Bild: Anže Mulec, iStock; NXP Semiconductors

Industrieelektronik NFC verleiht Flügel

26.10.2015

Intelligente Werkstücke, autonome Produktion, ständiger Zugang zur Cloud und unbegrenzte Anpassbarkeit von Produkten – das sind nur einige der Neuerungen, die im Zuge von Industrie 4.0 auf den Bereich Fertigung zukommen. Einer der größten Treiber dafür ist die drahtlose Kommunikation über Near Field Communication (NFC). Sie birgt das Potenzial, die Art und Weise, wie Güter und Dienstleistungen angeboten werden, völlig umzukrempeln.

Technologien wie das Internet, Cloud Computing, intelligente Maschinen und uneingeschränkte Konnektivität sorgen für neue Möglichkeiten bei der Fertigungsflexibilität und im Dienstleistungssektor. Daher sprechen nahezu alle Analysten von einer weiteren industriellen Revolution, auch unter dem Schlagwort „Industrie 4.0“ bekannt. Laut einer Studie von BITKOM ist allein für die Branchen Maschinen- und Anlagenbau, Elektrotechnik, Automobilbau, chemische Industrie, Landwirtschaft und Informations- und Kommunikationstechnologie bis 2025 ein zusätzliches Wertschöpfungspotenzial von 78 Milliarden Euro (jährlich 1,7 Prozent Wachstum) durch Industrie-4.0-Technologien zu erwarten.

Gerade in der Fertigung ist das Potenzial groß. Produktionsprozesse bei Industrie 4.0 bedeuten: Jedes Element ist vernetzt und in der Lage, autonom mit dem Netzwerk zu interagieren – egal ob Werkstoff, Maschine oder fertiges Produkt. Diese Fähigkeit der Konnektivität schafft neue Arten der Werkstückverfolgung, Verwaltung und Interaktion, an jedem Punkt des Produktionsprozesses. Einzelne Teile können Informationen über sich selbst in Echtzeit zur Verfügung stellen und Maschinen lassen sich auf der Basis dieser Daten einfach und sicher konfigurieren und anpassen. Das macht die Fertigung effizienter und steigert die Flexibilität, hoch individualisierte Produkte in Massenfertigung zu erzeugen.

Eine der wichtigsten Technologien für Industrie 4.0 ist Near Field Communication (NFC). Es handelt sich dabei um eine Weiterentwicklung der bewährten RFID-Technik und erlaubt es schon heute, Produktionsanlagen intelligenter zu machen.

Schlüsseltechnologie NFC

Die NFC-Technik benötigt kein Pairing und arbeitet in einem Frequenzbereich von 13,56 MHz, üblicherweise auf einer Datenübertragungsrate von 424 kBit/s und fünf bis zehn 10 Zentimetern Reichweite. Genormt ist die Schnittstelle durch die Standards ISO/IEC 14443, 18092, 21481 ECMA 340, 352, 356, 362 beziehungsweise ETSI TS 102 190. Anders als frühere Kontaktlostechniken in diesem Frequenzbereich kann NFC neben der aus RFID bekannten Reader/Tag-Typologie auch Peer-to-Peer kommunizieren und wird häufig auch dort eingesetzt, wo zwei Maschinen oder Geräte verschlüsselt miteinander interagieren, wie bei Konfigurationsvorgängen. Darüber hinaus funktioniert NFC auch komplementär mit anderen drahtlosen Technologien. So kann man beispielsweise eine WLAN- oder Bluetooth-Verbindung durch eine einfache Berührung herstellen. Auf diese Weise lassen sich bestehende Technologien einfach und effektiv miteinander verknüpfen und ihre Stärken verbinden.

NFC ist auf Grund dieser Vorteile mittlerweile nahezu omnipräsent, ohne dass wir es überhaupt noch wahrnehmen: Egal, ob bargeldlose Bezahllösungen in EC- und Kreditkarten oder per Smartphone, elektronische Fahrkarten, sichere Log-On- und Zugangslösungen oder Unterhaltungselektronik, überall findet sich diese Technik. Auch setzt mittlerweile fast jeder Smartphonehersteller auf NFC, und Wearables wären ohne sie kaum vorstellbar.

Kurzer Weg, großer Effekt

Was NFC auszeichnet, ist die Art der Funkverbindung. Im Gegensatz zu Bluetooth oder WLAN funktioniert diese bei NFC nur, wenn zwei Geräte maximal zehn Zentimeter voneinander entfernt sind. Das ist ein Pluspunkt für die
Sicherheit, da ein „Abhören“ der Verbindung so erschwert wird. Außerdem ist NFC im Gegensatz zu anderen kabellosen Verbindungen extrem stromsparend. Denn für einen Austausch benötigt nur eines der beiden Geräte eine Stromversorgung, das andere bezieht die benötigte Energie aus dem Funksignal. Dieser Aspekt spielt besonders für die so genannten NFC Tags eine große Rolle: Da diese keine externe Stromquelle brauchen, kann man sie sehr klein und flexibel gestalten und so nahezu überall anbringen.

In der Produktionskette eingesetzt sorgt NFC dafür, dass einzelne Produkte und Werkstücke direkt mit Maschinen kommunizieren können. Dafür wird jedes Teil mit einem NFC Tag ausgerüstet, und jede Produktionsmaschine besitzt einen NFC-Leser. Der Tag stellt den Maschinen entsprechende Prozess- und Status-
informationen zur Verfügung und kann direkte Anweisungen oder Spezifikationen weitergeben. Im Anschluss an den jeweiligen Fertigungsschritt erfolgt eine automatische Statusaktualisierung auf dem NFC Tag. So wird der Produktionsfortschritt direkt am Produkt dokumentiert.

Viele Kontroll-, Steuerungs- und Wartungsvorgänge lassen sich durch die direkte Kommunikation zwischen Maschine und Werkstück automatisieren und laufen dadurch effizienter ab. Denn mit NFC kann ein Teil direkt mitteilen, wie es verarbeitet werden muss, dass es fertiggestellt wurde oder dass es bereit zum Versand ist.

Ein weiterer Vorzug von NFC in der Fertigung: die Werkstück- und Werkzeugauthentifizierung. So können Roboter und Maschinen einfach und schnell feststellen, ob sie beispielsweise das richtige Werkzeug für einen bestimmten Arbeitsschritt benutzen. Entscheidend dafür ist einmal mehr, dass NFC Tags keine eigene Stromversorgung benötigen. Auch wenn ein Werkzeug nur selten benutzt wird, funktioniert die Kommunikation per NFC unmittelbar.

Vertrauen ist gut, NFC ist besser

Die einfache Vernetzung per NFC macht es auch möglich, auch Maschinen effizient zu überwachen und zu warten: So können sie beispielsweise anzeigen, wenn ein Defekt droht oder laut Intervall eine Wartung ansteht. Dank NFC ist auch eine einfache Statusüberprüfung von Maschinen jederzeit möglich. Arbeiter müssen dafür nur mit einem geeigneten Gerät, zum Beispiel ihrem handelsüblichen NFC-fähigen Smartphone oder Tablet, in die Nähe des jeweiligen NFC Tags gehen. Diese gründlichere Wartung und Überwachung sorgt für eine deutlich bessere Maschinenverfügbarkeit, da Ausfallzeiten minimiert und etwaige Reparaturen durch bessere Diagnosemöglichkeiten erleichtert werden.

Ein weiterer Teilbereich, der von der vereinfachten Überwachung mit NFC profitiert, ist das Inventar- und Asset-Management, denn Teile und Werkstücke können leichter nachverfolgt und deren Benutzung besser erfasst werden. Ein Vorratsbehälter für Einzelteile hat beispielsweise ständig den Überblick über den tatsächlichen Bestand und kann automatisch Nachschub anfordern, wenn sie knapp werden.

Dabei ermöglicht NFC selbst bei den kompliziertesten Arbeitsabläufen mit hohen Stückzahlen und mehreren Zulieferern oder Partnern in unterschiedlichen Ländern die Steuerung in Echtzeit. Denn eine einzelne Zentrale hat jederzeit den globalen Überblick und kann schnell auf wechselnde Bedingungen und Anforderungen reagieren.

Der Kunde ist König

NFC Tags sorgen dafür, dass Werkstücke ein Gedächtnis bekommen. Somit trägt jedes Teil ständig alle für die Produktionskette notwendigen Informationen mit sich. Und da man ein einzelnes Tag für unterschiedliche Anforderungen schnell und einfach umprogrammieren kann, können auch die darauf enthaltenen Arbeitsanweisungen je nach Wunsch wechseln. So lässt sich beispielsweise ein massengefertigtes Produkt trotzdem nach Kundenwunsch individualisieren – und zwar ohne, dass man die Fertigung hierfür unterbrechen muss.

Und auch das Kundenerlebnis beim Kauf profitiert von NFC. So könnten Konsumenten beispielsweise ihr NFC-fähiges Smartphone einfach an den immer noch integrierten NFC Tag halten und direkt alle wichtigen produktspezifischen Informationen dazu bekommen. Oder sie werden direkt auf Bewertungen in sozialen Netzwerken weitergeleitet. Man sieht, den Möglichkeiten sind kaum Grenzen gesetzt.

Das sind nur einige Beispiele dafür, wie sich NFC im Rahmen der vierten industriellen Revolution einsetzen lässt. Sicher ist, dass weitere folgen werden, denn der Fertigungssektor befindet sich derzeit im Umbruch. Damit größere Industrie-4.0-Pilotprojekte in den nächsten Jahren maßgeblich zur Verbreitung des Konzepts in der Breite beitragen können, müssen die nötigen Sicherheitsarchitekturen bereitgestellt und Einstiegsbarrieren beseitigt werden.

Dazu sind Technologien nötig, die sich einfach und zuverlässig in bestehende Prozesse integrieren lassen – eben genau wie NFC. Im Laufe der nächsten zehn Jahre werden mehrere Technologien miteinander zusammenarbeiten, um Produktionsprozesse und Lieferketten noch flexibler, effizienter und reaktionsschneller zu machen. Near Field Communication bildet dabei die Speerspitze der Entwicklung und ist ein entscheidender Treiber dafür, dass Industrie 4.0 zum Erfolg wird.

Bildergalerie

  • Diese Möglichkeiten bietet Near Field Communication für die moderne Industrie.

    Bild: NXP Semiconductors

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