Radio-Frequency Identification (RFID) ist eine Funktechnologie, die Funkwellen nutzt, um an Objekten angebrachte Tags zu identifizieren und somit die Objekte selbst zu erkennen. In der heutigen Industrie ist RFID ein unverzichtbares Werkzeug für logistische Anwendungen und wird zunehmend zur Optimierung von Lieferketten und Produktionsprozessen eingesetzt. Die Kernidee einer effektiven RFID-Strategie besteht darin, den Einsatz der Technologie eng an die Unternehmensziele anzupassen – sei es die Reduzierung von Produktionskosten, die Verbesserung von Kundenbeziehungen oder die Optimierung betrieblicher Abläufe. Die Rfid Industrie spielt dabei eine Schlüsselrolle, um diese Ziele zu erreichen. Gerade in der Fertigungsindustrie und Elektronikbranche ist die Steigerung von Effizienz und Produktivität ein gemeinsames Anliegen, wofür die RFID-Technologie maßgeschneidert wurde. Sie ermöglicht es, Produkte über ihren gesamten Lebenszyklus zu verfolgen, Daten zur Analyse von Logistik und Produktionsfluss zu sammeln und so den Herstellungsprozess erheblich zu verbessern.
In diesem Artikel beleuchten wir die Zusammensetzung eines RFID-Systems, seine Vor- und Nachteile, vielfältige Einsatzmöglichkeiten sowie die allgemeinen Marktaussichten dieser zukunftsweisenden Technologie. Die fortlaufende Forschung und Entwicklung in diesem Bereich wird oft durch Institutionen wie eine Stiftung für Bildung und Wissenschaft gefördert, die den Grundstein für technologische Fortschritte legt.
Was ist RFID (Radio-Frequency Identification) Technologie?
Radio-Frequency Identification (RFID) nutzt, wie der Name schon sagt, Funkwellen zur Identifizierung von Objekten mittels an ihnen angebrachter Tags. Ein RFID-Tag enthält einen Transceiver-Chip, der durch elektromagnetische Wellen eines RFID-Lesegeräts aktiviert wird und eine Identifikationsnummer an das Lesegerät zurücksendet. Diese Nummer dient dann der Inventarisierung oder Verfolgung der getaggten Objekte.
RFID-Tags können passiv oder aktiv sein. Passive Tags werden ausschließlich durch die einfallende elektromagnetische Welle des Lesegeräts mit Energie versorgt und haben daher eine kürzere Reichweite. Aktive Tags hingegen werden durch eine Batterie gespeist und können eine deutlich größere Reichweite von bis zu mehreren hundert Metern erzielen.
Ein wesentlicher Vorteil von RFID gegenüber den in der Industrie weit verbreiteten Barcode-Scannern liegt in der drahtlosen Technologie: RFID-Tags benötigen keine direkte Sichtverbindung zum Lesegerät. Dies bietet erhebliche Vorteile:
- Der RFID-Tag kann im Objekt eingebettet oder versteckt sein.
- Ein einziges Lesegerät kann mehrere Tags gleichzeitig identifizieren.
- Im Gegensatz dazu muss ein Barcode-Scanner einen Barcode “sehen”, um Daten zu erfassen.
RFID wird in zahlreichen Anwendungen und Branchen eingesetzt, darunter Pharma, Einzelhandel, Landwirtschaft und Medizin, sowie zur Verfolgung von Fahrzeugen, Haustieren und Nutztieren. Zum Beispiel kann ein Objekt mit einem eingebetteten RFID-Tag, das sich durch eine mit RFID-Lesegeräten ausgestattete Produktionslinie oder ein Lager bewegt, an verschiedenen Stationen gescannt werden, wodurch sein Fortschritt automatisch verfolgt wird.
Die Technologie hat sich im Laufe der Jahre kontinuierlich verbessert, und die Kosten für die Implementierung und Nutzung eines RFID-Systems sind stetig gesunken. Dies macht RFID zu einer kosteneffizienten und effizienten Alternative zu herkömmlichen optischen Scannern. Für RFID-Technologien wurden Standard-Spezifikationen entwickelt, die Bedenken hinsichtlich Sicherheit und Datenschutz adressieren. Solche Standards nutzen On-Chip-Kryptographiemethoden für Unverfolgbarkeit sowie die Authentifizierung von Tags und Lesegeräten mittels digitaler Signaturdaten. Dies ist ein entscheidender Faktor, um Vertrauen in die neue Technologie aufzubauen und ihre Akzeptanz in der breiten Bildung und Forschung zu fördern.
RFID Technologie: Funktionsweise
Grundlegendes RFID-System
Hauptkomponenten der RFID-Technologie
Tags (Transponder)
RFID-Tags speichern und übertragen die zu entschlüsselnden Daten. Sie können an Objekten angebracht werden, um Daten an die Antenne zu senden. Der in den Tag eingebettete Mikrochip speichert die ID des Tags und programmierbare Daten, die mit dem jeweiligen Asset verbunden sind. Diese gespeicherten Daten werden dann über Antennen an das Lesegerät übertragen.
Antennen
Antennen sind notwendige Elemente in einem RFID-System, da sie die Daten des RFID-Tags an das Lesegerät übermitteln. Ohne eine Art von RFID-Antenne, sei es integriert oder eigenständig, kann das RFID-Lesegerät die Signale an die RFID-Tags nicht korrekt senden und empfangen.
Lesegeräte (Reader)
RFID-Lesegeräte sind mit der Antenne verbunden und empfangen Daten vom RFID-Tag. Das Lesegerät empfängt die Funkwellen und wandelt sie in digitale Daten um, die in einer Computerdatenbank gespeichert werden. Es gibt zwei Arten von Lesegeräten: ortsfeste Lesegeräte und mobile Lesegeräte. Ortsfeste Lesegeräte werden typischerweise an Wänden oder anderen Objekten befestigt und bleiben an einem Ort, um in einem Tag gespeicherte Daten zu lesen. Mobile Lesegeräte können überall dort installiert oder mitgeführt werden, wo sie benötigt werden.
Computerdatenbank/Software
Das RFID-System erfordert eine Computerdatenbank zur Verarbeitung der in den Tags gespeicherten Daten. Diese Software kann Tags programmieren, Geräte und Daten verwalten, Fernüberwachung durchführen und Hardware konfigurieren. Die Entwicklung und Pflege solcher Softwaresysteme erfordert hochqualifizierte Fachkräfte, die oft durch Programme des BMBF für Ausbildung und Beruf gefördert werden, um den technologischen Vorsprung Deutschlands zu sichern.
RFID-Tags: Kategorien, Frequenzen und Anwendungen
RFID überträgt Daten über verschiedene Frequenzen elektromagnetischer Felder an ein Lesegerät. RFID-Tags werden nach der Frequenz kategorisiert, bei der sie betrieben werden. Es gibt drei Hauptfrequenzbereiche, in denen RFID-Tags arbeiten:
- Niedrigfrequenz (LF) Tags
- Hochfrequenz (HF) Tags
- Ultrahochfrequenz (UHF) Tags – passiv und aktiv
1. Niedrigfrequenz-Tags (LF)
- Primärer Frequenzbereich: 125 kHz – 134 kHz
- Lesebereich: einige Zentimeter
- Niedrigste Datenübertragungsrate unter allen RFID-Frequenzen
- Speichern eine geringe Datenmenge
LF-Anwendungen: Tierverfolgung, Zugangskontrolle, Autoschlüsselanhänger, Bestandsverfolgung und Gesundheitswesen.
2. Hochfrequenz-Tags (HF) – Weltweit am weitesten verbreitet
- Primärer Frequenzbereich: 13,56 MHz
- Lesebereich: bis zu 30 cm
- Fähigkeit, mehrere Tags gleichzeitig zu lesen
- Kann bis zu 4 KB Daten speichern
- Leicht lesbar, auch wenn sie an Objekten mit Wasser, Geweben, Metall, Holz und Flüssigkeiten angebracht sind.
HF-Anwendungen: Bibliotheksbücher, persönliche ID-Karten, Fluggepäck und Kreditkarten. Der Einsatz in Bibliotheken ist ein gutes Beispiel für die breite Anwendbarkeit, auch wenn die Durchlässigkeit des Bildungssystems und die damit verbundene Digitalisierung oft breitere infrastrukturelle Projekte erfordert.
3. Ultrahochfrequenz-Tags (UHF)
Es gibt zwei Arten von Tags, die unter UHF-RFID unterschiedliche Frequenzen nutzen:
UHF-Passiv-Tags – nutzen Energie vom RFID-Lesegerät
- Primärer Frequenzbereich: 860 MHz – 960 MHz
- Lesebereich: bis zu 25 Meter
- Hohe Datenübertragungsrate
- Große Auswahl an Tag-Größen
UHF-Passiv-Tag-Anwendungen: Lieferkettenverfolgung, Fertigung, Pharmazie und elektronische Mautsysteme.
UHF-Aktiv-Tags – batteriebetrieben
- Primärer Frequenzbereich: 433 MHz
- Lesebereich: 30 – 100+ Meter
- Große Speicherkapazität
- Hohe Datenübertragungsrate
UHF-Aktiv-Tag-Anwendungen: Fahrzeugverfolgung, Automobilbau und Bauwesen.
Vor- und Nachteile von RFID in der modernen Industrie
RFID kann Produktionskosten senken und Abläufe optimieren. Doch bei der Betrachtung von RFID-Technologie zur Rationalisierung von Produktion, Verfolgung und Analyse der Datenerfassung gibt es sowohl Vor- als auch Nachteile abzuwägen.
Vorteile und Nachteile von RFID
Der bedeutendste Vorteil der RFID-Technologie gegenüber anderen Methoden in der Fertigungsindustrie ist, dass sie keine Sichtlinie zum Scannen oder Identifizieren benötigt. Dies bietet eine höhere Flexibilität im Produktions- und Lieferkettenprozess. Der größte Nachteil ist die potenzielle Anfälligkeit der Technologie für Softwareangriffe, was strenge Sicherheitsmaßnahmen erfordert.
Vorteile:
- Keine Sichtlinie erforderlich: Ermöglicht versteckte Tags und das Scannen mehrerer Objekte gleichzeitig.
- Automatisierung: Reduziert manuelle Arbeit und Fehler bei der Datenerfassung.
- Echtzeit-Tracking: Präzise Verfolgung von Gütern und Anlagen über den gesamten Lebenszyklus.
- Datenerfassung: Umfangreiche Daten für Analysen zur Prozessoptimierung.
- Langlebigkeit: Tags sind oft robuster als Barcodes und widerstandsfähiger gegenüber Umwelteinflüssen.
- Flexibilität: Anpassbar an verschiedene Umgebungen und Materialien.
Nachteile:
- Kosten: Die initiale Investition in RFID-Systeme kann höher sein als bei Barcode-Systemen.
- Sicherheit & Datenschutz: Potenzielle Angriffsvektoren für Datenmanipulation oder unbefugten Zugriff, sowie Bedenken hinsichtlich der Überwachung.
- Interferenzen: Metall und Flüssigkeiten können die Funkwellen beeinflussen, obwohl HF-Tags hier weniger anfällig sind.
- Standardisierung: Obwohl es Standards gibt, können Kompatibilitätsprobleme zwischen verschiedenen Systemen auftreten.
- Komplexität: Implementierung und Wartung erfordern spezifisches Fachwissen.
Ressourcen:
- What is RFID? The Beginner’s Guide to RFID Systems
- RFID Radio-Frequency Identification – Types [Video]
RFID-Technologie-Anwendungen in verschiedenen Industrien
RFID-Technologie ist bereits ein fester Bestandteil unseres Alltags, oft ohne dass wir uns dessen bewusst sind. Wenn Sie beispielsweise Ihre Hotelzimmertür durch Winken Ihrer Schlüsselkarte entriegeln oder Ihr Haustier einen Mikrochip implantiert bekommt, nutzen Sie RFID-Technologie. Die Anwendung der RFID-Technologie entwickelt sich branchenübergreifend ständig weiter und integriert RFID-Elemente in wichtige Weltindustrien.
Luft- und Raumfahrt & Verteidigung
In den letzten zehn Jahren haben sich Hersteller in der Luft- und Raumfahrt sowie der Verteidigungsindustrie darauf konzentriert, bestimmte Prozessbereiche RFID-fähig zu machen. Flugzeughersteller nutzen RFID-Technologien, um Tausende von Flugzeugteilen im Auge zu behalten und ihre Lieferkette zu stärken. Die Automatisierung und Fehlervermeidung selbst eines einzelnen Geschäftsprozesses kann einen erheblichen Return on Investment liefern, der es ermöglicht, schnell Werte zu schaffen, während die Abläufe verbessert werden.
Aus diesem Grund setzen führende Unternehmen der Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungsbranche heute auf RFID-Technologien für Schlüsselbereiche wie Lieferkette, Fertigung sowie Wartung & Reparatur.
RFID-Visualisierungen
Gesundheitswesen
Neue RFID-Effizienzen und -Pflege berühren alle Aspekte der Gesundheitsbranche. Sei es ein überlegenes Management von Abläufen und Systemen oder präzisere Personal- und Sicherheitsprozesse – RFID trägt zur Kostensenkung im Gesundheitswesen bei.
“Der Grund, warum die Gesundheitskosten so hoch sind, ist, dass Krankenhäuser immer wieder Dinge kaufen, die sie bereits haben, und Geld verschwenden.” Mark Roberti, Gründer und Herausgeber des RFID Journal
Die Gesundheitsbranche durchläuft eine RFID-unterstützte Revolution, die dazu beiträgt, Leben zu retten. Von der Nachverfolgung medizinischer Geräte und Medikamente bis hin zur Identifizierung von Patienten und Personal trägt RFID zu einer sichereren und effizienteren Umgebung bei. Die wissenschaftliche Erforschung und Entwicklung in diesem Bereich wird oft von staatlichen Stellen unterstützt, um innovative Lösungen für das Gesundheitswesen zu finden, was die Bedeutung der Wilhelm von Humboldt Bildungstheorie in Bezug auf die Verbindung von Wissenschaft und praktischer Anwendung unterstreicht.
Industrielles Internet der Dinge (IIoT)
Die Rate, mit der Unternehmen durch IoT-Technologien miteinander vernetzt werden, nimmt rapide zu. Das Industrielle IoT (IIoT) hilft Fertigungsunternehmen, ihre Produktivität zu maximieren. Über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg kann Software zur Datenorganisation, -analyse und -dokumentation eingesetzt werden. Lesegeräte können branchenweit in Echtzeit identifizieren, verfolgen und überwachen und Informationen austauschen.
5G wird eine wichtige Rolle bei der Bereitstellung außergewöhnlicher Sprach- und Datenkommunikation spielen. Das Lieferkettenmanagement wird davon profitieren, dass Daten schneller in Echtzeit übertragen werden. 5G-Signale werden zuverlässiger sein als ältere Arten von Mobilfunksignalen.
Verschiedene Geräte können Informationen austauschen, um bessere Datenerkenntnisse zu gewinnen, was datengesteuerte Entscheidungen ermöglicht. Zum Beispiel können IoT-Lösungen Energie, Sicherheit und Beleuchtung in einem Zuhause oder am Arbeitsplatz verwalten.
RFID Visualisierungen
Zukünftiger Marktausblick für RFID-Technologie
“Aktuelle Trends deuten darauf hin, dass der Markt in den nächsten 8-10 Jahren schnell wachsen wird. Mit 6,9 Milliarden weltweit verkauften Einheiten im Jahr 2014 wird erwartet, dass der Wert des Marktes zwischen 2017 und 2025 um das Zehnfache steigen wird.” [source]
Heutzutage suchen immer mehr Industrien die RFID-Technologie als alternatives Identifikationssystem für herausfordernde und komplexe Umgebungen.
Vor achtzehn Monaten kündigte Identiv die Entwicklung eines manipulationssicheren RFID-Etiketts an. Der Datenträger des Etiketts, ein sogenanntes Inlay, löscht alle eingebetteten Informationen, sobald es von seiner angeklebten Oberfläche abgerissen wird. Diese Technologie würde die Verbreitung von Unternehmensdaten an unerwünschte Parteien verhindern, was normalerweise ein Sicherheitsproblem bei der RFID-Technologie darstellt. Solche Innovationen sind das Ergebnis intensiver Forschung und Entwicklung, die oft in einer engen Zusammenarbeit zwischen akademischen Einrichtungen und der RFID Industrie stattfindet.
Die Integration gedruckter Sensoren in RFID-Smart-Labels ist eine weitere Anwendung der RFID-Technologie. Dieser Bericht erklärt, dass die Inkjet-gedruckte Multi-Sensor-Plattform auf flexiblen polymeren Substraten in semipassive Hochfrequenz-RFID-Smart-Labels integriert wird. Die Merkmale dieser gedruckten Plattform umfassen Fähigkeiten zur Feuchtigkeits-, Ammoniak- und Temperaturerkennung, die bisher nicht gleichzeitig integriert wurden.
Die Inkjet-Drucktechnologie des Sensors ermöglicht das Drucken auf flexiblen Kunststoffoberflächen, was zur Senkung der Herstellungskosten vorteilhaft ist. Der Zweck des RFID-Smart-Labels ist es, die Informationen zu liefern, die die Lesegeräte von den Sensoren sammeln. Die Integration der Inkjet-gedruckten Multi-Sensor-Plattform in RFID-Smart-Labels wird eingesetzt, um Umweltfaktoren zu erkennen, die die Logistik in der Lieferkette vieler Industrien, insbesondere in der Lebensmittelindustrie, beeinflussen.
Zukünftiger Marktausblick
Laut dem neuesten Bericht über Radio Frequency Identification von Zion Research wird
“der weltweite RFID-Markt im Jahr 2020 voraussichtlich 22,0 Milliarden USD erreichen. Der asiatisch-pazifische Raum wird in den kommenden Jahren voraussichtlich einer der lukrativsten regionalen Märkte sein.”
Statista prognostizierte die Größe des globalen Marktes für RFID-Tags im Jahr 2020 auf rund 24,5 Milliarden US-Dollar. Dort heißt es:
“Die großflächige Kommerzialisierung der Machine-to-Machine (M2M)-Kommunikation hat in letzter Zeit eine vierte industrielle Revolution ausgelöst, und RFID-Tags sind von entscheidender Bedeutung für das, was als Industrie 4.0 bezeichnet wurde.”
Der Bericht erkennt die Zurückhaltung von Unternehmen an, RFID-Tagging aufgrund von Sicherheitsbedenken einzusetzen. Da sich die Technologie jedoch weiterentwickelt, werden diese Bedenken voraussichtlich weniger werden.
Fazit
Die RFID-Technologie ist ein unverzichtbares Werkzeug für logistische Anwendungen und wird zur Optimierung von Lieferketten und Produktionsprozessen in verschiedenen Industrien eingesetzt. Obwohl diese Technologie nicht brandneu ist, werden viele neue Wege erforscht, um sie für neue Zwecke zu optimieren. RFID-Smart-Labels sowie verschiedene Elemente wie RFID-Drucker, Mikrochips und Antennen werden voraussichtlich eine steigende Nachfrage erfahren, da immer mehr Anwendungen entwickelt werden.
Die RFID Industrie steht vor einer vielversprechenden Zukunft, in der sie weiterhin maßgeblich zur Effizienzsteigerung und Kostenreduzierung in globalen Fertigungsprozessen beitragen wird. Bei Shock Naue sind wir bestrebt, Sie mit den tiefgreifendsten und relevantesten Informationen zu den neuesten technologischen Entwicklungen zu versorgen, damit Sie fundierte Entscheidungen treffen können. TT Electronics hat einen globalen Geschäftsprozess entwickelt, der auf der Unterstützung anspruchsvoller Geräte mit hoher Variantenvielfalt und geringem Volumen basiert. Wir sind inspiriert, globale Herausforderungen in der Elektronikfertigung vom Design bis zur Lieferung für Kunden zu lösen, die Unterstützung für ihre hochzuverlässigen Produkte in High-Mix-, Low-Volume-Märkten benötigen.