blog

Real Time Locating Systems (RTLS) in de praktijk

Warehousing

Real Time Locating Systemen (RTLS) zijn een bijzondere variant van actieve RFID. Wat een RTLS uniek maakt, is dat naast de identificatie van de tag en het product ook lokalisatie mogelijk is. Expert Martijn Hendriks, Mieloo & Alexander, geeft in dit artikel aan wat de voor- en nadelen zijn van de gebruikte standaarden en technieken.

Al geruime tijd wordt er door supply chain managers en professionals met veel belangstelling naar Radio Frequency Identification (RFID) gekeken. Deze technologie maakt het mogelijk om producten in de logistieke keten automatisch te identificeren en te traceren. De technologie biedt vele voordelen die in de basis neerkomen op het vergroten van de omzet door het verbeteren van de beschikbaarheid van goederen daar waar de vraag is (door het verbeteren van de zichtbaarheid), het verhogen van de efficiëntie binnen de keten en een verdere kostenverlaging in het logistieke proces.

 

Praktijkvoorbeeld

Sony Logistics Europe (SLE), het Europese distributiecentrum van Sony in Tilburg, is in februari 2007 gestart met een geïntegreerd video-RFID trackingsysteem dat de goederenstroom optimaliseert en bovendien zorgt voor een waterdicht bewijs van levering. Het systeem – de  eerste grootschalige full scope UHF/EPC Gen 2 RFID-implementatie in Europa – is geïmplementeerd door Mieloo & Alexander Business Integrators.

 

Verloop van zending

Het volgsysteem wordt gebruikt voor alle zendingen bestemd voor de Duitse markt. Alle dozen en pallets worden van een RFID-tag voorzien en op video vastgelegd. De RFID data worden vervolgens op het videobeeld geprojecteerd. Dit maakt het mogelijk om individuele items te volgen, zowel in het systeem als op video. Aan de hand van de opgeslagen videobeelden is het verloop van een zending te verifiëren. Klantvragen over zendingen zijn vanaf nu te beantwoorden met ondersteuning van beeldmateriaal. Indien gewenst stuurt Sony via een link of op DVD het betreffende videobestand toe. SLE verwacht de investeringen binnen ongeveer een jaar terug te verdienen.

 

Passief en actief

Wat betreft de technologie moet onderscheid gemaakt worden tussen passieve en actieve RFID-technologie. Het verschil is dat bij passieve technologie de RFID-tag geen batterij bevat en daardoor voor het uitzenden van zijn unieke ID afhankelijk is van een andere energiebron (de RFID reader). Bij actieve RFID-technologie bevat de tag wel een batterij waardoor deze op elk gewenst moment zijn unieke ID kan verzenden. Bovendien levert de batterij meer energie, waardoor berichten over veel grotere afstand verzonden kunnen worden, de tag ongevoeliger is voor omgevingsverstoringen en de tag met gemak grote hoeveelheden informatie bij zich kan dragen (tot enkele Mb’s).

 

RTLS-systemen

Een bijzondere variant van de actieve RFID technologie zijn de Real Time Locating Systemen (RTLS). Wat een RTLS uniek maakt, is dat naast de identificatie van de tag (en daarmee het product) ook lokalisatie mogelijk is. Het RF signaal van de RFID-tag wordt gebruikt voor het berekenen van de locatie van de tag. Een RTLS bestaat veelal uit drie componenten: RFID-tags, de RTLS readers (antennes) en software. Bij RTLS is deze softwarecomponent belangrijk omdat deze de algoritmen bevat waarmee de locaties van RFID-tag worden berekend.

 

TDOA versus RSSI

Er zijn verschillende fabrikanten van RTLS, die zich vaak richten op specifieke markten of toepassingen. Toch zijn bijna alle systemen gebaseerd op twee fundamentele manieren van plaatsbepaling: Time Difference of Arrival (TDOA) of Received Signal Strength Indication (RSSI). Bij TDOA systemen zijn er meerdere antennes die het tag signaal ontvangen. Elke antenne geeft bij het ontvangen signaal een tijdsstempel mee en stuurt dit door aan de RTLS software. De software kan op basis van de bekende lokatie van de antennes, de tijdstempel per antenne en het unieke tag ID door driehoeksmeting bepalen waar de RFID-tag zich bevindt. RTLS-systemen die gebruik maken van TDOA kunnen de locatie van de tag vaak tot op 1 tot 3 meter nauwkeurig bepalen Ter vergelijking, ook GPS maakt gebruik van TDOA plaatsbepaling, maar is nauwkeurig tot op enkele tientallen meters.

 

Bij systemen die gebruik maken van RSSI wordt van het gebied waar de tags worden gelokaliseerd een RF fingerprint gemaakt. Dit is een kaart van de RF-veldsterkte van het gebied. Als er nu een tag in de ruimte wordt gebracht geeft deze in zijn signaal aan welke veldsterkte hij ondervindt en van welke bron hij het signaal ontvangt. Op basis van de eerder gemaakte RF fingerprint kan de RTLS software nu bepalen waar de tag zich bevindt. De nauwkeurigheid van RTLS gebaseerd op RSSI plaatsbepaling is lager dan die van systemen gebaseerd op TDOA. Daarnaast werken de RTLS-systemen gebaseerd op RSSI beter in binnenlokaties omdat daar meestal de veldsterkte doorgaans constanter is.

 

Frequenties en standaarden

Binnen de diverse RTLS-systemen worden drie frequenties gebruikt, te weten: wifi, 2.4 GHz en 433 MHz. Het voordeel van een wifi-systeem is dat, naast dat het een wereldwijd geaccepteerde standaard is, veel bedrijven al een wifi netwerk hebben. Dit scheelt aanzienlijk in de investering voor een RTLS, hoewel het voor de vereiste nauwkeurigheid soms nodig kan zijn dat er extra access points aangebracht moeten worden. Verder moet er gezorgd worden dat het bestaande netwerkverkeer geen hinder ondervindt van de additionele belasting.

 

Eigen bandbreedte

RTLS-systemen die gebruik maken van de 2.4 GHz band zitten qua frequentie net naast de wifi band. Het voordeel van deze systemen is dat ze een eigen bandbreedte hebben en zodoende niet worden gehinderd door ander verkeer. Deze oplossing vereist echter wel een investering in speciale antennes, die overigens weer wel van access points voorzien kunnen worden zodat tegelijk met het RTLS ook een wifi netwerk kan worden gerealiseerd.

 

Narrow band

De 433 MHz oplossing is een zogeheten narrow band oplossing. Door de lagere frequentie is het zendbereik ook lager en is de tag dus op minder grote afstand leesbaar. Tevens is de overdracht van data op lagere frequenties langzamer en is de tag gevoeliger voor verstoringen uit de omgeving. De keuze voor een frequentie hangt af van de toepassing van het RTLS en de omgeving waarin het gebruikt wordt.

 

Standaarden

De gebruikte frequenties zijn inmiddels door de diverse standaardisatie instituten vastgelegd. Wifi is door het Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. (IEEE) vastgelegd in de directive 802.11. De frequenties voor RTLS-systemen op de 2.4 GHz band en de 433 MHz band zijn vastgelegd door het American National Standards Institute (ANSI). ANSI 371.1 behandelt de air interface protocollen van de RTLS-systemen gebaseerd op 2.4 GHz, de ANSI 371.2 behandelt de air interface protocollen van de RTLS-systemen gebaseerd op 433 MHz, de ANSI 371.3 behandelt de Application Programming Interface (API) van de diverse RTLS-systemen. Inmiddels heeft de International Organisation for Standardisation (ISO) de standaarden ook opgenomen in de directive 24730. Deze directive behandelt zowel de air interface protocollen van de diverse systemen, de API als de locale algoritmes. Met het vastleggen van de standaarden wordt samenwerking en uitwisseling van de diverse systemen gestimuleerd.

 

Verschillende functionaliteiten

Binnen de diverse RTLS bestaan veel verschillende tags. Door de batterij aan boord van de tag worden vele aanvullende functionaliteiten mogelijk. Zo zijn er tags met geïntegreerde sensoren waarmee vochtigheidsgraad, temperatuur, trilling of beweging geregistreerd kunnen worden. Al naar gelang de behoefte, kan het RTLS geconfigureerd worden om alerts te geven op basis van de combinate van de sensor informatie, de tag locatie en bijvoorbeeld tijd.

 

Veel data

Sommige tags kunnen veel data opslaan, bijvoorbeeld een ‘bill of loading’ van een zee container, terwijl andere systemen uitgaan van een tag die slechts een uniek nummer bevat waar in een centrale database de overige informatie aan gekoppeld is. Andere tags werken als een baken: ze verzenden op gezette tijden hun informatie. Dit tijdsinterval kan variëren van milliseconden tot uren. Weer andere tags moeten door het systeem geactiveerd worden, bijvoorbeeld wanneer een tag in een auto een terrein oprijdt, alvorens ze hun informatie verzenden.

 

Levensduur batterij

De frequentie van informatieverzending, de hoeveelheid informatie en de frequentie van opereren, heeft impact op de levensduur van de batterij. De typische levensduur van de batterijen kan variëren van één jaar tot wel zeven jaar. Door de verschillende mogelijkheden van de tags lopen de prijzen uiteen van € 10,- tot € 200,-, maar omdat er vrijwel altijd sprake is van een ‘closed loop’ oplossing, is de tag in dit soort situaties eerder een ‘asset’ dan een ‘consumable’ waardoor er al gauw een goede business case behaald kan worden. Duidelijk zal zijn, dat afhankelijk van de doelstelling, gekozen moet worden voor de juiste tag/RTLS oplossing.

 

Soft locate systemen

Sommige RTLS-systemen kennen de mogelijkheid om tags ook op een zogeheten soft-locate manier te localiseren. In een soft-locate systeem worden “choke-points” in de fysieke goederen (of mensen) stroom uitgerust met een zogenaamde exciter. Dit is een apparaat dat een magnetisch veld opwekt op een frequentie van 125 kHz. Wanneer een tag door dit veld komt wordt de tag getriggered zijn tag ID te verzenden, in combinatie met het unieke nummer van de betreffende exciter. Hierdoor ‘weet’ de RTLS-software waar de tag zijn signaal heeft afgegeven. Niet alle RTLS-systemen kennen exciters. Ze worden typisch gebruikt voor zone localisering of bij in- en uitgangen van terreinen of gebouwen.

 

RTLS in de praktijk: Broekman Automotive

Met name door de batterij in de tag, en de complexe localiseringssoftware, zijn RTLS-systemen duurder dan passieve RFID systemen, ze bieden dan ook de lokalisatie als extra toegevoegde waarde. Hierdoor zijn RTLS-systemen vooral interessant voor “high value assets”, zeker in combinatie met arbeids intensieve processen. Een goed voorbeeld hiervan zijn “finished vehicle logistics & value added services”, zoals bijvoorbeeld door Broekman Automotive in de Rotterdamse haven wordt uitgevoerd. Hier komen nieuwe auto’s per schip ‘aan land’, om te worden opgeslagen tot afroep door een dealer, waarna de auto wordt gewassen, geïnspecteerd, worden er eventueel diverse accesoires ingebouwd en wordt het voertuig rijklaar gemaakt. Daarna verlaat de wagen het terrein, per (binnenvaart) schip, trein of vrachtwagen.

 

Elke auto getagd

Met name de value added logistics door Broekman zijn zeer arbeidsintensief, de assets zijn van hoge waarde (voertuigen), en er bevinden zich gemiddeld zo’n 40.000 wagens op het terrein van zo’n 850.000 vierkante meter. Kortom, een perfecte case voor toepassing van een RTLS. In 2006 implementeerde Mieloo & Alexander Business Integrators uit Hoofddorp dan ook een RTLS systeem, tot op heden het grootste in zijn soort wereldwijd. Sindsdien krijgt elke auto bij aankomst een RTLS tag. Wanneer het voertuig zich op het terrein verplaatst, wordt deze bewegingen door het RTLS-systeem gevolgd. De locatie wijzigingen van het voertuig worden automatisch en in real time verwerkt in het back office systeem, waardoor de actuele locatie – zonder manuele interventie – ten alle tijde bekend is.

 

Status checken

Vroeger waren de medewerkers regelmatig lang op zoek naar de voertuigen waardoor er soms lange wachttijden optraden. Verder zijn veel efficiencies verkregen door verregaande integratie; bijvoorbeeld nadat het voertuig is gewassen wordt dit automatisch doorgespeeld aan het back office systeem waar er een regel aan de factuur voor de betreffende klant wordt toegevoegd. Zodra het voertuig gereed is volgt er een automatische melding naar de vervoerder. Tevens kan de vervoerder tussentijds de status van het voertuig zien zodat een planning voor transport gemakkelijk gemaakt kan worden. Wanneer de voertuigen worden opgehaald door de vervoerder levert de deze de RTLS tag weer in. Wanneer hij het terrein wil verlaten terwijl er nog tags in de auto’s op zijn trailer zitten, de papieren niet zijn afgedrukt, of de verkeerde wagen is geladen, gaat het hek niet open.

 

Terugverdientijd

Het RTLS-systeem heeft Broekman veel inzicht gegeven in de processen, de doorlooptijd daarvan aanzienlijk verkort, en aanzienlijke besparing gebracht. Klanten zijn daarnaast tevreden met het verbeterde inzicht door tussentijdse status rapporten, voorraad overzichten, e.d.). De terugverdientijd voor Broekman wordt geschat op minder dan 3 jaar.

 

Naast de finished vehicle logistics worden RTLS-systemen veel gebruikt in ziekenhuizen, luchthavens, container terminals en fabrieken.

 

Lees ook:

 

Reageer op dit artikel