Was sind Lokalisierungslösungen?

Lagerhalle mit Paketen

Überblick und Geschichte

Lokalisierungslösungen ist ein Überbegriff für Technologien zur Standortverfolgung von Assets oder Personen in Echtzeit bzw. nahezu Echtzeit, die sich in der Regel auf einen bestimmten Bereich beschränkt. Technologie für Lokalisierungslösungen wird mit Lokalisierungssystemen kombiniert, um Daten zu erfassen und diese auszuwerten und in einen betrieblichen Kontext zu stellen, damit Unternehmen anhand dieser Daten besser fundierte Geschäftsentscheidungen treffen können.

Als Konzept gibt es Lokalisierungslösungen so lange, wie Menschen Objekte, Waren und andere Menschen verfolgen wollen – es reicht zurück bis zur frühen Radartechnologie. Die Entwicklung von Lokalisierungslösungen begann 1998 auf der Fachmesse ID EXPO, als der Begriff RTLS (Echtzeit-Lokalisierungssystem; engl.: Real-Time Location System) geprägt wurde. Dieser beschreibt neue Technologien, die neben den automatischen Identifikationsmethoden von aktiven RFID-Tags auch die Möglichkeit umfassen, den Standort auf einem Computerbildschirm anzuzeigen. Auf dieser Messe wurden die ersten Beispiele für eine kommerzielle funkbasierte RTLS-Lösung vorgestellt. Zwar wurde diese Funktionalität früher bereits durch das Militär und Regierungsbehörden eingesetzt, jedoch war die Technologie für den kommerziellen Einsatz zu teuer gewesen. Anfang der 1990er-Jahre wurde in den USA das erste kommerzielle RTLS mit Übertragungs-Tags installiert. Seitdem sind große Fortschritte bei der Lokalisierungshardware, aber auch bei der Software und Datenanalyse zu verzeichnen. Branchenführer entwickeln heute prädiktive Analysefunktionen und wenden Workflow-Algorithmen an, um Unternehmen zu noch höherer Leistung zu verhelfen.

Internet der Dinge (IoT)

Das Internet der Dinge (IoT) ist ein Netzwerk von physischen Geräten mit integrierten Sensoren, über das Daten ohne direktes menschliches Eingreifen ausgetauscht werden können. Ein häufiger Anwendungsbereich sind Smartphone-Apps, die Thermostate in Wohnräumen kontrollieren können. Die Fähigkeit, den Standort ganz einfach mit Sensoren zu verfolgen, ist zu einer zentralen Funktion vieler IoT-Geräte geworden. Positionsdaten können genutzt werden, um in beliebig vielen Organisationen Assets zu verwalten, die über eine zentrale IoT-Plattform verbunden sind. Dadurch werden neue Maßstäbe für Transparenz, Verwaltbarkeit und intelligentere Entscheidungsfindung gesetzt. Im Kontext von IoT und zunehmender Vernetzung stellen RTLS-Lösungen Daten in bisher unerreichtem Umfang bereit.

Kernkonzepte

Endbenutzer werden feststellen, dass es kein „Universalrezept“ für Lokalisierungslösungen gibt. Während manche Benutzer auf höchst präzise Echtzeit-Verfolgung von Assets in großen Lagerumgebungen angewiesen sind, reicht anderen Benutzern eine grobe Standortangabe – wie etwa, in welchem Regal eines großen Einzelhändlers ein Produkt sich befindet – völlig aus. Die Standortbestimmung in Echtzeit kann je nach Wert des Assets oder der physischen Prozessphase, in der ein Objekt sich befindet, wichtig sein. Bei einigen Anwendungen muss der Benutzer nur wissen, welchen Überwachungspunkt ein Objekt zuletzt passiert hat. In vielen Fällen sind mehrere Technologien erforderlich, um die Prozess- bzw. Workflowziele zu erreichen.

Zur automatischen Standortermittlung sind unterschiedliche Technologien verfügbar. Welche Art von Technologie am besten geeignet ist, hängt von zwei Hauptfaktoren ab:

  • Ortungsgenauigkeit: Einige Technologien bieten eine Verfolgungsgenauigkeit nach Tor oder Zone. Dies ist nützlich, wenn nur der einfache Kontext von Objekten erfasst werden soll, wie etwa Wareneingang oder -ausgang einer Palette in einem Lager. Andere Technologien bieten dagegen eine Lokalisierungsgenauigkeit von einem Meter oder weniger. Diese eignen sich für Situationen, in denen der Standort möglichst genau bestimmt werden muss.
  • Aktualisierungsraten: Nicht für alle Lösungen sind Echtzeit-Informationen erforderlich. Wenn beispielsweise eine Palette beim Passieren eines Tors gescannt und dann auf einem Regal im Lager platziert wurde, ist die ständige Aktualisierung des Standorts überflüssig. Andere Lösungen stellen Standortaktualisierungen stündlich bereit oder vielleicht sogar im Minuten- oder Sekundentakt, wie dies beispielsweise zur Verfolgung von Fahrzeugen auf dem Weg durch eine Einrichtung erforderlich ist.

Wichtige Lokalisierungsaspekte

  1.    Reichweite: In welchem Bereich müssen Objekte verfolgt werden – global, in einer Einrichtung, in einem Raum?
  2.    Genauigkeit: abhängig von Störungen (Zeit/Winkel/Signal)
  3.    Präzision: Wie präzise muss ein Objekt lokalisiert werden (7 m oder 25 cm)?
  4.    Intervall: Wie häufig ist eine Aktualisierung der Position erforderlich? (einmal pro Sekunde, alle 5 Minuten, bei Bedarf)
  5.    Infrastruktur: vorhanden (WLAN), extern (Mobilfunk/Satellit), einfach oder komplex
  6.    Bereitstellung: herkömmliche Verkabelung, Empfänger und Antennen oder Tags und Anwendung
  7.    Batterie-/Akkulebensdauer: tägliches Aufladen, jährliches Auswechseln, Auswechseln von Tags alle 5–10 Jahre
  8.    Interoperabilität: bei Tags, Lesegerät/Empfänger, bei Lokalisierungs-Engine
  9.    Kosten: Kosten von Tags, Infrastruktur, Bereitstellung und Wartung

Lokalisierungsansätze

Es gibt unterschiedliche technische Methoden zum Generieren von Positionsdaten:

  • Berechnung: Umfasst Trilateration auf der Grundlage von TDOA (Ankunftszeitdifferenz), Eingangswinkel, Signalstärke. Wird in der Regel durch Ermittlung der Umgebung mit dem Standort von Objekten relativ zur Infrastruktur erreicht.
  • Anwesenheit: Verwendung von Toren und Beacons zur Verfolgung von Ein- und Ausgang – Lokalisierung auf Grundlage des nächsten Beacons oder durch Extrapolieren zwischen zwei Beacons.
  • Crowdsourcing: Verwendung von Roaming-Sniffern, wie etwa Wearable-Geräte zur Lokalisierung von getaggten Assets.

Lokalisierungstechnologien

RFID steht für Radio Frequency Identification (Funkfrequenzerkennung). Dabei handelt es sich um eine Technologie zur automatischen Identifikation, bei der in einem RFID-Tag (oder „Smart Label“) codierte digitale Daten über Funkwellen von einem Lesegerät erfasst werden. RFID ist der Barcode-Technologie ähnlich, verwendet jedoch Funkwellen zur Erfassung der Daten auf den RFID-Tags, während Barcodes optisch gescannt werden. Bei RFID muss das Tag oder Etikett zum Lesen der darauf gespeicherten Daten nicht sichtbar sein – dies ist eines der Hauptmerkmale eines RFID-Systems. RFID ist dynamisch, das heißt, die Daten auf dem Schaltkreis können aktualisiert werden, wohingegen Barcodes statisch und nicht veränderbar sind.

Durch die Anbindung des RFID-Lesegeräts an das Internet können Objekte mit RFID-Tag oder -Etikett automatisch identifiziert und verfolgt werden.

Passive RFID-Lösungen haben keine Energiequelle und nutzen eine Antenne sowie einen integrierten Schaltkreis. Das Lesegerät sendet Funkwellen aus, die den Schaltkreis mit Strom versorgen, wenn er sich in Reichweite des Lesegeräts befindet. Diese Tags können in der Regel nur sehr wenige Informationen aufnehmen, sind aber recht klein, lange haltbar (über 20 Jahre) und kostengünstig.

Bei aktiven RFID-Lösungen müssen die Tags über eine eigene Energiequelle (in der Regel eine Batterie) und einen Sender verfügen, um ein Signal an das RFID-Lesegerät senden zu können. Sie können mehr Daten speichern, bieten eine größere Lesereichweite und eignen sich hervorragend für Präzisionslösungen mit Echtzeit-Verfolgung. Wegen der integrierten Batterie sind sie größer und in der Regel auch teurer. Die Empfänger erkennen Einwegübermittlungen von aktiven Tags.

  • UWB-Tags (Ultrabreitband-Technologie) bieten eine hohe Ortungsgenauigkeit über eine mittlere Reichweite, wobei eine hohe Übermittlungsfrequenz die Echtzeit-Lokalisierung ermöglicht. Sie können grundlegende Daten zur Identifikation sowie Positions- und andere Sensordaten bereitstellen. Empfänger erkennen Einwegübermittlungen der Tags, versehen diese mit einem Zeitstempel und leiten sie an einen Hub weiter. Über den Hub werden die Empfänger mit Strom versorgt, synchronisiert und in ein kabelgebundenes Netzwerk mit großer Reichweite eingebunden. Zu den möglichen Einsatzbereichen zählen die Werkzeugkontrolle (zum Sicherstellen, dass ein Werkzeug an der richtigen Position im Betrieb verwendet wird), die Verfolgung von Mitarbeitern zu Orientierungs- und Sicherheitszwecken und alle Situationen, in denen eine hohe Ortungsgenauigkeit erforderlich ist.
  • Bluetooth Low Energy (BLE) basiert auf dem universellen Bluetooth-Standard. Diese kostengünstigen Beacons und Tags eignen sich für Anwendungen mit geringem Stromverbrauch und können mit Bluetooth-fähigen Geräten oder Smartphones ausgelesen werden. Beacons übermitteln Daten an Mobilgeräte oder dedizierte Gateways und leiten sie über WLAN oder Mobilfunk an eine Plattform (Middleware) weiter, die sie in Positionsdaten umwandelt. Geeignete Einsatzbereiche sind beispielsweise Situationen, in denen ein System ohne Unterbrechung der vorhandenen Geschäftsabläufe installiert werden muss (z. B. im Gesundheitswesen) oder die vorhandenen Geräte von Mitarbeitern (Smartphones, mobile Computer) verwendet werden sollen, um den Standort Ihrer Assets über Crowdsourcing zu ermitteln. Ein weiteres mögliches Anwendungsgebiet für BLE-Beacons ist die Bereitstellung von kostengünstigen, einfach installierbaren bargeldlosen Zahlungssystemen, die mithilfe der auf Verbraucher-Smartphones installierten Kunden-App eines Einzelhändlers die Kundenbindung festigen können.
  • WLAN über Smartphones ist eine der am häufigsten mit Lokalisierungslösungen verwendeten Technologien. Wenn Sie mit einem Smartphone ein Gebäude betreten, können Sie über das gebäudeinterne WLAN verfolgt werden. Mobile Betriebssysteme verfügen über Funktionen, um dies zu verhindern und Ihre Privatsphäre zu schützen. Wenn Sie der Verwendung eines solchen Systems aber ausdrücklich zustimmen (z. B. im Verbraucherbereich) oder Unternehmensgeräte verwenden (z. B. als Mitarbeiter), kann die Standortbestimmung über WLAN eine einfache und kostengünstige Möglichkeit sein. Da Unternehmen bereits über WLAN verfügen, können sie das vorhandene Netzwerk zur Lokalisierung nutzen. Um die Effektivität der Lösung und die Ortungsgenauigkeit für bestimmte Einsatzbereiche zu verbessern, kann es erforderlich sein, Hardware zu ergänzen oder die Bereitstellung der vorhandenen Hardware anzupassen. Dies eignet sich zum Beispiel hervorragend zur Verfolgung von Besuchern oder Mitarbeitern, wenn für die Genauigkeit die Angabe der Zone ausreicht.
  • ISO 24730 ist ein WLAN-Standardprotokoll (2,4 GHz) auf der gleichen Stufe wie WLAN 802.11. Es bietet normalerweise in Industrieumgebungen eine bessere Leistung, wo das Signal durch den hohen Anteil an Metall, Geräten und anderen Barrieren häufig blockiert oder stark gestört wird. Das Protokoll erlaubt die Kommunikation mit einer Reichweite von bis zu 1 km im Freien. Es eignet sich besser für die Verfolgung von Assets als von Menschen, Verbrauchsmaterialien oder anderen Unternehmensressourcen und bietet sich an, wenn relativ langsame Aktualisierungsraten – Minuten statt Sekunden – ausreichend sind. Diese Technologie ist ideal für Anhängerlager und andere Außenbereiche, in denen die Standortermittlung bis auf den Stellplatz genau sein muss.

GPS (Global Positioning System) basiert auf einem Netzwerk von zeitlich synchronisierten Satelliten, die jeweils ein Signal zur Erde senden. Ein GPS-Empfänger oder -Tag empfängt Signale von mehreren Satelliten und berechnet seine Position anhand der Zeitdifferenz. Am sinnvollsten ist die Verwendung in Außenbereichen mit freier Sicht auf den Himmel. Diese Technologie eignet sich vor allem für externe Verfolgung, große Areale, wie etwa Flughäfen, sowie Orte, an denen die Installation einer Infrastruktur schwierig ist. Solche großen Standorte können die Aspekte von GPS-Geräten zur Selbstortung nutzen, um eine minimale Infrastruktur zu implementieren und zugleich für gute Leistung zu sorgen.

Lokalisierungssysteme – eine Unternehmenssoftware-Suite, die Tools zum Entwickeln, Konfigurieren und Betreiben von RTLS-Lösungen sowie zur Fehlerbehebung umfasst. Dieses System dient als zentraler Ablagebereich für sämtliche Daten zur Echtzeit-Lokalisierung und Kommunikation, die von der RTLS-Verfolgungsinfrastruktur erfasst werden. Unternehmenssoftware kann Tausende von Standorten und Benutzern sowie Hunderttausende von verfolgten Ressourcen unterstützen und ist zudem in der Lage, Mobilgeräte zu orten. Sie stellt anderen Unternehmensanwendungen, Partnern oder Kunden Daten bereit und zeichnet sich durch eine umfassende Benutzeroberfläche und Konsole mit Berichten, Ereignissen, Warnmeldungen und Aktionen auf der Ebene von Unternehmensressourcen sowie mit Funktionen zur Systemverwaltung aus. Bei dieser Software müssen Sie nicht über die Datenquellen informiert sein. Sie wendet Glättungsalgorithmen an und kann sich mit mehreren Anwendungen verbinden. Dadurch können Benutzer die für sie relevanten Anwendungen verwenden und sind trotzdem jederzeit mit einer zentralen Datenbank verbunden.

Technologievergleich:

Passives RFID

Kostengünstige Tags

  • 1–8 m Reichweite
  • Mittlere Genauigkeit
  • Schwierige Bereitstellung
  • Akku-/Batterielebensdauer (n. z.)
  • Mittlere Kosten
UWB

Hohe Genauigkeit

  • 200 m Reichweite
  • Hohe Genauigkeit
  • Schwierige Bereitstellung
  • Lange Akku-/Batterielebensdauer
  • Hohe Kosten
Bluetooth Low Energy

Einfache Bereitstellung

  • 10 m Reichweite
  • Geringe Genauigkeit
  • Einfache Bereitstellung
  • Gute Akku-/Batterielebensdauer
  • Geringe Kosten
WLAN

Überall verfügbar

  • 30 m Reichweite
  • Geringe Genauigkeit
  • Mittlerer Bereitstellungsaufwand
  • Geringe Akku-/Batterielebensdauer
  • Mittlere Kosten
ISO 24730

Reichweite und schwierige Funkumgebungen

  • 400 m Reichweite
  • Mittlere Genauigkeit
  • Mittlerer Bereitstellungsaufwand
  • Lange Akku-/Batterielebensdauer
  • Mittlere Kosten
GPS

Genauigkeit in Außenbereichen

  • Globale Reichweite
  • Geringe Genauigkeit
  • Einfache Bereitstellung
  • Geringe Akku-/Batterielebensdauer
  • Hohe Kosten

Lokalisierungslösung – Anwendungen

Anwendungen für Lokalisierungslösungen fungieren als Schnittstelle zu den Positionsdaten, damit Sie die Lösung in Ihrem Unternehmen verwenden können. Anwendungen sind in der Regel speziell für den jeweiligen Verwendungszweck der Positionsdaten entwickelt:

Branchenübergreifende Anwendungen:

Asset-Management – Verfolgung, Verwaltung und Nutzung beliebiger Sachwerte im Besitz eines Unternehmens oder einer Einzelperson, die für geschäftliche Zwecke verwendet werden

Lieferkettenmanagement – die Verwaltung vernetzter Geschäftsbereiche und -prozesse mit Bezug auf Fertigung, Vertrieb und Verkauf von Produkten und Dienstleistungen. Umfasst Bestands- und Lagerverwaltung.

Erkennung und Überwachung – die Integration von Sensoren (d. h. Datenlogger) zur Überwachung der physischen Umgebung eines Objekts. Typische Beispiele sind Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren.

MRO (Wartung, Reparatur und Betrieb) – sämtliche technischen und administrativen Aktivitäten, die durchgeführt werden, um das ordnungsgemäße Funktionieren eines Objekts (z. B. Werkzeuge, Geräte, Fahrzeuge) zu gewährleisten bzw. wiederherzustellen

Compliance – das Vorgehen zur Umsetzung der von Regierung, Industrie oder Kunden festgelegten Vorgaben und Anforderungen

Sicherheit – Verwaltung, Gewährleistung und Compliance der Sicherheit des Unternehmens sowie seiner Mitarbeiter, Ressourcen, Produkte und Prozesse. Typische Anwendungsbereiche sind Sicherheit am Arbeitsplatz sowie Evakuierungs- und Notfallverfahren.

Workflow-Optimierung – das Verfahren zum Optimieren der Effizienz von Geschäftsabläufen. Ein Beispiel hierfür ist eine Automobilfabrik. Das Ziel besteht darin, die Anzahl von Schritten zwischen Punkt A und Punkt B im Produktionsprozess zu minimieren oder sicherzustellen, dass ein Arbeiter, der bei Punkt B eintrifft, XYZ zur Verfügung hat, um seine Arbeit ordnungsgemäß zu erledigen.

Vertikale Märkte und Anwendungen:

Fertigung – Asset-Verfolgung, MRO (Wartung, Reparatur und Betrieb), Materialbestandsauffüllung, Sicherheit, Lieferkettenmanagement, unfertige Erzeugnisse

Logistik – Cross-Docking, Bestands-/Lagerverwaltung, Sicherheit, Lieferkettenmanagement, Yard-Management

Transport – Asset-Auslastung, automatisches Track-and-Trace, Verladung, Wartungsdauer, Verpackung, Sicherheit (unbegleitete Minderjährige), Fahrzeugverfolgung

Einzelhandel – Asset-Verfolgung, Bestandsaufnahme, Lieferkettenmanagement, Lagerverwaltung

Gesundheitswesen – Asset-Verfolgung, Compliance, Patientenfluss, Sicherheit, Workflow-Optimierung

Überlegungen zur Implementierung von Lokalisierungslösungen

Wenn Unternehmen die Anschaffung von Lokalisierungslösungen als Option für ihren gewünschten Anwendungsbereich erwägen, sollten sie auch Faktoren berücksichtigen, die nicht sofort offensichtlich sind. Die Verfolgung von Menschen kann beispielsweise eine Verletzung der Privatsphäre der betroffenen Personen darstellen. Bei der Frage, ob dies die richtige Option für Ihr Unternehmen ist, sollten Sie auch die Kosten zur Installation dieser Systeme in Betracht ziehen. Darüber hinaus können für die Verfolgung von Personen und bestimmten Waren auch nationale und regionale Bestimmungen oder Gewerkschaftsregeln anwendbar sein.

Eine vollständige Lokalisierungslösung besteht aus zahlreichen Komponenten: von der für die Verfolgung erforderliche Hardware über die Software und Services bis hin zur für die Erstellung und Implementierung der richtigen Lösung erforderlichen Kompetenz, um Ihre Anforderungen zu erfüllen und für eine schnelle Rentabilität zu sorgen. Manche Anbieter sind auf einen bestimmten Bereich oder eine Art von Hardware und Technologie spezialisiert, statt eine Komplettlösung bereitzustellen, die eine reibungslose Integration mit Ihren vorhandenen Anwendungen ermöglicht. Durch die Partnerschaft mit Unternehmen, die umfassende Lösungen anbieten und in der Lage sind, unterschiedliche Technologien zu nutzen, können Sie sicherstellen, dass Ihre Lösung sich problemlos skalieren lässt, wenn Ihre Anforderungen sich in Zukunft ändern.

Vorteile von Lokalisierungslösungen

Durch die Kenntnis des Standorts von Dingen wird ein kritischer Geschäftskontext bereitgestellt. Unternehmen geben ein Vermögen an Zeit, Energie und Geld für die Verfolgung von Ressourcen aus, und durch die Automatisierung dieses Prozesses wird Kapazität freigegeben, damit sie sich auf ihr Kerngeschäft konzentrieren können. Mit einem System, das automatisch Ressourcen für Sie verfolgt und Einblicke in den Zustand Ihres Unternehmens bietet, können Sie sich ganz Ihren Geschäftsentscheidungen und Verbesserungsprozessen widmen. Je weniger Zeit Sie mit der Erfassung von Daten verbringen müssen, desto mehr Zeit bleibt Ihnen für die Reduzierung von Investitionskosten, die Steigerung Ihres Umsatzes und die Verbesserung von Abläufen.

Mit fast 20 Jahren Erfahrung in Bezug auf innovative vernetzte Edge-Technologien ist Zebra der führende Anbieter von Lokalisierungslösungen, die Ihre Geschäftsprozesse revolutionieren können. Wir stellen Ihnen unser Know-how zur Erstellung von umfassenden Lösungen zur Verfügung – von Entwurf und Implementierung von Software und Hardware bis hin zur Bereitstellung von Professional Services zur Unterstützung dieser Lösungen in Ihrem Unternehmen. Die globale Reichweite von Zebra umfasst eine Reihe von Fortune-500-Unternehmen, die auf unsere Echtzeit-Lokalisierungssysteme und Transparenzlösungen setzen, um ihren Wettbewerbsvorteil auszubauen. Finden Sie heraus, was Zebra für Sie tun kann.

Glossar

 

AIT: Auto Identification Technology (AutoID)

Antenne: Verstärkt ein Signal, damit es vom Empfänger aufgefangen werden kann.

API: Application Programming Interface

BLE: Bluetooth Low Energy

BOM: Bill of Material (Stückliste)

EAI: Enterprise Asset Intelligence

IoT: Internet of Things (Internet der Dinge)

ISO: International Organization for Standardization (Internationale Organisation für Normung)

pRFID: Passives RFID

RF: Radio Frequency (Funkfrequenz)

RFID: Radio Frequency Identification (Funkfrequenzerkennung)

RTLS: Real Time Locating System (Echtzeit-Lokalisierungssystem)

Sensor: Ein Sensor wandelt Signale in Daten um (aktiver ISO- oder UWB-Empfänger)

SLA: Service Level Agreement

SOW: Statement of Work (Leistungsbeschreibung)

SRD: Solution Requirement Document (Lösungsanforderungsdokument)

UAT: User Acceptance Testing (Benutzerakzeptanztest)

UWB: Ultra-Wide Band (Ultrabreitband)

WIP: Work in Process (unfertiges Erzeugnis)