In Logistik-, Fertigungs- und Industrieunternehmen ermöglichen Echtzeit-Ortungssysteme (RTLS) eine noch nie dagewesene Betriebstransparenz und echte Industrie-4.0-Funktionen. Während viele mit Barcodes und passiven RFID-Etiketten auskommen, hat die Möglichkeit, in nahezu Echtzeit zu sehen, wo und wann sich Objekte in einer Einrichtung bewegen, einen enormen Wert für jene geschaffen, die sich für Investitionen in fortschrittlichere Systeme wie RTLS entschieden haben.

RTLS hilft bei der Lösung einer Reihe von Problemen, von der Verbesserung der Personalsicherheit bis hin zur Verbesserung der Arbeitsabläufe. Indem sie sehen können, wo sich alle Betriebsmittel befinden, können Unternehmen Engpässe an Montagelinien erkennen, Routen für Fahrzeuge und Gabelstapler optimieren, Geräte vor Verlust und Diebstahl schützen und vieles mehr. Am Ende dieses Beitrags werden Sie besser verstehen, was für die Planung und Implementierung eines effektiven Echtzeit-Ortungssystems in Ihren Einrichtungen erforderlich ist.

Planung der Infrastruktur

Wenn Sie in eine RTLS-Infrastruktur investieren wollen, ist es wichtig zu wissen, welches Problem Sie lösen wollen, um die richtige Lösung zu finden. Folgende Punkte sollten Sie berücksichtigen:

Skalierbarkeit

• Verfügen Sie über einen Grundriss oder die Größe Ihrer Anlage in x,y-Koordinaten?
• Wie viele Objekte möchten Sie überwachen?

Wenn Sie sich an ein Unternehmen wenden, um ein RTLS einzurichten, ist es wichtig, dass Sie einen Grundriss oder die Größe Ihrer Einrichtung in x,y-Koordinaten haben, um das RTLS planen zu können. Ein Grundriss ist besonders nützlich, wenn er in eine digitale Karte umgewandelt wird, da eine vertraute Karte leichter zu navigieren ist.

Die Anzahl der Anlagen, die Sie orten möchten, wirkt sich auf die Anzahl der Tags aus, die Sie erwerben möchten, sowie auf die zugehörigen Anker. Die Skalierbarkeit ist ein wichtiger Faktor bei der Entscheidung, welche Ortungs-Engine für Ihr RTLS geeignet ist - während ein paar hundert Objekte für eine klassische cluster-basierte Infrastrukturlösung ausreichen könnten, erfordern Objekte mit Tausenden von Elementen fortschrittliche Ortungs-Engines wie die nanoLES Location Engine von Inpixon.

Latenzzeit und Aktualisierungsrate

• Wie oft wird Ihr digitaler Zwilling aktualisiert?
• Was ist Ihre bevorzugte Aktualisierungsrate für die Position?

Die Latenz ist die Zeit zwischen dem, was in der realen Welt geschieht, und dem, was der digitale Zwilling auf dem System anzeigt - es ist also wichtig zu wissen, wie genau die Position sein muss. Bei Bedarf ist es möglich, die Position nahezu in Echtzeit (im Durchschnitt weniger als 2 Sekunden) zu übermitteln, was jedoch eine Cloud-basierte Lösung mit ausgefeilteren Ortungsmodulen erfordert. Die Aktualisierungsrate der Position gibt an, wie oft der Standort von Assets in Ihrem System aktualisiert wird. Daher ist es sinnvoll, festzulegen, ob Sie tägliche Aktualisierungen für schwere Güter und Maschinen, alle 30 Sekunden für das Inventar, alle 10 Sekunden für die Verfolgung von Paletten oder jede Sekunde für die Diebstahlprävention bevorzugen.

Reichweite & Genauigkeit

• Wie genau soll die Ortung sein?
• Möchten Sie lediglich eine Indoor-Ortung oder eine Kombination aus Indoor- und Outdoor-Ortung?
• Wie wichtig ist die Zuverlässigkeit? 

 Es ist auch wichtig zu wissen, wie genau die Positionierung Ihrer Objekte sein soll, da dies Einfluss darauf hat, welche Hochfrequenztechnologie (RF) Ihr RTLS verwendet. Eine Genauigkeit von 1 bis 2 Metern lässt sich beispielsweise am besten mit Chirp Spread Spectrum (CSS) erzielen, während eine hohe Genauigkeit von weniger als 40 Zentimetern am besten mit Ultra-Wideband (UWB) funktioniert. Wenn Ihr RTLS eine große Reichweite und eine Verfolgung im Innen- und Außenbereich erfordert, ist Chirp die beste Lösung mit einer Reichweite von bis zu 1000 Metern.

Die große Reichweite von Chirp kann helfen, die Infrastrukturkosten zu optimieren, da weniger Anker benötigt werden und hochgradig skalierbare Implementierungen möglich sind. Chirp ist auch die beste Option für die Zuverlässigkeit, wenn ein proaktives Situationsbewusstsein erforderlich ist, z. B. in rauen Industrieumgebungen. Wenn die Priorität auf dem Auffinden von Objekten in reaktiven Anwendungsfällen oder in Verbraucherumgebungen liegt, ist UWB besser geeignet. Eine gemischte Infrastruktur aus UWB und Chirp ist ebenfalls möglich und kann bei der Infrastrukturplanung berücksichtigt werden.

Mehrzweck-Anwendungsbereiche

• Benötigen Sie Standortverfolgung, Entfernungsmessung oder beides?
• Was möchten Sie orten?
• Müssen Sie bestimmte Vorschriften einhalten?

Es ist wichtig, sich darüber im Klaren zu sein, ob die Standortverfolgung oder die Entfernungsmessung erforderlich ist, da dies Auswirkungen auf die erforderliche Infrastruktur hat. Für die Standortverfolgung sind Tags, Anker und eine Location Engine erforderlich, während für die Ortung nur Tags benötigt werden. Sie haben auch unterschiedliche Anwendungsbereiche: Während bei der Standortverfolgung die direkte Position von Objekten verfolgt wird, wird die Entfernungsmessung in der Regel in sicherheitsrelevanten Kollisionsvermeidungsszenarien mit geringeren Latenzanforderungen eingesetzt, da die Tags miteinander kommunizieren können. Darüber hinaus ermöglicht die Ortung den individuellen Zugang zu Türen, Verkehrsleitsystemen, bedarfsgerechter Belüftung und der Einrichtung von Sicherheitszonen mit Geofencing.

Während einige Unternehmen ein RTLS nur für einen Anwendungsbereich benötigen, möchten andere vielleicht gleichzeitig Objekte verfolgen und die Personalsicherheit verbessern. Für den Fall, dass eine Kombination aus mehreren Anwendungen benötigt wird, bietet Inpixon RTLS eine 3-in-1-Lösung an, die den Kunden Zeit bis zur Markteinführung spart und die Anzahl der benötigten Technologien auf ein Minimum reduziert. Wenn Sie Ihr RTLS-System weltweit einsetzen möchten, könnten Sie außerdem auf Probleme mit der Einhaltung von Vorschriften stoßen. UWB bietet zwar eine hervorragende Ortungsgenauigkeit, ist jedoch regional begrenzt. Daher ist das 2,4-GHz-ISM-Band von Chirp eine hervorragende Option, um globale Installationen ohne Lizenz durchzuführen.

Die Verschiedenen Komponenten der RTLS-Infrastruktur

Anker

RTLS-Anker sind fest installierte Lesegeräte in Ihrer Einrichtung, die RF-Signale von sich bewegenden Tags und Geräten innerhalb ihrer Kommunikationsreichweite erkennen. Der genaueste Mechanismus für die Standortverfolgung mit Ankern ist die Zeitdifferen der Ankunft (Time-Difference-of-Arrival, TDoA). In diesem System arbeiten die Anker, indem sie die empfangenen Signale, auch Blinks genannt, mit einem Zeitstempel versehen und die Informationen an das Ortungsmodul zurücksenden. Die von den Ankern übermittelten Standortdaten können für wichtige Entscheidungen über den Betriebsablauf verwendet werden, da die Koordinaten auf einer digitalisierten Karte visualisiert werden können.

Welche Art von Anker Sie benötigen, hängt davon ab, welche Positionsgenauigkeit und Reichweite Sie benötigen. Für eine hochpräzise Ortung wäre ein UWB-Anker am besten geeignet. Der Inpixon nanoANQ UWB bietet zum Beispiel eine Genauigkeit von +/- 40 Zentimetern. Für eine metergenaue Ortung über große Entfernungen hingegen eignet sich ein Chirp-Anker wie der Inpixon nanoANQ Chirp besser, da er eine Reichweite von bis zu 1000 Metern hat. Unternehmen können auch ihre eigenen Anker bauen und Komponenten wie das Inpixon nanoANQ PCB, Inpixon Swarm-Module oder den Inpixon nanoLOC Transceiver kaufen, um sie in ihr RTLS zu integrieren und so die Ortung zu ermöglichen.

Einige Inpixon Anker unterstützen Kunden mit zwei Kanälen, um die Zuverlässigkeit des Signalempfangs zu erhöhen und die Abdeckung von Tunnel- oder Korridorrichtungen zu verbessern. Die größte Priorität für Anker ist es, Signale von Tags von möglichst vielen Orten zu empfangen, weshalb das Bewusstsein für mögliche Interferenzen entscheidend ist. Alles, was das Signal blockieren könnte, sollte nach Möglichkeit vermieden werden, z. B. Metall, Beton oder metallisierte Fenster. Es gibt jedoch Strategien zur Abschwächung dieser Auswirkungen, wie z. B. die verbesserte Platzierung von Ankern. Die Anzahl der erforderlichen Anker kann optimiert werden, indem ihre Position, Höhe oder Ausrichtung vergrößert wird und die Antennenkabel an bestimmte Stellen verlegt werden, um eine bessere Abdeckung zu erzielen.

Auch die Art der verwendeten Antenne muss in Betracht gezogen werden: Dazu gehören Richt- oder Rundstrahlantennen. Während Rundstrahlantennen (Monopolantennen) oder Dipolantennen (Stummelantennen) typischerweise in 2D- oder 3D-Szenarien verwendet werden, kommen Richtantennen in 1D-Szenarien zum Einsatz, z. B. im Untertagebau, in Tunneln oder in Gebäudekorridoren. Normalerweise sind Richtantennen mit zirkularer Polarisation erhältlich, die die negativen Auswirkungen von HF-Signalreflexionen abschwächen und einen höheren Signalgewinn aufweisen.

Tags  

RTLS-Tags sind kleine drahtlose Geräte mit Sensoren, die an Objekten, Personen, Fahrzeugen und sogar Vieh angebracht werden können, um deren Standort zu ermitteln. Sie senden in kontinuierlichen Intervallen (Blinksignale) Standortdaten, die von Ankern empfangen werden. Sobald die Daten vom Anker an die Ortungs-Engine gesendet und auf einer Karte visualisiert werden, wird jedes Objekt auf der Karte dargestellt, da es mit einem Tag verbunden ist.

Ganz gleich, ob Unternehmen die Kontrolle und den Überblick über ihre Anlagen behalten, die besten Routen für ihre Gabelstapler festlegen oder sicherstellen wollen, dass sie ihr Personal im Notfall evakuieren können - Tags sind das wichtigste Mittel, um alles zu erfassen. Je nach Anwendungsfall können die Tags unterschiedlich aussehen. Fahrzeug- und Objektortungs-Tags werden in der Regel an der Seite oder auf dem Dach angebracht; beim Personal werden sie am Helm, an der Sicherheitsweste, am Schlüsselband oder am Gürtel befestigt und beim Vieh an den Ohren. 

Im Idealfall befinden sich die Tags in Sichtweite von 3-4 Ankern gleichzeitig, um die bestmögliche Ortungsleistung zu gewährleisten. Aus diesem Grund ist die ideale Position eines Tags der höchstmögliche Punkt der Anlage, um zu verhindern, dass das Signal blockiert wird. Bei Personenortungs-Tags beispielsweise ist die ideale Position eines Tags der Helm, da so möglichst viele Anker das Signal empfangen können, ohne dass das Signal durch den Körper selbst blockiert wird. Je mehr Anker das Signal empfangen können, desto größer ist die Chance, eine genaue Ortung zu erhalten. 

Ortungs-Engine

Eine Ortungs-Engine ist die Software, die die Standortdaten von den Ankern, die von den Tags gesendet wurden, empfängt und die Position des Tags berechnet. Bei der Standortverfolgung mit TDoA werden die x-, y- und z-Koordinaten des Tags berechnet, indem die Zeitstempel analysiert werden, die die Anker von den Tags erhalten, und durch Multilateration eine Schätzung der Entfernung zwischen den Tags und den Ankern erstellt. Die Position des Tags wird dann an das Indoor-Positionierungssystem (IPS) oder RTLS gesendet. 

Diese Standortdaten sind in einer Vielzahl von Anwendungsfällen nützlich, z. B. bei der Massenortung von Objekten, Prozessüberwachung, Verbesserung von Abläufen und Evakuierung oder Zusammenführung in Notfallsituationen. Die Inpixon nanoLES Ortungs-Engine funktioniert sowohl für die präzise Verfolgung (UWB) als auch für die Langstreckenverfolgung (Chirp). Da sie die industrielle RESTful API-Schnittstelle unterstützt, können Sie die Echtzeitortung in externe IoT-Plattformen integrieren. 

Ethernet-Kabel 

Ethernet-Kabel sind entscheidend für den Anschluss des RTLS. Ethernet ist die gängigste Art von Local Area Network (LAN) und dient dazu, alle Geräte im selben Netzwerk zu verbinden. Die Verbindung erfolgt über Kabel und wird wegen seiner hohen Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit verwendet. Auch die Sicherheit ist ein wichtiger Anwendungsfall, da im Gegensatz zu drahtlosen Netzwerken niemand das Netzwerk per Kabel stören kann.    

Bei einem RTLS sind die Ethernet-Kabel mit Ankern, Switches in der IT-Infrastruktur des Unternehmens und der Ortungs-Engine verbunden. So wird sichergestellt, dass alle Informationen von den Ankern zu den Ortungs-Engines übertragen werden, so dass die Daten das RTLS erreichen können. Während der Ortung, wenn das RTLS TDoA verwendet, funktioniert die Uhrensynchronisation der Anker über Ethernet-Kabel, wodurch sichergestellt wird, dass die Position der Tags korrekt gemessen wird.

Idealerweise ermöglicht eine auf Power-over-Ethernet (PoE) basierende Infrastruktur (einschließlich eines PoE-Switches und PoE-Ankern) die Verringerung der Anzahl von Gleichstromverbindungen, die für die Stromversorgung der Anker erforderlich sind, da PoE bequem Strom und Netzwerk mit demselben Netzwerkkabel verbindet. Alle Anker von Inpixon unterstützen diese Funktion.

Wichtige Anwendungsbereiche für RTLS-Infrastrukturen

Personalsicherheit

Die RTLS-Infrastruktur kann in einer Vielzahl von Szenarien zur Verbesserung der Arbeitssicherheit eingesetzt werden. In industriellen Umgebungen wie dem Bergbau ist es zum Beispiel wichtig, über eine zuverlässige RF-Technologie zu verfügen. Chirp ist in dieser Situation die beste Option, um autonome Kollisionsvermeidung und Minenortung zu ermöglichen, da es sehr gut gegen Störungen geschützt ist. Hinzu kommt, dass im Falle einer Evakuierung und eines Aufmarsches die richtige Mapping-Software benötigt wird. Auf einer digitalisierten Karte können Unternehmen ihr gesamtes Personal sehen und erfassen und sogar Sicherheits- und Sperrzonen einrichten.

Ortung von Industrieanlagen

Die Ortung von teuren Maschinen, Motoren, Werkzeugen und Gütern in rauen Umgebungen erfordert eine äußerst zuverlässige Technologie, die sowohl in Innen- als auch in Außenbereichen funktioniert. Chirp ist eine bewährte RF-Technologie, die die Infrastrukturkosten senken kann (da weniger Anker benötigt werden) und eine metergenaue Genauigkeit bietet.

Intelligente Lagerhallen

Smart warehouses require high accuracy UWB for the precise tracking of indoor goods. This could also be leveraged with chirp (for outdoor tracking) to close the gap between asset tracking from truck to warehouse. An end-to-end product software suite for transportation and in & outbound shipments is also recommended. 

Intelligente Lagerhallen erfordern UWB mit hoher Genauigkeit für die präzise Verfolgung von Waren in Innenräumen. Dies könnte auch mit Chirp (für die Outdoor-Ortung) kombiniert werden, um die Lücke zwischen der Verfolgung von Gütern vom LKW zum Lager zu schließen. Eine End-to-End-Produktsoftware-Suite für den Transport sowie für ein- und ausgehende Sendungen wird ebenfalls empfohlen.

Intelligente Fabriken

In intelligenten Fabriken verbindet RTLS die verschiedenen Produktionsbereiche über das Internet der Dinge (IoT). Die Art der RF-Technologie, die in einer intelligenten Fabrik benötigt wird, hängt von der Einrichtung und der Art der Objekte ab, wie es auch bei der intelligenten Lagerhaltung der Fall ist. Eine End-to-End-Produktsoftware-Suite für papierlose Fabriken, Fließbandüberwachung und Hofmanagement vervollständigt das RTLS als optimale Lösung.

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