Die wirtschaftlichen Vor- und Nachteile der RFID-Technologie

Inhaltsverzeichnis

0. Einleitung

1. Barcode

2. Grundlagen der RFID – Technologie
2.1. Frequenzen
2.2. Technologie
2.3. Funktionsweise
2.4. Anwendungsgebiete

3. Historie der RFID – Technologie
3.1. Die Entwicklung der RFID – Technologie
3.2. Die Entwicklung der Kosten der RFID – Technologie

4. RFID – Nutzung in Vereinbarkeit mit dem Datenschutz

5. RFID heute
5.1. Der Rollout der METRO AG
5.1.1. Szenario „Wareneingang“
5.1.2. Szenario „Verräumung“
5.2. Der Rollout in der real,- SB-Warenhaus GmbH
5.3. Kostenanalyse des Marktes Ratingen
5.3.1. Erwartungshaltung hinsichtlich Kostenanalyse des Marktes Ratingen
5.3.2. Auswertung der KER – Ergebnisse des Marktes Ratingen
5.3.3. Möglichkeiten der Optimierung bei der RFID – Marktumstellung

6. Vorteile der RFID – Technologie
6.1. In der Logistik
6.1.1. Disposition
6.1.2. Transport
6.1.3. Wareneingang
6.1.4. Bestandsmanagement und Inventur
6.1.5. Zusammenfassung
6.2. Am Point – of – Sale
6.3. Aus Sicht des Kunden
6.3.1. Zukunftsszenario

7. Probleme der RFID – Technologie

8. Prognosen

9. Zusammenfassung

I Abkürzungsverzeichnis

II Literaturverzeichnis

III Anlagen

0. Einleitung

RFID (Radio Frequency Identification) gehört zu den automatischen Identifikationsverfahren (Auto – ID). Diese verbreiteten sich in den vergangenen Jahren zusehendst: Dienstleistungsbereich, Handel, Beschaffungs- und Distributionslogistik sowie Produktionsbetriebe und Materialflusssysteme. Ziel und Aufgabe ist es, mit Hilfe derAuto – ID Informationen hinsichtlich Personen, Tieren, Gütern und Waren auf einfache Weise bereitzustellen.

RFID wird bereits in den unterschiedlichsten Lebensbereichen genutzt: beim Skifahren, im Krankenhaus, an Flughäfen und nun auch in der Handelslogistik. Diese Diplomarbeit wird sich vor allem mit dem zuletzt genannten Aspekt auseinandersetzen und diesbezüglich die wirtschaftlichen Vor- und Nachteile (Problemfelder), insbesondere in einem real,- SB‑Warenhaus, aufzeigen und bewerten.

Experten bezeichnen die Radiofrequenz schon als Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts. Es ist keine völlig neue Errungenschaft in der Technologie. Die Historie wird im entsprechenden Kapitel näher erläutert. Begonnen wird mit der Erläuterung des Aufbaus und der Funktionsweise, um den Leser für den technischen Aspekt zu sensibilisieren und eine Grundlage für das Verstehen des wirtschaftlichen Abschnitts voraussetzen zu können. Die Nennung von Synergieeffekten^[1] erfolgt, um die Tragweite der Technologie deutlich zu präsentieren, denn im Mittelpunkt der Betrachtungen steht die wirtschaftliche Abhandlung des Themas RFID.

Im Handel befindet sich diese Form von Artikelidentifikation noch in der Einführungsphase, sodass lediglich auf unzureichende praktische Erfahrungen^[2] und die damit zusammenhängenden Werte und Zahlen zurückgegriffen werden kann. Dadurch bleibt eine Auswertung von endgültigen Ergebnissen in dieser Arbeit unberücksichtigt. Als grundlegendes Zahlenmaterial dienen veröffentlichte Planzahlen, welche mit dem aktuellen Stand der Technik und den Ergebnissen dieser Untersuchung kritisch verglichen werden. Darüber hinaus wird mit einer Prognose abgeschlossen werden.

Als Ausgangspunkt dient der heute gebräuchliche Barcode, der für die zukünftigen Anforderungen im Handel nicht mehr ausreicht. Hier schließt die RFID – Technologie an.

1. Der Barcode

Der Barcode unterstützte sowohl offene als auch geschlossene Warenwirtschaftssysteme (WWS). Da die offenen Systeme im Folgenden keine Bedeutung mehr haben, bleibt ihre Betrachtung außer Acht.

Der Aufbau des Barcodes, wobei es sich um einen Strichcode handelt, setzt sich aus parallel angeordneten Strichen (engl. bars) und Trennlücken zusammen. Aus diesen zwei Komponenten wird der Binärcode begründet. Als typische und häufigste Form tritt der
EAN – Code (European Article Number) auf. Dieser entspricht den Belangen des Lebensmittelhandels und staffelt sich in 12 Zahlen mit anschließender Prüfziffer. Davon abgeleitet existieren vielfältige betriebsspezifische Instore – EAN – Codes, wenn beispielsweise Sets aufgelöst werden oder der Preis gewichtsabhängig^[3] ermittelt werden muss.

Die Inhalte des weit verbreiteten Barcodes beschränken sich auf Herstellerland, Herstellerbetrieb und Artikelbezeichnung:

Bild 1: Gliederung des EAN – Codes^[4]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Ablesung der Barcode – Inhalte erfolgt über optische Laserabtastung, indem sich der Lichtstrahl unterschiedlich an den dunklen und hellen Stellen reflektiert. Jedoch ist die Lesbarkeit stark beeinflussbar von Schmutz und Nässe, da das Trägermaterial, die Verpackung, meist Pappe oder Folie, sehr anfällig für äußere Einflüsse ist. Darüber hinaus muss ein direkter Sichtkontakt hergestellt werden. Die Dauer des Lesevorgangs ist durch die manuelle Handhabung von Datenträger und ggf. Lesegerät im Vergleich zur
RFID – Technologie eher langwierig und umständlich, zumal die Entfernung zwischen beiden Bestandteilen maximal 50 cm betragen darf, um einen Lesevorgang grundsätzlich zu ermöglichen. Zusätzlich ist die Manipulation in Form von Kopieren und Ändern erleichtert, da die Codes für jedermann ersichtlich sind. Die weitverbreiteten Barcodestreifen sind zwar im Vergleich zu den RFID – Tags^[5] noch äußerst billig, jedoch können sie zum Einen nicht programmiert werden und zum Anderen reicht ihre Speicherfähigkeit für die Ansprüche der heutigen Zeit nicht mehr aus. Demnach wird die RFID – Technologie den heutigen Standard ergänzen oder sogar ersetzen.

2. Grundlagen der RFID - Technologie

Bei den RFID – Systemen werden die Daten, ähnlich einer Chipkarte, auf einem elektronischen Datenträger, dem Transponder, gespeichert. Der Datenaustausch und die Energieversorgung erfolgen über magnetische und elektromagnetische Felder, sodass technische Verfahren aus Funk- und Radartechnik übernommen werden konnten. Demgemäss entstand die Bezeichnung Radio – Frequency – Identification – Identifikation über Radiowellen. Um jedoch ein Grundverständnis für diese Technologie zu bekommen, werden nun Grundlagen zur Funktionsweise vermittelt. Daraus resultierend begründen sich im Weiteren die Vor- und Nachteile, welche als Probleme aufgegriffen werden.

2.1. Frequenzen

Die Frequenz ist eine Schwingungs- oder Periodenzahl von Wellen je Sekunde^[6]. Über diese Wellen werden Informationen mit Hilfe von Energie übertragen. Als grundlegenden Baustein ist die Kenntnis der Einteilung der Frequenzen notwendig, welche im Bild 2 aufgeschlüsselt ist:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 2: Radiofrequenz als Betriebsfrequenz für RFID^[7]

Aus dieser Darstellung wird ersichtlich, dass lediglich Radiowellen für die
RFID – Technologie genutzt werden, vorzugsweise die LF, HF und UHF. Hierbei ist es jedoch wichtig, dass ein einheitlicher und vertretbarer Standard von den verschiedenen Forschungs- und Entwicklungsstellen (Philips, Craemer GmbH, Schreiner LogiData) gefunden wird, auf welche im folgenden Abschnitt noch eingegangen wird. Für diese Frequenzwahl sind Entscheidungskriterien zu beachten:

- mögliche RFID – Frequenzen (125 kHz; 13,56 MHz; 860-960 MHz (UHF); 2,45 GHz)
- physikalische und technische Eigenschaften (siehe Bild 3)
- zukünftige Anforderungen (Kompatibilität)
- benötigte Lesereichweite
- Verfügbarkeit mit Systemkomponenten (Lesegeräte, Warenwirtschaftssysteme, u.Ä.)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Tabelle im Bild 3 ergänzt die Aussage zu den physikalischen und technischen Eigenschaften, indem auf die Reichweite und die Reaktionsfähigkeit mit Wasser und Metall der potentiell möglichen o.g. Frequenzen dargestellt wird. Die Reaktion mit Wasser und Metallen ist deshalb Untersuchungsschwerpunkt, da die Reaktionen mit Getränken und Verpackungsmaterialien in Verbindung mit der RFID – Nutzung im Handel unvermeidlich sind. Dieser Umstand wird im Kapitel 7. Probleme der RFID - Technologie genau erörtert.

Bild 3: passive Eigenschaften der RFID - Frequenzen^{[8] [9]}

Weitere frequenzunabhängige Parameter sind:

- Datenmenge: 16-64 kB,
- sehr hohe Datendichte des Transponders,
- gute Maschinenlesbarkeit,
- unmögliche Lesbarkeit durch Personen,
- kein Einfluss durch optische Abdeckung (z.B. Etiketten),
- kein Einfluss von Richtung und Lage des Transponders,
- keine Abnutzung, kein zeitlicher Verschleiß,
- momentan mittlere Anschaffungskosten und
- sehr schnelle Lesegeschwindigkeit.

Frequenzen ermöglichen somit erst die RFID – Technologie, welche im Kapitel 2.2. erläutert wird.

2.2. Technologie

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Für die Funktionsweise sind neben den Frequenzen weitere Bestandteile, auch Hardware genannt, notwendig. Die Abbildung 4 verdeutlicht den Datenfluss über diese Bestandteile:

Bild 4: Grundbestandteile und Datenfluss der RFID – Technologie^[10]

Es werden nun die einzelnen Komponenten in ihrem Aufbau und ihrer Funktionsweise erläutert, um für die RFID – Technologie und diese Diplomarbeit ein Basisverständnis zu vermitteln.

Der Transponder ist, ersichtlich aus Bild 4, der kontaktlose Datenträger, welcher das Ende der Datenkette bildet. Er besteht aus einem Koppelelement und einem Mikrochip. Da keine eigene Energieversorgung, beispielsweise in Form einer Batterie, vorhanden ist, wird der Transponder lediglich erst dann aktiv, wenn die benötigte Energie in Form von Wellen (Frequenzen) innerhalb des Lesebereichs, auch Ansprechbereich genannt, vom Lesegerät gesendet wird. Man unterscheidet zwei prinzipielle Formen des Transponderaufbaus:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 5: prinzipieller Aufbau des Transponders^[11]

Die linke Illustration zeigt einen induktiv^[12] gekoppelten Transponder mit Antennenspule. Die rechte Darstellung zeigt ein Mikrowellen - Transponder mit Dipolantenne. Dabei entsprechen die Antennen bzw. die Anntennenspule den benötigten Koppelelementen, die den Datenträger zum Lesegerät kompatibel gestalten. Das schwarze Viereck steht für den Mikrochip, welcher selbst im Aufbau noch einmal sehr vielfältig ist. Alles wird von einem Gehäuse umschlossen, das vor mechanischen Außenreizen schützt.

Dabei unterscheidet man unterschiedliche Bauformen bei Transpondern: die häufigste Form sind die sogenannten Disks (Münzen) mit einem Durchmesser von wenigen Millimetern bis hin zu 10 cm. Diese können sowohl rund als auch eckig sein. Mittig befindet sich eine Bohrung, welche eine Befestigungsschraube aufnehmen kann. Das Gehäuse besteht meist aus Spritzguss. Um aber den Temperaturbereich bei der Anwendung zu erweitern, sind auch Polystyrol oder Epoxydharz möglich. Auch Glas ist als Gehäuse denkbar. Diese Glastransponder werden zur Identifizierung von Tieren genutzt^[13].

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Glastransponder^[14]

In den 12 bis 32 mm langen Röhrchen befinden sich der Chip, die Spule mit dem 0,03 mm dicken Draht sowie Weichkleber, um die Stabilität zu gewährleisten. Die gleichen Komponenten beinhalten auch Plastiktransponder. Das 3 mm dicke Gehäuse besteht, wie der Name schon sagt, aus Plastik. Damit ist dieser Datenträger belastbarer und für den Handel geeignet. Die gleiche Grundlage ist bei Smart Labels gegeben. Hierbei handelt es sich um eine papierdünne Transponderbauform. Die Spule wird durch Siebdruck oder Ätztechnik auf eine 0,1 mm starke Plastikfolie aufgebracht. Eine zusätzliche Papierschicht, mit welcher der Transponder laminiert wird, hält den Datenträger flexibel:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Smart Label^[15] Benutzung auf einem Glas^[16]

Durch die Beschichtung mit Kleber handelt es sich um praktische Selbstklebelabel. Die bisher vorgestellten Bauformen basieren auf der hybriden Bauweise: Spule und Mikrochip sind getrennt voneinander auf dem Datenträger integriert. Anders bei den Coil – on – Chips: auf dem Siliziumchip wird gleich die Spule, welche als Antenne funktioniert, platziert. Die dadurch erreichte Miniaturisierung erreicht Werte bis zu einer Transpondergröße von 3 x 3 mm². Zur besseren Handhabung werden sie in Kunststoffkörper eingebettet.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Wenn man weiter im Datenfluss zurückgeht, steht als Nächstes das Lesegerät, genauer gesagt das Erfassungsgerät:

Reader (= Schreib – Lese – Gerät)[15]

Der Reader beinhaltet ein Hochfrequenzmodul, welches als Sender und Empfänger in Erscheinung tritt und die Frequenzen für die Daten- und Energieübertragung erst ermöglicht. Das Koppelelement gestaltet die fließenden Elemente wieder so um, dass diese zum Einen vom Erfassungsgerät und zum Anderen vom Datenträger aufgenommen bzw. gesendet werden können. Die Kontrolleinheit vervollständigt den typischen Aufbau des Lesegerätes. In ihrer Funktion ist sie der Prüfziffer beim EAN - Code^[17] gleichzusetzen. Darüber hinaus können noch zusätzliche Schnittstellen eingebaut werden, um die Daten an andere Systeme, z.B. wie im Bild 4 angeführt einem WWS, weiterzuleiten, damit dort die entsprechende Be- und Auswertung der Daten erfolgen kann.

2.3. Funktionsweise

In diesem Kapitel wird das Zusammenwirken zwischen Transponder und einem Lesegerät beschrieben, wie es für den Handel bei der Realisierung der RFID – Technologie typisch sein wird. Demzufolge wird nur auf die Technologie Bezug genommen, welche auf der Radiofrequenz basiert^[18]. Unberücksichtigt bleiben dabei die anderen Funktionsweisen, welche im Bild 6 übersichtlich eingeordnet sind:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 6: Funktionsweisen von RFID - Systemen^[19]

Beim Radiofrequenz (RF) – Verfahren wird auf Schwingkreise zurückgegriffen, welche auf eine definierte Frequenz abgeglichen sind. Diese Frequenz wird Resonanzfrequenz fR genannt. Zu Beginn benutzte man Induktivitäten aus gewickeltem Kupferdraht. Mit dem angelöteten Kondensator befindet sich alles im Kunststoffgehäuse (Hartetikett). Heute nutzt man überwiegend die oben beschriebenen Smart Labels, bei welchen der Chip aus Silizium hergestellt wird.

Nähert man einen Schwingkreis, das heißt einen Transponder, einem magnetischen Wechselfeld an, so kann darüber Energie eingekoppelt werden (Induktionsgesetz). Entspricht nun die Frequenz des Wechselfeldes fG der Resonanzfrequenz fR, so wird der Schwingkreis angeregt. Abhängig vom Abstand der beiden Spulen zueinander und von der Güte des angeregten Schwingkreises im Transponder (LF, HF oder UHF) wird dabei dem magnetischen Feld entsprechend viel Energie entzogen. Folgendes Bild veranschaulicht diesen Vorgang:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 7: Wirkungsweise der RFID – Technologie^[20]

Auf dem Tag, dem Herzstück der RFID – Technologie, wird eine Nummer gespeichert, welche, vergleichbar mit der EAN – Nummer^[21] auf dem herkömmlichen Barcode, Informationen enthält: u.a. Herstellerdaten oder Produktinformationen (z.B. Mindesthaltbarkeitsdatum, Preis, Gewicht). Dieser elektronische Produktcode (EPC) kann mit Hilfe des RFID – Readers gelesen und ggf. neu beschrieben werden. Weitere Hintergründe zum EPC – Netzwerk sind in den Anlagen hinterlegt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

EPC - Netzwerk^[22]

Praktischer Weise wird, vor allem im Handel für die Diebstahlsicherung, der
1 – Bit – Transponder genutzt. Ein Bit ist die kleinste Informationseinheit, welche lediglich zwei Zustände kennt: „1“ für „Transponder im Ansprechbereich“ und „0“ für „kein Transponder im Ansprechbereich“. Daraus ergeben sich drei Komponenten, die im Handel notwendig sind: die Antenne des Lesegerätes, das Sicherungsmittel (Etikett) sowie der Deaktivator zur Entschärfung nach dem Bezahlen. Meist ist dieser Zerstörungsvorgang irreversibel. Jedoch können bereits neuere Systeme über einen Aktivator das Sicherungsmittel wieder reaktivieren. Dabei verschlüsselt ein Passwort die Daten. Dem Kunden ist dieses auf dem Kassenbon ersichtlich, sodass er bei späterem Benötigen dieser nun unleserlichen Informationen, beispielsweise bei Reklamationen oder Garantiefällen, die Daten mit diesem Passwort und einem entsprechenden Gerät entsperren kann. Dafür sind jedoch wiederbeschreibbare und damit teurere Chips notwendig. Nachdem der Aufbau und die Wirkungsweise der RFID ‑ Technologie erläutert worden ist, wird im folgenden Kapitel noch der Bezug auf die Anwendungsbereiche für RFID – Systeme genommen.

2.4. Anwendungsgebiete

Selbstverständlich gibt es neben der Warensicherung im Handel noch vielfältige Anwendungsbeispiele für die RFID – Technologie: so können Transponder auch in Chipkarten als Ticket im Nahverkehr integriert werden, oder als Schlüsselanhänger für Wegfahrsperren im Auto. Die Form des Schlüsselanhängers ist auch sehr beliebt bei Türschließsystemen mit besonders großen Sicherheitsanforderungen. Aber auch in Armbanduhren können diese Transponder als kontaktlose Zutrittsberechtigung eingebaut werden, so die Junghans Uhren GmbH in Schramberg.

Auf die Flexibilität der Smart Labels wurde bereits im Kapitel 2.1. Frequenzen eingegangen. Diese werden vor allem aufgrund ihrer Eigenschaft an Fluggepäck befestigt, zur Wiedererkennung und zur Logistik der Gepäckstücke. Darüber hinaus können durch die RFID – Transponder ebenso Werkzeuge und Glasflaschen identifiziert werden. Die bereits beschriebenen Glastransponder können wegen ihrer geringen Größe unter die Haut verpflanzt werden, sodass Tiere damit identifiziert werden können.

[...]

^[1] z.B. Self – Scanning Kassen etc. (Hard-, Software dieser weiterführenden Bestandteile außer Betracht)

^[2] bezogen auf das Unternehmen real,- SB-Warenhaus GmbH

^[3] Obst, Gemüse, Fleisch, Käse, Wurst, Fisch, Salate (in der Bedienung)

^[4] Quelle: Zentrale für Coorganisation – Gesellschaft zur Rationalisierung des Informationsaustausches zwischen Handel und Industrie mbH (CCG)

^[5] = Transponder

^[6] vgl. „Das Fremdwörterbuch“ von DUDEN, Band 5, S. 765

^[7] Quelle: vgl. Philips Semiconductors, S. 7

^[8] Absorption: aufsaugen, in sich aufnehmen (Duden)

^[9] Reflektion: zurückstrahlen, spiegeln (Duden)

^[10] Quelle: vgl. „RFID – Handbuch: Grundlagen und praktische Anwendungen induktiver Funkanlagen, Transponder und kontaktloser Chipkarten“ von Klaus Finkenzeller, S. 32

^[11] Quelle: vgl. „RFID – Handbuch: Grundlagen und praktische Anwendungen induktiver Funkanlagen, Transponder und kontaktloser Chipkarten“, Klaus Finkenzeller

^[12] Induktion = Erzeugung elektrischer Ströme und Spannungen in elektrischen Leitern durch bewegte Magnetfelder

^[13] siehe Abschnitt 2.3. Anwendungsgebiete

^[14] Quelle: www.innovations-report.de vom 12.05.2005

^[15] Quelle: www.future-store.org vom 12.05.2005

^[16] Quelle: www.sina-eetezadi.de vom 30.05.2005

^[17] vgl. Kapitel 1. Barcode

^[18] siehe Kapitel 2.1. Frequenzen

^[19] Quelle: vgl. „RFID – Handbuch: Grundlagen und praktische Anwendungen induktiver Funkanlagen, Transponder und kontaktloser Chipkarten“, Klaus Finkenzeller

^[20] Quelle: vgl. „RFID – Handbuch: Grundlagen und praktische Anwendungen induktiver Funkanlagen, Transponder und kontaktloser Chipkarten“, Klaus Finkenzeller

^[21] ist im EPC integriert

^[22] Quelle: www.innovations-report.de vom 22.05.2005