetzen. Zum anderen wird sich die Implementierung von RFID-Transpondern auf Artikelebene vielfach nicht aus Einsicht des produzierenden Unternehmens sondern ausschließlich auf Wunsch bzw. auf Druck seitens des Kunden vollziehen. Vor diesem Hintergrund ergibt sich in Bezug auf den Einsatz des RFID-Portals die Notwendigkeit, sämtliche Gegenstände der persönlichen Schutzausrüstung händisch mit RFID(UHF)-Transpondern auszustatten und mit individuellen Kennzeichnungen zu versehen. Hiermit ist ein entsprechender Aufwand verbunden. Im konkreten Bezug auf das vorliegende Forschungsprojekt muss darüber hinaus – wie bereits angerissen – auch im Rahmen der Praxistests der Abgrenzung und Einschränkung des elektromagnetischen Feldes auf den Bereich des Portals weiterhin besondere Beachtung geschenkt werden. Die Situation, dass sich mehrere Personen gleichzeitig vor dem Portal aufhalten und deren mit RFID-(UHF)-Transpondern versehenen PSA-Gegenstände zeitgleich erfasst werden, ist im Rahmen der Praxistests daher genauer zu beleuchten. Und schließlich sei noch einmal darauf hingewiesen, dass nur die Einführung eines Klassifizierungssystems für sämtliche Gegenstände der persönlichen Schutzausrüstung die Aussicht auf eine flächendeckende und branchenübergreifende Implementierung der RFIDTechnologie im Bereich des Gesundheits- und Arbeitsschutzes bietet. Es bleibt abschließend festzuhalten, dass die RFID-Technologie mit den existierenden Hardund Softwarekomponenten als Insellösung bereits heute einsetzbar ist.

Projektmodul 3 – Praxistests und Dokumentation

Gefördert durch die

Juli 2009

Projektmodul 3 - „Praxistests und Dokumentation“

5

229


Innerhalb des Projektmoduls 3 – „Testphase und Dokumentation“ sollen die im Projektmodul 2 – „Anwendungsorientierte Entwicklung“ konzipierten hardund softwareseitigen Komponenten der RFID-Technologie in repräsentativen Anwendungsszenarien in ausgewählten Unternehmen umgesetzt und die Instrumente auf ihre Praxistauglichkeit getestet werden. Prämisse ist, den Arbeits- und Gesundheitsschutz in den beteiligten Unternehmen unmittelbar und nachhaltig zu verbessern.

5.1

Zielstellung

Im Rahmen des Projektmoduls 3 wird das im Projektmodul 2 entwickelte RFID-(UHF)gesteuerte Portal zur Kontrolle der PSA auf Vollständigkeit im Praxiseinsatz erprobt und entsprechend den so gewonnenen Erkenntnissen optimiert. Dem Wunsch nach einem branchenübergreifenden Einsatz konnte wie folgt nachgekommen werden: Für den Einsatz auf der Baustelle konnte die InHaus2-Baustelle der Fraunhofer Gesellschaften in Duisburg gewonnen werden. Vor Ort standen die Hochtief AG und die Streif Baulogistik GmbH als Praxispartner zur Verfügung, die den Kontakt zu den eingesetzten Nachunternehmern vermittelten. Bei den Ford Werken in Köln wurde der Einsatz der RFID-(UHF)-Technologie in der Automobilindustrie in Form einer vereinfachten Applikation getestet. Hier wurden Einsatz- und Reinigungszyklusdaten von qualitativ hochwertigen Kevelaer-Schutzhandschuhen erfasst, um so eine Aussage zur möglichen Einsatzhäufigkeit und damit zu deren Sicherheit und Wirtschaftlichkeit formulieren zu können. Als dritter Praxispartner konnte durch die Vermittlung der Fleischerei-BG die Firma Stockmeyer GmbH & Co. KG in Sassenberg aus dem Bereich der Fleischverarbeitung gewonnen werden.

1

InHaus2 Baustelle Beschaffung Technische Abstimmung Streif: Herstellung Mitarbeiterausweise Praxistest

2

Ford Werke GmbH Vorbereitung und Beschaffung Praxistest

3

Fleischerei Stockmeyer Vortests Vorbereitung und Beschaffung Absage

Tab. 5-1: Terminplan für das Modul 3

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

12

2008 11

9

8

10

2007

Modul 3: Testphase und Dokumentation

230

5.2


Praxistest Baustelle: InHaus2, Duisburg

Mit Unterstützung der Fraunhofer-Gesellschaften und der HOCHTIEF Construction AG konnte das RFID-(UHF)-gesteuerte Portal zur Kontrolle der persönlichen Schutzausrüstung auf Vollständigkeit auf der InHaus2-Baustelle in Duisburg eingesetzt werden.

Abb. 5-1: Visualisierung der InHaus2-Forschungsanlage204

Für die Erweiterung des InHaus-Innovationszentrums durch die InHaus2-Forschungsanlage für Nutzimmobilien haben sich neun Fraunhofer-Institute unter Leitung des Duisburger Fraunhofer-Instituts für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme zusammengeschlossen. Baubeginn für die InHaus2-Forschungsanlage war am 23. März 2007, der Fertigstellungstermin war im Juni 2008. Sie entsteht auf einem ca. 8.000 m² großen Gelände mit einer Nutzfläche von 3.500 m². In der inHaus2-Forschungsanlage sollen intelligente Raum- und Gebäudesysteme beispielsweise für neuartige Pflegeheime, Krankenhäuser, Büros oder Hotels entstehen. Zu den Zielen des neuen Innovationszentrums zählen die Reduzierung der laufenden Betriebskosten und die Optimierung von Anwendungsprozessen. Bereits in der Errichtungsphase kommen so neuartige Verfahren zum Einsatz, die den Bauprozess optimieren sollen.205 5.2.1

Vorbereitung

5.2.1.1 Entwicklung der erforderlichen PSA-Profile In Koordination mit der Terminplanung auf der Baustelle wurde zunächst abgestimmt, welche Gewerke im Testzeitraum von Anfang Februar 2008 bis Ende April 2008 auf der Baustelle erbracht werden. Daraus resultierten die in dieser Zeit voraussichtlich auf der Baustelle vertretenen Firmen und deren Tätigkeiten. In enger Abstimmung mit der BG BAU wurden daraus die notwendigen PSA-Profile für die unterschiedlichen Tätigkeiten entwickelt:

204 InHaus-Zentrum der Fraunhofer-Gesellschaft, www.inhaus-zentrum.de/site_de/index.php?node_id=2216, (07.03.2008) 205 InHaus-Zentrum der Fraunhofer-Gesellschaft, www.inhaus-zentrum.de/site_de/index.php?node_id=2216, (07.03.2008)


231

Zunächst wurde in Abstimmung mit der Projektleitung der InHaus2-Baustelle ein sogenanntes „Basis-Profil“ entwickelt, das die Gegenstände der persönlichen Schutzausrüstung enthält, mit denen grundsätzlich jeder ausgestattet sein muss, der die Baustelle betreten möchte. Dies gilt auch für Bauherrenvertreter sowie Objekt- und Fachplaner und ebenso für Besuchergruppen der Baustelle. Für die anstehenden Gewerke wurden die erforderlichen PSA-Profile in der dargestellten Weise spezifiziert. Aufgrund der großen Flexibilität, die die PSA-Software mit sich bringt, ist es grundsätzlich möglich, im System branchenunabhängig weitere PSA-Profile zu hinterlegen. Tätigkeitsprofil BasisProfil Malerarbeiten Bodenbeläge Tischlerarbeiten TGAGewerke Elektroinstallation Dachdeckerarbeiten Besucher

NotwendigePSA Mitarbeiter/Besucherausweis Schutzschuhe BasisProfil BasisProfil Gehörschutz Augenschutz Knieprotektoren Handschutz BasisProfil Gehörschutz Augenschutz BasisProfil Gehörschutz Augenschutz Atemschutz Schutzhelm BasisProfil Handschutz Absturzsicherung Augenschutz Atemschutz Basisprofil Schutzhelm Warnweste

Tab. 5-2: PSA-Profile für den Baustellentest

5.2.1.2 Kennzeichnung der Transponder zur Identifikation der PSA Die Software registriert beim Auslesen der RFID-(UHF)-Transponder sogenannte Klassifikationskennungen. Die Zuordnung geschieht bei der Verwendung von EPC-Gen2-Class1Transpondern grundsätzlich über die EPC-Nummer des jeweiligen Transponders, der hierfür eine sogenannte Seriennummer bereit hält.

232


001 002 003 004 005 006 007 008

001=Helm 002=Schuhe 003=Handschuhe 004=Brille 005=Gehörschutz 006=Absturzsich. 007=Atemschutz 008=MitarbeiterXY

Abb. 5-2:

Individuelle Kennzeichnung der Transponder zur Identifikation der PSA

Grundsätzlich war angestrebt, diese EPC-Seriennummer zur Kennzeichnung der Transponder und Identifikation der PSA mit einem vorhandenen bzw. verabschiedeten Klassifizierungssystem zu füllen. Allerdings hat sich im Verlauf des Projektes herausgestellt, dass ein solches Klassifizierungssystem für PSA-Gegenstände noch nicht existiert. Daher wurde für die Untersuchungen ein individuelles Kennzeichnungssystem gewählt. Für einen späteren flächendeckenden Einsatz dieser Technik ist ein standardisiertes Klassifizierungssystem allerdings Voraussetzung. Aus diesem Grund wurden im Rahmen des Forschungsprojektes die entsprechenden Stellen angeregt, Bemühungen anzustoßen, diesen Bereich der Standardisierung und Normung zu verbessern. Unter anderem auch aus diesem Grund laufen zur Zeit beim Deutschen Institut für Normung (DIN) Bemühungen, die ein weiteres, europaweit einheitliches Klassifizierungssystem zum Ziel haben. Gleichzeitig soll mit der Implementierung dieses Klassifizierungssystems in den EPC mit Hilfe der Bildung einer sogenannten „Business Requirement Group“ bei GS1 Germany bzw. EPC den Belangen des Arbeitsschutzes im Bereich RFID genüge getan werden. Sollten diese Bemühungen in der Zukunft Erfolg haben, könnte das dann geschaffene System jederzeit auch in dem RFID-(UHF) gestützten Portal zur Kontrolle der PSA auf Vollständigkeit eingesetzt werden, und es wäre somit möglich, dieses System flächen-deckend zu nutzen. 5.2.1.3 Anbindung des RFID-(UHF)-Portals an ein Zutrittskontrollsystem Das in Projektmodul 2 entwickelte modulare Konzept berücksichtigt die Möglichkeit der Anbindung des RFID-(UHF)-Portals an ein Zutrittskontrollsystem. Dies ist grundsätzlich sinnvoll, um im Falle einer unvollständigen PSA den Zugang zum Arbeitsbereich zu verwehren. Darüber hinaus bietet die Anbindung an das Zutrittskontrollsystem die Möglichkeit der Vereinzelung; d.h., dass auf diesem Wege auch die Schwierigkeiten im Zusammenhang mit der Eingrenzung der Reichweite des RFID-(UHF)-Feldes und der damit in Verbindung stehenden Abgrenzung der Erfassung organisatorisch gelöst werden können. Darüber hinaus berücksichtigt dieses Konzept folgende aus dem Individual- und Kollektivrecht resultierende Anforderung: Der Mitarbeiter muss darüber aufgeklärt werden, dass sein Betreten des Portals dokumentiert wird und was mit den erfassten Daten geschieht. Der notwendige „willentliche Akt“ erfolgt dann durch das bewusste Anhalten des Mitarbeiterausweises an die Zutrittskontrolle. Mit der Unterstützung durch die Streif Baulogistik GmbH konnte für die Praxistests auf der InHaus2-Baustelle ein sogenannter „InSite-Container“ genutzt werden, der diese


233

Zutrittskontrolle ermöglicht. Das RFID-(UHF)-Portal zur Kontrolle der PSA auf Vollständigkeit wurde im Containerdurchgang in das RFID-(HF)-Zutrittskontrollsystem des InSite-Containers integriert und über eine Schnittstelle wurde die Kommunikation der zwei unterschiedlichen RFID-Systeme miteinander ermöglicht. Diese Umsetzung entspricht der bereits im Modul 2 entwickelten modularen Konzeption:

Tab. 5-3:

Modulare Konzeption des RFID-(UHF)-Portals

Das so kombinierte System ermöglicht eine miteinander gekoppelte Abfrage der generellen Zugangsberechtigung und der vollständigen PSA. Über die Erfassung des mit einem RFID-(LF)-Transponder versehenen Mitarbeiterausweises und dem damit einhergehenden Auslesen der Mitarbeiterausweis-Nummer wird der Lesevorgang am RFID-(UHF)-Portal gestartet. Damit kann auch sichergestellt werden, dass das RFID-(UHF)-Portal nicht ununterbrochen ein elektromagnetisches Feld aufbaut und aufrecht erhält. Diese Maßnahme dient u.a. auch der Einsparung von Energie. Das PSA-Portal kann über sein Triggermodul mit externen Systemen für die Zutrittskontrolle und/oder Zeitwirtschaft kombiniert werden. Diese übermittelt dann bei jedem Zutritt dem Portal über den TCP/IP-Port 22378 Datenpakete, mit denen das Portal die PSA-Kontrolle starten und parametrieren kann. Der Aufbau der Datensätze ist wie folgt festgelegt: [Zutritt] reader=1 cardno=01234567890ABCDEF access=released Die zu den einzelnen Variablen gehörenden Wertebereiche sind: (Aufbau: Schlüsselwort=Werte) reader= 1..15 cardno=00 00 00 00 00 00 00 00..FF FF FF FF FF FF FF FF (8 Byte Hexadezimal) access=(enabled,disabled) Das Portal sucht nun in seiner Datenbank nach einem Eintrag für die übermittelte Kartennummer und prüft das damit verbundene PSA-Profil auf Vollständigkeit. Bei Bedarf können hierüber auch diese Zutrittsevents in die Ereignisliste des Datenbankservers eingetragen

234


werden und stehen dann für andere Anwendungen, zum Beispiel eine Arbeitszeitauswertung der Subunternehmer, zur Verfügung. 5.2.2

Umsetzung

Durch die Integration des RFID-(UHF)-Portals in das InSite-System der Streif Baulogistik GmbH kann die notwendige Vereinzelung der Mitarbeiter realisiert werden. Die Integration der Anwendung erfolgte durch die Anpassung und Weiterentwicklung des Portals entsprechend den Erkenntnissen aus Modul 2 und den räumlichen Randbedingungen im Container. Zudem wurde die PSA-Software über eine Schnittstelle an die InSite-Software gekoppelt.

Abb. 5-3:

InSite-Container der Streif Baulogistik GmbH

Arbeitsbereich

Portal zur Kontrolle der PSA

Eingang Abb. 5-4:

Positionierung RFID-(UHF)-Portal im InSite-Container


235

Das modifizierte RFID-(UHF)-Portal wurde im Durchgangsbereich des Containers, zwischen der Kniehebelsperre und dem Arbeitsbereich positioniert. Der übrige Bereich des Containers ist geschlossen und beinhaltet die notwendigen technischen Einrichtungen.

Abb. 5-5:

Durchgang InSite-Container mit RFID-(UHF)-Portal

Im Folgenden ist die Position des Gesamtsystems auf der der Baustelle dargestellt. Auf der rechten Seite befindet sich das zu errichtende Gebäude, auf der linken die Container der Bauleitung sowie die Sozialräume für die Bauarbeiter. Der InSite-Container mit dem Portal befindet sich zwischen den Sozialräumen und der eigentlichen Baustelle und gewährleistet so den notwendigen definierten Zugang zum Gefahrenbereich.

Abb. 5-6:

Lage des Gesamtsystems auf dem Baustellengelände

5.2.2.1 Voruntersuchung Im Vorfeld des Praxiseinsatzes waren einige Voruntersuchungen notwendig: Es musste überprüft werden, ob die Integration des Portals in den Zutrittskontrollcontainer Einfluss auf die Erfassungsqualität hat. Insbesondere unvorhersehbare Interferenzen durch die stark re-

236


flektierenden Metallwände des Durchgangs waren hier von Interesse. Durch Messungen konnte nachgewiesen werden, dass die zulässigen Feldstärken bei weitem nicht erreicht werden. Weiterhin musste sichergestellt werden, dass das Gesamtsystem funktioniert: Die Funktionsweise gestaltet sich wie folgt: 1. 2. 3.

Schritt: Schritt: Schritt:

Die Identifizierung des Mitarbeiterausweises (willentlicher Akt) Die Erfassung der PSA durch das Portal Meldung

1. Schritt Abb. 5-7:

2. Schritt

3. Schritt

Funktionsweise des Gesamtsystems

5.2.2.2 Mitwirkende Unternehmen Bei dem Praxistest waren insgesamt 30 Bauarbeiter aus folgenden Bereichen beteiligt: Erdarbeiten Dacharbeiten Elektroinstallation Sanitärinstallation Sie wurden alle mit RFID-(LF)-Transpondern versehenen Mitarbeiterausweisen sowie mit den mit RFID-(UHF)-Transpondern versehenen Schutzhelmen und -schuhen ausgestattet. Den Dachdeckern wurde zusätzlich eine Absturzsicherung zur Verfügung gestellt. Darüber hinaus wurden Schutzhelme und -schuhe sowie Ausweise für Besuchergruppen von bis zu zehn Personen zur Verfügung gestellt.


Abb. 5-8:

5.2.3

5.2.3.1

237

Ausgegebene Mitarbeiterausweise und PSA

Ergebnis

Technische Umsetzung

RFID-(UHF)-Portal Durch die Vereinzelung in Kombination mit der Abschirmung konnte gewährleistet werden, dass nur die dem entsprechenden Mitarbeiter zugehörige PSA erfasst wird. Die Kombination mit einer Zutrittskontrolle ist somit zielführend. Im Rahmen des Forschungsprojektes war es allerdings nicht möglich, Umbauten am InSiteContainer vorzunehmen, so dass die getestete Umsetzung nur eine suboptimale Lösung darstellt. Sinnvoll erscheint eine Umsetzung ähnlich einer Schleuse mit Platzierung des RFID-(UHF)-Portals in Durchgangsmitte, in Kombination mit zwei Kniehebelsperren: Die erste Kniehebelsperre erzeugt dabei die gewünschte Vereinzelung und dient darüber hinaus der Zutrittskontrolle, eine zweite regelt in Abhängigkeit der PSA-Vollständigkeit den endgültigen Zugang zur Baustelle.

238

Abb. 5-9:


Integriertes Portal mit zwei Kniehebelsperren

Durch die Unterbringung des RFID-(UHF)-Portals im InSite-Container konnte der Erfassungsbereich ausschließlich auf den Durchgangsbereich beschränkt werden. Aufgrund der zusätzlichen Abschirmung durch das Containergehäuse spielen die Strahlungsfelder seitlich, vor und hinter den Portalsäulen für die Erfassung der Mitarbeiter keine Rolle. Persönliche Schutzausrüstung Die mit RFID-(UHF)-Transpondern ausgestatteten Helme funktionieren einwandfrei hinsichtlich der Erfassung im RFIF-(UHF)-Portal. Dabei war es nicht von Bedeutung, ob die Helme in der Hand oder auf dem Kopf getragen wurden. Die zur Verfügung gestellte Absturzsicherung für fünf Mitarbeiter wurde im Verlauf der Praxistests nicht benutzt, obwohl die Arbeiten am Gebäude den Einsatz erforderten. Die RFID-(UHF)-Transponder in den Schutzschuhen fielen allerdings nach durchschnittlich zwei Wochen aus. Es stellte sich heraus, dass die Transponder zwischen durchtrittsicherer Stahleinlage und Schuhsohle während des langfristigen Einsatzes den mechanischen Einwirkungen des Tragens nicht standhalten. Aus diesem Grund wurden weitergehende Tests in Kooperation mit der Firma Elten GmbH veranlasst und zehn Paar Schuhe unter Nutzung anderer Transponder produziert. Anschließend wurden diese im Betrieb der Firma Elten GmbH durch zehn Testpersonen getragen und die Funktionsfähigkeit in zweiwöchigen Intervallen getestet. Diese fielen wiederum nach durchschnittlich vier Wochen aus. Allerdings war es im Rahmen des Forschungsprojektes nicht möglich, die Transponder direkt in die Schuhsohlen einarbeiten zu lassen, da die Schuhe in Komponenten aus Fernost geliefert und in Deutschland zusammengesetzt werden. Es standen somit nicht alle Möglichkeiten für Einbringung der Transponder zur Verfügung. In den Zeiträumen, in denen die RFID-(UHF)-Transponder der Schuhe funktionierten, lag die Erfassungsquote für die gesamte PSA am RFID-(UHF)-Portal bei 98,4 %. Dieser Wert konnte in Stichprobenzählungen vor Ort verifiziert werden.


Tab. 5-4:

239

Auswertung der Datenprotokolle

Software Die Software entspricht der bereits in Modul 2 entwickelten Version. Um die Übergabe der Mitarbeiterdaten und damit einhergehend das PSA-Profil aufzurufen, war auch die softwareseitige Anbindung an das Zutrittskontrollsystem von Streif erforderlich. Dieser mit der Übergabe einhergehende Technikwechsel von der RFID-(LF)-Technologie des InSite-Containers zu der RFID-(UHF)-Technologie des Portals stellt dabei kein Problem dar. Der Datenaustausch, die Verwaltung von Profilen und die Dokumentation der Events funktionierten einwandfrei und hielten den Anforderungen auf der Baustelle stand. Lediglich drei Stromausfälle im Testzeitraum brachten das System zum Erliegen. In der im Testzeitraum genutzten Version musste die Software im RFID-(UHF)-Portal danach noch manuell betriebsbereit gestellt werden. Die Weiterentwicklung der Software berücksichtigt daher ein automatisches Starten der Software bei wiederhergestellter Stromversorgung. Diese Weiterentwicklung wurde anschließend für die Versuche in der Ford Werke GmbH in Köln genutzt. Im Rahmen der Erprobungsphase konnte ebenfalls das Einpflegen und Abrufen von Daten über die Internetschnittstelle der Software genutzt werden. Die Randbedingungen des Baustellenbetriebes erschweren jedoch eine stabile W-LAN-Verbindung, so dass diese Funktion nicht über den gesamten Testzeitraum erprobt werden konnte. Im Nachgang zu den Praxistests wurde durch die Leitung der Prävention der BG BAU eine Mindestausstattung von PSA für alle Gewerke erarbeitet. Diese dienen allerdings nur als Anhaltspunkte, sind beispielhaft und lediglich allgemein auf die Berufsgruppe bezogen. Die tatsächlich notwendige PSA ergibt sich aus der jeweiligen Gefährdungsbeurteilung. Zum Abschluss der Versuche wurde unter den beteiligten Mitarbeitern eine anonyme Umfrage durchgeführt. Der Fragebogen beinhaltet elf Fragen bezüglich Verständlichkeit, Bedienbarkeit, Qualität der Kommunikation, Auswirkung auf die Tragehäufigkeit und zur Akzeptanz des erprobten Gesamtsystems.

240


Tab. 5-5:

Auswertung der Fragebögen

Verständlichkeit des Gesamtsystems Zu Beginn der Versuche wurde jedem Mitarbeiter ein Mitarbeiterausweis für die Zutrittskontrolle und die erforderliche PSA ausgehändigt. Anschließend wurden in einem Testlauf die Funktionsweise erläutert und bestehende Fragen beantwortet. Diese Einweisung dauerte durchschnittlich fünf Minuten. In der Umfrage wurde abschließend abgefragt, ob diese Einweisung ausreichend war und ob sich die Befragten zutrauen würden, eigen-ständig Mitarbeiter in die Funktionsweise des Systems einzuweisen:

83 % der Befragten waren mit der Einweisung zufrieden. 100% der Befragten sahen sich nach dem Testzeitraum in der Lage, Mitarbeiter in die Nutzung des Systems einzuweisen.

Die Einweisung zur Benutzung des P SAP ortals war ausreichend.

Sie könnten Kollegen in die Benutzung einweisen. Eher nicht 0%

Eher nicht 17%

St imme zu 83%

Stimme zu

Abb. 5-10:

Stimme nicht zu 0%

St imme nicht zu 0%

Eher nicht

St imme nicht zu

Stimme zu 100%

Stimme zu

Umfrageergebnis zur Verständlichkeit des Gesamtsystems

Eher nicht

Stimme nicht zu


241

Bedienbarkeit Ein weiteres wichtiges Kriterium stellt die Bedienbarkeit des Systems dar. Der Mitarbeiter löst durch das Anhalten des Mitarbeiterausweises an der Zutrittskontrolle den Prüfvorgang aus. Anschließend muss er sich in das Portal begeben, wo ihm das Ergebnis der PSAÜberprüfung signalisiert wird. Falls die PSA unvollständig ist, muss er durch berühren eines “O.K.“-Feldes auf dem eingebauten Touchscreen bestätigen, dass er den Hinweis zur Kenntnis genommen hat und kann anschließend die Baustelle betreten. Im Ergebnis beurteilen lediglich 8% der Befragten die Benutzung als kompliziert und zeitintensiv.

Die Benutzung ist nicht kompliziert

D ie B enut z ung ist nicht z eit r aub end . St imme nicht zu

St imme nicht zu 8%

8%

Eher nicht 8%

Eher nicht 17%

St imme zu

St imme zu 84%

Stimme zu

Abb. 5-11:

Eher nicht

St imme nicht zu

75%

St imme zu

Eher nicht

St imme nicht zu

Umfrageergebnis zur Bedienbarkeit

Kommunikation Der Schnittstelle Mensch/Portal wurde in der Entwicklung viel Aufmerksamkeit geschenkt. Zum einen musste die internationale Verständlichkeit und zum anderen die Möglichkeit der Interaktion sichergestellt werden. Diese Kommunikationsmöglichkeit zwischen dem Nutzer und dem Portal bzw. der Software war der ausschlaggebende Grund für die Verwendung eines Touchscreens. Für die Gewährleistung der Verständlichkeit wurde auf die internationalen Gebotszeichen zurückgegriffen. 92% der Befragten sind der Meinung, dass die angezeigten Meldungen verständlich sind. D ie a uf de m B ilds c hirm a nge ze igt e M e ldung is t v e rs t ä ndlic h.

Eher nicht 8%

St imme nicht zu 0%

St imme zu 92%

St imme zu

Abb. 5-12:

Eher nicht

St imme nicht zu

Umfrageergebnis zur Qualität der Kommunikation

242


Auswirkung auf die Tragehäufigkeit von PSA Das RFID-(UHF)-Portal überprüft und dokumentiert das Vorhandensein der PSA an einem definierten Ort zu einer bestimmten Zeit. Ob die PSA während der Arbeiten genutzt wird, ist innerhalb dieses Systems allein nicht überprüfbar. Aus diesem Grunde wurden die beteiligten Mitarbeiter nach den Auswirkungen des Systems auf Tragehäufigkeit der PSA während der Arbeit gefragt. Bei der Auswertung der Ergebnisse wird deutlich, dass bei den Nutzern des Portals eine Sensibilisierung für die Gefahren am Arbeitsplatz eingetreten ist: 59% geben an, dass das RFID-(UHF)-Portal die Bereitschaft erhöht hat, die PSA zu tragen. Fast ebenso viele haben während der Erprobungsphase ihre PSA häufiger getragen als sonst.

Das P SA-P ortal hat meine Bereitschaft erhöht, die P SA zu tragen.

S ie ha be n wä hre nd de r E rpro bungs pha s e Ihre P S A hä uf ige r ge t ra ge n a ls s o ns t .

St imme nicht zu 8%

St imme nicht zu 0% Eher nicht 42%

Eher nicht 33%

Stimme zu

Abb. 5-13:

St imme zu

St imme zu 59%

Eher nicht

Stimme nicht zu

58%

St imme zu

Eher nicht

St imme nicht zu

Umfrageergebnis zu Auswirkungen auf die Tragehäufigkeit von PSA

Akzeptanz Die Nutzung des RFID-(UHF)-Portals muss so gestaltet sein, dass der Mitarbeiter das System nicht als zeitraubend und lästig empfindet, sondern die Einsicht gewinnt, dass das System der Sicherheit aller Mitarbeiter dient. 92% der beteiligten Mitarbeiter sind davon überzeugt, dass ein solches System bewirken kann, dass Mitarbeiter ihre PSA häufiger tragen. Ebenso viele sind der Meinung, dass der Einsatz des RFID-(UHF)-Portals ein sinnvolles Mittel darstellt, die Arbeitssicherheit auf Baustellen zu erhöhen. Ein P SA-P ortal zur Erhöhung der Arbeitssicherheit auf Baustellen ist sinnvoll.

Eher nicht 8%

St imme nicht zu 0%

Das PSA-Portal kann bewirken, dass Mitarbeiter ihre PSA häufiger tragen.

Stimme zu 92%

St imme zu 92%

St imme zu

Abb. 5-14:

Eher nicht

St imme nicht zu

Umfrageergebnis zur Akzeptanz

Stimme nicht zu 0%

Eher nicht 8%

Stimme z u

Eher nicht

Stimme nic ht z u


5.2.4

243

Fazit

Die Untersuchungen an dem Prototyp unter Baustellenbedingungen zeigen, dass die Kombination des RFID-(UHF)-Portals mit einem Zutrittskontrollsystems sinnvoll ist. So kann zum einen die notwendige Vereinzelung der Mitarbeiter erreicht werden, zum anderen kann in Abhängigkeit von der PSA-Vollständigkeit der endgültige Zugang zur Baustelle geregelt werden. Darüber hinaus bietet die Unterbringung des Portals in einem Container Schutz vor Diebstahl und Witterung. Die winterlichen Witterungsverhältnisse während des Testzeitraums hatten dabei keinen Einfluss auf die Funktionstüchtigkeit des Systems. Auch die Auswahl der RFID-(UHF)-Transponder in Abhängigkeit von der PSA erwies sich in der Erprobungsphase als richtig. Die Implementierung der RFID-(UHF)-Transponder in Schutzschuhen unter den im Rahmen des Forschungsprojektes gegebenen Umständen gestaltete sich hingegen unbefriedigend. Hier muss noch einmal darauf hingewiesen werden, dass es nicht möglich war, die Transponder dauerhaft in die Schuhsohlen einarbeiten zu lassen. Sie konnten lediglich zwischen durchtrittsicherer Stahlsohle und Schuhsohle geklebt werden und fielen nach durchschnittlich zwei Wochen im Einsatz aus. Allerdings scheint die Platzierung der Transponder in der Sohle und die Ausnutzung der Feldreflexion durch die Bodenplatte weiterhin sinnvoll. Die Untersuchungen bezüglich der Implementierung des Transponders in der Fersenkappe wurden bereits im Rahmen des Projektmoduls 2 durchgeführt. Leider musste diese technologisch optimale Einbringungsvariante aus verfahrenstechnischen Gründen verworfen werden. Der Erprobung des RFID-(UHF)-Portals unter Baustellenbedingungen hat, neben der technischen Machbarkeit, gezeigt, dass ein System zur Kontrolle der PSA auf Vollständigkeit unter den Mitarbeitern eine Sensibilisierung für die Notwendigkeit des Tragens von PSA bewirken kann. Ein Kritikpunkt während der Entwicklungsphase war oftmals, dass das Portal nur das Vorhandensein der PSA an einem bestimmten Ort zu einer bestimmten Zeit überprüfen und dokumentieren kann. Ob die PSA tatsächlich während der Arbeiten genutzt wird, ist allein mit diesem System nicht überprüfbar. Die Umfrageergebnisse zeigen hier eindeutig, dass das entwickelte RFID-(UHF)-Portal dazu beitragen kann, die Tragehäufigkeit zu erhöhen und damit einen Beitrag zur Verbesserung der Arbeitssicherheit auf Baustellen zu leisten. In dem Praxistest zeigte sich auch, dass Mitarbeiter häufig nicht mit der notwendigen PSA ausgestattet auf die Baustelle geschickt werden. Fünf Dachdeckern stand nur eine Absturzsicherung zur Verfügung, die während des ganzen Arbeitseinsatzes ungenutzt im PKW lag. Sechs Mitarbeiter eines Hilfsarbeitertrupps hatten keine Helme dabei. Das Portal könnte an dieser Stelle mindestens gewährleisten, dass die PSA am Arbeitsplatz in notwendiger Zahl vorliegt.

5.3

Praxistest Automobilindustrie: Ford Werke GmbH

Die Praxistests bei der Ford Werke GmbH in Köln erstreckten sich von Mai 2008 bis Mai 2009. Die Tests dienten der Erfassung der Widerstandsfähigkeit der dort einzusetzenden Schutzhandschuhe Vantage® 70-765/766 der Firma Ansell Healthcare Europe, die höchstmöglichen Schnittschutz bei der Arbeit mit scharfkantigen Werkzeugen und Materialien bieten. Dabei war von Interesse, bis zu welcher Anzahl an Reinigungszyklen sowohl die Handschuhe als auch die eingesetzten RFID-(UHF)-Transponder den Belastungen standhalten, ohne ihre Schutzfunktion zu verlieren. Hierzu wurden die Schutzhandschuhe mit einem geeigneten Transponder versehen. Die Daten auf den Transpondern werden mit Hilfe eines Tisch-Lese-/Schreibgerätes ausgelesen und in einer Datenbank hinterlegt.

244


So kann über die Anzahl der Einsatzhäufigkeiten das Preis-Leistungs-Verhältnis dieser hochwertigen Schnittschutzhandschuhe ermittelt werden, um eine Aussage darüber treffen zu können, ob diese Handschuhe ein sinnvolles Mittel darstellen, die marginal vorhandenen Hand- und Armverletzungen innerhalb der Ford Werke GmbH weiter zu reduzieren. Des Weiteren kann eine Aussage über die generelle Einsetzbarkeit der Transponder in diesem Bereich getroffen werden und ein eventueller Handschuhschwund festgehalten werden. 5.3.1

Vorbereitung

Der Versuchsaufbau gestaltet sich wie folgt: 9. 10.

11.

12. 13. 14.

Abb. 5-15:

Die Handschuhe werden an der zentralen Ausgabestelle in Paketen zu je 10 Handschuhen an den jeweiligen Vorarbeiter ausgegeben. Nach dem Arbeitseinsatz werden diese Handschuhe im Wechsel gegen die gleiche Anzahl neuer Handschuhe an der zentralen Handschuhausgabe zurückgegeben. Innerhalb der Handschuhausgabe werden die Identifikationsnummern der Transponder mittels des Tisch-Lese-/Schreibgerät ausgelesen. Die Anzahl der bereits durchlaufenen Einsatz- und damit auch Reinigungszyklen wird so in einer Datenbank hinterlegt. Ist der Handschuh in einem Zustand, der einen weiteren Einsatz erlaubt, wird der Handschuh dem Reinigungsvorgang zugeführt. Jeder Handschuh wird bei einem externen Reinigungsunternehmen dem Reinigungsprozess mit Tetrachlorethen unterzogen. Die gereinigten Handschuhe werden wieder zur Handschuhausgabestelle der Ford Werke GmbH geliefert. Im Rahmen einer Sichtprüfung innerhalb der Handschuhausgabe durch einen Mitarbeiter werden die Handschuhe wieder in Paketen zu je zehn Handschuhen für die nächste Abholung durch einen Vorarbeiter bereitgelegt, sofern ihr Zustand einen erneuten Einsatz erlaubt.

Versuchsaufbau des Praxistests bei Ford Werke GmbH


5.3.2

245

Umsetzung

Im Vorfeld war es zunächst notwendig, einen Transponder zu finden, der den mechanischen Belastungen der Nutzung und den chemischen und mechanischen Belastungen der Reinigung standhält: 5.3.2.1 Transponder-Wahl Der Reinigungsvorgang erfolgt durch eine kalte Reinigung mit Tetrachlorethen (Trivialname: Perchlorethylen, Per) und einer Trocknung bei 50°C. Zu Testzwecken wurde eine Auswahl von Transpondern dem Reinigungsprozess unterzogen und nach insgesamt sieben Durchläufen die Funktionsfähigkeit überprüft. Einzig der Textag der Firma Deister hielt diesem Funktionstest stand.

Abb. 5-16:

Textag der Firma Deister Electronic GmbH

An dieser Stelle muss erwähnt werden, dass die Entwicklung dieses Transponders noch nicht endgültig abgeschlossen ist. Durch die Firma Deister wurden insgesamt 150 Prototypen des Textag eigens für die Tests produziert und zur Verfügung gestellt. In der Vorbereitungsphase wurden dann 150 Schutzhandschuhe mit dem Textag ausgestattet und der zentralen Handschuhausgabe der Ford Werke GmbH zur Verfügung gestellt.

246

Abb. 5-17:


Schutzhandschuhe (Firma Ansell), aufgenähter Textag (Deister Elecronics GmbH)

5.3.2.2 Leserwahl Die Daten auf den Transpondern werden mit Hilfe eines Tisch-Lese-/Schreibgerätes mit integrierter Leser-Antenne, die mit einer maximalen abgestrahlten Leistung PERP von 0,045 W und einer maximalen Reichweite von 0,5 m arbeitet, ausgelesen. In der vorliegenden Anwendung wurde das RFID-(UHF)-Lesegerät UDL50 der Firma Deister Electronics GmbH verwendet. Es eignet sich insbesondere für die Erfassung im Nahbereich bis 40 cm und ist darüber hinaus für die Pulkerfassung geeignet. Jeder der aufgenähten Transponder besitzt eine individuelle Identifikationsnummer. Diese ermöglicht die lückenlose Dokumentation der durchlaufenen Reinigungsprozesse in einer Datenbank.

Abb. 5-18:

RFID-(UHF)-Tisch-Lese-/Schreibgerät UDL50 (Deister Electronics GmbH)


Abb. 5-19:

247

Handschuhausgabe in der Produktionshalle, Arbeitsplatz mit PC und Lesegerät

5.3.2.3 Dokumentation Die Dokumentation der Einsatzzyklen der Handschuhe erfolgt in einer Datenbank. Die Erfassung eines Handschuhes durch das Tischlesegerät ist mit einer eigens entwickelten Software gekoppelt, welche die hinterlegten Informationen des aufgenähten RFID-(UHF)Transponders (EPC-Nr., Kennung, Handschuhgröße) ausliest und in der Datenbank mit dem entsprechenden Datums- und Zeitstempel der Erfassung versehen speichert.

Tab. 5-6:

Dokumentation der erfassten Events

248

5.3.3


Ergebnis

Die Versuchsreihen erweisen sich als deutlich zeitintensiver als angenommen. Im Oktober 2008 waren alle Handschuhe erst zweimal dem Reinigungsprozess unterzogen worden. Für ein aussagekräftiges Ergebnis sind mindestens sieben Durchläufe notwendig. In Rücksprache mit der DGUV, dem Lenkungskreis und den Verantwortlichen der Ford Werke GmbH wurde der Testzeitraum kostenneutral über die Projektlaufzeit hinaus verlängert. Als Ergebnis kann festgehalten werden: In der Summe wurden 150 Handschuhe ausgegeben. Über den Testzeitraum von einem Jahr sind 60% der Handschuhe verschwunden. Von den zum Ende der Tests wieder eingesammelten Handschuhen sind 77% der Transponder ausgefallen. 5.3.4

Fazit

Nach Abschluss der Tests gaben die an den Versuchen beteiligten Mitarbeiter an, dass sie die eingesetzten Handschuhe für unbequem halten. Für den Einsatz dieser Handschuhe fehlt somit die Akzeptanz. Bemerkenswert ist der hohe Schwund der Handschuhe. Auf welchem Wege diese Handschuhe verschwanden, ist nicht eindeutig nachvollziehbar. Der Einsatz der RFID-Technik in diesem Bereich erscheint trotz der hohen Ausfallquote von 70% sinnvoll. Bei den verwendeten Textiltranspondern handelt es sich um Prototypen aus der Entwicklungsphase, und Verbesserungen sind zu erwarten. Darüber hinaus existieren bereits heute sogenannte Hardtags, Transponder die zum Schutz in einer Kunststoffhülle verbaut sind, die den Einflüssen aus dem Arbeitseinsatz und der Reinigung standhalten würden, deren Integration in die Handschuhe zu dem Zeitpunkt der Praxistests allerdings nicht umsetzbar war

5.4

Praxistest Fleischverarbeitende Industrie: Stockmeyer GmbH

Die Idee zur Verwendung der RFID-(UHF)-Technologie als Sicherheitsschaltung bei der Bedienung einer Fleischereimaschine resultiert aus den Workshops zum Projektmodul 1 – „Grundlagen“. Über die Fleischerei-Berufsgenossenschaft konnte ein Kontakt mit der Firma Stockmeyer GmbH & Co. KG Westfälische Fleischwarenfabrik in Sassenberg/Westfalen hergestellt werden. Zwar war diese Anwendungsidee aus dem Workshop für den Betrieb hinfällig, da bei der Firma Stockmeyer keine Zerlegearbeiten durchgeführt werden, es gelang jedoch, gemeinsam mit der Sicherheitsfachkraft des Betriebes, eine weitere Anwendungsmöglichkeit für die RFID-(UHF)-Technologie zu identifizieren. Die Tragequote der erforderlichen PSA (ausgenommen Gehörschutz) beträgt nahezu 100%, da eine hohe Sensibilisierung der Mitarbeiter für die vorhandenen Gefahren erreicht werden konnte. Bezüglich der Lärmemissionen besteht bei den Mitarbeitern allerdings eine Unterschätzung des Gefahrenpotenzials, die dazu führt, dass der vorhandene und individuell angepasste InEar-Gehörschutz selten getragen wird. An dieser Stelle kann wiederum der Einsatz der RFID-(UHF)-Technologie in Form eines reduzierten RFID-(UHF)-Portals sinnvoll sein, um die Tragequote des Gehörschutzes zu erhöhen. Für den Einsatz des RFID-(UHF)-Portals zur Kontrolle der persönlichen Schutzausrüstung auf Vollständigkeit kommt als Standort die Zwangshygieneschleuse in Frage. Nur durch diese gelangt jeder Mitarbeiter in den Arbeitsbereich. Die Voraussetzung eines definierten Zugangs ist somit gegeben. Für die generelle Einsetzbarkeit der RFID-(UHF)-Technik in Fleischereibetrieben war es allerdings notwendig zu prüfen, ob Transponder, die versehentlich in die Fleischproduktion gelangen, durch die vorhandene Sicherheitstechnik (Metalldetektoren)


249

erfasst und aussortiert werden können. Dies konnte mit Hilfe der Qualitätssicherung des Betriebs nachgewiesen werden. Die daraus entwickelte Anwendung, die in einem Praxistests umgesetzt werden soll, sieht daher vor, an der vorhandenen Zwangshygieneschleuse ein reduziertes RFID-(UHF)-Portal zum Einsatz kommen zu lassen. An dieser Hygieneschleuse müssen die Mitarbeiter zunächst den Desinfektionsmittel-Spender bedienen; erst durch Bedienung des Spenders wird der Zugang zum Hygienebad für die Schutzschuhe bzw. -stiefel freigegeben. Im Rahmen des Praxistests wird die Zwangshygieneschleuse so gesteuert, dass der Zugang zum Hygienebecken erst dann freigegeben wird, wenn neben der Bedienung des Seifenspenders als Zugangsvoraussetzung auch die Erkennung des mit einem RFID-(UHF)-Transponder versehenen individuellen Gehörschutzes erfolgreich ist. Ziel dieses Praxistests ist es, die Tragequote des Gehörschutzes im Testzeitraum und darüber hinaus zu erhöhen. Hierfür erscheint eine vereinfachte Version des entwickelten RFID(UHF)-Portals zur Überprüfung des Gehörschutzes sinnvoll. 5.4.1

Vorbereitung

Der für die Praxistests ausgewählte individuell angepasste Gehörschutz muss mit einem geeigneten Transponder ausgestattet werden. Der Vollständigkeit halber werden weitere PSA-Gegenstände im Betrieb – trotz der sehr hohen Tragequote – auf einen möglichen Einsatz mit der RFID-(UHF)-Technik untersucht. Hierzu gehören: 1. 2.

Gehörschutz Kettenhandschuh

Für die generelle Einsetzbarkeit der RFID-(UHF)-Technik in Fleischereibetrieben ist eine Prüfung erforderlich, ob Transponder, die versehentlich in die Fleischproduktion gelangen, durch die vorhandene Sicherheitstechnik (Metalldetektoren) erfasst und aussortiert werden können. In Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass die Transponder von den Metalldetektoren erkannt werden. 5.4.1.1 Gehörschutz Die Überprüfung des Mitführens des Gehörschutzes wird als sinnvoll erachtet. Im Einsatz befinden sich Gehörschutzsysteme, deren Hochwertigkeit einen Einbau der RFID-(UHF)Transponder rechtfertigen würde. Nach Aussage der Sicherheitsfachkraft ist der Lärmschutz der einzige Bereich mit Verbesserungspotenzial (bisherige Tragequote etwa 90%). Als Träger des RFID-(UHF)-Transponders dient ein Namensschild, das an den Gehörschutz angebracht werden kann. Die Schwierigkeit bestand darin, einen Transponder zu finden, der klein genug für das Namensschildgehäuse ist, aber dennoch eine ausreichende Reichweite trotz Körpernähe aufweist. Als geeigneter Transponder konnte der Impinj Satellite™ der Firma RSI ID Technologies identifiziert werden.

250

Abb. 5-20:


Namensschild für Gehörschutz mit Transponder ausgestattet

In einem weiteren Schritt wurde im Mai 2008 durch die Qualitätssicherung der Firma Stockmeyer GmbH untersucht, ob das Namenschild mit Clip grundsätzlich eingesetzt werden darf. Bedauerlicherweise fiel die Prüfung negativ aus. Aus Gründen der Qualitätssicherung kann das Namensschild deshalb nicht eingesetzt werden. Der Kunststoff kann, falls er in die Fleischwaren gelangt, nicht detektiert werden. 5.4.1.2 Kettenhandschuh Der Kettenhandschuh wurde während der Voruntersuchungen mit zahlreichen, unterschiedlichen Transpondern ausgestattet und Lesetests unterzogen. Die Tests werden mit dem Handlesegerät "IP4 Serie 700“ von Intermec und einer maximal abgestrahlten Leistung von 500 mW durchgeführt. Als Ergebnis kann festgehalten werden, dass eine Ausstattung von Kettenhandschuhen mit Transpondern nicht möglich ist, da die UHF Transponder sobald sie auf Metall aufgebracht werden – ihre Funktionsfähigkeit verlieren. Selbst das Aufbringen der UHF-Transponder auf dem gummiartigen Armband des Handschuhs führt zu einer unzuverlässigen Erfassungsquote.

Abb. 5-21:

Versuche mit verschiedenen Transpondern auf Kettenhandschuh


251

5.4.1.3 Schutzschuhe Die Zwangshygieneschleuse umfasst eine Schuhreinigungsanlage. Nach Aussage der Sicherheitsfachkraft des Betriebes ist die Wahrscheinlichkeit, dass der Arbeitsbereich mit Straßenschuhen betreten werden könnte, vernachlässigbar klein. Eine RFID gestützte Überprüfung der Tragehäufigkeit der Schutzschuhe ist in diesem Fall nicht notwendig. 5.4.1.4 Datenschutz Neben der negativen Bewertung des Einsatzes für das Namensschild als TransponderTräger am Gehörschutz äußerte der Betriebsrat darüber hinaus Bedenken bezüglich des grundsätzlichen Schutzes von sensiblen Mitarbeiterdaten, so dass die Umsetzung – trotz der geleisteten umfangreichen Vorarbeiten – hier abgebrochen werden musste. 5.4.2

Umsetzung

Für den Einsatz des Portals kommt als Standort die Zwangshygieneschleuse in Frage. Vor dem Betreten des Arbeitsbereiches muss diese nun passiert werden. Damit ist die Voraussetzung eines definierten Zugangs im Hinblick auf die RFID-(UHF)-Technik gegeben. Die Funktionsweise der Schleuse lässt sich wie folgt beschreiben: Der Zwangshygieneschleuse ist ein Desinfektionsmittelspender vorgeschaltet. Erst nach erfolgter Desinfektion beider Hände wird die Kniehebelsperre frei geschaltet und der Zutritt gewährt. Es ist geplant, die PSA-Kontrolle des Gehörschutzes während der Bedienung des Desinfektionsspenders durchzuführen und den Zutritt nur bei Vollständigkeit zu gewähren.

Abb. 5-22:

5.4.3

Hygieneschleuse

206

Ergebnis

Nach Rücksprache mit den Verantwortlichen der DGUV und den Mitgliedern des Lenkungskreises wurde, unter Berücksichtigung der Absage durch die Stockmeyer GmbH und der weit

206

www.walthermetzreinigungssysteme.com/html/hygieneschleuse.html, (03.11.2008)

252


fortgeschrittenen Projektlaufzeit, davon abgesehen, diese Variation des RFID-(UHF)-Portals in einem Fleischereibetrieb zu erproben. Bezüglich des Einsatzes der RFID-Technologie im Bereich der Zugangskontrolle in Fleischerei-Betrieben ist allerdings festzustellen, dass die Erkenntnisse aus dem weitgehend analogen Einsatz von RFID auf der Baustelle sowie aus den sehr weit vorangeschrittenen Vorbereitungen in dem Fleischerei-Betrieb nahelegen, dass auch diese Anwendung grundsätzlich als technisch umsetzbar antizipiert werden kann. Hinsichtlich des Namensschildes als Transponder-Träger wäre als Lösungsansatz vorstellbar, dieses speziell für den Einsatz in Fleischerei-Betrieben so zu modifizieren, dass es im Metalldetektor erkannt werden kann.

5.5

Fazit

Das Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung von geeigneten Instrumenten zur nachhaltigen Verbesserung des Arbeits- und Gesundheitsschutzes auf der Grundlage der RFID-Technologie. Besonderer Fokus lag hierbei auf der Entwicklung einer automatischen Kontrolle der persönlichen Schutzausrüstung auf Vollständigkeit unter Berücksichtigung der Arbeitsbereiche und Tätigkeiten. Mit der automatischen Kontrolle der PSA kann nun sichergestellt werden, dass Personen, die Gefahrenbereiche betreten wollen, diese nur betreten können, wenn sie mit der erforderlichen PSA ausgestattet sind. Optional kann die Prüfung der PSA entsprechend des entwickelten modularen Konzeptes mit

einer Zugangskontrolle, einem Zeitwirtschaftssystem, der Kontrolle der Schutzausrüstung auf Einhaltung von Prüfterminen und der Kontrolle der technischen Zulassung der Schutzausrüstung gekoppelt werden.

Die Überprüfung der PSA gewährleistet außerdem, dass die Personen innerhalb der Gefahrenbereiche mit mindestens einem RFID-Transponder versehen sind. Diese Personenausstattung mit Transpondern kann für die Umsetzung weiterführender Anwendungen von RFID – wie z.B. Zugangskontrolle zu Lager und Magazinen oder Autorisation für die Maschinenbedienung – genutzt werden. 5.5.1

Zusammenfassung

Mit den vorliegenden Ergebnissen des Forschungsvorhabens „Sicherheitstechnik mit Radio Frequency Identification“ wird ein Beitrag dazu geleistet, Innovationspozential in der Arbeitssicherheit und dem Gesundheitsschutz neu zu erschließen. Das Projekt beinhaltet neben der interdisziplinären Forschung im Bereich Arbeitssicherheit, Sicherheitsmanagement, Prozesssteuerung sowie Informations- und Kommunikationstechnologie auch die Entwicklung eines RFID-(UHF)-Portals, mit dem die Arbeitssicherheit und der Gesundheitsschutz an Arbeitsplätzen branchenübergreifend verbessert werden kann. Der Ausgangspunkt für die Bearbeitung und Durchführung des Forschungsprojektes war eine Bedarfsfeststellung für die Anwendung der RFID-Werkzeuge im Bereich der Sicherheitstechnik. Auf der Grundlage von Gefährdungsbeurteilungen, Interviews und Unfallstatistiken aller Berufsgenossenschaften wurden zunächst die Gefahrenpotenziale von Tätigkeiten,


253

die für die geplanten RFID-Anwendungen geeignet erschienen, identifiziert und analysiert. Anschließend wurden verschiedene Vertreter der Wirtschaft, der Berufgenossenschaften und der Wissenschaft zu Workshops eingeladen, bei denen mögliche Einsatzgebiete der Sicherheitssysteme vorgestellt und diskutiert wurden. Die Ergebnisse der Analysen und Workshops liefern Hinweise auf Anwendungsgebiete mit besonderer Bedeutung und wurden in Form eines Pflichtenheftes erfasst, in dem die Arbeitsbereiche für den Einsatz der RFID-Systeme genau beschrieben, die Standorte für die Testphase der Sicherungssysteme festgelegt und die Anforderungen an die RFID-Systeme dokumentiert wurden. Ferner wurde das entwickelte RFID-System durch eine Patentrecherche auf bestehende Schutzrechte hin überprüft. Die Darstellungen von RFID-Pilotprojekten in der Presse erweckten zum Zeitpunkt der Antragstellung den unzutreffenden Eindruck, dass die RFID-Technologie grundsätzlich vermarktungsreif war. Beim ausführlichen Studium der Fachliteratur wurde jedoch ersichtlich, dass leistungsstarke UHF-Systeme, mit denen das RFID-System realisiert wurde, noch einem stetigen Entwicklungsprozess der Hersteller unterliegen. Daher wurde im Rahmen des Entwicklungsmoduls eine Laborphase für die anwendungsorientierte Hardwaremodifikation vorgesehen, um zum einen Herstellerangaben verifizieren zu können und zum anderen die für die Anwendung passende Hardware zu ermitteln. In der Laborphase wurden verschiedene Testläufe mit Transpondern, Lesegeräten und Antennen durchgeführt. Aufgrund der Funkübertragung der auf den Transpondern gespeicherten Daten an die Lesegeräte wurden Anordnung von Antennen und Transpondern untersucht, um optimale Leseergebnisse zu erzielen. So ist die Funktion verschiedener Transponder z.B. von der Art des Untergrundes abhängig. Diese Interaktivität von Objektträger und Transponder erforderten ausführliche Testreihen. Neben der Hardwaremodifikation beinhaltete das Modul „Anwendungsorientierte Entwicklung“ die Softwareentwicklung für das Kontrollportal der PSA. Hier lag das besondere Augenmerk auf einer branchenübergreifenden und internationalen Einsetzbarkeit der Entwicklung unter Berücksichtigung der Belange des Datenschutzes. Sie wurde als Serverapplikation entwickelt, mit der Möglichkeit, über das Internet bzw. das Extranet die Software und Datenbanken zu verwalten. Die Vorteile dieser Systemarchitektur liegen in der einfachen Integration der Software in bestehende Datenverarbeitungssysteme sowie der Möglichkeit der Fernverwaltung. Auf diese Weise konnte das Entwicklungsziel, eine kostengünstige Softwarelösung für kleine und mittelständische Unternehmen zu erstellen, umgesetzt werden. Die Möglichkeit der Fernwartung des Systems bietet gerade für den Einsatz der RFIDSysteme an den Produktionsorten ideale Voraussetzungen. Dem Abschluss der Entwicklungs- und Laborphase folgten Testläufe des entwickelten RFID(UHF)-Portals im Rahmen einer Erprobungsphase. Angestrebt war ein branchenübergreifender Einsatz. Hierzu konnten Testreihen auf einer Baustelle und in der Automobilindustrie durchgeführt werden. Der Einsatz einer Applikation in der Fleischverarbeitenden Industrie scheiterte an der Abteilung für Qualitätssicherung und dem Betriebsrat des Praxispartners. Während des Probebetriebs wurden die Systeme regelmäßig auf ihren technischen Zustand überprüft und modifiziert. Die Datensammlung des Probebetriebes erfolgte dabei weitgehend automatisch. Für die Verifizierung der erfassten Daten waren allerdings Stichproben in Form von manueller Parallelerfassung notwendig. Die Resultate der Testphase geben abschließend Aufschluss über die Zuverlässigkeit, Praktikabilität und Nutzerakzeptanz der entwickelten RFID-Systeme.

254


Zu den Problemen, die bei der Antragstellung nicht vorhersehbar waren, gehören:

5.5.2

Standardisierung von RFID-Technik: Die erforderlichen Standardisierungen insbesondere bezüglich der GeräteProtokolle sind nicht so weit vorangeschritten wie anfangs vermutet. Klassifizierung und Standardisierung von PSA: Anders als erwartet, sind die Gegenstände der PSA noch nicht systematisch in Klassifizierungssystemen erfasst. Daher wurde für die Praxistests auf ein individuelles Klassifizierungssystem zurückgegriffen. Electronic Product Classification (EPC): Anders als erwartet, ist der EPC noch nicht so weit eingeführt, dass auf konkrete Anwendungsfälle zurückgegriffen werden könnte.

Normung

Für einen flächendeckenden Einsatz des RFID-(UHF)-Systems ist es von Bedeutung, auf ein einheitliches System für die Klassifizierung von PSA zurückgreifen zu können. Aus diesem Grund wurde im Rahmen des Forschungsprojektes beim Deutschen Institut für Normung (DIN) der Arbeitskreis „RFID bei PSA“ gegründet, der eine vorerst nationale Norm mit dem Arbeitstitel "Lebenszyklusdatenerfassung durch Auto-ID-Systeme" erarbeiten wird. Diese soll folgende Themen umfassen:

Automatische Erfassung und Identifikation, Erfassung von Alterungsprozessen, Kompatibilität und Sensorik.

Geplant ist die Erarbeitung eines Konzeptes für die Festlegung von Merkmalen von PSA auf der Basis der Anforderungen in europäischen PSA-Normen und die Erbarbeitung eines Konzeptes für ein übergeordnetes Klassifizierungssystem für die PSA unter Berücksichtigung vorhandener Klassifizierungs-Systeme. Über die hierzu notwendige Gründung einer "Business Requirement Group" bei GSI Germany bzw. EPC global wird in den kommenden Treffen entschieden werden. 5.5.3

Ausblick

Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die RFID-Technik ein großes Potenzial zur nachhaltigen Verbesserung des Arbeits- und Gesundheitsschutzes bietet. Um dieses Potenzial freizusetzen und flächendeckend zur Verfügung zu stellen, besteht weiterer Forschungsbedarf, insbesondere bezüglich der Normung und Standardisierung eines Klassifizierungssystems für PSA-Gegenstände. In diesem Zusammenhang sei hier noch einmal auf den im Zuge der Projektbearbeitung initiierten DIN-Arbeitskreis „RFID bei PSA“ hingewiesen, der auch zur Aufgabe hat, einen Standard für die Erfassung von Lebenszyklusdaten von PSA mittels Autoidentifikationstechnik zu entwickeln. Zeitgleich zur Projektlaufzeit zur Produktreife gelangte RFID-Anwendungen im Bereich der Arbeitssicherheit bestätigen die Einschätzung, dass sich die RFID-Technologie mittelfristig auch im Bereich des Arbeits- und Gesundheitsschutzes etablieren wird. Da diese Entwicklung bereits jetzt abzusehen ist, sollte das Hauptinteresse auf die Nutzung von Synergien,


255

insbesondere mit der Warenlogistik gelenkt werden, um frühzeitig Anforderungen für Applikationen im Bereich des Arbeits- und Gesundheitsschutzes zu formulieren. Auch im Hinblick auf das Produkthaftungsgesetz ergeben sich weitere Anwendungsmöglichkeiten. Bereits heute werden erfolgreich RFID-Anwendungen zur Dokumentation und Sicherung von Wartungsdaten direkt am Arbeitsgerät im Rahmen von regelmäßigen Geräteprüfungen nach der BetrSichV207 genutzt. Überwachungsbedürftige Anlagen im Sinne des Arbeitsschutzgesetzes unterliegen hohen Dokumentationsanforderungen. Diese vereinfachte, zeitsparende und sichere Abwicklung der Wartungsprozesse mittels RFID ersetzt die bisher zeitintensive Datenerfassung. Zuordnungsfehler von Geräten und Daten können durch die Technik gänzlich vermieden werden. Die in den Workshops und Experten-Interviews entwickelten branchenübergreifenden Ansätze zur Verwendung von RFID, z.B. als Maschinenschlüssel, der die Betätigung von für die Arbeitssicherheit kritischen Maschinen nur im Abgleich mit der erforderlichen PSA bzw. Unterweisungen erlaubt, werden von allen beteiligten Berufsgenossenschaften und Unternehmen als sinnvoll bewertet. Diesem Interessenschwerpunkt ist deshalb innerhalb des Projektmoduls 2 – „Anwendungsorientierte Entwicklung“ ein Workshop gewidmet worden. In der Projektlaufzeit an die Forschungspartner herangetragene Einsatzmöglichkeiten wie z.B. in Zoos, Fleischereien sowie im Bereich der Maschinensteuerung waren zur Zeit der Projektbearbeitung technisch und wirtschaftlich noch nicht umsetzbar, dokumentieren jedoch den großen Bedarf und die branchenübergreifend vielfältigen Einsatzmöglichkeiten der RFID-Technologie im Arbeits- und Gesundheitsschutz. Ergänzend zu Managementsystemen und Handlungsanweisungen der Arbeitssicherheit und des Gesundheitsschutzes stellen die beschriebenen RFID-Instrumente eine weitere Prüfinstanz am Arbeitsplatz dar und sensibilisieren Mitarbeiter für die Belange der Arbeitssicherheit und des Gesundheitsschutzes. Die bereits bestehenden und noch zu erwartenden Entwicklungen werden dazu beitragen, Unfälle zu vermeiden und das damit verbundene menschliche Leid zu reduzieren.

207

Betriebssicherheitsverordnung vom 27. September 2002 (BGBl. I S. 3777), zuletzt geändert durch Artikel 5 der Verordnung vom 6. März 2007 (BGBl. I S. 261)

Ansprechpartner

6

257

Ansprechpartner

Für weitere Fragen zum Projekt „Sicherheitstechnik mit Radio Frequency Identification“ stehen wir Ihnen gerne unter folgender Adresse zur Verfügung: Herr Univ.-Prof. Dr.-Ing. Manfred Helmus Bergische Universität Wuppertal Fachbereich D Lehr- und Forschungsgebiet Baubetrieb und Bauwirtschaft Pauluskirchstr.7 42285 Wuppertal Telefon (0202) 439 - 41 14 Fax (0202) 439 - 43 14 E-Mail [email protected]

258

7 7.1

Literatur- und Quellenverzeichnis

Literatur- und Quellenverzeichnis Projektmodul 1

Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA): Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit 2004. Unfallverhütungsbericht Arbeit Bundesministerium für Arbeit und Soziales: Sicherheit und Gesundheit bei der Arbeit 2005 Finkenzeller, K.: RFID Handbuch, 4. Aufl., München: Hanser Verlag, 2006 Hauptverband der gewerblichen Berufsgenossenschaften (Hrsg.): Arbeitsunfallstatistik 2003, Druck Center Meckenheim (DCM), 2005 Kern, Chr.: Anwendung von RFID-Systemen, Berlin: Springer-Verlag. 2005 Kummer, S. / Einbock, M. / Westerheide, Chr.: RFID in der Logistik – Handbuch für die Praxis, Wien: Bohrmann, 2005 N.N.: Neue Unfallanzeige-Verordnung: Nicht mehr, sondern weniger Prävention, in: Arbeit & Ökologie – Briefe, 2. Jg., Nr. 6, 2002, S. 12 – 13 Patentschrift Nr. DE 10 2005 024 450 B3: Modulares System körpernah getragener elektronischer Baugruppen und Verfahren zu seiner Inbetriebsetzung, veröffentlicht am 18.05.2006 Patentschrift Nr. US 6853303 B2: RFID System and Method for ensuring personnel safety, veröffentlicht am 08.02.2005 Wendrich, Dieter: Transpondertechnologie bei Kali und Salz, in: Drägerheft Nr. 5/2003, S. 6 f.


7.2

Projektmodul 2

7.2.1

Literatur

259

Berufsgenossenschaft der Feinmechanik und Elektrotechnik (Hrsg.): BG-Information: Beeinflussung von Implantaten durch elektromagnetische Felder (Entwurf), 02/2002 Berufsgenossenschaft der Feinmechanik und Elektromechanik (Hrsg.): BG-Vorschrift: Unfallverhütungsvorschrift Elektromagnetische Felder (BGV B11), 06/2001 Bundesverband Informationswirtschaft, Telekommunikation und neue Medien e.V. (BITKOM) (Hrsg.): BITKOM RFID Guide 2006, Berlin: BITKOM e.V., 10/2006 Clasen, Michael: Aktueller Stand der RFID Standardisierung, Kap. 2.2.5, CD-Workshop, Erlangen, 2006 Finkenzeller, Klaus: RFID Handbuch, 4. Aufl., München/Wien: Carl Hanser Verlag, 2006 GS1 / LogicaCMG (Hrsg.): Bridge-Project: European passive RFID – Market Sizing 2007-2022, Brüssel: Europäische Kommission, 02/2007 Gysel, Ulrich E.: Vorlesungsskript Hochfrequenztechnik (Kapitel 10: Antennen), Zürich: Zürcher Hochschule für angewandte Wissenschaften ZHAW, Departement Technik Informatik und Naturwissenschaften, 2003 Helmigh, Martin / Hustadt, Jan: Einfluss von Metallen und Flüssigkeiten auf RFID-Systeme, in: Hebezeuge Fördermittel, Berlin: HUSS-MEDIEN GmbH, 2007 Helmus, Manfred / Weber, Oliver: RFID auf Montage, in: RFID im Blick, Amelinghausen: Verlag & Freie Medien, 07-08/2006 Klark, Klaus: Antennen und Strahlungsfelder, 1. Aufl., Wiesbaden: Verlag Vieweg & Sohn Verlag 2004 Kuhlmann, Frank: EPC-Kommunikation – Grundlagen-/Managementinformation, Köln: GS1 Germany, 2005 LuF Baubetrieb u. Bauwirtschaft (Hrsg.): Forschungsbericht: InWeMo – Integriertes Wertschöpfungsmodell mit RFID in der Bau- und Immobilienwirtschaft, BBR, Berlin, 2008 LuF Baubetrieb u. Bauwirtschaft: (Hrsg.): Forschungsbericht „Sicherheitstechnik mit RFID“ Projektmodul „Grundlagen“, DGUV, St. Augustin, 01/2007 ODIN Technologies (Hrsg.): The RFID Global Tag Benchmark, Duelles/Virginia: Odin Technologies, 11/2006 O.V.: Dem Massenmarkt ein Stück näher – Interview mit Dr. Werner Knop, Head of Engineering Deister electronic GmbH, in: RFID im Blick, 10/2006

260


Palme, Klaus: eCl@ss- Klassifikationssystem für E-Commerce im Internet; in: Leistung und Lohn - Zeitschrift für Arbeitswirtschaft, Nr. 342-344, Berlin: Bundesvereinigung der Deutschen Arbeitgeberverbände, 06/2000 Reiter, Christoph: Potentiale zur Optimierung der Personallogistik auf Baustellen durch den Einsatz der Radio Frequency Identification (RFID)-Technologie (Diplomarbeit): BU Wuppertal, LuF Baubetrieb u. Bauwirtschaft, 08/2007 Rupp, Roland: RFID – Eine Technologie etabliert sich, in: BU Wuppertal, LuF Baubetrieb u. Bauwirtschaft (Hrsg.): Unterlagen zum Workshop „RFID in der Maschinensicherheit“ (18.09.2007, MMBG, Düsseldorf) Tennant, Rich, in Sweeney, Patrick J. (Hrsg.): RFID für Dummies, Weinheim: WILEY-VCH Verlag, 2006 Van den Woldenberg, Klaus: Arbeitsrechtliche Rahmenbedingungen, Schriftliche Stellungnahme, Duisburg, 24.10.2007 VDEB / AIM (Hrsg.): Management-Leitfaden für den Einsatz von RFID-Systemen, 12/2006 Weiß, Joachim: Das Neue Lexikon in 10 Bänden, Band 5, 3. Aufl., Mannheim: Dudenverlag, 1996


7.2.2

261

Quellen

ABCDATA e.K.: www.abcdata.de/abcdataneu/antennen.php, (26.02.2008) advanced PANMOBIL systems GmbH & Co KG: www.panmobil.de/index.php?id=73, (06.04.2008) Bluhm Systeme GmbH: www.bluhmsysteme.com/fileadmin/user_upload/pdf/praesdrfuessler.pdf, (31.08.2007) CTR Carinthian Tech Research AG: www.ctr.at/carinthian_tech_research_deutsch/news_presse/foto-galerie_forschungsbereiche.php, (06.02.2008) Deister Electronic GmbH: www.deister.com, (02.02.2008) eCl@ss e.V.: www.eclass.de, (11.02.2008) e-pro solutions GmbH: www.e-pro.de/e-pro.de/artikel/artikel_weiterleiten.cfm?id=441, (24.05.2007) Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS: www.rfid4sme.eu, RFID-Implementierung, (10.02.2008) Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS: www.iis.fraunhofer.de/bf/ec/dk/an/antdes/pa.jsp, (20.12.2008) GS1 Germany GmbH: www.gs1-germany.de, (06.02.2008) Hitachi Europe Ltd.: www.hitachi-eu.com, (06.02.2008) Höft & Wessel GmbH: www.hoeft-wessel.com, (06.02.2008) Informationsforum RFID: www.info-rfid.de/technologie/25.html, (06.02.2008) InHaus-Zentrum der Fraunhofer-Gesellschaft: www.inhaus-zentrum.de/site_de/index.php?node_id=2216, (07.03.2008) Institute for collaborative Classification IFCC GmbH: www.ifcc.de/hp/index.shtml?pkunspsc, (24.05.2007) Logistik Inside: www.logistik-inside.de, (10.02.2008) Paxar Central Europe GmbH: www.paxar-emea.com/de/aboutpaxar/news/newsrfidspacetag.html, (06.04.2008)

262


proficl@ss International e.V.: www.proficlass.de/index.php?id=115, (20.05.2007) RFID Support Center: www.rfid-support-center.de, (06.02.2008) Statistisches Bundesamt Deutschland: www.destatis.de/jetspeed/portal/cms/Sites/destatis/Internet/DE/Content/Statistiken/Gesundheit/Gesun dheitszustandRisiken/Tabellen/Content50/Koerpermasse,templateId=renderPrint.psml, (15.04.2008) SOFTWORK s.r.l.: www.rf-id.it/SalaStampa/TestiNews/AnnuncioUHF-LRU1000.htm, (25.01.2008) United Nations Standard Products and Services Code®, www.unspsc.org/Search.asp, (25.05.2007) Verband der EDV-Software und –Beratungsunternehmen e.V. (VDEB): www.vdeb.eu, (05.02.2008) Wikipedia, freie Enzyklopädie: de.wikipedia.org, (06.02.2008) ZVEI – Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e.V.: www.zvei.org/index.php?id=487&no_cache=1&tx_ZVEIpubFachverbaende_pi1%5Bdownload%5D=53 1&type=98, (26.05.2007)


7.3

263

Projektmodul 3

Betriebssicherheitsverordnung vom 27. September 2002 (BGBl. I S. 3777), zuletzt geändert durch Artikel 5 der Verordnung vom 6. März 2007 (BGBl. I S. 261) Deister Electronic GmbH: www.deister.com, (02.02.2008) InHaus-Zentrum der Fraunhofer-Gesellschaft: www.inhaus-zentrum.de/site_de/index.php?node_id=2216, (07.03.2008)

Modell

LRU 1000

ID ISC.LRU2000

IF5

UHF Portal UDL 500

Hersteller

Feig

Feig

Intermec

deister electronic

Abbildung

1x4

1

5

SMA-Buchsen ("-20 db Software gesteuert")

(interne Antennen)

max. 2,0 W ERP, konfigurierbar in 10 Schritten, geräteweise kalibriert

IP54, optional IP65

SMA-Buchse (50 Ohm)

max. 0,5 W (= 100 %)

(=> 4 W EIRP und 2 WERP (0,5 W ERP) erreichbar)

100 mW bis 3,0 W in 100 mW Schritten

SMA-Buchse (50 Ohm)

Anschluss Antennenkabel

IP53

IP54

(=> 4 W EIRP und 2 W ERP (0,5 W ERP) erreichbar)

100 mW - 4 W in 100 mW Schritten

Ausgangsleistung

8.1

IP54

Schutzklasse

8

1

in Anzahl bei BUW vorhanden

264 Anlagenverzeichnis

Anlagenverzeichnis Anlage 1: Übersicht der RFID-(UHF)-Lesegeräte

2

1

25-200 Series RFID Directional LHCP Antenna

IA39B Intellitag Rugged Antenna

CI-868

Intermec

Intermec

WiMo

1

9

i-scan UHF ID ISC.ANT.U250/250-EU (neues Modell)

Feig

Abbildung

Modell

Hersteller (bzw. Lieferant)

N-Buchse

N-Buchse


N-Buchse

SMA-Buchse

Anschluss

k.A.

k.A.

IP54

Schutzklasse

50 Ohm

50 Ohm

50 Ohm

50 Ohm

Impedanz

< 1,5

< 1,3 : 1

< 1,3 : 1

< 1,5 : 1

VSWR

15 dB

> -20 dB

- 20 dB

> -15dB

Front-toback Ratio

zirkular

zirkular

zirkular

zirkular

Polarisierung

ca. 70°

70°

65°

65°

Azimuth

ca. 70°

30°

60°

65°

Elevation

Half Power Beam Width

8,0

10,5

8,3

9,0

Arbeitsschutz im Bauwesen mit RFID

IntelliBau: Anwendbarkeit der RFID-Technologie im Bauwesen

RFID (Informatik im Fokus) (German Edition)

RFID Security

RFID Security

RFID handbook

RFID Sourcebook

RFID Essentials

RFID-Handbuch

RFID-Baulogistikleitstand

Im Bett mit einem Monster

RFID Applied

RFID in der Baulogistik: Forschungsbericht zum Projekt „Integriertes Wertschopfungsmodell mit RFID in der Bau- und Immobilienwirtschaft“

RFID Security

RFID Security

Erfolg mit Großkunden: Im Dialog mit Arbeitgebern zum bAV-Geschäftsabschluss

RFID für Bibliotheken

RFID+ Exam Cram 2

RFID For Dummies

RFID+: CompTIA RFID+ Study Guide and Practice Exam

Arbeitsschutz in der Berufsausbildung: Chancen und Wettbewerbsvorteile

Mit Buddha im Taxi zur Selbsterkenntnis

Im siebten Himmel mit einem Vampir

Rfid for Dummies

RFID Technology and Applications

Im siebten Himmel mit einem Vampir

Bauen mit Recycling-Materialien im Garten GERMAN

Im siebten Himmel mit einem Vampir

Engagiert Euch!: Im Gespräch mit Gilles Vanderpooten

Anwendung von RFID-Systemen

Arbeitsschutz im Bauwesen mit RFID

IntelliBau: Anwendbarkeit der RFID-Technologie im Bauwesen

RFID (Informatik im Fokus) (German Edition)

RFID Security

RFID Security

RFID handbook

RFID Sourcebook

RFID Essentials

RFID-Handbuch

RFID-Baulogistikleitstand

Im Bett mit einem Monster

RFID Applied

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