Smarte RFID-Technik

Barcode adé: KUKA und HARTING bauen auf Radio Frequency Identification mit OPC_UA Kommunikation.

Smarte Fabriken erfordern smarte Prozesse und Technologien

Im Zuge von Industrie 4.0 und der zunehmenden Automatisierung und Digitalisierung in den Produktionshallen nimmt deshalb auch die Radio Frequency Identification (RFID) an Fahrt auf. Der Grund: Nur wenn Roboter, Werkzeuge, Greifer und Werkstücke digital identifiziert werden und Informationen austauschen können, ist eine intelligente Produktion möglich.

Die Radio Frequency Identification bildet eine Grundvoraussetzung für die 4.0-Fertigung.

Harald Heinrich, KUKA Projektleiter SmartProduction Center

KUKA baut hierbei auf das Know-how von HARTING, dem weltweit führenden Anbieter von industrieller Verbindungstechnik, der auch im Bereich der Standardisierung der RFID-Kommunikation beteiligt ist. Eingesetzt und getestet werden die RFID-Systeme in der KUKA Matrix-Produktion, einer wandlungsfähigen und flexiblen Fertigung

RFID-Systeme identifizieren Maschinen, Werkzeuge, Bauteile oder andere prozessrelevante Objekte in höchst anspruchsvollen und rauen Industrieumgebungen. Damit lassen sich Prozesse transparent gestalten und präzise steuern. Durch diese Technologie ist eine eindeutige Identifikation von Objekten möglich, sowie deren örtliche Bestimmung als auch der Informationsaustausch. Der Transponder macht die Dinge smart und ist damit ein Baustein für eine Fertigung im Sinne von Industrie 4.0

RFID-Boden-TAG zum Check-in bzw. RFID-Check-out von AGVs

Smarte Produktion durch RFID 

Durch Sender-Empfänger-Systeme wie der RFID-Technologie ist eine automatische und berührungslose Identifikation und Lokalisation von Objekten möglich. Über elektromagnetische Wellen, die die Lese-Schreibeinheit aussendet, wird der Transponder angeregt und überträgt seine Daten. Der Transponder mit einem Prozessor, der die Größe eines Sandkorns hat, wird direkt am jeweiligen Objekt angebracht. Für seine Stromversorgung sorgt die Antenne, über die er Energie während des Kommunikationsvorgangs aufnehmen kann. Eine einzigartige Nummernfolge macht ihn weltweit eindeutig identifizierbar. 

Und das ist mit einem Barcode nicht möglich? Grundsätzlich schon. Allerdings hat dieser einen entscheidenden Nachteil: Er ist nicht bidirektional und somit können die Daten nicht verändert werden. Ganz im Gegensatz zum Transponder, der wiederbeschreibbar ist und als Datenspeicher fungieren kann. Ein weiterer Vorteil des Transponders ist, dass er innerhalb des Objekts platziert werden kann und somit auch schmutz-resistenter ist. Zudem ist auch kein Sichtkontakt nötig und es können mehrere Transponder gleichzeitig ausgelesen werden. 

In einer flexiblen und wandlungsfähigen Produktion spielt die RFID-Technologie eine entscheidende Rolle, denn sie sorgt für die Vernetzung der einzelnen Akteure. Auch in der Matrix-Produktion von KUKA sorgen unsere Systeme nun für die nötige Objekt-Intelligenz.

Stefan Olding, Geschäftsführer HARTING Deutschland

RFID in der KUKA Matrix-Produktion

Wandlungsfähig und flexibel: So werden Bauteile in der KUKA Matrix-Produktion gefertigt. Dafür sorgen unter anderem die Automated Guided Vehicles (AGV) und die Software KUKA SmartProduction_control, die auf Technologien mit künstlicher Intelligenz (KI) basiert. Die smarte Pilotanlage steht auf dem Augsburger Gelände des Anlagen- und Maschinenbauers und wird hier getestet. Standardisierte Produktionszellen bilden die Basis. Sie sind mit produktneutralen Grundfunktionalitäten ausgestattet und können je nach Auftragslage und Losgröße problemlos mit produktspezifischen Werkzeugen erweitert werden.

Lesen und Beschreiben des RFID-Transponders in der Bearbeitungsstation (Roboterzelle).

Die AGV sorgen für den Transport der Bauteile. Dies geschieht vollautomatisch. Die jeweiligen Roboter nehmen das vom AGV angelieferte Bauteil auf und fügen es mit der entsprechenden Technologie. In der Testzelle werden Autotüren und Radhausbrücken verschiedener OEM auf ein und derselben Anlage gefertigt: Die Umrüstung erfolgt dabei innerhalb kurzer Zeit. Auch das RFID-System RF-R300 von HARTING kommt hier zum Einsatz. 

Wir haben uns für die RFID-Technologie von HARTING entschieden, da diese unter anderem mit unserer Software SmartProduction_control und unserer SPS über OPC_UA kommunizieren kann.

Dr. Andreas Bauer, KUKA Softwarearchitekt SmartProduction_control

Die Transponder befinden sich an den Bauteilaufnahmemitteln (BAM), an Greifern oder beispielsweise Prozessausrüstung wie der Punktschweißzange. Bei Ein- oder Ausfahrt aus den Zellen und nach Prozessschritten werden die Transponder gelesen (RFID-Check-in) bzw. beschrieben (RFID-Check-out).

RFID-Transponder (RFID-TAG) montiert am Bauteilaufnahmemitteln (BAM)

Diese Daten zu u. a. Gewicht, Wartungszeitpunkt, Betriebsstunden, aufgetretene Fehlern können mittels OPC_UA an die KUKA Cloud gesendet und ausgewertet werden: Prozesse können optimiert werden und Daten, zum Beispiel von Werkzeugen, stehen weltweit zeitnah zur Verfügung, was wirtschaftliche Vorteile bringt. Zudem ist die RFID-Technik für eine zusätzliche Kontrolle neben der Software KUKA SmartProduction_control. Auch hilft die Erstellung der Bauteil-Historie bei der internationalen Projekt-Zusammenarbeit. 

Werden z.B. Werkzeuge und Vorrichtungen international ausgetauscht, können die Mitarbeiter vor Ort den Chip auslesen und haben alle nötigen Informationen parat. In Zukunft wird die RFID-Technologie immer stärker werden.

Markus Ott, KUKA Projektverantwortlicher RFID Technik SmartProduction Center

Fazit

Mit der RFID-Technologie wird der Barcode hinfällig, da er die Vorteile wie Wiederbeschreibbarkeit und Schmutzresistenz nicht bieten kann. Diese sind allerdings für eine Produktion im Zeitalter von Industrie 4.0 unverzichtbar. Die Transponder sorgen für smarte Objekte und eine transparente Fertigung und bieten eine zusätzliche Kontrolle zur Software KUKA SmartProduction_control. HARTING liefert mit seinem System eine offene Plattform und ermöglicht somit eine einfache Integration in die KUKA Matrix-Produktion. Der Austausch zwischen der KUKA Software und der Cloud wird damit möglich. Die hier gemachten Erfahrungen zahlen sich langfristig aus: So können in zukünftigen Projekten Standards erarbeitet werden. 

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