Abschlussbericht: RFID-Einsatz in der Baubranche

RFID-Einsatz in der Baubranche: Entwicklung eines RFID-Systems mit mobilen Gates auf Baustellen zur schnellen Identifikation und Verfolgung von Betriebsmitteln zwischen Baustellen und Werken Günthner, W. A. - Schneider, O. Das IGF-Vorhaben 15288 N/1 der Forschungsvereinigung Bundesvereinigung Logis- tik e.V. – BVL, Schlachte 31, 28195 Bremen wurde über die AiF im Rahmen des Pro- gramms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie auf Grund eines Be- schlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Zusammenfassung Durch eine zunehmende Dynamik und internationale Vernetzung der Märkte steht die Baubranche vor neuen Herausforderungen, denen die aktuellen Prozesse zu- nehmend nicht mehr gewachsen sind. Insbesondere die zeit- und kostenaufwändige Verwaltung der vielfältigen Betriebsmittel birgt das Risiko fehlerhafter Buchungsvor- gänge und damit verbundener Fehlmengen. Nur durch eine Verbesserung der Da- tenqualität lassen sich Lieferqualität und damit auch Kosten optimieren und die Ge- fahr aufwändiger nachträglicher Versorgungsprozesse reduzieren. Eine der Grundla- gen hierfür bildet die eindeutige Identifikation der Betriebsmittel und darauf aufbau- end die zentrale, zeitnahe Dokumentation der Prozesse. Um Objekte auch unter schwierigen Randbedingungen, wie sie in der Bauindustrie auftreten, kennzeichnen und erfassen zu können, befasste sich das Forschungspro- jekt mit dem Einsatz von RFID in der Bauindustrie. Die Grundlage bildete die Klassi- fizierung der Betriebsmittel im Hinblick auf einen RFID-Einsatz. Diesen wurden ver- schiedene Nutzenpotenziale und darauf aufbauend konkrete Einsatzszenarien zuge- ordnet, die dem Anwender bereits zu Beginn eine Aufwand-/Nutzenabschätzung er- möglichen. Für die Bewertung der Umsetzbarkeit dieser Szenarien wurden aus den einzelnen Gruppen repräsentative Betriebsmittel bestimmt. Anhand derer ließen sich neben den Anforderungen an die RFID-Hardware, die das Bauumfeld bedingt, ge- eignete Integrations- und Anbringungsmöglichkeiten der Datenträger definieren. Die besondere Herausforderung des Projekts lag in der Erarbeitung einer möglichen RFID-Systemarchitektur für die Bauindustrie. Im Fokus stand dabei die Entwicklung praxisnaher Konzepte für den Identifikationspunkt als Schnittstelle zwischen Be- triebsmitteln und der übergeordneten Datenverwaltung. Speziell für den Einsatz auf weitläufigen Baustellen ohne ausreichende Infrastruktur wurde ein mobiles RFID- Gate mit eigener Energieversorgung entwickelt. Bei einer Durchfahrt werden die empfangenen Betriebsmitteldaten zusammen mit den aktuellen Ortskoordinaten des Gates an eine zentrale Datenbank, die die einzelnen Prozesse dokumentiert, fern- übertragen. Dahingegen unterstützt die RFID-Theke insbesondere die Ausgabe von Mietgeräten im Bereich von Magazinen und Lagern, indem Wartungs- und Repara- turumfänge gerätespezifisch dokumentiert werden. Beide Konzepte liefern durch die Anbindung an eine zentrale Datenschnittstelle zeitnah den aktuellen Gerätestatus. Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht. Inhaltsverzeichnis 1  Einleitung 1  1.1  Wissenschaftlich-technische Problemstellung 1  1.2  Forschungsziel und angestrebte Ergebnisse 3  1.2.1  Forschungsziel 3  1.2.2  Angestrebte Forschungsergebnisse 4  1.2.3  Innovativer Beitrag der angestrebten Forschungsergebnisse 5  2  Stand der Technik und Forschung 8  2.1  RFID-Einsatz in Produktion und Logistik 8  2.2  RFID-Einsatz in der Bauindustrie 10  2.3  Betriebsmitteleinsatzplanung in der Bauindustrie 13  3  Einsatzszenarien und Anforderungsanalyse 15  3.1  Einflussfaktoren im Umfeld der Bauindustrie 15  3.2  Klassifizierung der Prozessmittel für den RFID-Einsatz 20  3.2.1  Klassifizierungskriterien 20  3.2.2  Prozessmittelklassen 21  3.3  Nutzenpotenziale und Einsatzszenarien von RFID in der Bauindustrie 25  3.3.1  Nutzenpotenziale und Mehraufwand 25  3.3.2  Ableitung und Zuordnung von Einsatzszenarien 27  3.4  Bewertung der Betriebsmittel 31  4  Definition der Systemarchitektur 33  4.1  Aufgaben eines RFID-Systems zur Betriebsmittelverfolgung 33  4.2  Technologieauswahl 36  4.2.1  Automatische Identifikationssysteme (AutoID) 36  4.2.2  Einsatz von RFID als Kennzeichnungstechnologie 39  4.2.3  Auswahl geeigneter Datenübertragungstechnologien 48  4.3  Analyse und Definition baulogistischer Prozesse 50  4.3.1  Definition eines exemplarischen Baulogistikprozesses 51  4.3.2  Integrationsmöglichkeiten von Erfassungspunkten 53  4.3.3  Anforderungen des Transportprozesses an ein RFID-System 54  5  Auswahl und Untersuchung von Datenträgern 56  5.1  Anforderungen an Kennzeichnungskonzepte 56  Inhaltsverzeichnis 5.2  Anforderungen und Grenzwerte der Transponder 57  5.3  Verwendete RFID-Hardware 58  5.4  Kennzeichnungskonzepte für die Prozessmittel 61  5.4.1  Bohrrohre 62  5.4.2  Metallische Rohrkörper 71  5.4.3  Schalungen 76  5.4.4  Maschinen und Geräte 85  5.4.5  Kleingeräte 86  5.4.6  Betonteile 90  5.5  Zuordnung von Datenträgern und Betriebsmitteln 95  6  Entwicklung geeigneter Identifikationspunkt-konzepte 99  6.1  Analyse und Bewertung gängiger Erfassungskonzepte 99  6.2  Mobiles Gate für den Baustelleneinsatz 102  6.2.1  Anforderungsdefinition 102  6.2.2  Zielstrukturierung 105  6.2.3  Lösungssuche 106  6.3  RFID-Theke 119  6.3.1  Zielstellung 119  6.3.2  Anforderungsdefinition 120  6.3.3  Konzeptentwicklung 125  7  Konzeption der Datenhaltungs- und Datenübertragungsschicht 132  7.1  Transponder als Datenspeicher 132  7.2  Definition der Datenhaltungsschicht 134  7.2.1  Datenhaltungsschicht für das mobile Gate 134  7.2.2  Datenhaltungsschicht für die RFID-Theke 136  7.3  Definition von Schnittstellen für die Datenübertragung 137  7.3.1  XML-Datei als hierarchisch strukturierte Datenschnittstelle 137  7.3.2  CSV-Datei als Datenschnittstelle 139  8  Umsetzung der Demonstratoren 141  8.1  Mobiles RFID-Gate 141  8.1.1  Auswahl der Komponenten 141  8.1.2  Energiebilanz 145  8.1.3  Autarkes Energieversorgungskonzept 147  8.1.4  Applikation zur Prozessdokumentation 151  II Inhaltsverzeichnis 8.1.5  Integration der Komponenten 154  8.2  RFID-Theke 157  8.2.1  Auswahl und Integration der Komponenten 157  8.2.2  Applikation zur Prozessdokumentation 158  9  Ergebnisse 162  9.1  Bewertung der Kennzeichnungskonzepte 162  9.2  Bewertung der Identifikationspunktkonzepte 166  9.3  Leitfaden für den Einsatz von RFID in der Bauindustrie 168  10  Fazit und Ausblick 171  10.1  Zusammenfassung 171  10.2  Ausblick 173  10.3  Weiterverwendung der Forschungsergebnisse 174  10.