SIEMENS

Die Idee ist so einfach wie genial. Ein Lesegerät („Reader“) erzeugt ein hochfrequentes elektromagnetisches Feld. Wird ein Transponder („Tag“) in die Nähe des Readers gebracht, sorgt der spezielle Aufbau des Tags für eine Veränderung des Feldes und übermittelt damit eine spezifische Information über sich selbst. Dieses Prinzip ist die Grundlage der „Radio-Frequency Identification“, kurz RFID – die Identifizierung von Gegenständen durch elektromagnetische Wellen.

Heute sind solche Tags mitunter klein wie Reiskörner und aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken. Sie finden sich heute im Supermarkt, in der Marken-Jeans, im deutschen Personalausweis oder sogar in Milchkühen – implantiert unter die Haut und voller Informationen über die beste Ernährung jedes einzelnen Tiers. Auch bei Menschen werden schon RFID-Tags eingepflanzt – etwa in den USA, um in der Notaufnahme schnell lebenswichtige Patientendaten abrufen zu können.

„Trotzdem haben wir vor allem in der Produktion noch längst nicht das ganze Potenzial der RFID-Technologie ausgeschöpft“, sagt Dr. Raffaello Lepratti von Siemens Industry Automation in Nürnberg. „Unser aktuelles RAN-Projekt geht deutlich über die reine Produktidenti- fikation hinaus: Wir entwickeln eine unternehmensübergreifende, RFID-basierte Materialflusssteuerung für die Automobilbranche, die zum ersten Mal RFID als branchenweiten Standard einführen soll.“

RAN steht dabei für RFID-based Automotive Network und wird vom Bundeswirtschaftsministerium mit über 20 Millionen Euro gefördert. „Das Projekt umfasst ein Konsortium aus 18 Partnern. Dazu zählen die Autohersteller Daimler, BMW und Opel, Zulieferer wie Bosch und Rehau, Logistikunternehmen wie BLG und DHL, Softwareunternehmen wie IBM und SAP, sowie Forschungseinrichtungen wie das Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften der TU München“, sagt RAN-Projektleiter Lepratti. „Siemens ist im Konsortium neben der Produktionsplanung und -steuerung auch für die RFID-Infrastruktur verantwortlich und entwickelt hierfür Spezifikationen für die Tags und Reader sowie die zur Steuerung nötigen Software-Agenten.“ Software-Agenten sind Software-Module, die eigenständig arbeiten und auch untereinander kommunikationsfähig sind.

Sensible Lieferketten. Die Autobranche hat sich in den vergangenen Jahrzehnten massiv gewandelt. Immer komplexere Fahrzeuge in immer mehr unterschiedlichen Varianten führten fast zwangsläufig dazu, dass die Autobauer große Teile der Wertschöpfung an Zulieferer abgaben, die wiederum selbst von eigenen Zulieferern versorgt werden. Heute betreibt jede Automobilgruppe eine hochkomplexe Wertschöpfungskette mit typischerweise um die 50.000 Kettengliedern aus Zulieferern und Sub-Zulieferern, bei der sich jede kleine Störung im Ablauf direkt auf die Endmontage des Produkts auswirken kann. „In besonders schlimmen Fällen steht die gesamte Produktion still, nur weil der Lkw eines Zulieferers mit einem Teil, das keine hundert Euro kostet, im Stau steht“, sagt Steffen Lamparter von Siemens Corporate Technology in München. „Dann werden solche Teile schon mal per Taxi oder Hubschrauber von A nach B transportiert.“

Im RAN-Konsortium sind neben den Autobauern selbst, den OEM (Original Equipment Manufacturer), auch Zulieferer ersten und zweiten Ranges (sogenannte Tier-1 und Tier-2) vertreten. „Im einfachsten Szenario beliefert ein Tier-2-Zulieferer einen Tier-1-Zulieferer zum Beispiel mit Teilen für Autositze. Der Tier-1-Zulieferer baut den Sitz zusammen und liefert ihn an den Autohersteller, wo die Endmontage des Fahrzeugs stattfindet“, erklärt Lamparter.

Solche Lieferketten sind bis ins Detail geplant und zeitlich aufeinander abgestimmt: Produkte der Zulieferer werden zum Teil „just in time“ geliefert, also genau dann, wenn sie auch eingebaut werden sollen – dies hält die Lagerhaltung und damit die Kosten gering. „Gibt es allerdings beim Transport von Teilen unterwegs Probleme, erfährt das nächste Glied in der Kette oft erst am eigenen Eingangstor von der Störung. Eine sofortige Umplanung der eigenen Produktion ist dann kaum noch möglich“, sagt Lamparter.

RAN soll nun das Kommunikationsdefizit zwischen den Parteien in einem einzigartigen Ansatz beheben: Durch den Aufbau einer RFID-basierten Informationsinfrastruktur können die Produktionslinien aller beteiligten Kettenglieder in Echtzeit aufeinander abgestimmt und Störungen frühzeitig erkannt werden. „Dank RAN kann der Autobauer über seine Grenzen hinaussehen“, erklärt Lamparter. „Er kann Störungsereignisse seiner Zulieferer frühzeitig analysieren und die nötigen Schritte zur Kompensation einleiten.“

Dieses Kunststück gelingt durch den Einsatz von Software-Agenten: Sie machen es möglich, dass einzelne Produktionslinien über die Unternehmensgrenzen hinaus miteinander sprechen und sich automatisch abstimmen. Ein Software-Agent agiert dabei wie ein virtueller Roboter nach dem Prinzip „Erhalten, Denken und Handeln“ („Receive, Think and Act“). Er erhält Daten, verarbeitet sie und gibt neue Informationen an ein ausführendes System weiter.

„Die RFID-Infrastruktur mit Tags, Readern und Agenten steht jetzt. Um unseren Partnern die Funktionsweise zu demonstrieren, haben wir eine Prototyp-Anlage aufgebaut, die aus einer einfachen Lieferkette mit Tier-2-Zulieferer, Tier-1-Zulieferer und dem Hersteller besteht“, sagt Lamparter. Die Rolle von Zulieferern und Sub-Zulieferern spielen dabei zwei Test-Anlagen SmartAutomation der Vorfeldentwicklung des Siemens Sektors Industry in Karlsruhe und Nürnberg, die des OEM eine Anlage der Technischen Universität München in Garching. Der Einfachheit halber werden in den Anlagen keine echten Autoteile produziert, sondern Flaschen, die symbolisch für die Teile eines Getriebes stehen. „Karlsruhe produziert und verpackt Glasflaschen. Diese werden virtuell – mit einer im Computer simulierten Lkw-Fahrt – nach Nürnberg transportiert und dort mit Feststoffteilen verschiedener Form und Farbe befüllt. Jede Flaschenfüllung repräsentiert dabei eine bestimmte Materialposition eines Getriebes“, erklärt Lamparter. Schließlich werden die gefüllten Flaschen virtuell nach Garching transportiert, dort durch die echten Getriebeteile ersetzt und endmontiert.

Software-Agent am Tor. Am Beispiel des Tier-1-Zulieferers Nürnberg wird deutlich, wie RAN funktioniert. Alle Ladungsträger, in diesem Fall Paletten mit leeren Flaschen, sind mit RFID-Tags ausgestattet, die eine einzigartige Codenummer tragen. An einem „Eingangstor“ werden die Teile gescannt, das gleiche geschieht mit Handscannern während der Produktion, also der Befüllung der Flaschen, sowie an einem Ausgangstor. Software-Agenten an den Toren und Scannern nehmen den Identifikationscode auf und geben die Information an eine zentrale Datensammelstelle – den Infobroker – weiter. Dabei wird der Identifikationscode mit Informationen ergänzt, wann sich das Teil wo befunden hat. Zusammenfasst bilden diese Informationen ein sogenanntes RFID-Event.

„Der große Vorteil von RFID-Tags im Vergleich zu herkömmlichen Barcodes wird deutlich, wenn man sich vor Augen führt, dass ein Barcode-Scanner direkten, optischen Kontakt zum Code braucht“, erklärt Lamparter. „Mit RFID können wir ganze Paletten auf einen Schlag noch auf dem Gabelstapler scannen, ohne die Paletten entpacken zu müssen. Außerdem kann ein RFID-Tag mit vielen zusätzlichen Informationen ‚aufgeladen’ werden, während ein Barcode nur eine Seriennummer beinhaltet.“

Die im Infobroker gesammelten RFID-Events werden von einem übergeordnetem Agenten, dem Produktions-Assistenz-System (PAS), abgerufen: Dieser überprüft die Events und vergleicht das Soll mit dem realen Status. Ist die Lieferung im Plan? Hat sie Verspätung? Wenn es Abweichungen gibt, entscheidet der Agent, ob das Problem kritisch ist, oder ob es zum Beispiel durch Teile aus dem Vorrat im nächsten Kettenglied kompensiert werden kann. Geht das nicht, berechnet der Agent neue Produktionsbefehle, die den Schaden möglichst gering halten – zum Beispiel können andere Aufträge ohne fehlende Teile vorgezogen werden. Die neu berechneten Produktionsbefehle werden dann vom übergeordneten Agenten an das lokale Produktionskontrollsystem übermittelt – in Nürnberg wird hierfür SIMATIC IT von Siemens verwendet.

Dieses System verarbeitet die neuen Befehle und gibt sie an die einzelnen Produktionswerkstätten weiter. „Eine Kernkomponente der vernetzten Lieferkette ist also der übergeordnete PAS-Agent. Er ist die intelligente Schaltstelle zwischen Infobroker und SIMATIC IT, zwischen Ableser und Ausführer“, sagt Lamparter. Weil bei RAN nun RFID-Events aller beteiligten Zulieferer in einem zentralen Infobroker landen, kann das Produktions-Assistenz-System des Autobauers erstmals die Grenzen des eigenen Standorts überwinden, ist frühzeitig über Verzögerungen beim Zulieferer informiert und kann die eigenen Produktionsbefehle entsprechend umplanen. Das Ganze funktioniert selbst bei der heute weltweiten Logistik: ob im Schiff, als Lkw-Ladung oder an Bord von Flugzeugen, mit Hilfe von RFID-Scans an Umschlagplätzen oder durch GPS-basierte Güterverfolgung kann auch die globale Wertschöpfungskette lückenlos erfasst werden – in einer Art Internet der Dinge, vernetzt dank unsichtbarer Roboter aus Bits und Bytes: den Software-Agenten.

„Das RAN-Projekt läuft Ende 2012 aus. Danach muss sich RAN im regulären Betrieb beweisen“, sagt Steffen Lamparter. Geplant sind Langzeitversuche mit den beteiligten Automobilbauern. „Wenn sich das System bewährt, könnte RFID-basiertes Logistikkettenmanagement zum ersten Mal zum Standard einer ganzen Branche werden.“ Und auch über die Autoindustrie hinaus ist das Potenzial von RAN enorm. „Theoretisch kann unser System in jeder Produktionssparte eingesetzt werden, auch in der Pharma- oder Lebensmittelbranche. Es muss sich eben nur irgendwo ein RFID-Tag anbringen lassen.“