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Digitalisierung: Ortung von Warenbeständen durch batterielose Tags

Neue Antennen von UWINLOC mit Ansys HFSS simuliert

UWINLOC bietet ein einzigartiges Ortungssystem für Innenräume, das mit batterielosen Tags arbeitet, die mit elektromagnetischen HF-Simulationen mit Ansys HFSS entwickelt wurden. Mit dem System können Betriebs- und Lagerleiter die Warenbestände in ihren Anlagen kennzeichnen, Verzögerungen in der Logistik reduzieren, große Produktmengen verfolgen und den Warenfluss optimieren.

Schema der Implementierung der UWINLOC-Lösung
Uwinloc-Tags im Lager entwickelt mit Ansys HFSS

Eine einzigartige IoT-Innenraum-Ortungslösung, die batterielose Tags verwendet

UWINLOC mit Sitz in Toulouse (Frankreich) bietet ein einzigartiges inneres Ortungssystem. Es ist die einzige IoT-Innenraum-Ortungslösung, die batterielose Tags verwendet. Damit können Betriebs- und Lagerleiter Anlagen kennzeichnen, Verzögerungen reduzieren, große Produktmengen verfolgen und den Warenfluss optimieren. Die Lösung nutzt eine Kombination aus batterielosen Tags mit drahtlosen Beacons und einer Softwareplattform, um die Kosten zu senken und die Effizienz des Warenflussmanagements in allen Branchen zu steigern.

Effiziente Kombination aus passiven und aktiven Tags

Barcodes und QR-Code-Etiketten sowie RFID-Etiketten (Radio Frequency Identification) werden weithin zur Steuerung des Produktionsflusses in den Lagern eingesetzt, obwohl sie einige Schwachstellen aufweisen, wie eine geringe Lesereichweite oder in einigen Fällen eine schlechte Lesegenauigkeit. Bei RFID handelt es sich in der Regel um eine passive Technologie, die im Allgemeinen ohne Batterien auskommt und lediglich Funkwellen reflektiert, nachdem sie von einer Energiequelle angeregt wurde.

Die Technologie kann aber auch aktiv sein, was größere Übertragungsdistanzen ermöglicht und Informationen wie die Position und Bewegung von Bestandswerten erleichtert. Dies wird in der Regel mit einem Sender erreicht, der durch eine eingebaute Batterie betrieben wird. Aktives RFID ist in Bezug auf einen Echtzeit-Betrieb effektiver, jedoch auch teurer, da sie eine häufige, kostenintensive und arbeitsaufwändige Wartung und den damit verbundenen Austausch der Batterien erfordert. Außerdem stellt sich die Frage der Nachhaltigkeit bei der Batterieentsorgung, die weitere Kosten und Probleme für die Umwelt mit sich bringt.

UWINLOC hat die besten Eigenschaften passiver und aktiver Technologien kombiniert, um einen patentierten Energie-Tag zu entwickeln, der eine hochpräzise Verwaltung und Ortung von Warenbeständen in Innenräumen ermöglicht. Dieser Tag ist ein kostengünstiges, batterieloses Gerät, das UWB-Beacons (Ultra-Wide Band) als Luftschnittstelle verwendet, um das vom Tag ausgesendete Signal zu empfangen. Für die Fernspeisung des Tags werden UHF-Erreger (Ultra Hoch-Frequenz) eingesetzt. Schließlich wird das System durch eine benutzerfreundliche Softwareplattform mit einer umfassenden Programmierschnittstelle (API – Application Programming Interface) vervollständigt.

Simulation ist ein wichtiger Erfolgsfaktor für UWINLOC und garantiert letztendlich Kundenzufriedenheit

CADFEM Frankreich bot Unterstützung und Dienstleistungen an, um sicherzustellen, dass UWINLOC die Simulation optimal nutzen konnte. Ansys lieferte die entsprechenden Simulationslizenzen.

So entwickelte UWINLOC nahtlos die UWB-Technologie, die sowohl eine passive als auch eine aktive Lösung darstellt, jedoch ohne Batterie auskommt. Empfang und Übertragung erfolgen über denselben Tag, der mit seiner 868-MHz-Antenne UHF-Funkquellen empfängt, während die Übertragung über UWB auf 4 GHz erfolgt. Die UWB-Bake, die die Informationen von den Tags empfängt, wird ebenfalls von UWINLOC hergestellt.

Die Technologie beruht auf der bahnbrechenden Fähigkeit des Tags, Energie aus drahtlosen HF-Energiequellen zu gewinnen. Diese Fähigkeit kann auch in einem industriellen Umfeld genutzt werden, um IoT-Geräte oder sogar Sensoren mit geringem Energieverbrauch in alltäglichen Gegenständen mit geringem Energieverbrauch wie TV-Fernbedienungen oder digitalen Thermometern/Hygrometern zu Hause mit Energie zu versorgen, wodurch der Bedarf an auslaufenden, umweltschädlichen Batterien effektiv beseitigt wird.

UWINLOC wurde 2015 gegründet und unterstützt heute große Industrieunternehmen wie AIRBUS, MICHELIN und ALSTOM, die ihre Lieferektten mit kosteneffizienten, batterielosen Tags digitalisieren, um die Produktivität und Robustheit von Verwaltungslösungen in ihren Fabriken und Lagern deutlich zu erhöhen.

Drahtlose Energiegewinnung auf einem neuen Niveau

Eine der Herausforderungen bei der Entwicklung dieser Technologie war die Verringerung der Anzahl der Stromquellen bei gleicher Leistung im Lager zu erreichen. Ebenso sollte die Größe des Tags mit seiner internen Antenne verringert aber die Leistung beibehalten werden. Die Entwicklung der integrierten Antenne war ein komplexes und anspruchsvolles Projekt, speziell wenn berücksichtigt wird, dass eine schnelle Markteinführung und die Minimierung der Kosten eine hohe Priorität hatten. Ziel war es, die kleinste Antenne mit dem höchsten Energieerfassungsbereich zu entwickeln und dabei die Lebensdauer, Qualität und Zuverlässigkeit des Produkts zu berücksichtigen.

Diese Herausforderung konnte durch die Zusammenarbeit mit CADFEM und Ansys besser bewältigt werden, da UWINLOC auf das Know-how im Bereich Simulation zugreifen konnte. René Stoll ist der leitende F&E-Ingenieur für RF/UWB und Antennenexperte, der für die Entwicklung der UWINLOC-Tag-Lösung verantwortlich ist. Er verfügt über umfangreiche Erfahrungen in dieser Technologie. Bereits 1991 wurde René von HP eingestellt, um bei der Unterstützung der ersten Vorabversion von HFSS zu helfen, die er bereits während seiner Studienzeit verwendet hatte.

ANSYS HFSS ermöglicht es uns, kompakte integrierte Antennen der nächsten Generation zu entwickeln, bei der die drahtlose Energiegewinnung auf einem neuen Niveau nutzbar ist.

 

René Stoll | F&E-Ingenieur für RF/UWB und Antennenexperte

Simulation berücksichtigt vielfältige Einflüsse

Für René Stoll sind gute Simulationswerkzeuge für die Antennenentwicklung unerlässlich. Dabei müssen auch die Gehäuse, egal ob Kunststoff oder Metall, berücksichtigt werden, denn Metalle und Dielektrika haben aufgrund ihrer Nähe einen direkten Einfluss. Je nach Wellenlänge beeinflusst auch die Umgebung der Gehäuseantennen die Strahlungseigenschaften erheblich. Diese Einflüsse müssen genau analysiert werden, da die Verbindungsmarge beim Sammeln der Strahlung viel geringer ist als bei einem normalen Kommunikationssystem.

“Wenn man mit parametrisierten Modellen beginnt, kann man mit einer Veränderung der geometrischen Position einfach die optimalen Platzierungen finden,” berichtet René Stoll von seinen umfassenden Erfahrungen.

Die Entwicklung der batterielosen Tags wäre ohne die Simulationswerkzeuge von ANSYS viel teurer und zeitaufwändiger gewesen. So konnte beispielsweise die Anzahl der erforderlichen Prototypen um 80 % verringert werden, was zu erheblichen Zeit- und Kosteneinsparungen führte.

René Stoll geht bei seiner Einschätzung zum Einsatz der Software sogar noch weiter: „Ohne eine Simulationssoftware wie Ansys HFSS wäre ich nicht in der Lage gewesen, meine Vorhaben umzusetzen."

Uwinloc
9 Humbert Tomatis
31200, Toulouse, France
+33 7 87 60 68 49
www.uwinloc.com

Kontakt CADFEM

Sales director