METALSAN MAGAZIN – AUSGABE SEPTEMBER 2022
UNSER ARTIKEL ZUM THEMA „RFID-LÖSUNGEN IN DER STAHL- UND EISENPRODUKTION“
RFID (Radio Frequency Identification), eine der sich am schnellsten entwickelnden Identifikationstechnologien, hat sich in zahlreiche Branchen wie Automobil, Luftfahrt, Öl und Gas, Bauwesen sowie die Stahlindustrie integriert. Im Vergleich zu herkömmlichen Barcodes bietet RFID verschiedene Vorteile: Es ermöglicht das gleichzeitige Scannen mehrerer Objekte ohne direkte Sichtverbindung, bietet zusätzliche Sicherheit, Etiketten können mehrfach codiert werden, und Daten aus dem gesamten Prozess können in Echtzeit und schnell verfolgt werden.
RFID in der Stahlindustrie
Im aktuellen System werden kostengünstige Barcodes zur Datenerfassung eingesetzt. Allerdings haben Barcodes Einschränkungen wie Abhängigkeit von der Leserichtung, Empfindlichkeit gegenüber Umgebungsbedingungen und leichte Beschädigung. Obwohl die Erstanschaffungskosten gering sind, entstehen im Betrieb zahlreiche indirekte Kosten. Die Lesegenauigkeit wird von mehreren Faktoren wie Umweltbedingungen und Verarbeitung beeinflusst. Wenn Terminals die Informationen nicht lesen können, dauert es lange, bis die Mitarbeitenden das Produkt finden. Lastwagen sammeln sich an Kontrollpunkten, und die Produktionskapazität sinkt. Zudem bergen manuelle Anwendungen in der Stahlindustrie erhebliche Sicherheitsrisiken. Die Koordination der Kräne erfolgt manuell und über Funkkommunikation. Dies führt sowohl zu Sicherheitsrisiken als auch zu hohen Arbeitskosten.
Unabhängig vom Unternehmen oder der Branche macht RFID die Logistik- und Bestandsverwaltung wesentlich effizienter. Mit intelligenter Planung und umfassenden Tests zählt die Integration von RFID zu den einfachsten Wegen, Produktivität zu steigern und Kosten zu senken. Stahlhersteller können mit dem richtigen Lösungspartner, der den RFID-Prozess steuert, ihre Arbeitsweise grundlegend transformieren. Die Implementierung eines RFID-basierten Systems in der Stahlproduktion erhöht die Produktivität und reduziert gleichzeitig die Kosten.
Neben den Vorteilen sollten jedoch auch die Herausforderungen betrachtet werden. Die Umgebungsbedingungen sind anspruchsvoll, die Produkte bestehen aus Metall, und die Umgebungstemperatur in der Fabrik ist hoch. Daher gibt es technische Einschränkungen beim Einsatz von RFID. Allerdings bieten die technologischen Entwicklungen im RFID-Bereich Lösungen für viele dieser Probleme.
Umgebungsbedingungen
Die Widerstandsfähigkeit der RFID-Chips und Etiketten gegenüber rauen Umgebungen ist die größte Herausforderung. Die Stahlproduktion ist ein komplexer Prozess mit extrem hohen Temperaturen. Stahlplatten speichern auch nach der Produktion noch lange Wärme. Daher müssen die Platten identifiziert und die Etiketten auf die heißen Metalloberflächen aufgebracht werden. Die Etiketten müssen zudem beständig gegenüber Chemikalien wie starken Säuren, alkalischen Lösungen und Netzmitteln sein.
Dank der jüngsten Fortschritte in der RFID-Technologie können heute nahezu alle Arten von Etiketten mit RFID-Chips ausgestattet werden. So werden Etiketten mit oder ohne Klebstoff hergestellt, die hitze-, säure- und ölbeständig sind.
Reflexion auf Metalloberflächen
Eine der Herausforderungen besteht darin, dass die von den Chips ausgesendeten Signale an Metalloberflächen reflektiert werden. Diese Reflexion reduziert die Lesefähigkeit der Terminals. Um dies zu vermeiden, sollten RFID-Etiketten möglichst außen und in einem geeigneten Winkel auf den Metallplatten und -coils angebracht und getestet werden.
Beeinträchtigt Metall die Etiketten?
Ein weiteres Problem besteht darin, dass Metall beim Kontakt mit dem Chip die Antenneneinstellungen beeinträchtigen kann. Um zu verhindern, dass der Chip direkt mit Metall in Berührung kommt und dadurch verstimmt wird, gibt es Chips, die reflektierte Signale absorbieren. Zudem werden spezielle Antennendesigns eingesetzt, um größere Lesedistanzen zu erreichen.
Die sorgfältige Bewertung und Testung der oben genannten Punkte vor der Einführung von RFID erhöht die Gesamtqualität der Anwendung erheblich.
Beispiele für RFID-Anwendungen
Der in Deutschland ansässige Stahlhersteller ThyssenKrupp implementierte ein RFID-System. Hauptziel war zunächst die Zeit- und Arbeitsersparnis. Die manuelle Identifikation der Platten durch Mitarbeitende verlangsamte den Betrieb. Da die Platten im Freien gelagert wurden, erschwerten Regen, Eis, Schnee und Sonnenlicht das Lesen der Barcode-Etiketten.
Aus diesem Grund ließen sie UHF-Smart-Labels herstellen und auf die Platten aufbringen. Die Leser wurden an Kränen montiert, um die Platten während des Entladens zu scannen. Zunächst wurde das System in einem Werk in Brasilien getestet, indem 1.000 Platten etikettiert und während des Transports nach Deutschland verfolgt wurden. Da die Anwendung die Entladezeiten deutlich verkürzte und erhebliche Kosteneinsparungen brachte, wurde sie auf das gesamte Werk in Brasilien ausgeweitet. Darüber hinaus führten sie sogar eine RFID-basierte „Ausleihbox“ zur Verfolgung von Fahrzeugen und Ausrüstung ein.
Ein weiterer Stahlhersteller ging noch einen Schritt weiter und implementierte eine Industrie-4.0-Lösung, die RFID und IIoT kombiniert.
In diesem Beispielwerk wurden in allen Phasen – Schmelzen, Pfannenverfolgung, Strangguss und Walzen – Technologien wie IIoT, RFID-Sensoren, Internet, Cloud, Big Data, Analytik und maschinelles Lernen eingesetzt.
Während der Schmelzphase wurden RFID-Sensoren und IIoT-Geräte zur Messung verschiedener Variablen verwendet. Dadurch konnten Beginn und Ende der Hitzephase, Schlackeereignisse und Eingriffe identifiziert und verfolgt werden.
Die Pfannenverfolgung dokumentiert den Weg der Hitze vom Ofen bis zum Strangguss. Die Zuordnung des Stahlgewichts, des Restgewichts und des Tara-Gewichts zur jeweiligen Pfanne ist für die Massenanalyse der passiven RFID-Etiketten von Bedeutung. Diese passiven Etiketten wurden mit einem speziell entwickelten RFID-Schutzschild an den Pfannen befestigt. Die RFID-Sensoren im Ofenbereich wurden mit einer speziellen Schutzabdeckung aus einem besonderen Material versehen.
Auch wenn RFID-Etiketten im Schutzschild untergebracht sind, können sie durch direkte Spritzer, Kranhaken oder ähnliche Einwirkungen beschädigt werden. Daher wurde der Schutzschild so konstruiert, dass er im Schadensfall schnell und einfach ausgetauscht werden kann.
Beim Strangguss wurden RFID-Wägesensoren über IIoT-Systeme genutzt, um Gewichts- und Durchflussdaten zu erfassen. In Kombination mit den Konfigurationsdaten der Anlagenkomponenten konnte jedem Knüppel eine eindeutige Hitzennummer zugeordnet werden. Mithilfe von RFID-Sensoren an den Förderern wurde festgestellt, ob ein Knüppel direkt zum Warmwalzen in das Walzwerk transportiert oder zunächst auf ein Kühlbett befördert wurde. Für Knüppel auf dem Kühlbett wurde optional ein Barcode-Etikett erzeugt. Wenn gekühlte oder extern bezogene Knüppel später wiederverwendet werden sollten, wurden sie erneut im Ofen erhitzt. Die Barcode-Etiketten ermöglichten deren Identifikation nach der Wiedererwärmung.
Durch den Einsatz von RFID-Sensoren konnte ermittelt werden, ob ein Knüppel direkt aus der Stranggussanlage (Warmwalzen) oder aus dem Wiedererwärmungsofen kam.
In der Walzphase verfolgte das Automatisierungssystem des Walzwerks die Umwandlung des Knüppels in einen Stab. So wusste die Tracking-Software beim Austritt aus dem Kühlbett, welcher Stab zu welchem Knüppel gehörte und verfügte damit auch über die chemische Historie und Hitzennummer.
In der Bündelungsphase erhielt die Automatisierungslösung die Bündelnummer und die Zuordnung der Stäbe aus dem System und druckte darauf basierend ein QR-Etikett. Durch Scannen des QR-Codes konnten technische und kommerzielle Informationen abgerufen werden. Dieser QR-Code diente der Identifikation des Pakets beim Versand und ermöglichte bei Bedarf auch dem Händler oder Endkunden die Nachverfolgung der chemischen Eigenschaften. Eine mobile App unterstützte Händler beim Scannen des QR-Codes, um sofort die chemischen Details und weitere Informationen zu erhalten.
In diesem Fallbeispiel verband die richtige Anwendung der Industrie-4.0-Technologie mit RFID-Etiketten alle Produktionsphasen zu einem einzigen integrierten Prozess.
In klassischen Systemen ohne Industrie 4.0 werden zahlreiche Mitarbeitende beschäftigt, um Prozessdaten und Informationen zu verknüpfen. Diese Informationen sind fehler- und verzögerungsanfällig. Die hier implementierte Tracking-Lösung eliminierte menschliche Eingriffe weitgehend. Die Daten wurden nahezu in Echtzeit angereichert. Die Reaktionsfähigkeit auf unvorhergesehene Ereignisse verbesserte sich. Produkte konnten bis auf die chemischen Spezifikationen sicher rückverfolgt werden. Post-Mortem-Analysen zu bestimmten Hitzennummern (was lief falsch – was sollte wiederholt werden) konnten transparent und einfach durchgeführt werden.
Mit der zunehmenden Menge der in der Cloud gespeicherten Daten wird der nächste Schritt möglich: Big-Data-Techniken und Analytik können eingesetzt werden. Dadurch wird die Unsicherheit über das Endprodukt in neuen Produktionsprozessen nahezu eliminiert.
WARUM EGEN?
Egen ist Hersteller und Lieferant von RFID-Etiketten. Mit unserer RFID-Applikationsmaschine applizieren wir RFID-Chips auf Etiketten, deren Eigenschaften vom Kunden definiert werden. Wir produzieren kundenspezifische RFID-Etiketten, ob bedruckt, unbedruckt oder mit variablen Daten.
In Zusammenarbeit mit Avery Dennison / Smartrac arbeiten wir mit spezialisierten Partnern zusammen, die RFID-Systeme implementieren und Hardware bereitstellen. Durch unsere Expertise in Klebstoffen und Oberflächenmaterialien bieten wir RFID-Etiketten, die optimal auf die jeweiligen Umgebungsbedingungen – Oberfläche, Klebstoff und Chip – abgestimmt sind.
