RFID-Identifikationssystem zur automatisierten Wartung

Die Stuttgarter Straßenbahnen AG (SSB) ist die Verkehrsgesellschaft der Landeshauptstadt Stuttgart und in den Verkehrs- und Tarifverbund Stuttgart (VVS) eingebunden. Die SSB betreibt 15 Straßenbahnlinien, eine Zahnrad- und eine Seilbahnlinie sowie 44 Buslinien.

Da die bisherigen Wartungs- und Instandhaltungsprozesse bisher zeitaufwendig und nicht frei von Eingabefehlern waren, hat sich die SBB entschlossen, ihre zahlreichen Straßenbahnen künftig mithilfe eines RFID-basierten Identifikationssystems automatisiert zu warten und instandzuhalten. Für diese Lösung hat die Oberhachinger smart-TEC GmbH & Co. KG einen speziellen RFID-Transponder auf Basis der UHF-Technologie entwickelt. Auf diesen Transpondern werden künftig die Laufzeiten und Kilometerleistungen der zu wartenden Komponenten – wie beispielsweise eines aus unterschiedlichen Teilen bestehenden Drehgestells – gespeichert und mit einem mobilen Reader im neuen RFID-System der SBB ausgelesen. Anschließend werden die Informationen über eine WLAN-Verbindung online an ein SAP-System weitergeleitet.

Die Anforderungen an die Entwicklung der neuen RFID-Lösung waren hoch, denn bei den Stuttgartern nimmt die Instandhaltung der Straßenbahnzüge traditionell einen wichtigen Stellenwert ein, geht es doch um die Sicherheit der Fahrgäste und die Zuverlässigkeit der Bahnen. Bisher wurden entsprechende Instandhaltungspläne auf Papierbasis mit hohem Aufwand akribisch gepflegt, um die regelmäßige Kontrolle der kritischen Komponenten sicherzustellen. Zur Umsetzung der neuen Lösung wurde ein Pilotprojekt aufgesetzt, das sich auf die Identifikation der wartungsintensiven Drehgestelle konzentrierte, da dort die Anforderungen an das System besonders anspruchsvoll sind und diese sich besonders gut für entsprechende Testreihen eignen.

So ist z.B. ein typisches Drehgestell aus mehreren Komponenten, wie Achse, Achsgetriebe und Motor etc. aufgebaut. Die Herausforderung liegt in diesem Fall vor allem darin, die einzelnen, miteinander verbundenen Objekte zu erfassen und eindeutig zu identifizieren. Für diesen Zweck müssen RFID-Transponder eingesetzt werden, die sowohl auf metallischen Untergründen eingesetzt werden können als auch hohe Lesereichweiten von bis zu einem Meter ermöglichen.

„Die RFID-Transponder mussten teilweise an sehr unzugänglichen Stellen ausgelesen werden, so dass nur die UHF-Technologie aus dieser Distanz in Frage kam. Da diese Technologie bisher eigentlich nur im Bereich Logistik und nicht in der Instandhaltung eingesetzt wird, mussten spezielle RFID-Transponder entwickelt und zahlreiche Tests durchgeführt werden“, sagt Stefan Scheller, der als Key Account Manager bei smart-TEC für das Projekt verantwortlich war. Weitere Anforderungen waren ein Temperatureinsatzbereich zwischen –40 und +110°C und eine hohe Resistenz der Transponder gegenüber Salzen, Schmutzwasser, Ölen und Fetten. Ein erfolgreicher Test mit dem Einsatz eines Hochdruckreinigers bestätigte die hohe Beständigkeit des Kunststoffgehäuses und der Silikonverklebung der RFID-Transponder. Darüber hinaus konnten die getesteten UHF-Transponder auch im Fahrbetrieb über mehrere Wochen sehr gute Ergebnisse liefern.

Weitere große Herausforderungen im Projekt lagen beim Auslesen der RFID-Transponder, da dabei mehrere benachbarte Transponder gefiltert und die Reflexionen durch metallische Untergründe ausgeglichen werden mussten. Zudem müssen unbeschriebene, noch nicht initialisierte RFID-Transponder von bereits beschriebenen Transpondern unterschieden werden. Um unerwünschte Auslesungen zu vermeiden, entwickelte das Team der Softcon AG um CTO Michel Dorochevsky neue Techniken: „Mithilfe der Filterung sind wir in der Lage, noch nicht initialisierte RFID-Transponder von bereits aktivierten Objekttranspondern zu unterscheiden. Darüber hinaus können wir genau einen RFID-Transponder im Feld ansprechen, was wir „Auto- Fokussierung“ nennen. Davon bekommen die Nutzer jedoch nichts mit, da sich dieser Prozess in wenigen Millisekunden abspielt.“

Mit Hilfe eines mobilen Industrie-Readers können die passiven Transponder aktiviert und die ausgelesenen Informationen per WLAN nahezu in Echtzeit an das Instandhaltungssystem SAP PM übertragen werden. Auch die Wahl dieses wichtigen RFID-Lesers wurde dabei nicht dem Zufall überlassen, sondern das gesamte theoretische Konzept wurde in einem aufwendigen Vor-Ort Test auf seine Praxistauglichkeit hin geprüft. Anhand dieses so genannten „Proof-of-Concept“ konnten die technische Machbarkeit und die Eignung verschiedener RFID-Reader festgestellt werden.

Die per RFID-Reader erfassten Informationen zu den ein- und ausgebauten Objekten werden als mobile „elektronische Buchungsbelege“ an das System SAP PM weitergeleitet. Auch der aktuelle Kilometerstand und der genaue Ort des jeweiligen zu wartenden Objektes sind im Instandhaltungssystem SAP PM übersichtlich dargestellt, so dass diese Informationen jederzeit abgerufen und entsprechende Analysen durchgeführt werden können. „SAP PM ist das derzeit führende System in der Instandhaltungslogistik und fasst zuverlässig alle Informationen zentral zusammen“, erklärt Michel Dorochevsky. Da die Instandhaltungsobjekte der Straßenbahnen nicht mit jeder Baureihe kompatibel und manche Bauteile nur an bestimmten Einbaupositionen zulässig sind, muss die neue Lösung auch diese Anforderungen unterstützen. „Eine entsprechende Kompatibilitätsprüfung war früher einfach nicht machbar und kann nun mit der neuen Lösung sogar direkt vor Ort durchgeführt werden“, freut sich SBB-Projektmanager Emanuel Riplinger. Mithilfe des Instandhaltungssystems verspricht er sich auch weitere Verbesserungen in der „Werkstattlogistik“, da die Instandhaltungsobjekte nun über den gesamten Lebenszyklus – ob im Lager, während der Reparatur oder im eingebauten Zustand – exakt verfolgt werden können.

Mit der neuen Instandhaltungslösung, die Anfang 2013 eingeführt wurde, sind nicht nur die Projektverantwortlichen der SBB, sondern auch die Anwender zufrieden, denn die Handhabung der industriellen Handheld-Computer stellte sich als sehr einfach heraus. Aufgrund der positiven Erfahrungen mit der automatisierten Identifikation von Instandhaltungsobjekten in Drehgestellen, soll die Lösung in Kürze auch auf weitere Projekte bei der SSB ausgeweitet werden. Als wichtigstes künftiges Ziel hat sich die SBB die weitere Verbesserung der Sicherheit und Zuverlässigkeit ihrer Straßenbahnen unter Einsatz des RFID-gestützten Systems auf die Fahnen geschrieben.