Wie RFID die Prozessverfolgung in der Fertigung verbessert

In der modernen Fertigung ist es unerlässlich, die Vorgänge in der Produktion genau zu kennen, um Effizienz, Produktqualität und Liefertreue zu gewährleisten. Viele Hersteller verlassen sich jedoch nach wie vor auf Papierdokumente, Barcode-Scans, Tabellenkalkulationen oder manuelle Dateneingabe, um Materialien und Produkte während des Produktionsprozesses zu verfolgen. Diese Methoden führen häufig zu Verzögerungen, unvollständigen Aufzeichnungen und mangelnder Transparenz.

Die Radiofrequenzidentifikation (RFID) bietet Herstellern eine automatisierte und zuverlässige Methode zur Überwachung des laufenden Produktionsprozesses. Durch das Anbringen von RFID-Tags an Rohmaterialien, Bauteilen, Behältern, Werkzeugen oder Produktionsaufträgen können Hersteller Artikel während des gesamten Fertigungsprozesses identifizieren und verfolgen.

Die RFID-gestützte Prozessverfolgung hilft Unternehmen, den Standort jedes einzelnen Artikels, den abgeschlossenen Produktionsschritt, die Verweildauer an einem Arbeitsplatz und den planmäßigen Produktionsablauf zu ermitteln. Diese Echtzeit-Transparenz ermöglicht es Herstellern, Produktionsverzögerungen zu reduzieren, die Bestandsgenauigkeit zu verbessern, Kosten zu kontrollieren und fundiertere operative Entscheidungen zu treffen.

Was ist die Verfolgung des laufenden Arbeitsablaufs?

Unter „Work-in-Process“ (WIP) versteht man Materialien, Komponenten, Baugruppen und unfertige Produkte, die sich aktuell im Produktionsprozess befinden. Diese Artikel sind keine Rohmaterialien mehr, aber noch keine Fertigprodukte.

In einem Automobilwerk beispielsweise gilt eine Karosserie, deren Schweißarbeiten abgeschlossen sind, die aber noch nicht lackiert wurde, als unfertiges Produkt. In einem Elektronikwerk zählt eine bestückte, aber noch nicht getestete Leiterplatte ebenfalls zu den unfertigen Erzeugnissen.

Die Verfolgung des laufenden Produktionsprozesses (Work-in-Process-Tracking, WIP) ist der Prozess der Erfassung und Überwachung dieser Elemente während ihres Weges zwischen den Produktionsstufen. Ein effektives WIP-Tracking-System sollte mehrere wichtige Fragen beantworten:

Wo befindet sich der Artikel aktuell? Welchen Prozess hat er durchlaufen? Zu welchem ​​Produktionsauftrag gehört er? Wie lange befindet er sich bereits an seinem aktuellen Standort? Welchen Prozess sollte er als Nächstes durchlaufen? Hat er die Qualitätsprüfung bestanden?

Ohne verlässliche Antworten auf diese Fragen könnten Hersteller mit Materialfehlplatzierungen, übermäßigen Lagerbeständen, Engpässen, falschen Produktionsabläufen und verzögerten Kundenaufträgen konfrontiert werden.

Einschränkungen traditioneller WIP-Tracking-Methoden

Barcodes sind in der Fertigung weit verbreitet, da sie kostengünstig und relativ einfach zu implementieren sind. Allerdings benötigen Barcodesysteme eine direkte Sichtverbindung zwischen Scanner und Etikett. Mitarbeiter müssen üblicherweise den Barcode finden, den Scanner positionieren und jedes Produkt einzeln scannen.

Dieser Prozess kann ineffizient werden, wenn täglich Hunderte oder Tausende von Bauteilen verfolgt werden müssen. Barcode-Etiketten können in anspruchsvollen Produktionsumgebungen außerdem verschmutzen, beschädigt, verdeckt oder unleserlich werden.

Manuelle Erfassungsmethoden stellen noch größere Herausforderungen dar. Mitarbeiter vergessen möglicherweise, eine Materialbewegung zu erfassen, geben falsche Informationen ein oder aktualisieren das System erst Stunden nach dem tatsächlichen Ereignis. Dadurch arbeiten Produktionsleiter unter Umständen mit veralteten Daten.

Diese Einschränkungen erschweren es, einen genauen Echtzeit-Überblick über den gesamten Fabrikbetrieb zu erhalten. Die RFID-Technologie löst viele dieser Probleme durch die Automatisierung der Artikelidentifizierung und Datenerfassung.

Wie die RFID-basierte WIP-Verfolgung funktioniert

Ein RFID-System zur Verfolgung des Produktionsprozesses besteht normalerweise aus RFID-Tags, RFID-Lesegeräten, Antennen, Middleware und Produktionsmanagement-Software.

RFID-Tags werden an den zu verfolgenden Artikeln angebracht. Je nach Anwendung kann der Tag direkt auf einem Bauteil, einem Produktionsträger, einer Palette, einem Behälter, einer Vorrichtung, einem Tablett oder einer Arbeitsauftragskarte platziert werden. Jeder Tag enthält eine eindeutige Identifikationsnummer, die den physischen Artikel mit seinem digitalen Produktionsdatensatz verknüpft.

RFID-Lesegeräte und Antennen werden an wichtigen Punkten entlang des Produktionsprozesses installiert. Zu diesen Standorten gehören beispielsweise Materialannahmebereiche, Montagestationen, Inspektionspunkte, Lackieranlagen, Lagerbereiche, Verpackungsbereiche und Ausgänge für Fertigwaren.

Wenn ein mit einem Tag versehener Gegenstand einen überwachten Bereich betritt oder verlässt, erfasst das Lesegerät automatisch die Tag-Informationen. Im Gegensatz zum Scannen von Barcodes benötigt RFID nicht immer eine direkte Sichtverbindung. Mehrere Tags können zudem innerhalb kurzer Zeit erkannt werden.

RFID-Middleware filtert und verarbeitet die Lesegerätedaten, bevor sie an ein Manufacturing Execution System (MES), eine Enterprise Resource Planning (ERP), ein Warehouse Management System (WMS) oder eine kundenspezifische Produktionsdatenbank gesendet werden.

Die Software aktualisiert anschließend automatisch den Status des Artikels. Produktionsleiter können über ein Dashboard den Standort, die Prozesshistorie, den Prüfstatus und die aktuelle Produktionsphase des Artikels einsehen.

Echtzeit-Produktionstransparenz

Einer der Hauptvorteile von RFID in der Fertigung ist die Echtzeit-Transparenz. Anstatt darauf zu warten, dass Mitarbeiter Produktionsdaten manuell aktualisieren, können RFID-Systeme Bewegungen automatisch erfassen.

Manager können einsehen, wie viele Artikel in den einzelnen Produktionsphasen warten, wie viele sich aktuell in Bearbeitung befinden und wie viele die Produktion bereits abgeschlossen haben. Diese Informationen helfen Herstellern, den tatsächlichen Produktionsfortschritt mit den geplanten Abläufen zu vergleichen.

Gelangt eine Komponente in den falschen Produktionsbereich, kann das System eine Warnung ausgeben. Verbleibt eine Produktionscharge länger als erwartet an einer Arbeitsstation, können Vorgesetzte die Ursache untersuchen, bevor die Verzögerung den gesamten Auftrag beeinträchtigt.

Echtzeit-Transparenz ist besonders wertvoll in Fabriken mit komplexen Produktionsabläufen, zahlreichen Produktvarianten oder hochwertigen Bauteilen. Sie ermöglicht es den Produktionsteams, schnell zu reagieren, anstatt Probleme erst am Ende der Schicht oder nach bereits erfolgter Lieferverzögerung zu entdecken.

Reduzierter manueller Dateneingabeaufwand

Die manuelle Dateneingabe kostet Arbeitszeit und birgt das Risiko menschlicher Fehler. Ein Mitarbeiter könnte beispielsweise den falschen Barcode scannen, einen falschen Produktionsauftrag auswählen oder vergessen, den Abschluss eines Prozesses zu erfassen.

RFID reduziert den Bedarf an manuellen Arbeitsschritten. Lesegeräte können gekennzeichnete Artikel automatisch identifizieren, während diese die Produktionszonen durchlaufen. Dadurch verbringen Mitarbeiter weniger Zeit mit dem Scannen von Etiketten und dem Ausfüllen von Formularen.

Die automatisierte Datenerfassung verbessert zudem die Konsistenz der Datensätze. Jede Bewegung wird gemäß vordefinierten Geschäftsregeln erfasst, wodurch eine zuverlässigere Produktionshistorie entsteht.

Die Hersteller können diese Informationen nutzen, um Zykluszeiten zu analysieren, wiederkehrende Verzögerungen zu identifizieren, die Leistung von Arbeitsstationen zu vergleichen und die Produktionsplanung zu verbessern.

Verbesserte Genauigkeit des WIP-Bestands

Fehlerhafte Bestandsaufzeichnungen können schwerwiegende Produktionsprobleme verursachen. Ein System kann beispielsweise anzeigen, dass eine Komponente verfügbar ist, obwohl sie bewegt, verbraucht, aussortiert oder am falschen Ort platziert wurde.

Sind die Lagerbestandsdaten unzuverlässig, verbringen Mitarbeiter unter Umständen viel Zeit mit der Suche nach fehlenden Materialien. Produktionsplaner bestellen möglicherweise auch unnötige Ersatzteile oder planen Arbeiten ein, die nicht ausgeführt werden können.

RFID ermöglicht häufigere und automatisierte Bestandsaktualisierungen. Markierte Container, Paletten und Produktionseinheiten können beim Betreten oder Verlassen definierter Bereiche erkannt werden.

Dadurch entsteht ein genaueres Bild von Menge und Lagerort der unfertigen Erzeugnisse. Die höhere Genauigkeit verkürzt die Suchzeiten, verhindert unnötige Materialkäufe und ermöglicht eine zuverlässigere Produktionsplanung.

Schnellere Identifizierung von Produktionsengpässen

Ein Produktionsengpass entsteht, wenn ein Prozess nicht mit dem Rest des Fertigungssystems Schritt halten kann. Materialien stauen sich vor der ausgelasteten Arbeitsstation, was zu längeren Durchlaufzeiten und einem höheren Bestand an unfertigen Erzeugnissen führt.

RFID-Daten können diese Engpässe aufdecken, indem sie zeigen, wie lange Artikel in den einzelnen Produktionsphasen verbleiben. Hersteller können die erwarteten Bearbeitungszeiten mit den tatsächlichen Verweilzeiten vergleichen.

Wenn Produkte beispielsweise regelmäßig mehrere Stunden warten müssen, bevor sie in eine Qualitätsprüfungsstation gelangen, muss der Hersteller möglicherweise den Personalbestand, die Prüfverfahren oder die Anlagenkapazität anpassen.

Da RFID automatisch Zeitstempel aufzeichnet, liefert es detaillierte und objektive Informationen über den Produktionsablauf. Dadurch lässt sich die tatsächliche Ursache von Verzögerungen leichter identifizieren, anstatt sich lediglich auf Beobachtungen von Mitarbeitern oder unvollständige Produktionsberichte zu verlassen.

Bessere Produktionsablaufsteuerung

Viele Hersteller müssen Artikel in einer bestimmten Reihenfolge produzieren. Dies ist üblich in der Automobilproduktion, der kundenspezifischen Geräteherstellung, der Elektronikmontage und bei der Auftragsfertigung.

RFID-Tags verknüpfen jedes physische Produkt mit seinen Produktionsanweisungen, der Kundenbestellung, der Stückliste und den Fertigungsrouten. Sobald das Produkt an einer Arbeitsstation eintrifft, kann das System überprüfen, ob es sich im richtigen Bearbeitungsprozess befindet und ob die erforderlichen Vorschritte abgeschlossen wurden.

Gelangt das falsche Produkt in eine Produktionsstation, kann das System den Bediener benachrichtigen oder den Prozessstart verhindern. Dadurch wird das Risiko von Montagefehlern, ausgelassenen Arbeitsgängen und Produktverwechslungen reduziert.

RFID kann Arbeitsplätzen auch dabei helfen, automatisch die korrekten Konfigurationsinformationen abzurufen. Bediener erhalten digitale Anweisungen basierend auf der Identität des markierten Artikels, wodurch sowohl die Produktionsgeschwindigkeit als auch die Genauigkeit verbessert werden.

Verbesserte Qualitätskontrolle und Rückverfolgbarkeit

Hersteller benötigen die Rückverfolgbarkeit, um Mängel zu untersuchen, Rückrufe durchzuführen, Kundenanforderungen zu erfüllen und Branchenvorschriften einzuhalten.

Die RFID-basierte WIP-Verfolgung erstellt eine digitale Aufzeichnung des Produktionswegs jedes Artikels. Diese Aufzeichnung kann die besuchten Arbeitsstationen, Bearbeitungszeiten, eingesetzte Geräte, beteiligte Bediener, Prüfergebnisse und Komponentenchargen umfassen.

Wird ein Qualitätsmangel festgestellt, kann der Hersteller das betroffene Produkt im Produktionsprozess zurückverfolgen. Das Unternehmen kann feststellen, welche Materialien verwendet wurden, welche Prozessbedingungen protokolliert wurden und ob möglicherweise auch andere Produkte betroffen sind.

RFID kann auch Qualitätskontrollen unterstützen. Sobald ein Artikel eine Prüfstation passiert hat, kann sein Status automatisch aktualisiert werden. Artikel, die die Prüfung nicht bestehen, können zur Nachbearbeitung weitergeleitet und vom nächsten Produktionsschritt ausgeschlossen werden.

Dieses Maß an Rückverfolgbarkeit verbessert das Qualitätsmanagement und ermöglicht es den Herstellern, genauer auf Kundenbeschwerden oder Produktrückrufe zu reagieren.

Reduzierung des Bestands an unfertigen Erzeugnissen

Übermäßige Bestände an unfertigen Erzeugnissen binden Kapital, belegen Produktionsflächen und verschleiern betriebliche Probleme. Hersteller halten möglicherweise hohe Bestände an unfertigen Erzeugnissen, weil sie ihren Produktionsdaten nicht ausreichend vertrauen.

Mithilfe von RFID erhalten Planer einen besseren Überblick über die Materialverfügbarkeit und den Produktionsfortschritt. Sie können unnötige Lagerbestände reduzieren und gleichzeitig einen zuverlässigen Produktionsfluss gewährleisten.

Niedrigere Bestände an unfertigen Erzeugnissen verbessern den Cashflow und erleichtern die Betriebsführung. Die Produktionsbereiche werden übersichtlicher, Materialien sind leichter zu finden und Probleme werden deutlicher sichtbar.

RFID reduziert den Lagerbestand nicht von selbst. Die von RFID bereitgestellten präzisen und zeitnahen Informationen ermöglichen es Herstellern jedoch, schlanke Produktionsmethoden effektiver umzusetzen.

Gängige Fertigungsanwendungen

Die RFID-basierte Prozessverfolgung kann in vielen Branchen eingesetzt werden.

Automobilhersteller können Fahrzeugkarosserien, Motoren, Getriebe und Produktionsanlagen während des gesamten Prozesses – vom Schweißen über Lackieren und Montieren bis hin zur Inspektion – verfolgen. Elektronikhersteller können Leiterplatten, Träger, Testvorrichtungen und Reparatureinheiten überwachen. Luft- und Raumfahrtunternehmen können hochwertige Bauteile durch lange und streng kontrollierte Produktionsprozesse verfolgen.

Metallverarbeitende Betriebe können RFID-Tags, die speziell für Metallumgebungen entwickelt wurden, zur Kennzeichnung von Teilen, Gestellen und Behältern einsetzen. Textilhersteller können Stoffrollen, Zuschnittbündel und Konfektionschargen verfolgen. Lebensmittel- und Pharmahersteller können Produktionschargen überwachen und gleichzeitig Rückverfolgbarkeit und Prozesskontrolle gewährleisten.

Der spezifische Tag-Typ, die Frequenz, die Anordnung der Lesegeräte und die Softwarekonfiguration sollten entsprechend der Produktionsumgebung und den Geschäftsanforderungen ausgewählt werden.

Die richtigen RFID-Tags auswählen

Die Auswahl des richtigen RFID-Tags ist für eine zuverlässige WIP-Verfolgung entscheidend. Standard-RFID-Tags funktionieren möglicherweise nicht einwandfrei, wenn sie direkt auf Metall angebracht oder in der Nähe von Flüssigkeiten verwendet werden.

Für Metallkomponenten benötigen Hersteller unter Umständen Anti-Metall-RFID-Tags, die speziell für den Einsatz auf metallischen Oberflächen entwickelt wurden. Hochtemperatur-Produktionsprozesse erfordern möglicherweise hitzebeständige Tags. In rauen Umgebungen sind Tags erforderlich, die Chemikalien, Vibrationen, Staub, Feuchtigkeit oder wiederholtem Waschen standhalten.

Wiederverwendbare Etiketten werden häufig an Paletten, Behältern, Regalen, Vorrichtungen oder Produktionsträgern anstatt an einzelnen Produkten angebracht. Dieser Ansatz kann die Etikettenkosten senken, da das RFID-Etikett am wiederverwendbaren Produkt verbleibt.

Hersteller sollten vor der Auswahl eines RFID-Tags auch Lesereichweite, Speicherkapazität, Installationsmethode, Tag-Größe und die zu erwartende Lebensdauer berücksichtigen.

Wie man die RFID-WIP-Verfolgung implementiert

Ein erfolgreiches RFID-Projekt sollte mit einem klar definierten Geschäftsproblem beginnen. Hersteller sollten festlegen, welche Materialien oder Produkte verfolgt werden müssen, welche Produktionsvorgänge erfasst werden müssen und welche Verbesserungen sie sich davon versprechen.

Der nächste Schritt besteht darin, den aktuellen Produktionsprozess abzubilden. Dies umfasst die Identifizierung von Materialeingangspunkten, Arbeitsstationen, Lagerbereichen, Prüfstationen, Nachbearbeitungszonen und Ausgangspunkten.

RFID-Tags und Lesegerätestandorte können dann anhand der physischen Umgebung ausgewählt werden. Lesetests sollten unter realen Produktionsbedingungen durchgeführt werden, da Maschinen, Metallstrukturen, Flüssigkeiten und elektromagnetische Störungen die RFID-Leistung beeinträchtigen können.

Ein Pilotprojekt ist in der Regel effektiver als eine sofortige flächendeckende Einführung im gesamten Werk. Der Hersteller kann mit einer Produktionslinie, einer Produktfamilie oder einem wichtigen Produktionsprozess beginnen. Das Pilotprojekt bietet die Möglichkeit, die Platzierung der Lesegeräte, die Softwareregeln, die Arbeitsabläufe der Mitarbeiter und die Systemintegration zu optimieren.

Nachdem im Pilotprojekt messbare Vorteile nachgewiesen wurden, kann die Lösung auf andere Bereiche ausgeweitet werden.

Messung der Kapitalrendite

Der Wert von RFID sollte anhand von operativen Kennzahlen und nicht allein anhand der Leseleistung bewertet werden. Relevante Kennzahlen können die Genauigkeit des WIP-Bestands, die Produktionsdurchlaufzeit, die Suchzeit, der Arbeitsaufwand für das Scannen, die Anzahl falsch platzierter Artikel, die Nacharbeitsquote und die Termintreue umfassen.

Die Hersteller sollten diese Kennzahlen vor und nach der Implementierung vergleichen. Sie sollten außerdem die Kosten für Tags, Lesegeräte, Antennen, Softwareintegration, Installation, Wartung und Mitarbeiterschulung berechnen.

Die überzeugendsten Anwendungsfälle für RFID konzentrieren sich in der Regel auf hochwertige Artikel, arbeitsintensive Tracking-Prozesse, häufige Produktionsfehler oder Abläufe, bei denen mangelnde Transparenz zu erheblichen Verzögerungen führt.

Abschluss

RFID verbessert die Nachverfolgung von Produktionsprozessen, indem es physische Materialien und Produkte mit digitalen Produktionsdaten in Echtzeit verknüpft. Hersteller können so Artikelstandorte, Produktionsstufen, Bearbeitungszeiten, Prüfergebnisse und Materialbewegungen automatisch überwachen.

Im Vergleich zu Papieraufzeichnungen, manueller Dateneingabe und Systemen, die ausschließlich auf Barcodes basieren, bietet RFID eine schnellere Datenerfassung, eine höhere Bestandsgenauigkeit, eine verbesserte Rückverfolgbarkeit und eine größere Transparenz der Produktion.

Die Technologie unterstützt Hersteller dabei, Engpässe zu identifizieren, Suchzeiten zu verkürzen, Produktionsabläufe zu steuern, den Bestand an unfertigen Erzeugnissen zu reduzieren und schnell auf Qualitätsprobleme zu reagieren. Sie liefert zudem die zuverlässigen Daten, die für schlanke Produktion, Produktionsoptimierung und digitale Transformation erforderlich sind.

Für Hersteller, die ein RFID-Projekt planen, ist es entscheidend, mit einer konkreten betrieblichen Herausforderung zu beginnen, geeignete Tags für die Produktionsumgebung auszuwählen, das System unter realen Bedingungen zu testen und die RFID-Daten in die bestehende Fertigungssoftware zu integrieren.

Bei korrekter Konzeption und Implementierung kann ein RFID-System zur Verfolgung des Produktionsprozesses Produktionsdaten aus verzögerten manuellen Aufzeichnungen in eine genaue Echtzeitansicht des gesamten Fertigungsprozesses umwandeln.