Smart Cabinet
Automatische Materialerfassung mit RFID-Zugangskontrolle und Gewichtsmessung
In dieser Diplomarbeit wurde ein kleiner Schrank als Prototyp entwickelt, der sich mit einem RFID-Badge öffnen lässt und automatisch erfasst, wer welches Material in welcher Menge entnimmt. Wägezellen messen das Gewicht der Fächer, ein Raspberry Pi berechnet daraus die Stückzahl und schreibt jede Entnahme ins Protokoll.
Kurzbeschreibung
Im Betrieb wird Kleinmaterial wie Schrauben oft entnommen, ohne es zu erfassen. Diese Arbeit zeigt mit einem Prototyp, dass sich die Entnahme automatisch erfassen lässt. Der Schrank öffnet sich per Badge, drei Wägezellen messen das Gewicht und ein Python-Programm berechnet die Stückzahl. Jede Entnahme wird mit Person und Zeit protokolliert und im Dashboard angezeigt. Alle 31 Testfälle wurden bestanden und alle acht Ziele erreicht. Ein Firmenschrank mit 36 Fächern würde rund CHF 6'630 kosten und sich bei einer angenommenen Reduktion des Schwunds um 20 % nach rund 5,1 Jahren amortisieren.
Ausgangslage und Zielsetzung
Verbrauchsmaterial wird heute mit einem Handscanner auf das Projekt abgebucht, für Schrauben gibt es nur pauschale Barcodes. Wird das Scannen vergessen, ist nicht mehr nachvollziehbar, wer was entnommen hat. Ziel war ein Prototyp mit drei Fächern, der jede Entnahme automatisch einer Person zuordnet.
Technische Umsetzung
Als Steuerung dient ein Raspberry Pi 4. Der RFID-Leser ist verdeckt an der Seitenwand montiert und liest den Badge durch die Wand. Ein elektromagnetisches 12-V-Schloss wird über ein Relais geschaltet und bleibt auch ohne Strom verriegelt. Unter jedem Fach misst eine Wägezelle mit HX711 das Gewicht.
Die Software ist in Python geschrieben und läuft als Systemdienst. Ein Dashboard im Browser zeigt den Bestand live, warnt bei tiefem Bestand und bietet einen CSV-Export. Zusätzlich erkennt das Programm Fremdteile, die nicht zum Stückgewicht passen.
Ergebnisse
Das Schloss öffnet nach 460 bis 510 ms und die Entnahme ist nach höchstens 2,2 s im Protokoll. Die Genauigkeit von +/- 2 % wurde erst erreicht, nachdem die Referenzteile mit einer Feinwaage gewogen und die Fächer neu kalibriert wurden. Wiegt ein Fremdteil ungefähr ein Vielfaches des Stückgewichts, wird es als richtige Teile gezählt.
Fazit und Ausblick
Der Prototyp zeigt, dass die Erfassung mit Badge und Gewicht technisch machbar ist. Weiterentwicklungen wären eine Fremdteilerkennung mit Kamera, ein Türsensor und die Anbindung an das Firmen-Badgesystem. Als erster Einsatz im Betrieb eignet sich das Schraubenregal.
Michael Wernz
Ich bin gelernter Elektroniker EFZ und arbeite seit 2022 als Multimedia-Techniker / Anlagenbauer bei der Kilchenmann AG. Von 2024 bis 2026 habe ich an der TEKO die Weiterbildung zum dipl. Systemtechniker HF absolviert.
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