smaRTI: AutoID-Technologien ermöglichen intelligenten Materialfluss

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Technical Showcase des Spitzenclusters EffizienzCluster LogistikRuhr

Die Forschung ist dem Bedarf nach Koordination der weltweiten Warenströme bislang mit komplizierten Algorithmen und Rechenkapazitäten begegnet. Doch das mathematische Optimum wird der dynamischen Realität kaum gerecht: Gefragt sind schnelle Entscheidungen, in Echtzeit. Für eine neue Qualität logistischer Dienstleistungen soll ein intelligenter Materialfluss sorgen: Objekte und Güter routen sich selbst durch das globale Logistiknetz, indem sie untereinander und mit den bestehenden Logistiksystemen kommunizieren und dezentral interagieren.

Projektziel

Das Verbundprojekt smaRTI des EffizienzCluster LogistikRuhr zielt auf die Entwicklung eines branchen- und Supply-Chain-übergreifenden Ansatzes für einen intelligenten Materialfluss ab. Nach dem Konzept des "Internet der Dinge" suchen sich die Objekte selbst ihren Weg durch das logistische Netzwerk. Mit Hilfe von AutoID-Technologien wie RFID (Radiofrequenzidentifikation), RTLS (Realtime locationing systems) und Barcodes werden selbststeuernde Prozesse möglich. Die notwendige Entwicklung einer neuen Generation intelligenter Ladungsträger, der wichtigsten Instanz im Warentransport, sowie standardisierter Softwarearchitekturen für AutoID-Technologien und IT-Dienste steht im Projektfokus.

Abbildung 1: Entwicklung intelligenter Ladungsträger für wandelbare Logistiksysteme - das smaRTI-Technology framework

Die transparenten Warenströme mit Informationen in Echtzeit sollen Prozesse beschleunigen und sicherer machen, Wartezeiten reduzieren sowie unnötige Kosten bzw. Verschwendung vermeiden. Material- und Informationsfluss werden synchronisiert und sorgen damit für höchste Flexibilität und hohe Freiheitsgrade für die Logistik.

Das Projekt arbeitet in drei unterschiedlichen Branchen an dem gemeinsamen Ansatz des intelligenten Ladungsträgers: in der Briefpost, in der Luftfracht und im Konsumgüterbereich.

Umsetzung im Bereich Konsumgüter

Im Bereich der Konsumgüter ist das Projekt bereits am weitesten fortgeschritten. Als maßgebender Ladungsträger wurde hier die Europalette identifiziert. Mit ihr haben die Kooperationspartner im Projekt eine komplette Architektur entlang einer Supply Chain aufgebaut und testen den intelligenten Materialfluss bzw. die automatische Prozesssteuerung derzeit in einem Pilotdurchlauf mit drei Partnern: dem Pooldienstleister Chep, dem Markenartikelhersteller Mars und dem Handelsunternehmen REWE.

Die Kette beginnt und endet beim Pool-Dienstleister Chep, der die Paletten produziert und zur Verfügung stellt. Im Prozess versendet Chep seine Paletten zum Konsumgüterproduzenten Mars. Im Werk Verden produziert Mars die Petcare-Produkte. Die Paletten werden mit dem Produkt Frolic beladen. Danach folgt die Lagerung im Zentrallager von Mars. Mars beliefert anschließend den Händler REWE. Mit der Rückführung der Ladungsträger aus den Märkten schließt sich der Kreislauf. Chep prüft die gesammelten Paletten dann in seinem Servicecenter.

Zur Veranschaulichung des smaRTI-Kreislaufs wurde eine Modellwelt entwickelt, ein Film-Clip dazu findet sich hier

Der intelligente Materialfluss basiert auf dem Zusammenspiel verschiedener Elemente:

• Die smaRTI-Palette verfügt über ein Etikett, das neben dem Barcode auch einen RFID-Transponder besitzt. Damit lässt sie sich individuell identifizieren und über die Funktechnologie auch lokalisieren. In der Umsetzung wurde stets auf die Verwendung und richtige Anwendung globaler Standards geachtet. Der Transponder ist ein auf 868 MHz funkender UHF-RFID-Tag. Auf seinem 96 Bit fassenden Speicher ist ein EPC (Electronic Product Code) gespeichert, der den so genannten GRAI (Global Returnable Asset Identifier) beinhaltet. Mit einem GRAI ist jedes Returnable Asset auf dieser Erde eindeutig identifizierbar. Die Nummer ist gleichzeitig in Klarschrift und als Barcode auf dem Label aufgebracht, um mehrere Identifikationssysteme zu unterstützen.
  
• Über eine Lokalisierungstechnologie werden die smaRTI-Ladungsträger über den gesamten Prozess im Distributionszentrum von REWE in Essen automatisch verfolgt. Die dort eingesetzte Technologie kommt vom Hersteller Mojix. Mojix kann passive UHF-RFID-Transponder identifizieren und lokalisieren. Durch die Trennung von Lese- und Empfangseinheit sind Reichweiten von über 100 Metern möglich. Die Erregerantennen werden vom Empfänger in Reihe angesteuert. Über die aus dem gesamten System ermittelten Parameter kann so eine Positionsbestimmung für einen Transponder errechnet werden. Gerade im Bereich der Lokalisierung passiver UHF-Transponder, wie sie auf der Europalette verwendet werden, ergeben sich neue Prozessszenarien, die im Rahmen des smaRTI-Piloten erprobt und verbessert werden.
  
• Sämtliche Schritte im Materialfluss werden erfasst und in eine zentrale Datenbank beim Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik in Dortmund überspielt. Die so genannten EPCIS-Events sind dabei über die gesamte Kette definiert und beinhalten alle benötigten logistischen Informationen. Die folgende Abbildung zeigt die IT-Architektur, die bei den Partnern umgesetzt wurde.

Abbildung 2: IT-Architektur für die intelligente Europalette im Konsumgüterbereich

Der Pilot beweist, dass die sehr detaillierte Warenflussverfolgung auf Ladungsträgerebene auch über mehrere Unternehmen wie in diesem Anwendungsfall Chep, Mars und REWE und sogar über mehrere Branchen hinweg funktioniert. Auf der Basis des intelligenten IT-Systems im Hintergrund finden die intelligenten Paletten den Weg durch das gesamte logistische Netzwerk. Im Zusammenspiel mit dem Ladungsträgermanagementsystem werden automatisch Transporte ausgelöst und die Bestände zugleich optimal verwaltet. Sobald z.B. eine definierte Palettenanzahl an der Entsorgungsrampe bei REWE bereitsteht, bestellt das Ladungsträgermanagementsystem automatisch den Transport. Dadurch müssen Transporte nicht mehr manuell gebucht oder Paletten einzeln gezählt werden.

Mit der automatischen Prozesssteuerung sind für Chep als Dienstleister, aber ebenso für Mars und REWE als Kunden und Nutzer wesentliche Vorteile verbunden. Durch die Transparenz im Bestandsmanagement mittels automatisierter Wareneingangs und -ausgangsprozesse können Überbestände reduziert und Out-of-Stock Situationen vermieden werden. Auch kann die Fehlverladungsquote deutlich reduziert werden, da das RFID-Lokalisierungssystem erkennt, ob eine Palette durch das richtige Tor auf den richtigen Lkw verladen wird. Der unternehmensübergreifende Ansatz erhöht die Informationsverfügbarkeit der beteiligten Partner. Im Gegensatz zu Individuallösungen einzelner Unternehmen wird im Projekt smaRTI das Ziel verfolgt, die Ladungsträgerinformationen standardisiert für alle Partner - in dem so genannten smaRTI-Cockpit, einer zentralen webbasierten Informationsplattform - bereitzustellen, um darauf aufbauend die optimale Prozesssteuerung zu realisieren.

Umsetzung in weiteren Bereichen

Neben der Europalette im Konsumgüterbereich werden im Verbundprojekt smaRTI zwei weitere Bereiche verfolgt:

• Der Bereich Briefpost entwickelt den intelligenten Briefbehälter, der mit einem neuartigen Dualfrequenz-Transponder ausgestattet ist. Angesichts der prozessualen Anforderungen entstand die Idee, einen HF-Transponder bei 13,56 MHz mit einem UHF-Transponder bei 868 MHz zu verknüpfen. Über die damit gegebene Luftschnittstelle soll ein bistabiles Display beschrieben werden, das jene Informationen anzeigt, die heute noch über Steckkarten an die Kiste gebracht werden.
  
• Der Bereich Luftfracht widmet sich der intelligenten Luftfrachtpalette. Die Ladungsträger aus Aluminium sollen in Zukunft eigenständig Informationen über sich verbreiten und mit Systemen rund um den Globus kommunizieren.

Ausblick

Das Verbundprojekt smaRTI wird im Leitthema Wandelbare Logistiksysteme des EffizienzClusters LogistikRuhr realisiert. Das Leitthema geht das Thema Effizienz von der technischen Seite an: Die Technik ist es, die neue Voraussetzungen dafür schafft bzw. neue Impulse dafür gibt, Prozesse anders zu organisieren. Dabei werden insbesondere die personalintensiven Umschlagspunkte in den Fokus genommen. Die Wandlungsfähigkeit von Logistiksystemen stellt neue, höhere Ansprüche an die Qualifikation der Mitarbeiter: Sie müssen für die Hightech-Aufgaben in der Logistik weiter qualifiziert werden.