Das Internet der Dinge: Ubiquitous Computing und RFID in der Praxis: Visionen, Technologien, Anwendungen, Handlungsanleitungen

373 Pages·2005·3.99 MB·German

by  Elgar Fleisch

Elgar Fleisch · Friedemann Mattern (Hrsg.)
Das Internet der Dinge
Elgar Fleisch · Friedemann Mattern (Hrsg.)
Das Internet der Dinge
Ubiquitous Computing und RFID in der Praxis:
Visionen, Technologien, Anwendungen, Hand-
lungsanleitungen
Mit 101 Abbildungen und 21 Tabellen
123
Elgar Fleisch
Universität St. Gallen
Institut für Technologiemanagement
Dufourstr. 40 A
9000 St. Gallen, Schweiz
ETH Zürich
Departement für Management, Technologie und Ökonomie
[email protected]
Friedemann Mattern
ETH Zürich
Departement für Informatik, Institut für Pervasive Computing
Haldeneggsteig 4
8092 Zürich, Schweiz
[email protected]
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Vorwort
Ubiquitous Computing, Pervasive Computing, Ambient Intelligence, Silent Com-
merce – eine Vielzahl neuer Termini kursiert in diesen Tagen und kündet von
einer grundsätzlich neuen Qualität der rechnergestützten Informationsverarbei-
tung. Allen Begriffen gemeinsam ist die Vision einer Welt smarter Alltagsgegen-
stände, welche mit digitaler Logik, Sensorik und der Möglichkeit zur Vernetzung
ausgestattet ein „Internet der Dinge“ bilden, in dem der Computer als eigenstän-
diges Gerät verschwindet und in den Objekten der physischen Welt aufgeht. War
zu Zeiten des Mainframe und des PCs Rechenkapazität noch eine knappe Res-
source, so versprechen neuartige Technologien und weitere Fortschritte im IT-
Bereich eine allgegenwärtige Verfügbarkeit von Informationen und Diensten, in
deren Zentrum nicht mehr die Maschine mit ihren technischen Möglichkeiten und
Grenzen, sondern der Benutzer mit seinen individuellen Anforderungen steht.
Die zunehmende Informatisierung und Vernetzung physischer Dinge beschäf-
tigt heute die Forschung weltweit. Während sich die Vordenker des Ubiquitous
Computing vor Jahren noch den Vorwurf des Utopismus gefallen lassen mussten,
rückt die technische Machbarkeit aufgrund der rasanten Miniaturisierung mikro-
elektronischer Komponenten und des damit einhergehenden Preisverfalls mehr
und mehr in greifbare Nähe. Gleichzeitig ist in der Wirtschaft ein starkes Interesse
am praktischen Einsatz zu verzeichnen, welches abseits von dem in den Medien
zwar häufig zitierten, aber doch naiven „intelligenten Kühlschrank“ auf die Ver-
besserung betrieblicher Prozesse und die Vermarktung smarter Produkte und
Dienstleistungen abzielt – eine Domäne, die mittel- bis langfristig das Potenzial
für enorme Wirkungen besitzt.
Mit RFID steht zum ersten Mal eine Basistechnologie zur Realisierung smarter
Dinge vor dem Masseneinsatz. Die automatische Identifikation physischer Güter
durch Funketiketten bietet eine Reihe von Vorteilen gegenüber dem klassischen
Barcode und trägt zur Optimierung und Verbesserung zahlreicher bisher aufwen-
diger und fehleranfälliger Abläufe bei. Darüber hinaus ermöglicht RFID aber auch
eine Vielzahl völlig neuer Lösungen betriebswirtschaftlicher Probleme, etwa zur
Produktrückverfolgung oder Fälschungssicherheit. Die Fähigkeit eines Objekts,
eine eindeutige Kennung zu speichern und seiner Umwelt mitzuteilen, stellt so
gesehen einen ersten Schritt in Richtung eines „Internets der Dinge“ dar, auf dem
zusätzliche Funktionalität aufbauen kann.
Wie auch bei anderen einflussreichen Technologien vollziehen sich die be-
schriebenen Entwicklungen jedoch keineswegs im gesellschaftspolitischen Vaku-
um. Während die betriebliche Praxis als Technikbefürworter aus einer ökonomi-
schen Perspektive heraus argumentiert, verstärkt sich in der öffentlichen Wahr-
nehmung der Eindruck eines Risikos für Individuum und Gesellschaft. Vor allem
Datenschützer befürchten eine zunehmende Überwachung des Bürgers seitens des
Staats oder einzelner Unternehmen durch RFID und fordern Konzepte zur Siche-
rung der Privatsphäre auf technischer, organisatorischer und rechtlicher Ebene.
Vor diesem Hintergrund setzt sich das vorliegende Buch – durch den in den
Einband integrierten RFID-Transponder selbst ein smartes Objekt – mit den Visi-
onen und Technologien des Ubiquitous Computing auseinander, beschreibt zahl-
VI Vorwort
reiche Anwendungsszenarien aus der Praxis, diskutiert mögliche Risiken und gibt
Anwendern Handlungsanleitungen für die Umsetzung. Insbesondere die vorge-
stellten Fallstudien skizzieren dabei nicht allein das technisch Machbare, sondern
den aus Nutzersicht bereits heute wirtschaftlich sinnvollen Einsatz.
Ausgangspunkt für das Entstehen dieses Buches ist das M-Lab, im Jahr 2001
als Gemeinschaftsprojekt des Instituts für Technologiemanagement der Universi-
tät St. Gallen und des Instituts für Pervasive Computing der Eidgenössischen
Technischen Hochschule (ETH) Zürich gegründet. Das M-Lab beschäftigt sich in
Kooperation mit namhaften Industriepartnern mit der Identifikation und Gestal-
tung betriebswirtschaftlicher Anwendungen smarter Dinge – von der Idee bis zum
Demonstrator. Die Unternehmen bringen Problemstellungen ihrer Branchen, Ex-
perten sowie finanzielle Mittel ein und erstellen gemeinsam mit dem universitären
Forscherteam Analysen, Konzepte und Prototypen. Mit dieser Vorgehensweise
konnte sich das M-Lab als eines von weltweit sechs Auto-ID Labs profilieren und
maßgeblich zur Etablierung der RFID-Technologie beitragen. Zusammen mit
internationalen Forschungspartnern wie dem amerikanischen MIT, der Universität
Cambridge, der Keio University, der Fudan University und der Universität Ade-
laide entstand neben Analysen zum Thema RFID auch eine Reihe von Standards
rund um den „Electronic Product Code“, die heute in den Roll-out-Projekten vie-
ler Großunternehmen Verwendung finden.
Das vorliegende Buch profitiert vom Erfahrungsschatz, Praxisbezug und der
internationalen Vernetzung der Autoren und Wissenschaftler aus dem M-Lab.
Beim Identifizieren wirtschaftlich relevanter Problemstellungen sowie beim Vali-
dieren der Ergebnisse sind die Forscher allerdings auf die Mitarbeit der Unter-
nehmenspraxis angewiesen; ein solches Buch wäre daher ohne die Unterstützung
der verschiedenen M-Lab-Partnerunternehmen nicht möglich gewesen. Wir
möchten uns deswegen herzlich bei folgenden Firmen für die wertvolle und ange-
nehme Zusammenarbeit im M-Lab bedanken, von denen viele in kooperativer
Weise beim Verfassen der Buchbeiträge auf direkte oder indirekte Art mitgewirkt
haben: Deutsche Telekom, Gillette, Infineon Technologies, Migros, Novartis,
Paul Hartmann, SAP, SAP SI, SIG Combibloc, Swiss Re, Swisscom, UBS und
Volkswagen.
Nicht zuletzt hängt das Gelingen eines solchen Vorhabens auch vom Engage-
ment einzelner Personen ab. Unser besonderer Dank gilt in dieser Hinsicht neben
den Autoren vor allem Herrn Christian Tellkamp und Dr. Frédéric Thiesse für
ihren Einsatz bei der Aufbereitung der Manuskripte. Wir danken auch dem Sprin-
ger-Verlag für die angenehme Zusammenarbeit bei der Herausgabe unseres Bu-
ches zum kommenden Internet der Dinge.
Elgar Fleisch und Friedemann Mattern
St. Gallen / Zürich, im Mai 2005
Inhaltsverzeichnis
Teil A: Visionen.....................................................................................................1
Elgar Fleisch, Oliver Christ, Markus Dierkes
Die betriebswirtschaftliche Vision des Internets der Dinge...............................3
Friedemann Mattern
Die technische Basis für das Internet der Dinge..............................................39
Teil B: Technologien............................................................................................67
Matthias Lampe, Christian Flörkemeier, Stephan Haller
Einführung in die RFID-Technologie..............................................................69
Christian Flörkemeier
EPC-Technologie – vom Auto-ID Center zu EPCglobal.................................87
Frédéric Thiesse
Architektur und Integration von RFID-Systemen..........................................101
Thomas Schoch
Middleware für Ubiquitous-Computing-Anwendungen................................119
Teil C: Anwendungen........................................................................................141
Christian Tellkamp, Uwe Quiede
Einsatz von RFID in der Bekleidungsindustrie – Ergebnisse eines
Pilotprojekts von Kaufhof und Gerry Weber.................................................143
Robin Koh, Thorsten Staake
Nutzen von RFID zur Sicherung der Supply Chain der Pharmaindustrie......161
Martin Strassner, Christian Plenge, Stefan Stroh
Potenziale der RFID-Technologie für das Supply Chain Management in
der Automobilindustrie..................................................................................177
Antonio Cocca, Thomas Schoch
RFID-Anwendungen bei der Volkswagen AG – Herausforderungen
einer modernen Ersatzteillogistik..................................................................197
Martin Strassner, Stephan Eisen
Tracking von Ladungsträgern in der Logistik – Pilotinstallation bei
einem Güterverladeterminal...........................................................................209
VIII Inhaltsverzeichnis
Christian Tellkamp, Stephan Haller
Automatische Produktidentifikation in der Supply Chain des
Einzelhandels.................................................................................................225
Christian Tellkamp, Uwe Kubach
Nutzenpotenziale smarter Maschinen am Beispiel von
Verkaufsautomaten........................................................................................251
Martin Strassner, Matthias Lampe, Udo Leutbecher
Werkzeugmanagement in der Flugzeugwartung – Entwicklung eines
Demonstrators mit ERP-Anbindung..............................................................261
Sandra Gross, Matthias Lampe, René Müller
Zahlungsverfahren mit Ubiquitous Computing.............................................279
Frédéric Thiesse, Frank Gillert
Das smarte Buch............................................................................................291
Teil D: Handlungsanleitungen.........................................................................301
Sandra Gross, Frédéric Thiesse
RFID-Systemeinführung – Ein Leitfaden für Projektleiter...........................303
Christian Tellkamp
Finanzielle Bewertung von Ubiquitous-Computing-Anwendungen..............315
Marc Langheinrich
Die Privatsphäre im Ubiquitous Computing – Datenschutzaspekte der
RFID-Technologie.........................................................................................329
Frédéric Thiesse
Die Wahrnehmung von RFID als Risiko für die informationelle
Selbstbestimmung..........................................................................................363
Über die Herausgeber.......................................................................................379
Teil A: Visionen
Die betriebswirtschaftliche Vision des Internets
der Dinge
Elgar Fleisch
Institut für Technologiemanagement, Universität St. Gallen und
Departement „Management, Technology, and Economics“, ETH Zürich
Oliver Christ
SAP AG, Walldorf
Markus Dierkes
Intellion AG, St. Gallen
Kurzfassung. Dieser Beitrag beschreibt die Entwicklung und Konsequenzen des
nächsten Schritts der betrieblichen Informationsverarbeitung aus ökonomischer
Perspektive: Mit Radio Frequency Identification (RFID) und anderen Ubiquitous-
Computing-Technologien bekommen Informationssysteme erstmals Augen und
Ohren. Bisher mussten sie aufwendig von Menschen mit Hilfe von Tastatur und
Barcode-Leser mit Daten gefüttert werden. Nun können Informationssysteme
Daten aus der realen Welt automatisch in Echtzeit zu einem Bruchteil der Kosten
sammeln. Dies ermöglicht einerseits die wirtschaftliche Gewinnung von wesent-
lich feingranulareren Daten und andererseits deutlich differenziertere Manage-
mentregelkreise. Denn Unternehmen können nur managen, was sie auch messen
können, und nur wer Out-of-Stock und Schwund messen kann, kann wirksame
Gegenmaßnahmen einleiten. In einem ersten Schritt führt der Technologieeinsatz
damit zu sichereren, schnelleren und effizienteren Prozessen, in einem zweiten
Schritt zu neuen „smarten“ Produkten und Dienstleistungen.
1 Die Lücke zwischen realer und virtueller Welt
Die betriebswirtschaftliche Informationsverarbeitung hat in den letzten vier Jahr-
zehnten viel zur Geschwindigkeit, Effizienz und Genauigkeit unternehmensinter-
ner wie -übergreifender Prozesse beigetragen. Einige unternehmerische Problem-
stellungen konnte sie bisher jedoch nur sehr limitiert lösen. Dazu zählen:
(cid:120) Im Einzelhandel sind 5 bis 10 % der nachgefragten Produkte nicht verfügbar
[BGC02], bei speziell beworbenen Produkten sogar 15 % (Out-of-Stock)
[GMA02]. Einzelhändler und Produzenten verlieren dadurch 3 bis 4 % ihres
Umsatzes und empfehlen ihre Kunden an die besser organisierte Konkurrenz
[IBM02].
4 Elgar Fleisch, Oliver Christ, Markus Dierkes
(cid:120) Diebstahl durch Mitarbeiter, Lieferanten und Kunden, Betrug durch Lieferan-
ten und administrative Fehler führen zu ungeplanten Bestandsreduktionen
(Shrinkage), die etwa bei US-amerikanischen Einzelhändlern jährlich Kosten
von 33 Milliarden USD (1,8 % des Umsatzes) verursachen [HoD01].
(cid:120) Der Handel mit gefälschten Produkten ist bereits für 5 bis 7 % des Welthan-
delsvolumens verantwortlich [OECD98]. Der Wert gefälschter Waren beläuft
sich auf über 500 Milliarden EUR jährlich [ICC04]. In den Entwicklungslän-
dern werden ca. 30 % aller pharmazeutischen Produkte gefälscht [IDT04]. Ne-
ben den primären Schäden durch entgangenen Umsatz bei den Originalmarken
entstehen etwa im Bereich Medikamente und Flugzeugersatzteile hohe Risiken
bei der Verwendung von qualitativ minderwertigen Fälschungen.
(cid:120) Aufgrund vermeidbarer falscher Medikation sterben in den Spitälern der USA
jährlich zwischen 44 000 und 98 000 Menschen [IDT04].
(cid:120) Die Kosten für Rückrufaktionen sind etwa in der Automobilindustrie fester
Bestandteil jeder Neueinführung geworden. Im Jahr 2003 musste die deutsche
Automobilindustrie 144 offizielle Rückholaktionen initiieren [KBA04], im Jahr
2000 musste Firestone 14,4 Millionen Reifen zurückholen [Bri00].
(cid:120) Ab 2005 sind zahlreiche Branchen in der EU verpflichtet, das Recycling ihrer
Produkte professionell und transparent zu organisieren. Automobilhersteller
müssen Altwagen zurücknehmen und 85 % des Gewichts recyceln [EuU00].
Die Elektronikschrottverordnung zwingt Hersteller von Elektrogeräten zur
Übernahme der Kosten aus der Elektronikverschrottung [EuU02]. Die eindeu-
tige Zuordnung zwischen Bauteil und Unternehmen wird zum Schlüssel der
Abrechnungssysteme.
(cid:120) Der physische Lagerbestand stimmt mit den Lagerbestandsdaten in den ent-
sprechenden Informationssystemen im Durchschnitt bei über 30 % aller Pro-
dukte nicht überein (Einzelfallbeispiel) [RDT01]. Die Realität unterscheidet
sich maßgeblich vom ihrem digitalen Abbild, das die Grundlage für Manage-
mententscheidungen liefert.
Der gemeinsame Nenner dieser Probleme ist die bis heute mangelhafte Integra-
tion zwischen der realen, physischen Welt bzw. der Wirklichkeit aus Molekülen
auf der einen Seite und der digitalen Welt der Informationssysteme, des Internets
bzw. der Wirklichkeit der Daten und Bits auf der anderen Seite. Diese „Lücke“
zwischen den beiden Welten hat 1999 zur Gründung des Auto-ID Centers1 und
2001 zur Gründung des M-Labs2 geführt. Unternehmen wie Wal-Mart, Tesco,
Gillette, Metro, Novartis und Volkswagen haben sich an diesen Initiativen aktiv
beteiligt. Sie wollten damit die Grundlagen für die Lösung obiger Probleme auf
Basis des Ubiquitous Computing (UbiComp) schaffen. Heute, 2005, scheinen die
Ankündigungen der großen Einzelhändler, Industrie-, Konsumgüter- und Soft-
warehersteller dieser Welt, von den USA über Europa bis Japan und China, die
nächste Generation der betriebswirtschaftlichen Informationsverarbeitung und den
Wandel zum Echtzeitunternehmen einzuläuten.

1 www.autoidcenter.org bzw. www.autoidlabs.org und www.epcglobalinc.org
2 www.m-lab.ch