DMC vs. RFID in der Fertigung

Die zunehmenden Diskussionen und Vorschriften über lückenlose Rückverfolgbarkeit und zuverlässige Identifizierung von Produkten haben Identifikationssysteme zu einem unvermeidlichen Bestandteil in der Fertigung gemacht. Vor allem zwei spezifische Technologien finden großen Anklang: Der Data Matrix Code (DMC) und RFID (Radio Frequency Identification).

Beim Thema RFID gibt es einige Kritiker, die behaupten, dass die Marktreife hinsichtlich Praktikabilität und Preis-Leistungs-Verhältnis noch nicht erreicht ist. Und DMCs sind zudem vergleichsweise kostengünstig. Aber um sich für DMC oder RFID für seine Applikation zu entscheiden, muss man die grundlegenden Unterschiede zwischen den beiden Technologien verstehen. Beide haben nämlich ihre Schwächen und Stärken und eine falsche Entscheidung könnte kostspielige Folgen haben. Welche Technologie Sie wählen, hängt hauptsächlich vom zu identifizierenden Objekt ab. Entscheidend sind zum Beispiel dessen Größe und Form sowie die Umgebungsbedingungen.

Eine neue Welt der Möglichkeiten

Ein Data Matrix Code ist ein zweidimensionales Datenpunktmuster, das eine variable, rechteckige Größe in Form einer Matrix aufweist. Die Matrix besteht aus mindestens 10×10 und maximal 144×144 Symbolelementen. Es handelt sich um einen Binärcode, der mit Nullen und Einsen interpretiert wird und bis zu 1.556 Bytes umfassen kann.

Ein horizontaler und ein vertikaler Rand beschreiben eine Ecke, die als Orientierung für das Lesen dient – das sogenannte „Finding pattern“. Auf den gegenüberliegenden Seiten muss die jeweilige Seite zwischen hellen und dunklen quadratischen Elementen variieren, um die Position und Größe der Matrixstruktur zu beschreiben – das „Alternating Pattern“. Der Datenspeicherbereich befindet sich innerhalb des Symbols.

Die Stärken von DMC

Diese maschinenlesbare Kodierungsform wurde entwickelt, um größere Datenmengen als bei 1D-Codes auf kleineren Raum packen zu können. Kamerascanner können bereits Punktmuster von lediglich 2 x 2mm zuverlässig lesen. Somit eignet sich DMC für sehr kleine Produkte oder runde Oberflächen, bei denen wenig Platz für Markierungen auf dem Produkt vorhanden ist.

Die DMC-Technologie ermöglicht es viele Informationen auf kleinstem Raum zu platzieren. Artikel- oder Chargennummern, Herstellungs- oder Verfallsdaten sowie andere wichtige Fertigungsdaten können über alle Verarbeitungsschritte hinweg dauerhaft auf dem Werkstück gespeichert werden.

Ein besonderer Vorteil liegt auch darin, dass der Code mittels verschiedener Druck- oder Prägeverfahren direkt – ohne Etikett – auf ein Objekt aufgebracht werden kann. Es kann genadelt, gelasert oder mit Inkjet- oder Thermotransferdruck bedruckt werden. Und er funktioniert auf den verschiedensten Materialien: Kunststoffe, Papier, Metalle und vieles mehr. Da zum Lesen des DMCs spezielle Kameras, nicht Barcodescanner, verwenden werden müssen, können sie in jeder beliebiger Lage (von 0-360°) gelesen werden.

Zusätzlich ist die Fehlerkorrektur beim Lesen eines DMC aufgrund von Informationsredundanz und Fehlerkorrekturalgorithmus sehr hoch: Selbst eine Verschmutzung oder Beschädigung des Datenfeldes um 25-30% kann vollständig kompensiert werden.

Die Grenzen von DMC

Da es nicht möglich ist, einen DMC mit linearen Barcodescannern zu lesen, müssen kamerabasierte Bildverarbeitungssysteme verwendet werden, die teurer sind. Darüber hinaus ist es unerlässlich, dass die gesamte Oberfläche und nicht nur ein Teil davon dekodiert wird, denn die Anordnung der Module auf der Oberfläche bestimmt die enthaltenen Daten. Sonst erhalten Sie keine auswertbaren Informationen.

Obwohl DMC kontrastarmes Drucken ermöglicht (20% Kontrast sind ausreichend), sind glänzende Oberflächen schwierig zu handhaben, da entweder das von der Kamera zum Auslesen verwendete Licht nicht optimal reflektiert wird oder zu stark gestreut wird. Auch der Winkel, in dem die Kamera montiert ist, kann eine Rolle spielen.

Und nicht zuletzt bestimmt die Position des DMCs, ob er lesbar ist oder nicht. Denn im Gegensatz zu RFID kann ein DMC nur mit Sichtkontakt gelesen werden. Ein verdeckter DMC kann von Kameras nicht gelesen werden. Und selbst wenn der Sichtkontakt gegeben ist, kann der DMC nur innerhalb einer bestimmten Lesedistanz gelesen werden.

RFID – Bringen Sie Transparenz in Ihren Fertigungsprozess

Mit RFID ist es möglich, jedes Objekt, das mit einem RFID-Datenträger ausgestattet ist, berührungslos und eindeutig zu identifizieren. Ein RFID-System in der Fertigung besteht aus Tausenden von Datenträgern (auch Tags oder Transponder genannt) und mindestens einem Schreib-/Lesegerät – umgangssprachlich Reader genannt, obwohl er nicht nur Auslesen, sondern auch Beschreiben kann.

Der Reader erzeugt über seine Antenne ein schwaches elektromagnetisches Feld. Wenn ein Tag in dieses Magnetfeld eingebracht wird, wird der Mikrochip des Tags mit Energie versorgt und es können Daten (kontaktlos) an den Reader gesendet oder neue Informationen auf dem Chip gespeichert werden. Verlässt der Tag das Magnetfeld, bricht die Verbindung zum Reader ab und der Chip verhält sich wieder passiv. Die gespeicherten Daten bleiben im Tag-Speicher erhalten.

RFID-Tags sind in vielen verschiedenen Designs erhältlich, es kann sich dabei um ein einfaches Klebeetikett handeln, aber auch um einen Hardtag in Form einer Scheibe, Schraube oder auch ein Tag aus Glas. Tags mit nur wenigen Millimeter Größe können für die Werkzeugidentifikation und sehr große Transponder für die Behälteridentifikation verwendet werden.

Die Stärken von RFID

Ein RFID-Tag überzeugt vor allem durch 3 wesentliche Merkmale:

• Der Tag kann berührungslos ausgelesen oder beschrieben werden, ohne Sichtkontakt zum Reader.

• Der Tag ist nahezu unbegrenzt wiederbeschreibbar

• Mehrere Tags können gleichzeitig gelesen werden (Pulklesen oder Multitagging)

Diese Eigenschaften eröffnen völlig neue Möglichkeiten, die DMC nicht bieten kann. Der RFID-Tag kann identifiziert werden, auch wenn er in eine Palette oder ein Werkzeug integriert ist und Sie ihn nicht einmal (vollständig) sehen können. RFID-Tags können auch bei starker Verschmutzung noch gelesen oder beschrieben werden, da kein Sichtkontakt erforderlich ist. Und durch die Wiederbeschreibbarkeit der Tags haben Sie außerdem die Möglichkeit, die Daten auf dem Chip zu ändern, zu ergänzen oder zu löschen – jederzeit.

Sobald ein RFID-System in einen Prozess integriert ist, funktioniert das System mit minimaler menschlicher Interaktion. Bei einer neuen Bestellung werden alle notwendigen Informationen automatisch auf den Tag geschrieben. Dies können bis zu 128 kByte Daten auf einem einzigen Datenträger sein. RFID führt zu weniger Verwaltungsfehlern, mehr Transparenz und einer deutlichen Steigerung der Geschwindigkeit. Denn die Erkennung von mit RFID ausgestatteten Teilen erfolgt um ein Vielfaches schneller als die Verwendung von Barcodes. 

Jeder Produktionsschritt kann direkt auf dem RFID-Tag im oder am Bauteil gelesen, beschrieben und dokumentiert werden. Um Sicherheitsprobleme zu vermeiden, können Daten verschlüsselt, passwortgeschützt oder mit einer „kill“-Funktion versehen werden, um Daten dauerhaft zu entfernen. 

Die Schwächen von RFID

Aber auch RFID hat seine Grenzen: Abhängig von der verwendeten Frequenz sind physikalische Gegebenheiten zu beachten. Zum Beispiel in metallischen Umgebungen: Metallbehälter oder Produkte aus Metall können Probleme verursachen oder sogar zu Nicht-Lesungen führen, da Metalle reflektieren und abschirmen. Auch Produkte mit einem hohen Wasseranteil absorbieren Funkwellen und es kann vorkommen, dass der Reader nicht alle Objekte zuverlässig erkennt.

Ein weiterer Kritikpunkt sind momentan auch immer noch die Kosten. RFID-Tags sind immer teurer als ein DMC, denn selbst bei einer großen Stückzahl an Tags müssen die Bauteile, die im Tag verbaut sind, bezahlt werden. Aber da sie nahezu unbegrenzt ausles- und beschreibbar sind, zahlen sich die höheren Anschaffungskosten im Laufe der Zeit aus – zumindest bei Closed-Loop-Anwendungen.

Unterschiedliche Frequenzen für unterschiedliche Anwendungen

Es gibt 3 etablierte Frequenzbereiche, welche spezifische Eigenschaften aufweisen:

Die Applikation entscheidet, welche Frequenz Sie wählen sollten. Da LF-Systeme nur eine geringe Empfindlichkeit gegenüber potenziellen metallischen Reflektionen aufweisen, sind sie gut geeignet für Anwendungen, bei denen der Tag bündig in Metall montiert werden muss, z.B. bei der Werkzeugidentifikation. HF-Systeme punkten mit einer hohen Übertragungsgeschwindigkeit und sind daher ideal für Work-in-Progress-Anwendungen (WIP) mit großen Datenmengen. Hohe Lesereichweiten machen dagegen UHF-Systeme sehr attraktiv, wenn die Anlage oder der Prozess keine definierten Abstand zwischen Tags und Reader ermöglicht. UHF-Tags können trotz unterschiedlicher Positionen am Objekt und somit verschiedenen Schreib-/Leseabständen zuverlässig gelesen werden. Da viele Tags nahezu gleichzeitig ausgelesen werden können, sind UHF-Systeme auch ideal für die Erkennung von kompletter Palettenladungen.

Hauptunterschiede zwischen DMC und RFID-Tags

Hier ist ein Überblick über die wichtigsten Unterschiede zwischen Data Matrix Code und RFID:

Die Applikation entscheidet, ob DMC oder RFID

Letztendlich ist die Entscheidung für die eine oder andere Technologie immer eine Einzelfallentscheidung. Hier sind einige grundlegende Fragen, die Sie sich stellen können, um die richtige Wahl zu treffen:

• Wird das markierte Objekt wiederverwendet oder geht es am Ende der Prozesskette verloren? → Closed-Loop-Applikation = RFID, Open-Loop-Applikation = DMC

• Gibt es nur eine einmalige Kennzeichnung oder ein wiederholtes Schreiben/Ändern der Daten, die innerhalb der Prozesskette benötigt werden? → Einmalige Kennzeichnung = DMC, Wiederholtes Schreiben = RFID

• Welches Datenvolumen wird auf dem Objekt benötigt? → Niedrig = DMC, hoch = RFID

• Sollen Prozessdaten auf dem Objekt gespeichert werden? → Ja = RFID, nein = DMC

• Wie sieht es mit der Verarbeitungsgeschwindigkeit aus? Nicht relevant = DMC, hoch = RFID

• Wie sind die Lichtverhältnisse und Kontraste? → Gut = DMC, schlecht = RFID 

• Wie groß ist der verfügbare Platz für die Markierung? → Gering = DMC, ausreichend = RFID

• Ist der direkte Sichtkontakt zum Objekt gewährleistet? → Nein = RFID, ja = DMC

• Gibt es potenzielle Störquellen wie Verschmutzung? → Ja = RFID, nein = DMC

• Gibt es potenzielle Störquellen wie Metalle oder Flüssigkeiten? → Ja = DMC, nein = RFID

Es muss nicht immer „entweder/oder“ sein

DMC und RFID müssen nicht unbedingt immer im Wettbewerb zueinander stehen. Manchmal kann es von Vorteil sein, eine Kombination aus beiden Technologien zu haben. Dies wäre also ein RFID-Label mit einem aufgedruckten DMC. Während der DMC mit einem Scanner direkt am Objekt gelesen werden kann, erfüllt der RFID-Tag weiterführende Aufgaben. Dank der speziellen Technologie kann die getaggte Ware auch später im verpackten Zustand noch identifiziert werden, da der Sichtkontakt zwischen Tag und Reader nicht zwingend notwendig ist. Darüber hinaus können alle relevanten Prozessdaten auf dem RFID-Tag gespeichert werden und bieten einen Mehrwert entlang der gesamten Wertschöpfungskette.