Großer kanadischer Bauteilproduzent setzt auf RFID & RTLS

RFID-Canada installiert RFID-Drucker in CNC-Maschinen

TORO Aluminium und UHF-RFID

Bei der Herstellung von vorgefertigten Bauteilen aus Aluminium setzt Toro Aluminium seit 2023 RFID-Transponder, UHF-Deckenantennen sowie RFID-Handhelds zur Kennzeichnung und Identifikation der Produkte ein. Sowohl die Produktion, als auch das Zwischenlager, der Warenausgang sowie der After Sales Bereich werden automatisiert.

Fenster und Türen sind kontaktlos eindeutig identifizierbar und lokalisierbar. Infolgedessen erhöht sich der Automatisierung, die Datentransparenz sowie der Digitalisierungsgrad.

Success Story powered by: the Think WIOT Group, RFID Canada, FEIG und Times-7.

Toro Aluminium designed, entwickelt und fertigt Fenster und Türen vom Aluminiumprofil bis zum Panoramafenster für Hochhausfronten.

Spezialist für Aluminium

Toro Aluminium wurde 1979 in Toronto, Ontario, gegründet. Seit mehr als 40 Jahren produziert das kanadische Unternehmen Produkte aus Aluminium. Zu Toro Aluminium Group gehören die Produktionsbereiche Fassaden, Fenster, Türen, Tore sowie Brüstungen.

Das Unternehmen produziert vorgefertigte Bauelemente aus Aluminium für Hochhäuser, Bürogebäude, Universitäten, Sportstätten, Kultureinrichtungen, Regierungsgebäude oder Hotels. Die Märkte von Toro Aluminium liegen in Kanada, den USA und Mexiko. Die Fenster- und Türenproduktion von Toro Aluminium, mit Sitz in Toronto, verfügt über eine Produktionsfläche von 1 Millionen Quadratmetern. 500 Mitarbeiter fertigen wöchentlich über 3.000 Aluminiumfenster. Gearbeitet wird im 3-Schicht System.

Aluminium als Rohstoff für Bauelemte

Bis heute werden von den jährlich insgesamt 13 Millionen hergestellten Fenstereinheiten gut 22 Prozent, vor allem in öffentlichen Gebäuden und Bürohäusern, aus Metall gefertigt. Hierbei hat das Aluminium den Stahl längst abgelöst und einen Anteil von über 90 Prozent erreicht. Fensterrahmen aus Aluminium sind in Nordamerika bereits seit fast 100 Jahren im Einsatz. Sie gelten als typisches Kennzeichen des durch klare Linien gekennzeichneten Mid-Century-Stils. Bis heute habe Aluminiumfenster ihre Bedeutsamkeit für moderne Architektur bewahrt.

Die Fensterrahmen haben keine sichtbaren Schweißnähte und können emailliert oder mit Farbe beschichtet werden. Die hohe Masse von Alufenstern sorgt für eine gute Schalldämmung. Sie haben aber auch eine hohe Wärmeleitfähigkeit und werden daher in nördlichen Regionen mit thermischen Barriere angeboten.

Moderne Aluminiumrahmen werden mehrschalig aufgebaut und besitzen daher eine thermische Trennung sowie verbauten Dämmstoff. Eine Bauweise, die zu einer ähnlichen Wärmeleitfähigkeit wie bei Holz- und Kunststoffrahmen führt. Da der Fensterrahmen nicht rostet und auch sehr witterungsbeständig ist, liegt die Lebensdauer eines Aluminiumbauteils bei 40 bis 60 Jahren.

Herstellung von Fenstern

500 Mitarbeiter fertigen wöchentlich über 3000 Bauelemente. Produziert wird in drei Schichten. Das Rohmaterial für die Produktion wird in Form von Aluprofilen zugeliefert. CNC-Maschinen schneiden die vertikalen und horizontalen Aluminiumprofile zu. Anschließend beginnt auf zehn Montagelinien der Zusammenbau. Bei der Herstellung von Aluminiumfenstern setzt das Unternehmen seit 2023 RFID-Transponder und UHF-Deckenantennen sowie RFID-Handhelds ein.

Die Technologie ermöglicht die Kennzeichnung, Identifikation und Lokalisierung der Fenster oder Türen. Die Steuerung der CNC-Maschinen und die Track & Trace-Lösung sind ein moderner Schritt zur Digitalisierung der Produktion, der Supply Chain und der After Sales Prozesse.

Qualitätsmanagement

Die Forschungs- und Entwicklungsabteilung fokussiert auf eine kontinuierliche Produktentwicklung. Moderne Designs, technische Weiterentwicklungen im Bereich Material und Dämmung, sowie Testszenarien gehören zum Arbeitsbereich der Entwicklungsabteilung. Für die Kontrolle der Qualität nutzt Toro Aluminium eine Testkammer, in der Luft-, Wasser- oder Strukturprüfungen durchgeführt werden.

Logistik

Sechs Zugmaschinen, mehrere Kastenwagen und Pritschenwagen gehören zum Fuhrpark. Aktuell verfügt Toro Aluminium über 40 Anhänger unterschiedlicher Größen. Die Lieferregionen erstrecken sich vor allem auf Vancouver, Calgary und Toronto. Zusätzlich bedient Toro Aluminium auch Projekte in Portland, Los Angeles, Halifax, Phoenix und sogar Mexiko.

RTLS im Produktionsprozess

CNC-Maschinen mit RFID-Drucker

Aluminiumprofile werden von CNC-Maschinen auf die exakt benötigten Längen zugeschnitten. Jedes Fenster wird für eine bestimmte Postion, Funktion und Etage eines Gebäudes gefertigt. Die vertikalen und horizontalen Maße müssen zu 100 Prozent exakt passen. Um diesen Produktionsschritt zu automatisieren, hat RFID Canada in die CNC-Maschinen RFID-Drucker von Sato integriert.

Die Drucker sind mit dem ERP-System verbunden. Sie erzeugen ein kodiertes RFID-Label, das exakt die Produktionsmaße und die Eckdaten der Platzierung für das zu produzierende Fenster enthält. Das Bauelement besitzt nun eine eindeutige ID. Diese ID wird im ERP-System zum spezifischen Auftrag hinterlegt. Die ID liefert der CNC-Maschine die Maßangaben für den Zuschnitt.

Montagelinien mit Deckenantennen

Die Deckenantennen von Feig Electronic sind exakt auf die Produktionsabläufe an der Montagelinie abgestimmt. Sie decken einen genauen Lesebereich ab. Es können nur die Bauteile erfasst werden, die an der Montagelinie gefertigt werden. Jede der zehn Montagelinien beginnt an der CNC-Maschine, dem Startpunkt des Fließbandes.

Nach dem Zuschnitt der Profile erfolgt die Weiterverarbeitung auf dem Montageband. Im ersten Integrationsschritt hat RFID Canada den Anfang und das Ende der Produktion an allen zehn Montagelinien mit je zwei Deckenantennen ausgestattet.

Über die RFID-Deckenantenne wird die ID des Bauelements erkannt und die Montage gestartet. Das RFID-Etikett befindet sich an der Seite der Bauelemente. Deckenantennen sind sowohl am Anfang als auch am, Ende der zwei Montagelinie installiert. Diese beiden Kontrollpunkte stellen sicher, dass der Start der Produktion sowie das Ende der Produktion dokumentiert und auch zeitlich erfasst wird.

Zukünftig sind weitere Kontrollpunkte an den Montagelinien geplant, um die Transparenz der Produktion weiter zu erhöhen. In der finalen Ausbaustufen sollen alle zehn Montagelinien mit RFID-Technologie ausgestattet sein.

Zwischenlager und RTLS

Bevor das Fenster die Endmontage und den letzten Kontrollpunkt erreicht, muss es in einigen Fällen im Warte- oder Quarantänelager zwischengelagert werden. Bauelemente, die nicht final fertig gestellt werden können, da eine Komponente fehlt, oder aber eine zusätzliche Inspektion erforderlich ist, werden in diesem Bereich „geparkt“. Über Deckenantenne erfolgt in diesem Zwischenlager die Echtzeitlokalisierung aller Fenster.

Das ERP-System weiß also genau, welche Bauelemente sich wie lang und wo befinden. Dieser Bereich ist essentiell für Toro Aluminium. Häufig ist eine Bestellung zu 99 Prozent fertig. Die fehlenden Bauelemente befinden sich im Zwischenlager und könne auf der Basis der ID eindeutig und in Echtzeit lokalisiert werden. Damit ist der Fertigungsprozess der gesamten Bestellung abgeschlossen.

Die Echtzeitlokalisierung aller Fenster erfolgt in diesem Zwischenlager über Deckenantennen.

RFID & RTLS in the Supply Chain

Auch die Tore am Warenausgang sind mit RFID-Antennen ausgestattet.

Warenausgang

Die Tore am Warenausgang sind ebenfalls mit RFID-Antennen ausgestattet. An jeder Antenne ist eine Leuchtanzeigen angebracht. Alle Fenster, die den Warenausgaben erreichen, werden erkannt. Auf Basis der ID erstellt das ERP-System den Lieferschein für die Bestellung.

Erreicht ein Fenster, das nicht zur Lieferung gehört, den Warenausgang, leuchtet die Kontrolllampe rot. Im Bereich der Warenausgangstore installierte RFID Canada einen speziellen Antennentyp von Times-7, da der Abstrahlwinkel sehr schmal sein muss. Damit wird sicher gestellt, dass nur Bauelemente, die zur Bestellung gehören, verladen werden.

Jedes Bauteil wird einem bestimmten LKW zugeordnet. Die ID-Nummern der Bauteile werden über die Software RFID To Go dem Kunden zur Verfügung gestellt.

Überdies ist es unerlässlich, dass alle Bauelemente, die zu einer Bestellung gehören, auch vollständig verladen werden. Wenn auf der Baustelle, die tausende Kilometer entfernt sein kann, auch nur ein Fenster fehlt, fallen hohe Ausfallkosten an.

Wareneingang auf der Baustelle

Die Software RFID To Go ist auf dem Handheld des Kunden installiert. Das Handheld verfügt über eine Schnittstelle zum ERP-System von Toro Aluminium. Mit dem Handheld lässt sich somit die Vollständigkeit der Lieferung auf dem LKW überprüfen.

Wenn auf der Baustelle, die tausende Kilometer entfernt sein kann, auch nur ein Fenster fehlt, fallen hohe Ausfallkosten an.

Ist die Lieferung korrekt, wird das ERP-System von Toro Aluminium darüber informiert und der Auftrag als erfolgreich ausgeliefert gekennzeichnet. Der Baustellenleiter kann das RFID-Handheld auch nutzen, um ein bestimmtes Bauteil oder eine Gruppe von Bauteilen zu lokalisieren und zu zählen.

Wartung

Nachdem die Bauelemente eingebaut sind, befindet sich das RFIDEtikett unsichtbar zwischen dem Fenster und der Wand. Über fünf Jahre muss Toro Aluminium nach dem Einbau Wartungsverträge und Gewährleistung erfüllen. Da die ID des Bauelements auslesbar ist, können die exakten Maße für einen Ersatzauftrag auch Jahre nach dem Einbau schnell ermittelt werden.

In vier Monaten zur automatisierten Produktion

Khaled Elshimy, CEO von RFID Canada, mit Sitz in Toronto.

Welche Vorteile generiert Toro Aluminium mit der RFID- und RTLS-Lösung?

Die gesamte Produktion wird an den zehn Montagelinien transparent und daher auch kontrollierbar. Die Lokalisierung der Bauelemente punktet vor allem im Zwischenlager und bei der Warenauslieferung.

An diesen Kontrollpunkten generiert Toro Aluminium Zeitersparnis, Sicherheit und Kontrolle. An den Verladetoren verbinden sich die Vorteile der Rückverfolgbarkeit und der automatischen Identifikation. Im Bereich After Sales ist die Bestellung von Ersatzteilen optimiert.

Welche Herausforderungen mussten Sie meistern?

Die größte Herausforderung war eindeutig die metallische Umgebung und die Reflexionen. Wir mussten sicherstellen, dass die Hardware richtig konfiguriert ist, um in dieser Umgebung zu funktionieren. Da der Fertigungsprozess nicht komplett maschinell erfolgt, sondern Menschen die Bauelemente tragen, drehen und auch bearbeiten, ist der Prozess nicht einheitlich.

Wurde im Vorfeld bei Toro Aluminium ein Proof of Concept durchgeführt?

Ja das haben wir gemacht. Das Pilotprojekt lief über sechs Monate. Wir haben nur auf einer Montagelinien und an einem Warenausgangstor jeweils nur einen einzigen Kontrollpunkt mit RFID-Deckenantennen installiert. Die Integration der RFID-Drucker mit den CNC-Maschinen gehörte nicht zum Proof of concept. Daher lieferten wir die vorcodierte Etiketten zu.

Die Mitarbeiter haben diese RFID-Label manuell angebracht. Der Zweck dieses Projekts bestand darin, die Resultate des RFID-Systems mit den Ergebnissen des derzeitigen Barcode-Systems zu vergleichen.

Die Ergebnisse waren eindeutig und zeigten das Potenzial der RFID-Technologie auf. Die automatisierten und kontaktlosen Prozesse sind dem manuellen Barcode-Prozess überlegen. Somit fiel die Entscheidung für den Start der Installation recht schnell.

Wann hat RFID Canada die RFID- und RTLS-Lösung bei Toro Aluminium installiert?

Im März 2023 haben wir mit der Implementierung begonnen. Etwa vier Monate waren geplant, um die gesamte Hardware-Installation sowie die Integration der RFID-Drucker mit den CNC-Maschinen fertigzustellen. Die Installation musste phasenweise erfolgen, um die Ausfallzeiten an den Produktionslinien so weit wie möglich zu reduzieren. Wir haben daher schrittweise installiert. Ziel war es, zehn Montagelinien bis Juli 2023 mit RFID-Technologie auszustatten. Das ist gelungen.

Wie ist die RFID-Hardware an das ERP-System angebunden?

Alle Fertigungs- und Logistikprozesse, alle Lesegeräte und Antennen sowie alle generierten Daten werden über RFID to Go und RFID Hub mit dem ERP-System von Toro Aluminium in Echtzeit verbunden. Diese beiden Softwarelösungen kümmern sich um den Systemzustand der gesamten Hardware und der Infrastruktur sowie um die Integration, die Konnektivität und die Übertragung der Daten in die Anwendungsdatenbank.

Welche RFID-Produkte haben Sie ausgewählt?

Insgesamt haben wir 17 Reader, 35 Antennen, 10 Handlesegeräte und 9 Drucker im Einsatz. RFID Canada stellt kundenspezifische RFID-Etiketten für diese Anwendung her. Die festen Lesegeräte im Deckenbereich sind alle von Feig Electronic. An den Toren haben wir Antennen von Times-7 und Feig Electronic montiert. Die Drucker stammen sind von Sato, die Handlesegeräte von Honeywell und die Etiketten von Avery Dennison.