RFID in manufacturing : mapping the shop floor to It-enabled business processes [[Elektronische Ressource]] / von Lenka Ivantysynova

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• Publié par: humboldt-universitat_zu_berlin
• Publié le: 01 janvier 2008
• Nombre de lectures: 7
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 2 Mo

Extrait

RFID in Manufacturing: Mapping the Shop
Floor to IT-Enabled Business Processes
DISSERTATION
zur Erlangung des akademischen Grades
doctor rerum politicarum
(Dr. rer. pol.)
im Fach Wirtschaftswissenschaft
eingereicht an der
Wirtschaftswissenschaftlichen Fakultät
Humboldt-Universität zu Berlin
von
Frau Dipl.-Inf. Lenka Ivantysynova
geboren am 09.12.1979 in Gera
Präsident der Humboldt-Universität zu Berlin:
Prof. Dr. Dr. h.c. Christoph Markschies
Dekan der Wirtschaftswissenschaftlichen Fakultät:
Prof. Oliver Günther, PhD
Gutachter:
1. Prof. Oliver Günther, PhD
2. Prof. Dr.-Ing. Frank Straube
eingereicht am: 24. Oktober 2008
Tag der mündlichen Prüfung: 26. November 2008Abstract
In this thesis, I investigate how radio-frequency identification (RFID) tech-
nology can contribute to the optimization of production processes. RFID
allows the automatic identification of entire batches of goods on the level of
pallets, cases, or even individual items. Moreover, RFID facilitates electronic
data collection under circumstances in which alternative technologies – e.g.,
bar codes – cannot be applied. Companies can use these data to create mod-
els of their business processes which enable them to gain a virtual image of
aspects of their enterprise, such as their shop floor or supply chain. This vir-
tual image can help them acquire higher awareness of problems and localize
potentials for process optimizations.
In the first chapters of my thesis I analyze potential benefits and chal-
lenges of using RFID to improve production processes. To this end, I con-
ducted case studies at six German manufacturing enterprises in which I ex-
plore possible RFID scenarios. Based on the case studies I evaluate seven
use cases for RFID. They are either a replacement of bar codes or an appli-
cation that can only be realized using RFID. Furthermore, I evaluate which
challenges the manufacturer has to face when applying RFID.
Chapters 4 and 5 of my thesis deal with the question of how RFID can be
embedded into an existing IT infrastructure. For this I first evaluate general
IT infrastructures at diverse manufacturers by conducting seven additional
case studies. I then design guidelines for integrating the RFID requirements
obtained from the case studies into existing software systems, showing where
RFID data processing can fit in.
The manufacturing domain still lacks dedicated models for evaluating
costs and benefits of an RFID rollout especially concerning the intangi-
ble, non-quantifiable aspects of such an investment. Therefore, Chapter 6
presents such a model.
In Chapter 7 I look beyond inter-enterprise RFID applications in manu-
facturing: RFID can ensure real-time information sharing when implemented
in inter-organizational systems along the supply chain. However, besides
challenges in intra-organizational scenarios of applying RFID in production
processes, I can also observe an inter-organizational reservation of embed-
ding RFID in supply chains. Therefore, I analyze and identify important
determinants of adopting RFID in supply chains; taking the automotive as
an example.Zusammenfassung
In dieser Doktorarbeit untersuche ich, wie Radiofrequenz-Identifizierung
(RFID) zu einer Optimierung von Produktionsprozessen beitragen kann.
RFID ermöglicht die automatische Identifizierung von gesamten Produkti-
onschargen auf Paletten oder in Kisten sowie eine Identifizierung einzelner
Produkte. Darüber hinaus erleichtert RFID elektronische Datenerfassung in
Fällen, in denen alternative Technologien – z.B. Barcodes – nicht angewendet
werden können. Unternehmen können diese Daten nutzen, um Modelle ihrer
Unternehmensprozesse zu erstellen. Diese Modelle ermöglichen es ihnen eine
virtuelle Abbildung von Teilen ihres Unternehmens zu erstellen; z.B. ihrer
Produktion oder der Lieferkette. Diese Abbildung kann ihnen dabei helfen,
mögliche Probleme zu lokalisieren und Prozesse zu optimieren.
In den ersten Kapiteln meiner Dissertation analysiere ich, welchen po-
tenziellen Nutzen die Anwendung von RFID für Prozessoptimierungen er-
gibt und welche Herausforderungen daraus erwachsen. Diesbezüglich habe
ich sechs Fallstudien in deutschen Produktionsbetrieben durchgeführt, in de-
nen ich mögliche RFID-Szenarien untersuche. Basierend auf den Fallstudien
werte ich sieben RFID-Anwendungsszenarien aus. Diese sind entweder ein
Ersatz von Barcodes oder eine Anwendung, die nur mit Hilfe von RFID er-
möglicht wird.
Kapitel 4 und 5 beschäftigen sich mit der Frage, wie RFID in die existie-
rendeIT-Infrastruktureingebettetwerdenkann.Dafürevaluiereichzunächst
generelleIT-Infrastrukturenbeiunterschiedlichen,produzierendenUnterneh-
men, indem ich weitere sieben Fallstudien durchführe. Im Anschluss erstelle
ich Leitlinien für eine Integration von RFID in existierende Softwaresysteme,
bei der die in diesen Fallstudien gewonnenen Anforderungen erfüllt werden.
Für die Produktion gibt es noch immer keine dedizierten Modelle für
die Berechnung von quantifizierbaren und die Abschätzung von nicht-
quantifizierbaren Nutzen und Kosten von RFID-Einführungen. Aus diesem
Grund untersuche ich in Kapitel 6 quantifizierbare und nicht-quantifizierbare
Kosten und Nutzen von RFID-Einführungen in der Produktion.In Kapitel 7 untersuche ich RFID-Anwendungen, die über die Unterneh-
mensgrenzen hinausgehen: RFID kann, wenn es in inter-organisatorischen
Systemenimplementiertist,einenInformationsaustauschinEchtzeitgewähr-
leisten. Jedoch stelle ich bei den Unternehmen neben den unternehmensinter-
nen auch in den inter-organisatorischen RFID-Szenarien Vorbehalte gegen-
über RFID-Einführungen fest. Daher analysiere und identifiziere ich wichtige
Faktoren für die Einführung von RFID in Lieferketten am Beispiel der Lie-
ferkette der Automobilindustrie.
ivTo Tobias, and my loving parents.
iContents
1 Introduction 1
1.1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 RFID Technology: An Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3 IT Infrastructures in Manufacturing . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.4 Principal Contributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.5 Organization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2 Potential Benefits of RFID on the Shop Floor 10
2.1 Automatic Identification Technologies . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2 RFID Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.3 Case Studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.3.1 Production of Airbags . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.3.2 Pro of Sliding Clutches . . . . . . . . . . . . . . 23
2.3.3 Production of Engine-Cooling Modules . . . . . . . . . 28
2.3.4 Pro of Cast Parts . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.3.5 Production of Electronic Connectors . . . . . . . . . . 35
2.3.6 Pro of Aluminum Foils for Packaging . . . . . . 41
2.4 Lessons Learned . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.4.1 Evaluating Potential Benefits . . . . . . . . . . . . . . 46
2.4.2 Comparing RFID with other Auto-ID Technologies . . 55
2.4.3 Evaluating Current Motives and Open Potentials . . . 58
2.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
3 Challenges of Embedding RFID into Shop-Floor Processes 64
3.1 Reference Model for Production Processes . . . . . . . . . . . 64
3.2 Hindrances on the Shop Floor . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.2.1 Hostile Physical Conditions . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.2.2 Presence of Metal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.2.3 Demand for Wireless Communication . . . . . . . . . . 68
3.2.4 Processes in Close Spatial Proximity . . . . . . . . . . 69
3.3 Required RFID Functionalities . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
ii3.3.1 Filtering and Enriching RFID Data . . . . . . . . . . . 70
3.3.2 Storing RFID Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.3.3 Exchanging RFID Data . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.3.4 Detecting Events in RFID Data . . . . . . . . . . . . . 73
3.4 Constraints for IT Infrastructures . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.4.1 Distributing Business Logic and Data . . . . . . . . . . 75
3.4.2 Supporting Heterogeneous Data Sources . . . . . . . . 78
3.4.3 Dealing with Noise and Uncertainty . . . . . . . . . . . 79
3.4.4 Supporting Process Analysis . . . . . . . . . . . . . . . 79
3.4.5 Supporting Asset Tracking . . . . . . . . . . . . . . . . 80
3.4.6 Providing RFID Data to Components of the Middle
Layer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
3.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
4 IT Infrastructures Deployed in Manufacturing 83
4.1 Flow of Information between Shop Floor and Top Floor . . . . 84
4.1.1 The Purdue Reference Model for Computer-Integrated
Manufacturing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
4.1.2 ISA-S95 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
4.1.3 OPC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
4.2 Case Studies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
4.2.1 Production of Milk Products . . . . . . . . . . . . . . . 93
4.