Die Anwendungsgebiete von RFID-Etiketten

Was ist die RFID-Technologie?

Radio Frequency Identification (RFID) ist ein Verfahren zur automatischen Identifikation von Objekten, kurz „Auto-ID“. Im Grundsatz beruht es darauf, dass Daten zwischen einem RFID-Reader und einem oder mehreren Transpondern (auch RFID-Etiketten genannt) übertragen werden. Die RFID-Etiketten sind an Objekten angebracht und enthalten Daten, die vom Reader über Radiowellen ausgelesen werden können, ohne dass direkter Sichtkontakt nötig ist.

RFID kann als Weiterentwicklung der Barcode-Technik angesehen werden, jedoch mit einer höheren Datenspeicherkapazität und der Möglichkeit zur Umprogrammierung.

Was sind RFID-Etiketten?

RFID-Etiketten bestehen in der Regel aus einem RFID-Chip und einer Antenne, die auf ein Trägermaterial aus Papier aufgebracht sind. Sie können kostengünstig mit Standard-Druckverfahren und einem RFID-Etikettendrucker bedruckt und mit Informationen versehen werden.

Neben Papiertags gibt es RFID-Etiketten auch in anderen Formen, beispielsweise als robuste Plastik- oder Metalltags. Unabhängig vom Material – ob Papier, Metall oder Kunststoff – funktionieren RFID-Etiketten gleich: RFID-Etiketten senden entweder aktiv elektromagnetische Signale aus, oder werden passiv durch ein Lesegerät zur Abgabe von elektromagnetischen Wellen angeregt.

Passive RFID-Etiketten

Diese RFID-Etiketten, haben keine eigene Energiequelle. Sie ziehen ihre Energie aus dem elektromagnetischen Feld, das von Schreib- und Lesegeräten erzeugt wird – eine Methode, die als induktive Kopplung bekannt ist. Sie sind die kostengünstigste Variante der RFID-Etiketten und werden häufig in Anwendungen eingesetzt, bei denen es nicht notwendig ist, große Datenmengen zu speichern oder eine weite Lesereichweite zu erzielen. Passive RFID-Etiketten eignen sich besonders für Massenanwendungen wie das Tracking von Einzelhandelswaren. Sie verfügen über sogenannte nichtflüchtige Speicher (z. B. EEPROM3; Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory oder FRAM). Deren Lebensdauer ist durch die Anzahl der Löschvorgänge begrenzt.

Aktive RFID-Etiketten

Diese RFID-Etiketten führen Batterien mit und können ihre Dateninformationen daher selbstständig an einen Empfänger übertragen. Mit der Energie aus der Stützbatterie können die Daten in flüchtigen RAM-Speichern aufbewahrt werden, allerdings ist die Lebensdauer eines Datenträgers mit RAM-Bausteinen direkt von der Lebensdauer der Batterie abhängig. Aktive Tags sind ideal für Anwendungen, die Tracking über lange Distanzen oder durch Materialien hindurch erfordern, wie z.B. bei der Containerverfolgung in Häfen. Die Energiequelle unterstützt größere Speicherkapazitäten, allerdings sind aktive batteriebetriebene RFID-Etiketten in der Regel empfindlicher gegenüber hohen Temperaturen.

Ein Sonderfall unter den RFID-Etiketten sind sogenannte semiaktive bzw. semipassive RFID-Etiketten, bei denen die Batterie lediglich zur Datenspeicherung benötigt wird. Die Energiequelle dient lediglich dazu, den internen Chip zu betreiben, nicht zum Senden des Signals. Semipassive RFID-Etiketten sind zuverlässiger und und haben eine verbesserte Leistung im Vergleich zu passiven Tags, ohne die Nachteile aktiver RFID-Etiketten – zu denen höhere Kosten und Größenbeschränkungen gehören – vollständig zu übernehmen. Die für die Nachrichtenübertragung benötigte Energie erhalten semipassive RFID-Etiketten aus dem elektromagnetischen Feld der Leseeinheit. Sie verhalten sich also wie passive RFID-Etiketten. Das heißt, der Schwingkreis im Datenträger wird über die Sendeantenne der Leseeinheit angeregt und schwingt in einer nur für diesen Datenträger charakteristischen Weise. Das Zeit- und Frequenzverhalten des Schwingkreises wird dann von der Leseeinheit gemessen und interpretiert.

RFID-Systeme operieren in verschiedenen Frequenzbereichen, darunter LF (Low Frequency), HF (High Frequency), UHF (Ultra High Frequency) und Mikrowellenfrequenzen, die jeweils für unterschiedliche Anwendungen optimiert sind.  RFID ist also eine Form der Funkkommunikation – ähnlich dem Autoradio oder Mobiltelefon – und daher auch anfällig für Störungen. Beispielsweise können die Funkwellen von Materialien absorbiert oder reflektiert werden, je nach Materialeigenschaften und Art der Strahlung. Problematisch bei der Nutzung hoher Frequenzen ist, dass die Wellen an Oberflächen stärker reflektiert oder in wasserhaltigen Materialien absorbiert werden. Auf der anderen Seite bieten hohe Frequenzen den Vorteil, dass sie maximale Lesedistanzen ermöglichen. Zudem sind die Datenträgerantennen als auch die Leseantennen kleiner, was sich insgesamt in einer kompakteren Bauform der RFID-Etiketten niederschlägt. Hohe Frequenzen punkten vor allem auch bei der Menge an übertragbaren Daten und der Lesegeschwindigkeit, was insbesondere in Hinblick auf Industrie 4.0 von Bedeutung ist.

Welche Vorteile bieten RFID-Etiketten gegenüber Barcode?

Ähnlich wie bei Barcode-Systemen, die durch das Scannen von visuellen Codes Informationen erfassen, ermöglicht RFID die Datenerfassung; jedoch kann dies berührungslos und über größere Distanzen hinweg geschehen, ohne dass die RFID-Etiketten direkt sichtbar sein müssen.

Und während die abspeicherbaren Daten eines Barcodes stark begrenzt sind und nicht verändert werden können, bieten RFID-Etiketten den Vorteil, dass die Tags wesentlich größere Datenmengen speichern können und zudem wiederbeschreibbar sind. Beispielsweise können RFID-Etiketten nicht nur eine warenbezogene ID-Nummer speichern, sondern auch ergänzende Daten zum Transportziel oder dem Sendungsinhalt. Hierdurch erhöht sich die Transparenz entlang der Supply Chain deutlich. RFID ist somit ein Baustein für Industrie 4.0.

Zum einen können intelligente System mittels RFID feststellen, welches Objekt sich in einer Anlage befindet und wo sich dieses befindet. Zum anderen wird dieser Datentransfer schnell genug durchgeführt, um die Prozesse in der Anlage auswerten und optimieren zu können.

Allerdings ist der Umstieg auf RFID mit Kosten verbunden. Um ein RFID-System aufzubauen, sind Investitionen in RFID-Etiketten, kompatible RFID-Drucker, Lesegeräte, Middleware zur Ereignisverarbeitung und das Backend zur Objektbeschreibung notwendig.

Zu bedenken ist auch, dass RFID-Systeme nicht vor Sicherheitsrisiken gefeit sind. Das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) nennt hier an erster Stelle unbefugtes Auslesen und Manipulieren von Daten. Es gibt jedoch Gegenmaßnahmen, um die Sicherheit zu erhöhen. Dazu zählen an erster Stelle Verschlüsselungstechniken und Authentifizierung. 

Welche sind die geeignetsten Einsatzgebiete für RFID-Etiketten?

RFID-Etiketten spielen eine entscheidende Rolle in der Automatisierung und Effizienzsteigerung diverser Branchen, von der Logistik über das Gesundheitswesen bis hin zum Einzelhandel.

Transport & Logistik

Eine bedeutende Innovation im Bereich Materiallagerung ist die Integration von RFID-Sensorik in Regalen und Behältern. Hierdurch entstehen intelligente Lagersysteme, die mittels eingebauter Sensoren Umgebungsdaten aufnehmen und die Lagerbedingungen selbst regulieren können. Beispielsweise können Regale die Platzierung der Waren überprüfen und Fehlplatzierungen automatisch erkennen und melden.

In der Distributionslogistik kann RFID die Identifikation von Ladehilfsmitteln und Einzelstücken rationalisieren. Dies betrifft sowohl die regelmäßige Identifikation (Wareneingang und -ausgang) als auch fallweise die Suche. Behälter, Verpackungen oder Lademittel könnten auch mittels RFID-Etiketten zu intelligenten Objekten weiterentwickelt werden. Fahrbare Behälter, die nicht nur ihren Inhalt, sondern auch ihre Position und ihre nächsten Zielorte kennen, würden dann selbstständig ihren Weg durchs Lager finden.

Beim Kommissionieren könnte mittels RFID-Technik die Fehleranfälligkeit reduziert werden, beispielsweise durch einen Kommissionierhandschuh mit integriertem RFID-Reader. Eine Software gleicht den Kommissionierauftrag mit den vom Handschuh übermittelten Daten ab. Greift der Kommissionierer in den falschen Behälter, wird ein optisches oder akustisches Signal geben.

Auf der anderen Seite ist bei der Implementierung von RFID-Etiketten zu bedenken, dass die Anschaffung der Tags nicht nur mit Kosten verbunden ist, sondern auch Zeitaufwand für deren Anbringung und Konfiguration anfällt. Daher ist sorgfältig zu entscheiden, welche Behältertypen markiert werden sollten und auf welcher Detailebene dies erfolgen sollte. Theoretisch könnten RFID-Etiketten auch an einem Einwegkarton angebracht werden, jedoch ist das in der Praxis sehr aufwendig und kann auch zu Leseproblemen führen, wenn sich die Kartons beispielsweise innerhalb einer Palette mit Aluminiumverpackungen befinden. Aktuell werden RFID-Tags in der Logistik daher hauptsächlich bei hochwertigen Gütern verwendet.

Insgesamt ergänzen sich Barcode- und RFID-Etiketten oft in der Praxis, wobei RFID in Bereichen, in denen Automatisierung und schneller, massenhafter Zugriff auf Daten gefragt sind, zunehmend an Bedeutung gewinnt, während Barcodes weiterhin eine kosteneffektive Lösung für einfache Identifikationsaufgaben bleiben. Die Wahl zwischen Barcode- und RFID-Etiketten hängt letztlich von den spezifischen Anforderungen und Zielen eines Unternehmens oder Projekts ab.

Gesundheitswesen

In der Medizin unterstützen RFID-Etiketten die Betten- und Materiallogistik, auch unter dem Schlagwort „Hospital 4.0“ bekannt. Krankenhäuser stehen beispielsweise vor der Herausforderung, Sterilgüter wie OP-Bestecke effizient zu managen. Aufgrund der großen Anzahl von eingesetzten Sterilgütern ist der logistische Aufwand jedoch beträchtlich. Daher forschen Fraunhofer Gesellschaft und Universitätskankenhäuser gemeinsam an der Optimierung der Prozesse mittels RFID-Etiketten. So wurde im Projekt „Digitales Abbild des Sterilgutkreislaufs mittels Transpondertechnik“ (DAST) Operationsbesteck mit einem RFID-Chip ausgerüstet, eingekapselt in winzigen Glasröhrchen, um den Verbleib der Instrumente in Echtzeit zu verfolgen.

Ein weiteres Einsatzgebiet ist die Patientenidentifikation. Sind Patienten mit RFID-Armbändern ausgestattet, kann das medizinische Personal schneller auf Patienteninformationen zuzugreifen und beispielsweise die Medikamentenverabreichung überprüfen. In gleicher Weise unterstützen RFID-Etiketten die Apothekenverwaltung innerhalb von Krankenhäusern. Hier nicht nur durch direkte Kennzeichnung von Medikamenten, sondern auch durch automatisierte Schränke, die den Lagerbestand und die Ausgabe von Medikamenten kontrollieren. 

Einzelhandel

Ein Beispiel für den Einsatz von RFID im Einzelhandel lässt sich in der Textil- und Bekleidungsbranche finden. Lieferanten und Hersteller von Textilien sind oft in fernöstlichen Ländern wie China, Indien oder Bangladesch ansässig, was aufgrund der großen Entfernung zwischen Produktion und Konsum besondere Herausforderungen an die Beschaffungslogistik mit sich bringt. In diesem Kontext gewinnt RFID zunehmend an Bedeutung – beispielsweise bei frühzeitigen Bedarfsprognosen für saisonale Produkte sowie deren strategische Verteilung an Händler. Denn durch das Anbringen von RFID-Etiketten an Kleidungsstücken können Einzelhändler ihre physischen Bestände in Echtzeit erfassen und automatisiert auswerten lassen. Das erleichtert die Planung zukünftiger Sortimente und unterstützt gleichzeitig die Entscheidungsfindung für kurzfristige Rabattaktionen. Kurz, RFID-Etiketten können den Grad der Automatisierung im Einzelhandel erhöhen und logistische Abläufe deutlich verbessern.

Zudem setzen immer mehr Einzelhändler – darunter Baumärkte, Modehäuser oder Supermarktketten – auf Selbstbedienungskassen (SB-Kassen), um das Einkaufserlebnis zu modernisieren. Gab es 2019 noch 903 Geschäfte in Deutschland, die ein Self-Checkout-Angebot hatten, waren es 2023 bereits 4270 Geschäfte. Zunehmend bieten große Unternehmen die Selbstkassier-Funktion bereits ohne Scannen an: RFID-Etiketten machen es möglich. Auch die Messe Stuttgart demonstriert in ihrem Messeshop, wie RFID-Etiketten auf Produkten eine schnelle Abwicklung ermöglichen: Aussteller und Besucher können ihre Einkäufe einfach in eine Papiertasche legen und durch eine kniehohe Schleuse am Ausgang gehen. Die Bezahlung erfolgt automatisch per Girocard oder Messeausweis.

In Ladengeschäften können teure oder leicht entwendbare Artikel zudem mit RFID-Etiketten versehen werden, um ihre Bewegungen innerhalb des Ladens zu überwachen und sicherzustellen, dass alle Artikel korrekt gescannt und bezahlt werden, bevor sie den Laden verlassen.

Unternehmen müssen jedoch nicht zwangsweise auf Dienstleister zurückgreifen. Durch einen eigenen RFID-Etikettendrucker können Kosten gespart und schneller RFID-Etiketten erstellt werden. 

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Fazit

RFID-Technik bietet erhebliche Effizienzsteigerungen und Prozessoptimierungen, bringt aber auch Herausforderungen hinsichtlich Datenschutz und Datensicherheit mit sich.

In der Logistik verspricht die Anwendung von RFID große Potenziale, vor allem in den Bereichen Wareneingangs- und Ausgangskontrolle, Kommissionierung, Warenrückverfolgung oder Bestandsmanagement („Inventur auf Knopfdruck“). Ihr werden für die nächsten Jahre große Wachstumschancen zugeschrieben, wobei der Schwerpunkt auf der Verbesserung der Sicherheitsmerkmale und der Senkung der Kosten liegen wird, um eine breitere Akzeptanz und Anwendung zu ermöglichen.

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Quellen 

BSI (2020), Risiken und Chancen des Einsatzes von RFID-Systemen, https://www.bsi.bund.de/SharedDocs/Downloads/DE/BSI/ElekAusweise/RFID/RIKCHA_barrierefrei_pdf.pdf?__blob=publicationFile&v=1 

H. Heuermann (2023), Hochfrequenztechnik, https://doi.org/10.1007/978-3-658-37826-4_11 

H. Corsten, R. Gössinger, T. S. Spengler [Hrsg.] (2018), Handbuch Produktions- und Logistikmanagement in Wertschöpfungsnetzwerken, https://doi.org/10.1515/9783110473803-201 

Karl-Heinz Wehking (2020), Technisches Handbuch Logistik 1: Fördertechnik, Materialfluss, Intralogistik. https://doi.org/10.1007/978-3-662-60867-8 

Werner Franke/Wilhelm Dangelmaier [Hrsg.] (2006) RFID – Leitfaden für die Logistik: Anwendungsgebiete, Einsatzmöglichkeiten, Integration, Praxisbeispiele.