Kennzeichnungstechnik ist Wegbereiter für Industrie 4.0

Einige Betriebe waren schon im 4. Industriezeitalter, bevor der Begriff Industrie 4.0 überhaupt verwendet wurde. Andere winken ab mit dem Hinweis „kennen wir, machen wir schon lange“ und liegen daneben, weil Industrie 4.0 mehr ist als nur die maximale Verkabelung der Produktion. Es geht um die intelligente Fabrik: Alle Einheiten einschließlich der Produkte sind jederzeit eindeutig adressierbar und identifizierbar, sind miteinander verbunden, stimmen sich miteinander ab und lernen voneinander – per Kabel oder per Funk. Daten über physische Objekte sind in Echtzeit verfügbar und in dynamischen Informationsnetzwerken gespeichert.

Durch Industrie 4.0 sinken für die Unternehmen Stückpreise, Rüstkosten und Ressourcenverbrauch, die Produktivität steigt. Für die Kunden entsteht zusätzliche Sicherheit: Alles ist durchgängig rückverfolgbar und transparent. Fehler werden frühzeitig erkannt, die Qualität steigt. Und die Produkte entsprechen noch stärker den individuellen Kundenwünschen.

Um die genannten Ziele zu erreichen, müssen Produkte und Fertigungsmittel also in Zukunft eindeutig und unverwechselbar identifizierbar sein. Hierfür bietet die Kennzeichnungstechnik die notwendigen Technologien. Sie wird dadurch zu einem technologischen Wegbereiter, einer „Enabling Technology“, für Industrie 4.0. Alle verfügbaren Datenträger werden hierfür eingesetzt. Barcodes, verschiedene Dotcodes (Datamatrix, QR-Code) und die RFID-Technik haben jeweils ihre eigene Berechtigung. Die Wahl der geeigneten Technik ergibt sich aus der Anwendung. Denn: Mithilfe der verschiedenen Kennzeichnungstechnologien lassen sich Produkte individualisieren, Informationen speichern, Prozesse dokumentieren und sogar Maschinen steuern.

Im Lebensmittelbereich sind Barcode und Dotcode die typischen Datenträger. Die optischen Codes sind besonders einfach in einem industriellen Prozess auf das Produkt aufzubringen. Die verschiedenen Druckmethoden basieren auf dem Inkjet-Verfahren, der Lasercodierung und dem Etikett. Die Dotcodes haben eine sehr große Datendichte, sodass auch komplexe Serialisierungen oder Weblinks auf kleinster Fläche untergebracht werden können. Das spätere Auslesen kann von jedem Beteiligten in der Lieferkette mit sehr preiswerten Lesegeräten erfolgen oder gar durch den Endkunden mit dem Smartphone.

Bei der RFID-Technik ist die Information in einem Chip hinterlegt, der zusammen mit der Antenne entweder in das Produkt integriert ist oder in einem RFID-Smartlabel steckt, das bei der Herstellung beschriftet und auf das Produkt aufgebracht wird. Diese Technik hat drei wesentliche Vorteile gegenüber den anderen Technologien:

Die Anwendung bestimmt die geeignete Auto-ID-Technik und bei der Auswahl müssen auch technologische Einschränkungen berücksichtigt werden. Bei optischen Datenträgern ist oft die Frage der richtigen Beleuchtung beim Auslesen ein wichtiges Kriterium. Im Bereich RFID können Metalle und Flüssigkeiten die Übertragung der Funkwellen stark beeinträchtigen. Außerdem spielt die Ausrichtung der Antenne zum Zeitpunkt des Auslesens eine wichtige Rolle. Die Preise für einen RFID-Tag liegen zwar mittlerweile im unteren Cent-Bereich, doch ist die Technologie verglichen mit den anderen immer noch etwas teurer. Für den Einsatz auf Produktebene im Lebensmittelbereich ist sie daher nicht immer sinnvoll. Hier sind in der Regel optische Datenträger die erste Wahl.

Ein Erfrischungsgetränkehersteller und ein Hersteller von Schokobrotaufstrichen gehen bereits den Weg der Individualisierung. Ganz einfach – indem der Konsument auf den Webseiten der Hersteller sein Etikett mit seinem Namen bestellt, oder direkt sein personalisiertes Produkt.

Noch einen Schritt weiter geht ein Müslihersteller: Hier kann der Kunde online zwischen 80 Zutaten wählen und seine selbst kreierte Müslimischung in Auftrag geben. Bei der Produktion des individuellen Müslis hilft dann die Kennzeichnungstechnik. Die zunächst leere Dose bekommt zu Beginn einen individuellen 2-D-Datamatrix-Code. Die speziell entwickelte Müsli-Produktionsmaschine, die aus 80 aneinandergereihten Füllstationen besteht, liest an jeder Station den Code und füllt genau die Zutatenmenge ein, die der Kunde zuvor bestimmt hat. Am Ende bekommt der Kunde sein eigenes Müsli geliefert. Hat er im Bestellprozess seiner Müslimischung einen Namen gegeben, findet sich dieser später auch auf der Lieferung.

Kennzeichnung kann aber noch viel mehr, als den Produkten einen Namen zu geben oder die Produktion zu steuern, wie im Falle des Müsliherstellers. Kennzeichnung kann die gesamte Lebensgeschichte eines Produktes dokumentieren und erzählen. Der jüngste Lebensmittelskandal, bei dem in Düsseldorfer Behördenkantinen Hundefutter serviert worden ist, zeigt wie notwendig eine lückenlose Dokumentation der Produktions- und Transportwege ist.

Rohstofflieferanten, Hersteller und Händler können auf Ftrace, einer Plattform von GS1 Germany, über ihre Produkte informieren. Und so funktioniert’s: Auf den Produkten befindet sich ein Zahlencode und ein 2-D-Code. Gibt der Verbraucher den Zahlencode auf der Internetseite ein oder liest er den Datamatrix-Code mit dem Smartphone aus, erhält er alles Wissenswerte zu der jeweiligen Ware: Von welchem Schwein und welchem Bauernhof stammt die Wurst? In welchen Betrieben und wie wurde die Wurst verarbeitet? Wo, wann und wie abgepackt? All dies ist für ihn nachvollziehbar. Zusätzlich findet er auch Rezeptideen für das Produkt.

Diese Idee ist nicht neu. Bereits 2011 hat die EU die Initiative „From Farm to Fork“ ins Leben gerufen und zahlreiche Pilotprojekte gefördert. Die Idee hinter diesem Projekt: Der Weg von Wein, Fleisch, Fisch und Milchprodukten soll rückverfolgbar und die Qualität sichergestellt sein. Hierfür erfassen unterschiedliche Technologien – RFID, Barcodes und Sensoren – die einzelnen Produktionsereignisse und übertragen diese an eine internationale Datenbank. Jedes Produkt erhält dann einen Barcode oder QR-Code, über den der Kunde mehr zu dem Produkt erfährt. Zum Beispiel auch, ob das Fleisch immer richtig gekühlt wurde.

Aber wie kommen Barcode, Datamatrixcode und RFID-Etikett auf die Produkte? Hierfür gibt es Kennzeichnungssysteme auf Basis unterschiedlicher Technologien: Laser, Thermotransfer-Direktdrucker, Tintenstrahldrucker oder Etikettendrucker und -spender. Sie arbeiten an neuralgischen Punkten in der Produktion. Wenn man sie vernetzt und mit der webbasierten Software Bluhmware Cockpit regelmäßig „befragt“, dann zeigen sie Schwachstellen und Potenziale auf und können den Fertigungsprozess verbessern: Eine detaillierte Analyse der Rüstvorgänge, des Produktionsablaufs und der Ausschusszahlen liefert wichtige Ansätze, um die Anlagenleistung zu verbessern. Die direkte Anbindung der Software an ERP-Systeme garantiert, dass die Produkte korrekt mit den notwendigen Informationen gekennzeichnet werden. Eine vorbeugende Wartung der Systeme kann ungeplante Ausfälle verhindern. Ebenfalls eingebundene Sensoren, Webcams oder Fotozellen überwachen die sensiblen Punkte der Produktion. Frühwarnsysteme melden via SMS oder E-Mail unvorhergesehene Ereignisse in der Produktion.

Aber Kennzeichnung ermöglicht auch die Selbstkonfiguration und Selbstoptimierung. So wie beim Müslihersteller der aufgedruckte Code den Anlagen die jeweiligen Zutaten und die genaue Menge vorgibt, so können Auto-ID-Technologien auch in vielen anderen Branchen und Bereichen Maschinen und ganze Fertigungslinien steuern. Das Produkt identifiziert sich und sorgt so für die richtige Konfiguration der Verarbeitungsmaschine. Fräsen und Bohrmaschinen stellen sich selbsttätig ein und beginnen automatisch die Verarbeitung, Akkuschrauber passen ohne Bedienereingriffe das Drehmoment auf den richtigen Wert an.

Halle 3.1, Stand H27

prozesstechnik-online.de/dei0515401

„Ohne Kennzeichnungstechnik wird es keine Industrie 4.0 geben“, sagt Volker Bluhm, Prokurist der Bluhm Systeme GmbH, in einem Interview, das prozesstechnik-online.de mit ihm vor wenigen Wochen auf der Anuga Foodtec in Köln geführt hat. Außerdem erläutert er die Funktionsweise und vorallem die Vorteile von Bluhmware Cockpit.