Arbeitsschutz im Bauwesen mit RFID - Forschungsbericht zum Projekt 'Sicherheitstechnik mit RFID - Entwicklung, Erprobung und Optimierung von geeigneten Instrumenten zur nachhaltigen Verbesserung des Arbeitsschutzes auf Grundlage von RFID'
von: Manfred Helmus, Selcuk Nisancioglu, Berit Offergeld, Oliver Sachs
Vieweg+Teubner (GWV), 2010
ISBN: 9783834897282
Sprache: Deutsch
323 Seiten, Download: 24126 KB
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Arbeitsschutz im Bauwesen mit RFID - Forschungsbericht zum Projekt 'Sicherheitstechnik mit RFID - Entwicklung, Erprobung und Optimierung von geeigneten Instrumenten zur nachhaltigen Verbesserung des Arbeitsschutzes auf Grundlage von RFID'
| Vorwort | 6 | ||
| Inhaltsverzeichnis | 7 | ||
| Abbildungsverzeichnis | 15 | ||
| Tabellenverzeichnis | 20 | ||
| Abkürzungsverzeichnis | 21 | ||
| 1 Einleitung | 23 | ||
| 1.1 Berufsgenossenschaftliche Relevanz und eigene Vorarbeiten | 23 | ||
| 1.2 Zielstellung | 24 | ||
| 2 Radio Frequency Identification | 26 | ||
| 2.1 Auto-ID-Systeme | 26 | ||
| 2.2 Technik und Grundlagen | 28 | ||
| 2.2.1 Transponder, Tag oder Smart-Label | 28 | ||
| 2.2.2 RFID-Reader | 30 | ||
| 2.2.3 Datenverarbeitungssystem | 31 | ||
| 2.3 Allgemeine RFID-Anwendungen | 31 | ||
| 2.3.1 Personenidentifikation | 32 | ||
| 2.3.2 Objektidentifikation | 34 | ||
| 2.4 RFID-Anwendungen für den Bereich der Arbeitssicherheit | 37 | ||
| 3 Projektmodul 1 - „Grundlagen“ | 48 | ||
| 3.1 Allgemeines | 48 | ||
| 3.2 Analyse von Unfallstatistiken und Gefährdungsbeurteilungen | 48 | ||
| 3.2.1 Grundlagen | 48 | ||
| 3.2.2 Analyse betriebsinterner Unfallstatistiken | 50 | ||
| 3.3 Workshops | 51 | ||
| 3.3.1 Anwendungsbereiche in Zusammenhang mit dem Kontrollportal | 51 | ||
| 3.3.2 Anwendungsbereiche in Zusammenhang mit der Maschinensteuerung | 53 | ||
| 3.3.3 Sonstige Anwendungsbereiche | 54 | ||
| 3.4 Experten-Interviews | 54 | ||
| 3.4.1 Anwendungsbereiche in Zusammenhang mit dem Kontrollportal | 54 | ||
| 3.4.2 Anwendungsbereiche in Zusammenhang mit der Maschinensteuerung | 55 | ||
| 3.4.3 Sonstige Anwendungsbereiche | 56 | ||
| 3.5 Teilnehmer der Workshops und Experten-Interviews | 56 | ||
| 3.5.1 Teilnehmer aus dem Bereich der Berufsgenossenschaften und Institutionen | 56 | ||
| 3.5.2 Teilnehmer aus den Unternehmen | 57 | ||
| 3.6 Patentrechtliche Untersuchung | 57 | ||
| 3.6.1 Allgemeines | 57 | ||
| 3.6.2 Projektbezogene Einschätzung | 57 | ||
| 3.6.3 Recherche | 58 | ||
| 3.6.4 Einschätzung | 60 | ||
| 3.7 Pflichtenheft | 61 | ||
| 3.7.1 Überblick | 61 | ||
| 3.7.1.1 Aufgaben | 61 | ||
| 3.7.1.2 Funktionsbeschreibung | 62 | ||
| 3.7.1.3 Schematischer Aufbau des Systems | 62 | ||
| 3.7.2 Softwaremodule | 63 | ||
| 3.7.2.1 Das Modul Lesersteuerung | 63 | ||
| 3.7.2.1.1 Kommunikation | 63 | ||
| 3.7.2.1.2 Parametrierung | 63 | ||
| 3.7.2.1.3 Antennensteuerung | 63 | ||
| 3.7.2.1.4 Ereignisdatenverarbeitung | 63 | ||
| 3.7.2.2 Das Modul Auswertung | 64 | ||
| 3.7.2.2.1 Tagzuordnung | 64 | ||
| 3.7.2.2.2 Schutzprofil | 64 | ||
| 3.7.2.2.3 Vollständigkeitsprüfung | 64 | ||
| 3.7.2.2.4 Ausgabe | 64 | ||
| 3.7.2.3 Das Modul Signalisierung | 64 | ||
| 3.7.2.4 Das Datenbankmodul | 65 | ||
| 3.7.2.4.1 Schutzgegenstand-Tabelle | 65 | ||
| 3.7.2.4.2 Tag-Tabelle | 65 | ||
| 3.7.2.4.3 Schutzprofil-Tabelle | 66 | ||
| 3.7.2.4.4 Personen-Tabelle | 66 | ||
| 3.7.2.4.5 Ereignisdaten-Tabelle | 66 | ||
| 3.7.3 Feinspezifikation | 66 | ||
| 3.8 Fazit | 66 | ||
| 3.8.1 Zusammenfassung | 66 | ||
| 3.8.2 Ausblick | 67 | ||
| 3.8.2.1 Technische Entwicklung | 68 | ||
| 3.8.2.2 Analyse von RFID-Anwendungen in der Maschinensteuerung | 69 | ||
| Projektmodul 2 – Anwendungsorientierte Entwicklung | 70 | ||
| 4 Projektmodul 2 - „Anwendungsorientierte Entwicklung“ | 71 | ||
| 4.1 Zielstellung | 71 | ||
| 4.1.1 Entwicklung des Portals zur automatischen Kontrolle der PSA | 72 | ||
| 4.1.2 Analyse von RFID-Anwendungen in der Maschinensteuerung | 73 | ||
| 4.2 Organisatorische Konzeption | 73 | ||
| 4.3 Datenverarbeitung | 75 | ||
| 4.3.1 Funktionsbeschreibung | 76 | ||
| 4.3.2 Schematischer Aufbau des Datenverarbeitungssystems | 76 | ||
| 4.3.3 Der Leseradapter | 78 | ||
| 4.3.3.1 Schematischer Aufbau des Leseradapters | 79 | ||
| 4.3.3.2 Inhaltlicher Aufbau des Leseradapters | 80 | ||
| 4.3.3.2.1 PLI: Physical Layer Interface: | 80 | ||
| 4.3.3.2.2 RPI: Reader Protocol Interface | 80 | ||
| 4.3.3.2.3 MAL: Manufacturer Abstraction Layer | 81 | ||
| 4.3.4 Das Applikationsinterface CAI: Common Application Interface | 82 | ||
| 4.3.5 Applikationen und Softwaremodule | 84 | ||
| 4.3.5.1 Die Lesersteuerung: Registerblatt „Leser“ | 85 | ||
| 4.3.5.1.1 Feld „Lesertyp“, Modul 1 / Reader | 86 | ||
| 4.3.5.1.2 Felder zum Netzwerk-Interface, Modul 10 / IPCom | 86 | ||
| 4.3.5.1.3 Feld „Leser-Info“, Modul 12 / ReaderInfo: | 88 | ||
| 4.3.5.1.4 Feld „Leistungseinstellung“, Modul 4 / Power1: | 88 | ||
| 4.3.5.1.5 Feld „Frequenz“, Modul 3 / Param1 | 89 | ||
| 4.3.5.1.6 Feld „Antennenmultiplexer“, Modul 5 / AntMux: | 89 | ||
| 4.3.5.1.7 Großes unteres Listenfeld, Modul 8 / Syslog | 90 | ||
| 4.3.5.2 Die PSA-Applikation: Registerblatt „Starten“ | 90 | ||
| 4.3.5.2.1 Feld „Betriebsart“, Modul 2 / Mode: | 91 | ||
| 4.3.5.2.2 Feld „Sound“, Modul 6 / Sound | 92 | ||
| 4.3.5.2.3 Feld „Integrationszeit“, Modul 3 / Param1 | 93 | ||
| 4.3.5.2.4 Feld „Standby“, Modul 3 / Param1 | 94 | ||
| 4.3.5.2.5 Felder zur PSA-Kontrollinformation, Modul 25 / PSAList | 95 | ||
| 4.3.5.3 Registerblatt „Info / Hilfe“, Modul 26 / PSAInfo | 97 | ||
| 4.3.5.4 Die Signalsteuerung | 98 | ||
| 4.3.5.4.1 Signalisierung am Touch-Screen, Modul 22 / PSATouch | 98 | ||
| 4.3.5.4.2 Signalisierung an der Leuchtfläche, Modul 26 / PSASignal | 102 | ||
| 4.3.5.5 Hilfsprogramm zum Beschreiben von RFID-(UHF)-Transpondern | 103 | ||
| 4.3.6 Der PSA-Datenbankserver | 104 | ||
| 4.3.6.1 PSA-Profilverwaltung | 105 | ||
| 4.3.6.1.1 PSA-Profil anlegen | 106 | ||
| 4.3.6.1.2 PSA-Profil bearbeiten | 107 | ||
| 4.3.6.2 Personalverwaltung | 107 | ||
| 4.3.6.2.1 Mitarbeiter-Profil anlegen | 108 | ||
| 4.3.6.2.2 Mitarbeiter-Profil verwalten | 109 | ||
| 4.3.6.3 Reportfunktion | 110 | ||
| 4.4 Grundlagen des Elektromagnetismus | 111 | ||
| 4.4.1 Ausbreitung elektromagnetischer Wellen | 111 | ||
| 4.4.2 Leistungsangaben | 114 | ||
| 4.4.3 Strahlungsdichte | 115 | ||
| 4.4.4 Die RFID-(UHF)-Luftschnittstelle | 115 | ||
| 4.4.5 Das Backscatter-Prinzip | 116 | ||
| 4.4.6 Antikollisionsverfahren | 118 | ||
| 4.5 Technische Voruntersuchungen | 119 | ||
| 4.5.1 Frequenzbereiche | 120 | ||
| 4.5.2 Hardware-Komponenten | 122 | ||
| 4.5.2.1 RFID-(UHF)-Lesegerät | 123 | ||
| 4.5.2.1.1 Hardware-Vorauswahl | 126 | ||
| 4.5.2.1.2 Voruntersuchungen | 128 | ||
| 4.5.2.1.3 Hardware-Auswahl | 128 | ||
| 4.5.2.2 RFID-(UHF)-Leser-Antennen | 129 | ||
| 4.5.2.2.1 Hardware-Vorauswahl | 129 | ||
| 4.5.2.2.2 Voruntersuchungen | 132 | ||
| 4.5.2.2.3 Hardware-Auswahl | 135 | ||
| 4.5.2.2.4 RFID-(UHF)-Transponder | 136 | ||
| 4.5.2.2.5 Hardware-Vorauswahl | 145 | ||
| 4.5.2.2.6 Voruntersuchungen | 152 | ||
| 4.5.2.2.7 Hardware-Auswahl | 164 | ||
| 4.6 Untersuchungen zur anwendungsorientierten Entwicklung | 166 | ||
| 4.6.1 Systemaufbau | 166 | ||
| 4.6.1.1 Technische Komponenten | 166 | ||
| 4.6.1.2 Entwicklung des Demonstrators | 167 | ||
| 4.6.1.3 Kosten der Umsetzung | 171 | ||
| 4.6.2 Untersuchungen am Systemaufbau | 171 | ||
| 4.6.2.1 Leistungsstärke der Antennenstrahlung | 171 | ||
| 4.6.2.1.1 Kabeldämpfung | 172 | ||
| 4.6.2.1.2 Antennengewinn | 174 | ||
| 4.6.2.1.3 Resultierende Leistungsstärke | 175 | ||
| 4.6.2.2 Reichweite der Antennenstrahlung | 176 | ||
| 4.6.2.3 Feldbeeinflussung durch Reflexion und Absorption | 179 | ||
| 4.6.3 Laborversuche zur persönlichen Schutzausrüstung | 182 | ||
| 4.6.3.1 Mitarbeiterausweise | 183 | ||
| 4.6.3.2 Sicherheitsschuhe | 184 | ||
| 4.6.3.3 Industrieschutzhelme | 190 | ||
| 4.6.3.4 Augenschutz | 191 | ||
| 4.6.3.5 Absturzsicherung | 192 | ||
| 4.6.3.6 Kapsel-Gehörschutz | 193 | ||
| 4.6.3.7 Sicherheitshandschuhe | 194 | ||
| 4.6.4 Laborversuche zur Abstimmung von PSA und Demonstrator | 196 | ||
| 4.7 Vorbereitung der Praxistests | 198 | ||
| 4.7.1 InHaus2-Baustelle | 198 | ||
| 4.7.1.1 Entwicklung der erforderlichen PSA-Profile | 199 | ||
| 4.7.1.2 Kennzeichnung der Transponder zur Identifikation der PSA | 200 | ||
| 4.7.1.3 Anbindung des RFID-Portals an eine Zutrittskontrolle | 201 | ||
| 4.7.2 Ford Werke GmbH | 203 | ||
| 4.7.3 Weitere Praxistests | 205 | ||
| 4.7.3.1 Westfälischer Zoologischen Garten Münster GmbH (Allwetterzoo) | 205 | ||
| 4.7.3.2 Stockmeyer GmbH & Co. KG Westfälische Fleischwarenfabrik | 206 | ||
| 4.8 Standardisierung und Normung | 206 | ||
| 4.8.1 Standardisierung und Normung bei PSA | 206 | ||
| 4.8.2 Klassifizierungs- und Ordnungsnummernsysteme | 208 | ||
| 4.8.2.1 United Nations Standard Products and Services Code UNSPSC | 209 | ||
| 4.8.2.2 Standardwarenklassifikation | 211 | ||
| 4.8.2.3 Global Product Classification GPC | 212 | ||
| 4.8.2.4 eCl@ss | 216 | ||
| 4.8.2.5 proficl@ss | 221 | ||
| 4.8.3 Vorhandene Normen und Standards für die RFID-Technologie | 226 | ||
| 4.8.3.1 Aufgaben und Entwicklung von GS1 | 226 | ||
| 4.8.3.2 Standards nach EPCglobal | 232 | ||
| 4.8.3.2.1 Physische Standards: Der Electronic Product Code (EPC) | 234 | ||
| 4.8.3.2.2 Infrastruktur-Standards | 235 | ||
| 4.8.3.2.3 Standards für den Datenaustausch | 235 | ||
| 4.8.4 Handlungskonzept | 237 | ||
| 4.9 Rechtliche Betrachtung | 238 | ||
| 4.9.1 Datenschutz | 238 | ||
| 4.9.2 Arbeitsrechtliche Rahmenbedingungen | 239 | ||
| 4.10 Analyse von RFID-Anwendungen in der Maschinensicherheit | 240 | ||
| 4.10.1 Ausgangssituation | 240 | ||
| 4.10.2 Workshop „RFID in der Maschinensicherheit“ | 241 | ||
| 4.11 Fazit | 242 | ||
| 4.11.1 Ausblick | 243 | ||
| 4.11.2 Zusatznutzen | 244 | ||
| 4.11.2.1 Zugangskontrolle | 244 | ||
| 4.11.2.2 Zeiterfassung | 245 | ||
| 4.11.2.3 Diebstahlschutz | 245 | ||
| 4.11.3 Kritische Betrachtung | 246 | ||
| Projektmodul 3 – Praxistests und Dokumentation | 247 | ||
| 5 Projektmodul 3 - „Praxistests und Dokumentation“ | 248 | ||
| 5.1 Zielstellung | 248 | ||
| 5.2 Praxistest Baustelle: InHaus2, Duisburg | 249 | ||
| 5.2.1 Vorbereitung | 249 | ||
| 5.2.1.1 Entwicklung der erforderlichen PSA-Profile | 249 | ||
| 5.2.1.2 Kennzeichnung der Transponder zur Identifikation der PSA | 250 | ||
| 5.2.1.3 Anbindung des RFID-(UHF)-Portals an ein Zutrittskontrollsystem | 251 | ||
| 5.2.2 Umsetzung | 253 | ||
| 5.2.2.1 Voruntersuchung | 254 | ||
| 5.2.2.2 Mitwirkende Unternehmen | 255 | ||
| 5.2.3 Ergebnis | 256 | ||
| 5.2.3.1 Technische Umsetzung | 256 | ||
| 5.2.4 Fazit | 262 | ||
| 5.3 Praxistest Automobilindustrie: Ford Werke GmbH | 262 | ||
| 5.3.1 Vorbereitung | 263 | ||
| 5.3.2 Umsetzung | 264 | ||
| 5.3.2.1 Transponder-Wahl | 264 | ||
| 5.3.2.2 Leserwahl | 265 | ||
| 5.3.2.3 Dokumentation | 266 | ||
| 5.3.3 Ergebnis | 267 | ||
| 5.3.4 Fazit | 267 | ||
| 5.4 Praxistest Fleischverarbeitende Industrie: Stockmeyer GmbH | 267 | ||
| 5.4.1 Vorbereitung | 268 | ||
| 5.4.1.1 Gehörschutz | 268 | ||
| 5.4.1.2 Kettenhandschuh | 269 | ||
| 5.4.1.3 Schutzschuhe | 270 | ||
| 5.4.1.4 Datenschutz | 270 | ||
| 5.4.2 Umsetzung | 270 | ||
| 5.4.3 Ergebnis | 270 | ||
| 5.5 Fazit | 271 | ||
| 5.5.1 Zusammenfassung | 271 | ||
| 5.5.2 Normung | 273 | ||
| 5.5.3 Ausblick | 273 | ||
| 6 Ansprechpartner | 275 | ||
| 7 Literatur- und Quellenverzeichnis | 276 | ||
| 7.1 Projektmodul 1 | 276 | ||
| 7.2 Projektmodul 2 | 277 | ||
| 7.2.1 Literatur | 277 | ||
| 7.2.2 Quellen | 279 | ||
| 7.3 Projektmodul 3 | 281 | ||
| 8 Anlagenverzeichnis | 282 | ||
| 8.1 Anlage 1: Übersicht der RFID-(UHF)-Lesegeräte | 282 | ||
| 8.2 Anlage 2: Übersicht der RFID-(UHF)-Leser-Antennen | 283 | ||
| 8.3 Anlage 3: Übersicht der RFID-(UHF)-Transponder | 285 | ||
| 8.4 Anlage 4: Richtcharakteristik der RFID-(UHF)-Leser-Antenne | 290 | ||
| 8.5 Anlage 5: Referenztransponder, Y-Achse | 293 | ||
| 8.6 Anlage 6: Referenztransponder, Z-Achse | 294 | ||
| 8.7 Anlage 7: Transponder-Vergleichsmessungen | 297 | ||
| 8.8 Anlage 8: Untergrundeinfluss | 322 |
