Helmus / Nisancioglu / Offergeld 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“
2010
ISBN: 978-3-8348-9728-2
Verlag: Vieweg & Teubner
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 323 Seiten, eBook

Reihe: RFID im Bauwesen

Die Beiträge des Sammelbands fassen die Entwicklung, Erprobung und Optimierung von geeigneten Instrumenten zur nachhaltigen Verbesserung des Arbeitsschutzes auf der Grundlage der RFID-Technologie zusammen.

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Manfred Helmus ist Leiter des Lehr- und Forschungsgebietes Baubetrieb und Bauwirtschaft der Bergischen Universität Wuppertal. Selcuk Nisancioglu, Berit Offergeld und Oliver Sachs sind dort als wissenschaftliche Mitarbeiter tätig.

Zielgruppe

Research

Autoren/Hrsg.

Helmus, Manfred

Nisancioglu, Selcuk

Offergeld, Berit

Sachs, Oliver

Inhaltsverzeichnis

1;Vorwort;6
2;Inhaltsverzeichnis;7
3;Abbildungsverzeichnis;15
4;Tabellenverzeichnis;20
5;Abkürzungsverzeichnis;21
6;1 Einleitung;23
6.1;1.1 Berufsgenossenschaftliche Relevanz und eigene Vorarbeiten;23
6.2;1.2 Zielstellung;24
7;2 Radio Frequency Identification;26
7.1;2.1 Auto-ID-Systeme;26
7.2;2.2 Technik und Grundlagen;28
7.2.1;2.2.1 Transponder, Tag oder Smart-Label;28
7.2.2;2.2.2 RFID-Reader;30
7.2.3;2.2.3 Datenverarbeitungssystem;31
7.3;2.3 Allgemeine RFID-Anwendungen;31
7.3.1;2.3.1 Personenidentifikation;32
7.3.2;2.3.2 Objektidentifikation;34
7.4;2.4 RFID-Anwendungen für den Bereich der Arbeitssicherheit;37
8;3 Projektmodul 1 - „Grundlagen“;48
8.1;3.1 Allgemeines;48
8.2;3.2 Analyse von Unfallstatistiken und Gefährdungsbeurteilungen;48
8.2.1;3.2.1 Grundlagen;48
8.2.2;3.2.2 Analyse betriebsinterner Unfallstatistiken;50
8.3;3.3 Workshops;51
8.3.1;3.3.1 Anwendungsbereiche in Zusammenhang mit dem Kontrollportal;51
8.3.2;3.3.2 Anwendungsbereiche in Zusammenhang mit der Maschinensteuerung;53
8.3.3;3.3.3 Sonstige Anwendungsbereiche;54
8.4;3.4 Experten-Interviews;54
8.4.1;3.4.1 Anwendungsbereiche in Zusammenhang mit dem Kontrollportal;54
8.4.2;3.4.2 Anwendungsbereiche in Zusammenhang mit der Maschinensteuerung;55
8.4.3;3.4.3 Sonstige Anwendungsbereiche;56
8.5;3.5 Teilnehmer der Workshops und Experten-Interviews;56
8.5.1;3.5.1 Teilnehmer aus dem Bereich der Berufsgenossenschaften und Institutionen;56
8.5.2;3.5.2 Teilnehmer aus den Unternehmen;57
8.6;3.6 Patentrechtliche Untersuchung;57
8.6.1;3.6.1 Allgemeines;57
8.6.2;3.6.2 Projektbezogene Einschätzung;57
8.6.3;3.6.3 Recherche;58
8.6.4;3.6.4 Einschätzung;60
8.7;3.7 Pflichtenheft;61
8.7.1;3.7.1 Überblick;61
8.7.1.1;3.7.1.1 Aufgaben;61
8.7.1.2;3.7.1.2 Funktionsbeschreibung;62
8.7.1.3;3.7.1.3 Schematischer Aufbau des Systems;62
8.7.2;3.7.2 Softwaremodule;63
8.7.2.1;3.7.2.1 Das Modul Lesersteuerung;63
8.7.2.1.1;3.7.2.1.1 Kommunikation;63
8.7.2.1.2;3.7.2.1.2 Parametrierung;63
8.7.2.1.3;3.7.2.1.3 Antennensteuerung;63
8.7.2.1.4;3.7.2.1.4 Ereignisdatenverarbeitung;63
8.7.2.2;3.7.2.2 Das Modul Auswertung;64
8.7.2.2.1;3.7.2.2.1 Tagzuordnung;64
8.7.2.2.2;3.7.2.2.2 Schutzprofil;64
8.7.2.2.3;3.7.2.2.3 Vollständigkeitsprüfung;64
8.7.2.2.4;3.7.2.2.4 Ausgabe;64
8.7.2.3;3.7.2.3 Das Modul Signalisierung;64
8.7.2.4;3.7.2.4 Das Datenbankmodul;65
8.7.2.4.1;3.7.2.4.1 Schutzgegenstand-Tabelle;65
8.7.2.4.2;3.7.2.4.2 Tag-Tabelle;65
8.7.2.4.3;3.7.2.4.3 Schutzprofil-Tabelle;66
8.7.2.4.4;3.7.2.4.4 Personen-Tabelle;66
8.7.2.4.5;3.7.2.4.5 Ereignisdaten-Tabelle;66
8.7.3;3.7.3 Feinspezifikation;66
8.8;3.8 Fazit;66
8.8.1;3.8.1 Zusammenfassung;66
8.8.2;3.8.2 Ausblick;67
8.8.2.1;3.8.2.1 Technische Entwicklung;68
8.8.2.2;3.8.2.2 Analyse von RFID-Anwendungen in der Maschinensteuerung;69
9;Projektmodul 2 – Anwendungsorientierte Entwicklung;70
10;4 Projektmodul 2 - „Anwendungsorientierte Entwicklung“;71
10.1;4.1 Zielstellung;71
10.1.1;4.1.1 Entwicklung des Portals zur automatischen Kontrolle der PSA;72
10.1.2;4.1.2 Analyse von RFID-Anwendungen in der Maschinensteuerung;73
10.2;4.2 Organisatorische Konzeption;73
10.3;4.3 Datenverarbeitung;75
10.3.1;4.3.1 Funktionsbeschreibung;76
10.3.2;4.3.2 Schematischer Aufbau des Datenverarbeitungssystems;76
10.3.3;4.3.3 Der Leseradapter;78
10.3.3.1;4.3.3.1 Schematischer Aufbau des Leseradapters;79
10.3.3.2;4.3.3.2 Inhaltlicher Aufbau des Leseradapters;80
10.3.3.2.1;4.3.3.2.1 PLI: Physical Layer Interface:;80
10.3.3.2.2;4.3.3.2.2 RPI: Reader Protocol Interface;80
10.3.3.2.3;4.3.3.2.3 MAL: Manufacturer Abstraction Layer;81
10.3.4;4.3.4 Das Applikationsinterface CAI: Common Application Interface;82
10.3.5;4.3.5 Applikationen und Softwaremodule;84
10.3.5.1;4.3.5.1 Die Lesersteuerung: Registerblatt „Leser“;85
10.3.5.1.1;4.3.5.1.1 Feld „Lesertyp“, Modul 1 / Reader;86
10.3.5.1.2;4.3.5.1.2 Felder zum Netzwerk-Interface, Modul 10 / IPCom;86
10.3.5.1.3;4.3.5.1.3 Feld „Leser-Info“, Modul 12 / ReaderInfo:;88
10.3.5.1.4;4.3.5.1.4 Feld „Leistungseinstellung“, Modul 4 / Power1:;88
10.3.5.1.5;4.3.5.1.5 Feld „Frequenz“, Modul 3 / Param1;89
10.3.5.1.6;4.3.5.1.6 Feld „Antennenmultiplexer“, Modul 5 / AntMux:;89
10.3.5.1.7;4.3.5.1.7 Großes unteres Listenfeld, Modul 8 / Syslog;90
10.3.5.2;4.3.5.2 Die PSA-Applikation: Registerblatt „Starten“;90
10.3.5.2.1;4.3.5.2.1 Feld „Betriebsart“, Modul 2 / Mode:;91
10.3.5.2.2;4.3.5.2.2 Feld „Sound“, Modul 6 / Sound;92
10.3.5.2.3;4.3.5.2.3 Feld „Integrationszeit“, Modul 3 / Param1;93
10.3.5.2.4;4.3.5.2.4 Feld „Standby“, Modul 3 / Param1;94
10.3.5.2.5;4.3.5.2.5 Felder zur PSA-Kontrollinformation, Modul 25 / PSAList;95
10.3.5.3;4.3.5.3 Registerblatt „Info / Hilfe“, Modul 26 / PSAInfo;97
10.3.5.4;4.3.5.4 Die Signalsteuerung;98
10.3.5.4.1;4.3.5.4.1 Signalisierung am Touch-Screen, Modul 22 / PSATouch;98
10.3.5.4.2;4.3.5.4.2 Signalisierung an der Leuchtfläche, Modul 26 / PSASignal;102
10.3.5.5;4.3.5.5 Hilfsprogramm zum Beschreiben von RFID-(UHF)-Transpondern;103
10.3.6;4.3.6 Der PSA-Datenbankserver;104
10.3.6.1;4.3.6.1 PSA-Profilverwaltung;105
10.3.6.1.1;4.3.6.1.1 PSA-Profil anlegen;106
10.3.6.1.2;4.3.6.1.2 PSA-Profil bearbeiten;107
10.3.6.2;4.3.6.2 Personalverwaltung;107
10.3.6.2.1;4.3.6.2.1 Mitarbeiter-Profil anlegen;108
10.3.6.2.2;4.3.6.2.2 Mitarbeiter-Profil verwalten;109
10.3.6.3;4.3.6.3 Reportfunktion;110
10.4;4.4 Grundlagen des Elektromagnetismus;111
10.4.1;4.4.1 Ausbreitung elektromagnetischer Wellen;111
10.4.2;4.4.2 Leistungsangaben;114
10.4.3;4.4.3 Strahlungsdichte;115
10.4.4;4.4.4 Die RFID-(UHF)-Luftschnittstelle;115
10.4.5;4.4.5 Das Backscatter-Prinzip;116
10.4.6;4.4.6 Antikollisionsverfahren;118
10.5;4.5 Technische Voruntersuchungen;119
10.5.1;4.5.1 Frequenzbereiche;120
10.5.2;4.5.2 Hardware-Komponenten;122
10.5.2.1;4.5.2.1 RFID-(UHF)-Lesegerät;123
10.5.2.1.1;4.5.2.1.1 Hardware-Vorauswahl;126
10.5.2.1.2;4.5.2.1.2 Voruntersuchungen;128
10.5.2.1.3;4.5.2.1.3 Hardware-Auswahl;128
10.5.2.2;4.5.2.2 RFID-(UHF)-Leser-Antennen;129
10.5.2.2.1;4.5.2.2.1 Hardware-Vorauswahl;129
10.5.2.2.2;4.5.2.2.2 Voruntersuchungen;132
10.5.2.2.3;4.5.2.2.3 Hardware-Auswahl;135
10.5.2.2.4;4.5.2.2.4 RFID-(UHF)-Transponder;136
10.5.2.2.5;4.5.2.2.5 Hardware-Vorauswahl;145
10.5.2.2.6;4.5.2.2.6 Voruntersuchungen;152
10.5.2.2.7;4.5.2.2.7 Hardware-Auswahl;164
10.6;4.6 Untersuchungen zur anwendungsorientierten Entwicklung;166
10.6.1;4.6.1 Systemaufbau;166
10.6.1.1;4.6.1.1 Technische Komponenten;166
10.6.1.2;4.6.1.2 Entwicklung des Demonstrators;167
10.6.1.3;4.6.1.3 Kosten der Umsetzung;171
10.6.2;4.6.2 Untersuchungen am Systemaufbau;171
10.6.2.1;4.6.2.1 Leistungsstärke der Antennenstrahlung;171
10.6.2.1.1;4.6.2.1.1 Kabeldämpfung;172
10.6.2.1.2;4.6.2.1.2 Antennengewinn;174
10.6.2.1.3;4.6.2.1.3 Resultierende Leistungsstärke;175
10.6.2.2;4.6.2.2 Reichweite der Antennenstrahlung;176
10.6.2.3;4.6.2.3 Feldbeeinflussung durch Reflexion und Absorption;179
10.6.3;4.6.3 Laborversuche zur persönlichen Schutzausrüstung;182
10.6.3.1;4.6.3.1 Mitarbeiterausweise;183
10.6.3.2;4.6.3.2 Sicherheitsschuhe;184
10.6.3.3;4.6.3.3 Industrieschutzhelme;190
10.6.3.4;4.6.3.4 Augenschutz;191
10.6.3.5;4.6.3.5 Absturzsicherung;192
10.6.3.6;4.6.3.6 Kapsel-Gehörschutz;193
10.6.3.7;4.6.3.7 Sicherheitshandschuhe;194
10.6.4;4.6.4 Laborversuche zur Abstimmung von PSA und Demonstrator;196
10.7;4.7 Vorbereitung der Praxistests;198
10.7.1;4.7.1 InHaus2-Baustelle;198
10.7.1.1;4.7.1.1 Entwicklung der erforderlichen PSA-Profile;199
10.7.1.2;4.7.1.2 Kennzeichnung der Transponder zur Identifikation der PSA;200
10.7.1.3;4.7.1.3 Anbindung des RFID-Portals an eine Zutrittskontrolle;201
10.7.2;4.7.2 Ford Werke GmbH;203
10.7.3;4.7.3 Weitere Praxistests;205
10.7.3.1;4.7.3.1 Westfälischer Zoologischen Garten Münster GmbH (Allwetterzoo);205
10.7.3.2;4.7.3.2 Stockmeyer GmbH & Co. KG Westfälische Fleischwarenfabrik;206
10.8;4.8 Standardisierung und Normung;206
10.8.1;4.8.1 Standardisierung und Normung bei PSA;206
10.8.2;4.8.2 Klassifizierungs- und Ordnungsnummernsysteme;208
10.8.2.1;4.8.2.1 United Nations Standard Products and Services Code UNSPSC;209
10.8.2.2;4.8.2.2 Standardwarenklassifikation;211
10.8.2.3;4.8.2.3 Global Product Classification GPC;212
10.8.2.4;4.8.2.4 eCl@ss;216
10.8.2.5;4.8.2.5 proficl@ss;221
10.8.3;4.8.3 Vorhandene Normen und Standards für die RFID-Technologie;226
10.8.3.1;4.8.3.1 Aufgaben und Entwicklung von GS1;226
10.8.3.2;4.8.3.2 Standards nach EPCglobal;232
10.8.3.2.1;4.8.3.2.1 Physische Standards: Der Electronic Product Code (EPC);234
10.8.3.2.2;4.8.3.2.2 Infrastruktur-Standards;235
10.8.3.2.3;4.8.3.2.3 Standards für den Datenaustausch;235
10.8.4;4.8.4 Handlungskonzept;237
10.9;4.9 Rechtliche Betrachtung;238
10.9.1;4.9.1 Datenschutz;238
10.9.2;4.9.2 Arbeitsrechtliche Rahmenbedingungen;239
10.10;4.10 Analyse von RFID-Anwendungen in der Maschinensicherheit;240
10.10.1;4.10.1 Ausgangssituation;240
10.10.2;4.10.2 Workshop „RFID in der Maschinensicherheit“;241
10.11;4.11 Fazit;242
10.11.1;4.11.1 Ausblick;243
10.11.2;4.11.2 Zusatznutzen;244
10.11.2.1;4.11.2.1 Zugangskontrolle;244
10.11.2.2;4.11.2.2 Zeiterfassung;245
10.11.2.3;4.11.2.3 Diebstahlschutz;245
10.11.3;4.11.3 Kritische Betrachtung;246
11;Projektmodul 3 – Praxistests und Dokumentation;247
12;5 Projektmodul 3 - „Praxistests und Dokumentation“;248
12.1;5.1 Zielstellung;248
12.2;5.2 Praxistest Baustelle: InHaus2, Duisburg;249
12.2.1;5.2.1 Vorbereitung;249
12.2.1.1;5.2.1.1 Entwicklung der erforderlichen PSA-Profile;249
12.2.1.2;5.2.1.2 Kennzeichnung der Transponder zur Identifikation der PSA;250
12.2.1.3;5.2.1.3 Anbindung des RFID-(UHF)-Portals an ein Zutrittskontrollsystem;251
12.2.2;5.2.2 Umsetzung;253
12.2.2.1;5.2.2.1 Voruntersuchung;254
12.2.2.2;5.2.2.2 Mitwirkende Unternehmen;255
12.2.3;5.2.3 Ergebnis;256
12.2.3.1;5.2.3.1 Technische Umsetzung;256
12.2.4;5.2.4 Fazit;262
12.3;5.3 Praxistest Automobilindustrie: Ford Werke GmbH;262
12.3.1;5.3.1 Vorbereitung;263
12.3.2;5.3.2 Umsetzung;264
12.3.2.1;5.3.2.1 Transponder-Wahl;264
12.3.2.2;5.3.2.2 Leserwahl;265
12.3.2.3;5.3.2.3 Dokumentation;266
12.3.3;5.3.3 Ergebnis;267
12.3.4;5.3.4 Fazit;267
12.4;5.4 Praxistest Fleischverarbeitende Industrie: Stockmeyer GmbH;267
12.4.1;5.4.1 Vorbereitung;268
12.4.1.1;5.4.1.1 Gehörschutz;268
12.4.1.2;5.4.1.2 Kettenhandschuh;269
12.4.1.3;5.4.1.3 Schutzschuhe;270
12.4.1.4;5.4.1.4 Datenschutz;270
12.4.2;5.4.2 Umsetzung;270
12.4.3;5.4.3 Ergebnis;270
12.5;5.5 Fazit;271
12.5.1;5.5.1 Zusammenfassung;271
12.5.2;5.5.2 Normung;273
12.5.3;5.5.3 Ausblick;273
13;6 Ansprechpartner;275
14;7 Literatur- und Quellenverzeichnis;276
14.1;7.1 Projektmodul 1;276
14.2;7.2 Projektmodul 2;277
14.2.1;7.2.1 Literatur;277
14.2.2;7.2.2 Quellen;279
14.3;7.3 Projektmodul 3;281
15;8 Anlagenverzeichnis;282
15.1;8.1 Anlage 1: Übersicht der RFID-(UHF)-Lesegeräte;282
15.2;8.2 Anlage 2: Übersicht der RFID-(UHF)-Leser-Antennen;283
15.3;8.3 Anlage 3: Übersicht der RFID-(UHF)-Transponder;285
15.4;8.4 Anlage 4: Richtcharakteristik der RFID-(UHF)-Leser-Antenne;290
15.5;8.5 Anlage 5: Referenztransponder, Y-Achse;293
15.6;8.6 Anlage 6: Referenztransponder, Z-Achse;294
15.7;8.7 Anlage 7: Transponder-Vergleichsmessungen;297
15.8;8.8 Anlage 8: Untergrundeinfluss;322

Radio Frequency Identification.- Projektmodul 1 - „Grundlagen“.- Projektmodul 2 - „Anwendungsorientierte Entwicklung“.- Projektmodul 3 - „Praxistests und Dokumentation“.

Leseproben

3 Projektmodul 1 - „Grundlagen“ (S. 27-28)

3.1 Allgemeines

Der Ausgangspunkt für die Bearbeitung und Durchführung des geplanten Forschungsvorhabens ist eine Bedarfsfeststellung für die Anwendung der RFID-Werkzeuge. Auf der Grundlage von Gefährdungsbeurteilungen, Interviews und Unfallstatistiken aller Berufsgenossenschaften wurden zunächst die Gefahrenpotenziale von Tätigkeiten, die für die geplanten RFID-Anwendungen geeignet erscheinen, identifiziert und analysiert. Anschließend wurden verschiedene Vertreter der Wirtschaft, der Berufsgenossenschaften und der Wissenschaft zu Workshops eingeladen, bei denen mögliche Einsatzgebiete der Sicherheitssysteme erläutert und diskutiert werden. Außerdem wurden die Workshops dazu genutzt, die Teilnehmer über das Thema „RFID und Datenschutz“ zu informieren.

Die Diskussion über mögliche Anwendungsgebiete von RFID in den unterschiedlichsten Branchen wurde in intensiven Experten-Interviews vertieft und spezifiziert. Die Ergebnisse der Analysen, Workshops und Experten-Interviews lieferten Hinweise auf Anwendungsgebiete mit besonderer berufsgenossenschaftlicher Bedeutung und werden in Form eines Pflichtenheftes erfasst, in dem die Arbeitsbereiche für den Einsatz der RFIDSysteme genau beschrieben, die Standorte für die Testphase der Sicherungssysteme festgelegt und die Anforderungen an die RFID-Systeme dokumentiert werden. Ferner wird das geplante RFID-System durch eine Patentrecherche auf bestehende Schutzrechte überprüft. Basierend auf dem Pflichtenheft werden die Sicherheitssysteme in den Modulen Entwicklung und Testphase umgesetzt.

3.2 Analyse von Unfallstatistiken und Gefährdungsbeurteilungen

3.2.1 Grundlagen

Im Rahmen der BG-übergreifenden Analyse von Unfallstatistiken und Gefährdungsbeurteilungen zur Identifizierung von möglichen RFID-Anwendungen musste zunächst festgestellt werden, dass eine übergreifende eindeutige Korrelation von Arbeitsunfällen und deren Zusammenhang mit fehlender bzw. falscher persönlicher Schutzausrüstung (PSA) für sämtliche Branchen nicht herzustellen ist, da eine Abfrage der PSA im Zusammenhang mit einem Arbeitsunfall im Unfallmeldebogen gemäß der „Unfallversicherungs-Anzeigeverordnung“ (UVAV) vom 04.02.2002 nicht mehr vorgesehen ist. Die folgende Abbildung verdeutlicht dennoch den dringenden Bedarf an innovativen Ansätzen im Bereich Arbeitssicherheit.

Über Autor(innen)

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Manfred Helmus ist Leiter des Lehr- und Forschungsgebietes Baubetrieb und Bauwirtschaft der Bergischen Universität Wuppertal. Selcuk Nisancioglu, Berit Offergeld und Oliver Sachs sind dort als wissenschaftliche Mitarbeiter tätig.