Einsatz von RFID Systemen im Shutdown-Management komplexer Anlagen
Cathrin Plate, Helmut Roeben, Klaus Richter Logistische Systeme und Netze
Fraunhofer Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung Sandtorstr. 22
39106 Magdeburg cathrin.plate@iff.fraunhofer.de helmut.roeben@iff.fraunhofer.de
klaus.richter@iff.fraunhofer.de
Abstract: Der Beitrag beschreibt das Gesamtkonzept eines technischen Systems zur Unterstützung logistischer Prozesse während eines Shutdowns einer großtechnischen Anlage. Am Beispiel eines intelligenten Behälters (IFF – Smart Box) wird der Einsatz im Umfeld des Anlagenbaus erläutert. Der Nutzen für die Anwender wird am Ende des Beitrags dargestellt.
1 Ausgangssituation
Projekte zur Anlagenverlagerung, -umrüstung sowie der zyklischen Anlagenrevision (sogenannte Shutdowns) beinhalten ein hohes Risiko der Budget- und Laufzeitüberschreitung. Gegenwärtige Großprojekte weisen einen erhöhten koordinatorischen Aufwand durch mehr Schnittstellen mit mehr Projektbeteiligten aus (Trend zur Fremdvergabe / Outsourcing aus Kostengründen) und erfolgen unter starkem Qualitäts-, Zeit- und Kostendruck [Ze98]. Als Hauptursache von Störungen wird häufig eine unzureichende Materialversorgung auf der Baustelle angesehen, die bis zu 50% an Produktivitätsreduzierung verursachen kann [vgl. Ri04]. Die Mobilität der Ressourcen (Material, Gerät, Personal) in der Baustellenmontage steigert die Varietät der Demontage- und Montageprozesse in Raum und Zeit erheblich. In den letzten Jahren hat daher das Informations- und Dokumentenmanagement für eine gesicherte Informationsversorgung an Bedeutung gewonnen. Dabei werden als Informationsträger zunehmend RFID-Transponder eingesetzt. Die mittels RFID-Technologie gewonnenen Informationen werden genutzt, um die Auslastung der logistischen Objekte zu verbessern und um die operative Effizienz und die Sicherheit in der Lieferkette zu erhöhen. Im Folgenden werden die Aspekte des Shutdown-Managements bzw. der bearbeiteten Aufgaben weiter erläutert, die einen Bezug zur RFID-Technologie haben.
2 Systemkonzept
Ziel des hier vorgestellten Projektes war die Konzeption und pilothafte Implementierung von webbabsierten Services für das Monitoring und die Steuerung logistischer Objekte sowie von Prozessen vor Ort während der Montage- und Demontagephasen einer industriellen Großanlage unter Berücksichtigung der RFID-Technologie. Die Arbeiten fokussierten auf die Reduzierung unproduktiver Zeitanteile in logistischen Anlagenbauprozessen vor Ort, die nach heutigem Stand der Technik durch fehlende informationstechnische bzw. telematikbasierte Werkzeuge und Systeme für solche Prozesse entstehen. Die erzielten Ergebnisse und Produkte richten sich an die Zielgruppen Anlagenbetreiber, Generalunternehmer für Anlagenbauprojekte, Maschinen- und Anlagenbauer und deren Zulieferanten sowie Dienstleister im Anlagenbau. Die Abbildung 2.1 gibt einen Überblick über die zu überwachenden Prozesse und die beteiligten logistischen Objekte.
Das Gesamtsystem integriert dabei unterschiedliche Technologien der Gebiete RFID, Lokalisierung und Ortung, Telematik, Application Service Providing (ASP) sowie Virtual Reality (VR) und bietet Schnittstellen zu externen Informationssystemen1. Dabei werden auf der einen Seite Technologien weiter entwickelt (z.B. RFID-Tags für Metallumgebungen), auf der anderen Seite vorhandene Technologien innovativ zu neuen Produkten kombiniert (Smart Devices).
Planung von
Anlagenrevision / Shutdown
Beschaffung zu ersetzender Materialien / Techn. Objekte
Demontage zu ersetzender techn. Objekte
Aufarbeitung / Instandsetzung von techn. Objekten
Anlieferung neuer Materialien / Techn. Objekte
Einbau /Installation / Montage von techn. Objekten Prüfung / Inbetriebnahme von techn. Objekten
Entsorgung von Reststoffen / Materialien
Lagerung / Umlagerung von techn. Objekten Location Based Services –
Shutdown:
-Identifikation logistischer Objekte
(Fahrzeuge, Personen, Technische Objekte, …) -Steuerung von Abläufen / Logistischen Objekten -Protokollierung von Abläufen / Zuständen
logistischer Objekte -Überwachung / Alarme
Planung von
Anlagenrevision / Shutdown
Beschaffung zu ersetzender Materialien / Techn. Objekte
Demontage zu ersetzender techn. Objekte
Aufarbeitung / Instandsetzung von techn. Objekten
Anlieferung neuer Materialien / Techn. Objekte
Einbau /Installation / Montage von techn. Objekten Prüfung / Inbetriebnahme von techn. Objekten
Entsorgung von Reststoffen / Materialien
Lagerung / Umlagerung von techn. Objekten Location Based Services –
Shutdown:
-Identifikation logistischer Objekte
(Fahrzeuge, Personen, Technische Objekte, …) -Steuerung von Abläufen / Logistischen Objekten -Protokollierung von Abläufen / Zuständen
logistischer Objekte -Überwachung / Alarme
Abbildung 2.1: Location Based Services für ein Shutdown-Management
1 Das Vorhaben „Analyse und Konzeption webbasierter Services zur Unterstützung von Shutdown Prozessen“
wurde gefördert vom Ministerium für Wirtschaft und Arbeit des Landes Sachsen-Anhalt (Nov. 2003 – Nov.
2005).
Das Shutdown-Managementsystem gliedert sich in zwei Hauptbestandteile (Abbildung 2.2):
- Eine herstellerunabhängige Plattform für den operativen Betrieb in der Anlage während eines Shutdowns mit Grundfunktionen zur Generierung von Mehrwertdiensten (Leitstand).
- Technologische Schlüsselprodukte zur Identifikation und Ortung mobiler logistischer Objekte in der Anlage (RF-Smart Devices).
Oberfläche – Generierung von Mehrwertdiensten
Location Based Services - Leitstand Logistische
Objekte Stammdaten
Zustandsverwaltung Logistischer Objekte
• Zustände
• Alarme / Überwachung
Geografisches Informations- system
• Visualisierung Layout Anlage
• Routing / Navigation
• Ortung
Kommunikation
GPS, GSM / GPRS, W-LAN, Wi-LAN, Internet, Loran-C
RF- Container und Paletten
ERP
RFID –
Mobile Endgeräte RF – Identifikation und Ortung RF – Smart Devices
Fahrzeuge
Abbildung 2.2: Konzept Shutdown-Managementsystem
3 Applikationsbeispiel Smart Box
Zu den Produktentwicklungen mit Bezug auf das Forschungsthema gehört unter anderem die IFF-Smart Box. Die Smart Box ist eine Kombination von Technologien aus den Bereichen RFID, GSM, GPRS, GPS, Sicherheitstechnik und Satellitentechnik, ergänzt um intelligente Software sowohl in der Smart Box als auch auf der Serverseite. Mittels integrierter RFID-Antennen und eines Lesegerätes auf Basis des HF-Funks ist sie in der Lage, jede Objektzuladung und -entnahme zu erkennen und diese Information in einer Datenbank zu speichern.
Voraussetzung dafür ist die Ausstattung jedes Objektes (z.B. Werkzeuge, hochwertige Anlagenbauteile, Ersatzteiltauschteile) mit einem RFID-Transponder. Durch die so mögliche permanente Kommunikation zwischen dem Behälter und dem Objekt werden Inventurdifferenzen zeitnah erkannt. Die visuelle Überwachung des Inhalts der Smart Box erfolgt über ein außen angebrachtes Display oder parallel am zentralen Leitstand.
Ein Telematikmodul erlaubt die Übertragung der Daten von der Box zum Leitstand und ermöglicht gleichzeitig mit einem eingebauten GPS-Empfänger die Lokalisierung des Behälters. Der aktuelle Standort der IFF-Smart Box kann weiterhin im Internet mittels einer Landkartensoftware (GIS) oder telefonisch mit Hilfe einer vollautomatischen Sprachapplikation abgefragt werden. Durch die Integration der unterschiedlichen IuK- Technologien in ein System schafft die IFF-Smart Box die Voraussetzung für die Überwachung logistischer Objekte (z.B. Inventur, Zustand, Standort) in Shutdownumgebungen.
Abbildung 3.1: IFF – Smart Box
4 Nutzen für die Anwender
Der Nutzen von an eine Shutdownumgebung angepasster Systeme zur Identifikation, Ortung und Zustandserkennung lässt sich an verschiedenen Vorteilen festmachen. Dabei werden die Eigenschaften aller entwickelten Smart Device Komponenten betrachtet:
1. Reduzierung der Such-, Warte- und Rüstzeiten für das Personal durch RF- basierte Lokalisierung/Identifikation von Bauteilen/Geräten auf der Baustelle.
2. Chaotische Lagerplatzzuordnung mit den damit verbundenen Vorteilen der Platzersparnis oder der Bildung von Bauteilgruppen, die korrespondierend zum Bauprozess auf der Baustelle vorkommissioniert werden.
3. Reduzierung der Zeiten für den Wareneingang zwischen Ausrüstungslieferanten und Montageunternehmen im Sinne „Gesicherter Warenübergänge“.
4. Möglichkeit der Bildung von Produktivitätskennziffern für die Anlagenbaufortschrittskontrolle (Wer hat Wann und Wo Was geliefert / umgelagert / montiert).
5. Verbessertes Bestands- und Supply-Chain-Management mit minimierbaren Sicherheitsbeständen aufgrund einer permanenten, zeitnahen Inventur für Montageunternehmen und für Bauteile-/Gerätezulieferer.
6. Verringerung der Kapitalbindung z.B. bei teuren Montagewerkzeugen durch die Möglichkeit eines verbesserten Werkzeugmanagements vor Ort und einer baustellenübergreifenden Gerätelokalisierung, -zustandsüberwachung und – disposition.
Wesentliche technische Faktoren, die derzeit noch die Verbreitung und Nutzung von kombinierten RFID- und Telematik-Systemen hemmen, werden in nächster Zukunft überwunden sein. Hierzu zählen die geringen Leseraten und Reichweiten, Probleme bei der Pulk-Erfassung und die Erkennung auf unterschiedlichen Frequenzbändern. Die größte Skepsis einer Befragung des BSI (Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik) zeigt sich in der Annahme, dass die bestehenden Probleme bei der Erkennung von Transpondern in der Nähe von Metall bzw. Flüssigkeiten in einzelnen Frequenzbereichen bis zum Jahr 2010 nicht gelöst sein werden [BS04]. Die derzeitigen Entwicklungen der Technologieanbieter lassen allerdings hoffen, dass die existierenden Bedarfe der Anwender in der Industrie schneller befriedigt werden können.
Zukünftige Arbeiten mit Bezug zu dem hier vorgestellten Vorhaben werden sich darauf konzentrieren Aussagen zur Wirtschaftlichkeit der Anwendungsszenarien für die einzelnen Zielgruppen bereit zu stellen. Hierzu werden durchgeführte Tests mit Anwendern ausgewertet. Weiterhin sollen mit Blick auf die einzelnen Zielgruppen differenzierte Mehrwertdienste auf Basis gleicher Daten entwickelt werden, z.B.
Arbeitszeiterfassung auf der Ebene Dienstleister und zugleich Auftragsfortschritt auf der Ebene Auftraggeber.
Literaturverzeichnis
[BS04] Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik: Risiken und Chancen des Einsatzes von RFID-Systemen, 2004; S. 46-53.
[Ri04] Jose Luis Perdomo-Rivera: A Framework for a Decision Support Model for Supply Chain Management in the Construction Industry – Blacksburg, Virginia, 2004.
[Ze98] Zeugträger, Karsten: Anlaufmanagement für Großanlagen – VDI Verlag, 1998, S. 20ff.
