IoT-gestützte Lagerverwaltung und Bestandsmanagement: Produktion 4.0

Boris Shiklo

Boris Shiklo

Boris Shiklo, CTO bei ScienceSoft, ist verantwortlich für eine langfristige technologische Vision und die Entwicklung von Innovationsstrategien im Unternehmen. Unter seiner Leitung hat das Entwicklungsteam des Unternehmens erfolgreich komplexe Projekte mit über 80.000 Personenstunden in den Branchen wie Gesundheitswesen, Banken & Finanzen, Einzelhandel, Telekommunikation, öffentlicher Sektor und anderen Bereichen abgeschlossen. Boris Shiklo hat solide Hintergrundkenntnisse in IT-Beratung, Softwareentwicklung, Projektmanagement und strategischer Planung.

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Den neuen Forschungen zufolge verwenden nur 33% der Hersteller eine Software für die Lagerverwaltung, während bei 67% der Befragten die Abläufe immer noch auf Excel-Tabellen oder Stift und Papier basieren. Sie verlieren durchschnittlich 18 Stunden pro Monat, indem sie papierbasierte Formulare ausfüllen und manuell die Daten in die Tabellen eingeben. Das ist nicht nur zeitaufwendig und teuer, sondern auch fehleranfällig - Marketwatch schätzt, dass 88% der Tabellen Fehler enthalten.

Aber es gibt eine gute Nachricht: mithilfe von IIoT und RFID können die Hersteller die oben beschriebenen Probleme bewältigen und durch die in Echtzeit erfassten Daten wertvolle Erkenntnisse über Ihre Lagerabläufe erhalten. In diesem Blogbeitrag teilen wir unsere Erfahrung in der IoT-Entwicklung und helfen die Top-Punkte zu ermitteln, die Hersteller benötigen, um IIoT und RFID für die Lagerverwaltung effektiv einzusetzen.

IoT-gestützte Lagerverwaltung

Die intelligente Lagerverwaltung: was steckt dahinter?

Die intelligente Lagerverwaltung - was steckt eigentlich hinter diesem Begriff? Eine Lösung zur Lagerverwaltung basiert auf dem Industriellen Internet der Dinge (IIoT) und RFID-Technologien. Die RFID-Technologie eröffnet eine Möglichkeit, Lagerbestände automatisch zu verfolgen. Dabei ist die Automatisierung über den gesamten Lebenszyklus von Gegenständen hinweg möglich. Jeder einzelne Lagerartikel erhält ein RFID-Tag (oder einen RFID-Transponder). Dieser Transponder enthält eine eindeutige Identifikationsnummer (ID) - codierte digitale Informationen über den Lagerartikel wie z. B sein Modell, Chargennummer, Verfallsdatum usw. RFID-Tags werden von RFID-Lesegeräten gescannt. Beim Scannen identifiziert ein Lesergerät die IDs von Tags und überträgt sie zur Verarbeitung in die Cloud.

Zusammen mit den IDs der Tags erhält die Cloud die Daten über den Standort des Lesergerätes und den Zeitpunkt des Lesens. Basierend auf diesen Daten bestimmt die Cloud den Standort des Lagerartikels mit der entsprechenden ID in Echtzeit, visualisiert die Ergebnisse und zeigt den Anwendern alle Aktualisierungen über die Bewegungen von Lagerbeständen an. Die Lösungsanwender können den Lagerbestand mit einem Smartphone oder einem Laptop effizient verfolgen und überwachen.

Jetzt gehen wir tiefer auf Technologien ein, die eine intelligente Lagerverwaltung ermöglichen.

RFID

RFID-Technologie ist zur Schlüsseltechnologie erklärt, die eine Grundlage für die Entwicklung der 4. technologischen Revolution – Industrie 4.0 – legt. Ein typisches RFID-System besteht aus drei Hauptkomponenten: RFID-Tags, RFID-Antennen und RFID-Lesegeräten.

RFID-System

RFID-Tags

Ein RFID-Tag (oder ein RFID-Transponder) ist ein Mikrochip, der eine ID hat, die Informationen über ein bestimmtes Objekt enthält. Die Anbringung der RFID-Tags ist an unterschiedlichen physikalischen Oberflächen möglich: Rohstoffen, Fertigwaren, Verpackungen, Kisten, Holzpaletten usw. Im industriellen Umfeld werden hauptsächlich passive Tags eingesetzt: sie haben keine eigene Batterie zur Stromversorgung, was die Lebensdauer von RFID-Transpondern erhöht. Solche Tags sind wesentlich kleiner und billiger als aktive Tags, erfordern jedoch, dass das Funksignal vom Lesegerät zum Tag über die RFID-Antenne übertragen wird, um gespeicherte Daten auslesen zu können.

RFID-Antennen

Mittels einer RFID-Antenne werden Funksignale vom FRID-Lesegerät zum RFID-Transponder und umgekehrt übertragen. Eine Antenne kann im Lesegerät eingebaut sein oder als eigenständiger Bestandteil eines RFID-Systems fungieren.

RFID-Lesegerät

Ein RFID-Lesegerät, das entweder stationär oder tragbar sein kann, erzeugt ein elektromagnetisches Wechselfeld, dem das RFID-Tag ausgesetzt wird, um im internen Speicher von RFID-Transpondern Identifikationsnummern abzurufen. Das Lesegerät enthält eine Software, die mit der Cloud verbunden ist. Diese Software dient dazu, den gesamten Prozess der Identifizierung und Lokalisierung zu steuern. Das RFID-Lesegerät kann entfernt gleichzeitig auf mehreren RFID-Tags befindliche Daten identifizieren und erfassen (Pulkerfassung). Es ruft IDs ab und überträgt sie zusammen mit den Daten über seinen Standort und den Zeitpunkt der Abrufung in die Cloud, damit die Daten weiter verarbeitet werden.

IIoT

Welche  Rolle spielt IIoT in der Lagerverwaltung?  Es geht vor allem darum, die von RFID-Lesegeräten abgerufenen Daten in aussagekräftige Erkenntnisse über den Standort, den Status, die Bewegungen usw. von Lagerartikeln umzuwandeln und den Anwendern entsprechende Ergebnisse weiterzugeben. Basierend auf den zuverlässigen Daten über die Menge und den Standort von Lagerbeständen kann beispielsweise maschinelles Lernen - eine Komponente der IoT-Architektur – die für den bevorstehenden Produktionszyklus benötigten Rohstoffmengen vorhersagen.

Die zur Verfügung gestellten Informationen können in verschiedenen Formen dargestellt sein. Auch in Form einer Warnmeldung, die an einen Anwender gesendet wird, wenn ein einzelner Lagerartikel verloren geht, wenn die Notwendigkeit entsteht, die Vorräte an Rohstoffen aufzufüllen, usw.

Darüber hinaus kann die digitale Lagerverwaltung, die auf IIoT basiert, mit anderen Systemen, z. B. ERP, integriert werden. Das ermöglicht einen Datenaustausch zwischen anderen Abteilungen des Unternehmens. Da beispielsweise der Lagerwert ein wesentlicher Teil des Vermögens im Unternehmen ist, sind Lagerbestandsdaten für eine Buchhaltungsabteilung von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass die Jahresberichte und Steuererklärungen des Unternehmens genau sind.

Welche Vorteile bringt ein IoT-basierter Ansatz?

Durch die Datenerfassung mittels RFID-Lesegeräte und die Datenumwandlung in wertvolle Erkenntnisse in Echtzeit bildet die intelligente Lagerverwaltung eine solide Grundlage sowohl für Prozess- als auch für Geschäftsverbesserungen und stellt ein wesentlicher Baustein einer intelligenten Fabrik („Smart Factory“) dar. Mit IoT-gestützter Lagerverwaltung in Fertigungsunternehmen lassen sich folgende wesentliche Vorteile zusammenfassen:

  • Automatisierung von Prozessen bei der Lagerverwaltung

Mit RFID und IIoT müssen Lagerverwalter keine Zeit für manuelle Erfassung von Informationen, Bestandverfolgung und Berichterstellung verschwenden. Jeder Lagerartikel wird automatisch verfolgt, und die Daten darüber werden in einem Big Data Warehouse gespeichert. Die automatische Verfolgung von Lagerbeständen und Berichterstellung sparen bis zu 18 Stunden Arbeitszeit pro Monat und reduzieren die Wahrscheinlichkeit menschlicher Fehler.

  • Bestandstransparenz

Eine IoT-basierte Lösung zur Lagerverwaltung gibt den Herstellern einen genauen Einblick in den Fluss von Rohstoffen und Komponenten, unfertigen und fertigen Erzeugnissen. Mithilfe von in Echtzeit erfassten Daten werden aktualisierte Informationen über Status, Standort und Bewegung von Lagerbeständen bereitgestellt, was eine schnelle Reaktion auf irgendwelche Veränderungen ermöglicht.

  • Identifizierung von Engpässen in den operativen Abläufen

Mit den Echtzeitdaten über den Standort und die Menge der Lagerartikel können Hersteller Engpässe in Produktionsprozessen erkennen und Maschinen mit geringer Auslastung lokalisieren. Das trägt dazu bei, Materialengpässe zu vermeiden und termingerecht zu liefern, ohne Überbestände aufzubauen.

  • Bestandsoptimierung

Je besser sich die Lagerverwalter im Lager orientieren, desto wahrscheinlicher ist es, dass sie die richtigen Artikel jederzeit in den richtigen Regalen finden können. Die kontinuierliche Bestandsoptimierung und Bestandskontrolle führen einerseits zur Senkung von Lagerbeständen und andererseits helfen Kundenerwartungen zu erfüllen und damit die Zufriedenheit von Endkunden zu erhöhen.

  • Optimierung der Durchlaufzeiten

IoT-Technologien tragen dazu bei, Daten über die Menge verfügbarer Lagerbestände bereitzustellen und durch Maschinelles Lernen Nachfrageprognosen zu verbessern. Dadurch können die Hersteller Durchlaufzeiten reduzieren. Hier ein Beispiel: eine RFID-gesteuerte Lagerverwaltung ermöglichte es Zara, den Produktionszyklus von einem Kleidungsstück vom Design über den Fertigungsprozess bis zur intelligenten Lagerhalle auf 10 Tage zu reduzieren.

Wie funktioniert es in der Praxis?

Um zu verstehen, wie die Lagerverwaltung in der verteilten Produktion auf Basis von IIoT und RFID funktioniert, betrachten wir dazu ein Beispiel.

Nehmen wir an, dass ein Unternehmen neben anderen pharmazeutischen Geräten,  Einzelstation Tablettenpressen (die einfachste Tablettenpresse, um Pulver zu Tabletten zu komprimieren) produziert. Das Unternehmen verfügt über zwei geographisch verteilte Fabriken: die eine produziert Grundkomponenten von Tablettenpressen und die andere baut einzelne Komponenten zusammen.

Zu Beginn des Produktionszyklus werden an die Komponenten, z. B. Unterstempel, passive RFID-Tags angebracht. Jedem Tag wird eine eindeutige Identifikationsnummer zugewiesen, die Informationen über jeden einzelnen Teil enthält. Die Liste von allen zugewiesenen Identifikationsnummern wird in einem Big Data Warehouse gespeichert.

Während des Fertigungsprozesses bewegen sich Komponenten mit RFID-Tags (in unserem Fall sind das Unterstempel) von Station zu Station und von Geschäft zu Geschäft. Und die RFID-Lesegeräte scannen die Tags und übertragen die IDs, den Zeitpunkt des Lesens und die Daten über den Standort von diesen Lesegeräten in die Cloud.

RFID-System

Die Cloud analysiert die eingehenden Daten und identifiziert den Standort und den Status von Unterstempeln. Wenn einer davon fehlt, lokalisiert die Cloud die fehlende Komponente, sendet eine Warnmeldung an den Lösungsanwender und setzt den Status der Komponente in der Lösung auf „fehlend“. Sobald der Standort der Komponente identifiziert ist, wird ihr Status auf „in Produktion“ zurückgesetzt.

Nachdem der Produktionszyklus von Unterstempeln abgeschlossen ist, werden sie in die andere Fabrik transportiert, wo aus einzelnen Komponenten fertige Tablettenpressen zusammengebaut werden.

Zu diesem Zweck werden Unterstempel in Pakete und Kisten verpackt, auf Paletten gestellt und in Fahrzeugen platziert. Die Fahrzeuge werden vor ihrer Abfahrt mit einem RFID-Handlesegerät gescannt. Die Mitarbeiter der anderen Filiale werden sehen, wann die Komponenten (auch Unterstempel mit RFID-Tags) den Produktionsstandort verlassen haben. Sobald die Teile in die Schwestergesellschaft angekommen sind, werden die Fahrzeuge noch einmal mit Handlesegeräten gescannt, um sicherzustellen, dass keine Komponenten verloren gegangen sind.

Nachdem die Einzelstation Tablettenpresse zusammengebaut ist, erhält jede Presse ein anderes RFID-Tag (die Tags von den Unterstempeln können entweder behalten oder entfernt werden, abhängig von der Kosteneffizienz der erforderlichen Operationen). Während die fertigen Tablettenpressen von Abteilung zu Abteilung transportiert werden (zum Beispiel sie werden nach dem Zusammenbau der Qualitätskontrolle unterzogen), scannen die in den Türöffnungen installierten Lesegeräte die an den Tablettenpressen angebrachten Tags, um die Daten in die Cloud weiterzuleiten und den genauen Standort von den Pressen zu bestimmen. Damit werden die Einzelstation Tablettenpressen durch den gesamten Produktionsprozess bis zur Lagerhalle verfolgt.

In der Lagerhalle scannt das Lesegerät die Tags und falls die Cloud einen fehlenden Lagerartikel erkennt, sendet sie eine Warnmeldung an den zuständigen Bediener. Wenn die IoT-gesteuerte Lösung zur Lagerverwaltung keine fehlenden Artikel meldet, werden die Paletten mit Gabelstaplern beladen und entladen.

Als Ergebnis verfolgen die Hersteller den Lagerbestand jederzeit vom Standort, wo einzelne Komponenten produziert werden, bis zur Lagerhalle, wo fertige Produkte aufbewahrt werden. Und davon wird das Produkt solange verfolgt, bis es zu Endkunden gelangt.

Gibt es Herausforderungen und Einschränkungen?

Wie unsere Erfahrung in der IoT-Entwicklung beweist, kann die Einführung von RFID-Technologien durch folgende Faktoren behindert werden:

  • Da RFID-Tags an den einzelnen unfertigen Komponenten angebracht werden können, müssen die Hersteller sicherstellen, dass die Tags den Produktionsprozess nicht beeinflussen.
  • Obwohl RFID-Lesegeräte durch die meisten nichtmetallischen Materialien hindurch scannen können, entstehen dennoch manchmal Probleme beim Scannen von Flüssigkeiten und Metall. Wenn Sie versuchen, durch einen Wassertank oder ein Metallblech zu scannen, können die RFID-Lesungen ungenau sein.
  • Die Preise für RFID-Tags liegen zwischen 5 Cent und 10 Dollar pro Stück. Der Preis von RFID-Lesegeräten kann von 3.000 bis zu 20.000 US-Dollar pro Stück betragen (einschließlich Installation und Konfiguration). Daher sollten die Kosten der Produkte hoch genug sein, damit sich der Einsatz von RFID-Tags und -Lesegeräten auszahlt.

Schlussfolgerung

Die IoT-gestützte Lagerverwaltung und Artikelverfolgung bieten eine ständige Transparenz von Lagerbeständen durch die Bereitstellung von Echtzeitinformationen, die von RFID-Tags abgerufen werden. Das hilft, den genauen Standort von Rohstoffen, unfertigen und fertigen Erzeugnissen zu verfolgen. Dadurch können die Hersteller die Menge an vorhandenen Lagerbeständen abgleichen, die Maschinenauslastung erhöhen, die Durchlaufzeit reduzieren und somit versteckte Kosten vermeiden, die mit den weniger effektiven manuellen Methoden verknüpft sind.           

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