UWB Tracking: Positionsbestimmung mit Ultra Wideband

UWB (Ultra Wideband, deutsch: Ultrabreitband) ist eine leistungsstarke Ortungstechnologie, die in der Industrie eine präzise Positionsbestimmung und Verfolgung von Objekten ermöglicht. Die Kombination des UWB Tracking aus hoher Genauigkeit und Echtzeit-Lokalisierung eröffnet vielfältige Anwendungsmöglichkeiten in Bereichen wie Logistik, Sicherheit und Prozessoptimierung. Die leistungsstarke Technologie liefert wertvolle Daten, die für die Verbesserung von Arbeitsabläufen sowie die Vorhersage von Engpässen genutzt werden.
Damit trägt die UWB Lokalisierung zur Steigerung der Effizienz und Produktivität in Industrieunternehmen bei. Erfahren Sie jetzt, wie UWB Ortung funktioniert, welchen Nutzen die Technologie in der Industrie schafft und wie der Einsatz in der Praxis aussieht.

Was bedeutet UWB Tracking?

UWB-Tracking steht für “Ultra-Wideband Tracking” und bezieht sich auf eine Technologie, die in der Industrie und anderen Anwendungen eingesetzt wird, um präzise Echtzeit-Ortungsdaten von Objekten oder Personen zu erfassen. UWB ist eine drahtlose Kommunikationstechnologie, die auf einer sehr breiten Bandbreite von Funkfrequenzen arbeitet (Ultrabreitband). Herkömmliche Funksignale erreichen Bandbreiten zwischen mehreren Kilohertz bzw. wenigen Megahertz. UWB sendet und empfängt Daten mit Bandbreiten von über 500 MHz bei sehr geringen spektralen Leistungsdichten. Aufgrund der geringen Leistungsdichte können sich die UWB-Signale und die von ihnen verwendeten hohen Frequenzen nur bis zu einer begrenzten Entfernung bewegen und andere Wellen nicht stark stören.

UWB Tracking bietet den Vorteil einer hohen Genauigkeit und Zuverlässigkeit, selbst in Umgebungen mit vielen Hindernissen oder Interferenzen. Dies macht es zu einer attraktiven Lösung für verschiedene Industrieanwendungen, bei denen genaue Standortdaten entscheidend sind. Dabei sind die Anwendungsbeispiele eines UWB Tracking Systems so vielfältig wie die Prozesse in Unternehmen. Beispielsweise können dank UWB Ortung Liegezeiten von empfindlichen Materialien überwacht werden, Engpässe verhindert oder automatische Meldungen und Buchungen erzeugt werden. Durch die Bereitstellung von Echtzeit-Daten wird die UWB Ortung auch RTLS (Real Time Location System) genannt.

Drahtlose Tracking-Technologie

die eine sehr hohe Bandbreite erreicht (Ultrabreitband)

Echtzeit-Ortungsdaten

von Objekten oder Personen werden mit hoher Genauigkeit erfasst

Zuverlässigkeit

auch in komplexen industriellen Umgebungen mit vielen Störquellen

UWB Reichweite, Genauigkeit und Aktualität der Positionsbestimmung

  • UWB Reichweite

    Die UWB Reichweite ist abhängig vom gewählten Anker-Layout, also der Position und Anzahl der UWB Anker. Das Anker-Netzwerk wird den individuellen Anforderungen entsprechend im Unternehmen aufgebaut. Hinzu kommen weitere Faktoren wie Umgebungsbedingungen, Wände, Möbel, Hardware-Qualität und vieles mehr. Je nach Gegebenheiten kann eine Reichweite von bis zu 200 m erreicht werden.

  • UWB Genauigkeit

    Bei der Bestimmung von Orten mithilfe von Funksignalen beeinflusst die Länge des Signalimpulses die Genauigkeit. Die UWB Positionsbestimmung verwendet sehr kurze Impulse von wenigen Nanosekunden, wodurch Entfernungen mit einem hohen Grad an Genauigkeit gemessen werden können. Dabei liegt die Genauigkeit im Zentimeterbereich (bis zu 10 cm) – selbst innerhalb von Gebäuden, welche aufgrund von diversen Störquellen (z.B. Flüssigkeiten, Metall) eine gewisse Herausforderung bei der präzisen Lokalisierung darstellen.

  • UWB Aktualität

    Die Aktualität der UWB Lokalisierung ist enorm: Durch bis zu 100 Positionsupdates pro Sekunde stellt ein UWB Tracking System Positionsdaten in Echtzeit bereit. Insgesamt wird UWB in der Industrie wegen der Fähigkeit zur genauen Positionsbestimmung in Innenräumen, der geringen Interferenzanfälligkeit und der hohen Ortungsgenauigkeit geschätzt.

Wie funktioniert die UWB Positionsbestimmung?

UWB Positionsbestimmung und Lokalisierung: Zusammenspiel von UWB Tags, Ankern und Geofences

Zusammenspiel aus UWB Tags, Ankern und Geofences

UWB Tracking nutzt die Laufzeitmessung von elektromagnetischen Impulsen, um Entfernungen zwischen Sender- und Empfängereinheiten zu berechnen. Durch den Einsatz von mehreren solcher Einheiten kann eine präzise Ortung mit hoher Genauigkeit erreicht werden.

In einem UWB Tracking System sind mehrere fest installierte „Anker“ in Räumen, einer Halle oder Anlage verteilt. Diese Anker sind mit festen Koordinaten ausgestattet und dienen als Referenzpunkte für die Positionsberechnung. Die Anker bilden zusammen das Ankernetzwerk und teilen die Flächen in sog. „Geofences“ ein. Die Geofences können frei festgelegt werden und können zum Beispiel bestimmte Arbeitsbereiche darstellen, in denen Positionsdaten erhoben oder Aktionen ausgelöst werden können.

Die Objekte oder Personen, deren Position bestimmt werden soll, tragen UWB Tags. Diese Tags senden UWB-Impulse aus, die eine Echtzeit-Lokalisierung ermöglichen. Sobald ein UWB Tag, der zum Beispiel an einem Ladungsträger, Gabelstapler oder einer Person befestigt ist, einen Geofence passiert, wird automatisch eine Aktion ausgelöst. Die Aktionen können individuell festgelegt werden, wie etwa das Ausführen einer Buchung im ERP-System, das Anstoßen eines Etikettendrucks oder das Leuchten einer Signallampe. Über die Ortsinformation hinaus erfasst der UWB-Tag je nach Modell weitere Daten, u.a. Beschleunigung, Rotation oder Temperatur.

UWB Lokalisierung mittels Triangulation oder Trilateration

Basierend auf den gemessenen Zeitdifferenzen und den bekannten Koordinaten der Anker kann ein Algorithmus die Entfernungen zwischen dem Tag und den Ankerpunkten berechnen. Diese Entfernungen werden dann verwendet, um die Position des Tags im Raum zu bestimmen.

Durch die Berechnung von Entfernungen zu mehreren Ankerpunkten kann die Position des UWB-Tags relativ zur Anordnung der Anker präzise ermittelt werden. Dies kann durch Trilateration (3D-Positionsberechnung unter Verwendung von drei Ankerpunkten) oder Triangulation (2D-Positionsberechnung unter Verwendung von mehr als drei Ankerpunkten) erfolgen.

UWB Ortung und Tracking in der Industrie durch Triangulation

Lokalisierungsmethoden zur Positionsbestimmung

Im Kontext UWB positioning werden verschiedene Ansätze für die Positionsbestimmung verwendet. Jede dieser Methoden hat bestimmte Vor- und Nachteile in Bezug auf Genauigkeit, Komplexität und Anwendungsbereich. Je nach den Anforderungen und der Umgebung können UWB Tracking Systeme eine oder mehrere dieser Methoden nutzen, um präzise Positionsbestimmungen zu ermöglichen.

Two-Way-Ranging (TWR)

Beim TWR senden und empfangen sowohl UWB Tag als auch Anker Signale. Der grundlegende Ansatz besteht darin, dass der Tag ein Signal an einen Anker sendet und der Anker dieses Signal empfängt. Der Anker sendet dann ein Antwortsignal zurück zum Tag, und dieser empfängt das Antwortsignal. Durch Messung der Zeitspanne zwischen dem Senden des ursprünglichen Signals und dem Empfangen des Antwortsignals kann die gesamte Signallaufzeit und darüber die Entfernung zwischen Tag und Anker ermittelt werden.

Time-Difference-of-Arrival (TDoA)

TDoA ist eine Methode zur UWB Positionsbestimmung, bei der die Ankunftszeit von Signalen an mehreren Ankerpunkten gemessen wird. Im Gegensatz zur TWR-Methode sendet der Tag in diesem Fall normalerweise nur ein Signal aus, und die Anker empfangen dieses Signal zur gleichen Zeit. Da sich die Signale mit einer bekannten Geschwindigkeit ausbreiten, kann die Entfernung zwischen dem Tag und jedem Anker basierend auf der gemessenen Zeitdifferenz zwischen den Ankunftszeiten berechnet werden.

Phase-Difference-of-Arrival (PDoA)

Bei der PDoA Methode geben die Anker zwei Signale an einen UWB Tag ab. Dabei wird die Phasendifferenz zwischen beiden gemessen, sodass ein Winkel berechnet werden kann. Dieser gibt Aufschluss über die Sensorposition. Diese Variante der UWB Positionsbestimmung kommt allerdings oftmals nur bei eingeschränkter Infrastruktur zum Einsatz.

Wie lässt sich die UWB Lokalisierung in der Industrie einsetzen?

Das UWB Positioning wird dafür verwendet, sämtliche Objekte im Indoor-Bereich in Echtzeit zu lokalisieren. Dabei kann es sich um Objekte wie Ladungsträger im Lager oder der Produktion, Transportfahrzeuge wie Gabelstapler, Aufträge, Werkzeuge oder vieles mehr handeln. Über die UWB Ortung mit einem RTLS wird eine komplette Prozesstransparenz geschaffen. Prozesse können einfach, schnell und kontinuierlich analysiert werden, sodass Optimierungspotenziale offengelegt werden. Indem eine Automatisierung der manuellen Prozessschritte stattfindet, werden Abläufe verbessert und lange Such-, Abstimmungs- und Wartezeiten eliminiert. Durch die optimierte Materialbereitstellung werden Stillstände von Maschinen reduziert und eine termingerechte Auftragsbearbeitung ermöglicht.

Prozesse können dank Ultra Wideband Positioning vorausschauend geplant werden. Aufgrund der zahlreichen Anwendungsmöglichkeiten ist UWB heute eine innovative Schlüsseltechnologie in der Industrie 4.0 und kann einen enormen Wettbewerbsvorteil für Unternehmen schaffen.

UWB Use Cases

Beispiele für die Einsatzmöglichkeiten von UWB

Suchen und findenProzess-
steuerungScan AutomatisierungMaterial-
bereitstellungTransportmittel Steuerung

Suchen und Auffinden

Suchen und Finden dank UWB Tracking in der Fertigung und im Lager

  • Hohe Suchzeiten nach den richtigen Materialien in den Pufferzonen

  • Suchzeiten nach freien Ladungsträgern

  • Geringe Transparenz über den Status von Material oder Ladungsträgern

  • Verzögerungen und Stillstände an Maschinen

Lösung:

Unproduktive Suchzeiten können reduziert werden, indem mittels UWB Tracking die genaue Position der Objekte ermittelt wird. Außerdem werden Informationen zur Verfügbarkeit (z.B. der Ladungsträger ist frei oder besetzt) an Mitarbeiter übermittelt. So können im Bereich der Lagerlogistik Auftragsnummern in einem Lager identifiziert werden oder Ressourcen besser genutzt werden. Mobile Betriebsmittel oder Flurförderzeuge/Gabelstapler werden einfach identifiziert und erhalten durch Ultra Wideband eine optimierte Route (Staplerleitsystem mit UWB).

Transparenz und Prozessautomatisierung

Prozesssteuerung mit UWB Positioning und E-Label: UWB Tracking System

  • Fehlende Darstellung des genauen Produktionsfortschritts

  • Fehlende Detailinformationen über Durchlaufzeiten

  • Keine Abstimmung zwischen Mitarbeitern (vieles über Zuruf)

  • Viele manuell angestoßenen Tätigkeiten

Lösung:

Über die UWB Ortung wird Prozesstransparenz erreicht, sodass eine aktive Überwachung von Sollprozessen erfolgt. Zum einen können so Wartezeiten von unterschiedlichen Objekten (z.B. Ladungsträgern) an Orten in Lager oder Produktion festgestellt werden. Zum anderen wird proaktiv gewarnt, wenn etwas von einem Sollprozess abweicht. Mit Betreten eines Geofences wird automatisch der nächste Prozessschritt angestoßen, sodass relevante Informationen zur richtigen Zeit am richtigen Ort weitergegeben werden. Dabei kann es sich zum Beispiel um eine automatische BDE Meldung oder eine Aktualisierung eines E-Labels (Elektronisches Etikett) handeln. Hier sind aber noch viele weitere automatisierte Aktionen möglich, wie etwa das Anstoßen eines Druckauftrags oder der Verbuchung von Daten im ERP-System.

Scan Automatisierung

Automatisierung von Prozessen durch UWB Indoor Positioning und Tracking

  • Hohe Anzahl an Scans

  • Fehlerhaftes Verbuchen von Beständen

  • Fehlendes Scannen und Verbuchen von Beständen

Lösung:

Ein Ladungsträger mit Materialien oder ein Gabelstapler wird mit UWB-Tags ausgestattet. Auf Basis der Position wird automatisch der Status des Materials verbucht. In Verbindung mit einem Lagerverwaltungssystem oder Produktionsplanungssystem können so automatisch Verbuchungen erfolgen. Daran anknüpfende ERP-Systeme erhalten ebenfalls Daten über den aktuellen Status.

Materialbereitstellung

Materialbereitstellung optimieren mit Ultra Wideband Positioning

  • Hoher Abstimmungsaufwand zwischen Intralogistik und Produktion

  • Intralogistik hat nicht ausreichend Informationen über Material

  • Nachlieferungen sind nicht ersichtlich

Lösung:

Durch ein FIFO/LIFO Prinzip werden Aufträge, die zur Einlagerung einen bestimmten Geofence betreten, numerisch gekennzeichnet. Über die IoT-Plattform sind die Nummern der Aufträge einsehbar, sodass die Einlagerung in der richtigen Reihenfolge erfolgt. Außerdem kann eine Automatisierung von Nachschubprozessen mithilfe von Ultrabreitband erfolgen. Mittels Geofencing wird in einem Lagerbereich ein Mindestbestand an Material definiert. Wird ein gewisser Schwellenwert unterschritten, wird automatisch eine Nachlieferung bzw. eine Information zur Nachlieferung ausgelöst. Ebenfalls möglich ist eine Validierung des Materials in der Produktion, um Fehler in der Materialbereitstellung auszuschließen.

Steuerung von Transportmitteln und Kollisionsschutz

Kollisionsschutz durch Ultrabreitband: UWB mit hoher Reichweite

  • Unfälle im Mischverkehr zwischen Mitarbeitern und Fahrzeugen

  • Sicherheit gewährleisten

  • Verzögerungen vermeiden

Lösung:

Für einen UWB Tag werden Kollisionszonen definiert, die über unterschiedlich große Umfänge verfügen können. Nähert sich ein anderes Objekt dieser Kollisionszone werden vordefinierte Aktionen ausgeführt. Dabei kann es sich zum Beispiel um das abrupte Anhalten oder langsame Fahren von Transportfahrzeugen handeln.

Praxisbeispiel: UWB Ortung mit E-Label

Ein tolles Beispiel für UWB Tracking in der Produktion findet man bei der Recticel Engineered Foams Germany GmbH. Dank Ultra Wideband wird überprüft, ob sich auf dem Wagen an der Anlage das richtige Material für den ausgewählten Auftrag befindet. Elektronische Etiketten am Wagen geben aktuelle Informationen zum Auftrag wieder und ermöglichen eine eindeutige Identifikation. Im Referenzbericht lesen Sie, wie bei Recticel Engineered Foams dank UWB Ortung Zeit und Kosten eingespart werden.

„Unser Ziel war es, eine Smart Factory ins Leben zu rufen und die Themen Digitalisierung und Industrie 4.0 voranzubringen. Dafür haben wir uns auf dem Markt umgeschaut und sind letzten Endes beim besten Anbieter gelandet – und haben uns für die L-mobile entschieden.“

Vorteile der Positionsbestimmung durch UWB Tracking

Effizientere Arbeitsabläufe durch Automatisierung

Vorausschauende Prozessplanung

Einsparung von Such-, Prozess- und Abstimmungskosten

Weniger Stillstände durch hohe Materialverfügbarkeit

Termingerechte Auftragsbearbeitung

Gezielte Optimierung durch Erkennen von Potenzialen

Die richtige Hardware ist entscheidend: UWB Tags und Anker

Neben der Auswahl der passenden Software ist die eingesetzte Hardware für ein UWB Tracking System von entscheidender Bedeutung. L-mobile unterstützt Sie dank eigenem IT-Systemhaus gerne in allen Hardware-Fragen und liefert Ihnen leistungsstarke UWB Tags und Anker. Diese sind durch ihre Robustheit ideal für industrielle Anwendungszwecke geeignet und bietet Ihnen eine zuverlässige und präzise UWB Positionsbestimmung.

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Asset Tracking mit UWB und RFID: Ortungstechnologien in der Smart Factory

Die UWB Ortung ist eine Technologie, die im Kontext Asset Tracking zum Einsatz kommt. Asset Tracking steht allgemein für die Nachverfolgung von Objekten in der Industrie und ist neben UWB auch noch mit RFID, GPS oder weiteren Technologien möglich. Je nach Anwendungsfall und Budget bieten sich verschiedene Umsetzungsmöglichkeiten und Technologien an. Das Ziel ist klar: Prozesse möglichst digital, einfach und transparent zu gestalten.

Asset Tracking und RTLS: Ortungstechnologien für Ihre Smart Factory

Ortung mit Asset Tracking und RTLS

Einen Überblick zu bekommen, welche Technologie sich für welchen Use Case eignet, ist gar nicht so einfach. Wer sich jedoch häufig fragt, wo Aufträge oder Material abgeblieben sind, wie der Status eines bestimmten Auftrags lautet oder wo sich der Ladungsträger aufhält, sollte sich mit dem Thema Ortung näher beschäftigen. Im Podcast schauen wir uns die wichtigsten Herausforderungen in diesem Kontext an, beleuchten die verschiedenen Technologien und geben einen Ausblick in die Zukunft von Tracking in der Industrie.

Mit vernetzten Prozessen den Weg zur Smart Factory meistern

L-mobile begleitet Sie als starker Partner und Industrie 4.0 Experte auf der Straße der Digitalisierung

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L-mobile, digitalisierte Produktion, Digitalisierungsstraße, Digitalisierungsstrategie, smart factory, mobile Datenerfassung
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Advanced Planning and Scheduling

Der L-mobile APS unterstützt Sie bei der Optimierung Ihrer Feinplanung als unabhängige Produktionsplanungssoftware. Möglich machen das Funktionen wie eine grafische Plantafel, eine mehrdimensionale Ressourcenplanung oder die Simulation von Prozessabläufen. Das Ergebnis: Verkürzte Durchlaufzeiten, eine transparente Ressourcenplanung und erhöhte Planungssicherheit.

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Betriebsdatenerfassung

Das Ziel: Effizienz und Profitabilität in der Produktion steigern. Die passende Lösung: L-mobile BDE. Mit der Betriebsdatenerfassung lassen sich relevante Daten aus Fertigungsabläufen zeitnah, fehlerfrei und lückenlos erfassen. Automatisch werden diese in Echtzeit an das ERP-System übermittelt – und können anschließend auch für eine noch effizientere Produktionsplanung im L-mobile APS genutzt werden.

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Maschinendatenerfassung

Nicht nur einzelne Lösungen und Prozesse können miteinander verknüpft werden. Mit der L-mobile MDE vernetzen Sie Ihre Maschinen, Anlagen und Systeme, um wichtige Maschinendaten zu erfassen. Anhand dieser Daten, die sich über ein benutzerfreundliches Maschinencockpit auswerten lassen, können Sie wertvolle Potentiale im Prozess erkennen und Produktionsabläufe stetig optimieren.

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Elektronische Etiketten (e-label)

L-mobile e-label sind echte Allrounder. Sie eignen sich sowohl zur digitalen Lagerplatzkennzeichnung als auch für den Einsatz in der Produktion. Als digitales Fertigungsbegleitpapier wird der gesamte Produktionsprozess eines Fertigungsauftrags transparent papierlos. In Kombination mit Ortungstechnologien lassen sich Fertigungsaufträge außerdem zu jederzeit metergenau lokalisieren.

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Werkerassistenzsystem

Mit Hilfe des L-mobile Werkerassistenzsystems können Sie digitale Arbeitsanweisungen direkt am Montagearbeitsplatz zur Verfügung stellen. Als System zur Werkerführung bietet es zahlreiche Funktionen zur Unterstützung von Montageprozessen. Neben Schritt-für-Schritt Montageanweisungen können außerdem Fotos, 3D-Zeichnungen oder Videos angezeigt werden. Beim parallelen Einsatz der L-mobile BDE und der L-mobile MDE lassen sich außerdem Mengemeldungen erfassen oder Maschinendaten abrufen.

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Reporting

Zur Optimierung von Produktionsprozessen bedarf es ein Reportingtool, mit dem sich entsprechende KPIs analysieren lassen. L-mobile reporting bietet ein benutzerfreundliches Dashboard zur Überwachung und Auswertung verschiedenster Kennzahlen, darunter Maschinenauslastung, Durchlaufzeiten, Ausschussquote oder Produktionsausfälle. Die plattformunabhängige Lösung verfügt dabei über eine direkte Schnittstelle zu Ihrem ERP-System

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Elektronisches Kanban (e-kanban)

Die Automatisierung von Nachschubprozessen ermöglicht L-mobile e-kanban. Egal ob in Form eines RFID Kanban-Regals, eines RFID Kanban-Briefkastens oder eines RFID Gates: Das elektronische Kanban System schafft die Basis für eine konstante Materialversorgung. Bestellprozesse werden vollständig automatisiert und ersetzen die physischen Kanban-Karten, wodurch Prozesse deutlich verschlankt und beschleunigt werden.

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Ortungstechnologien (RFID, UWB, GPS)

Mit Asset Tracking lassen sich innerhalb der Produktion detaillierte Daten zum Standort und Status von Ressourcen erfassen. Dank Technologien wie RFID, UWB oder GPS lassen sich Informationen zu jeder Zeit und zu jedem Prozessschritt von einem Real Time Locating System (RTLS) erfassen. Eine transparente Auftragsverfolgung, Wegeoptimierung sowie ein nachvollziehbarer Materialfluss werden mit unseren L-mobile Lösungen zur Realität.

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Fahrerloses Transportsystem (FTS)

Das flexibel einsetzbare L-mobile FTS bietet Ihnen die Möglichkeit, sowohl Ihre Produktions- als auch Ihre Logistikabläufe zu optimieren. Vom mobilen Roboter bis hin zu fahrerlosen Staplern lässt sich das passende Transportsystem überall dort einsetzen, wo eine zuverlässige, sichere und effiziente Transportlösung benötigt wird.

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Staplerleitsystem (SLS)

Das L-mobile SLS bietet Ihnen die optimale Grundlage, um Leerfahrten, Suchzeiten sowie Fehlverladungen in Ihren Lagerlogistik- und Produktionsprozessen erfolgreich zu reduzieren. In Verbindung mit einem präzisen Stapler-Ortungssystem können Sie Ihre Staplerfahrer routenoptimiert durch das Lager führen und zentimetergenau lokalisieren. Dank der lückenlosen Anbindung an das ERP-System stehen alle hierfür nötigen Informationen jederzeit zur Verfügung – und neue Daten werden anschließend in Echtzeit und automatisch an das ERP-System übermittelt.

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Digitalisierte Lagerlogistik

Effiziente digitalisierte Produktionsprozesse basieren in der Regel auf einer fehlerfreien und reibungslosen Lagerverwaltung. Mit L-mobile warehouse können Sie dank mobiler Datenerfassung Ihre Lagerprozesse optimieren. Die Verwaltung von Lagerorten und -plätzen, das Buchen von Wareneingängen, Warenausgängen und Umlagerungen, die papierlose Abwicklung von Kommissionierprozessen oder die mobile Inventur sind dabei nur ein Teil des Funktionsumfangs unserer mobilen Lagerverwaltungssoftware.

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