Arbeitsschutz im Bauwesen mit RFID (eBook)

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.

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
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

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.