Günthner / Hompel Internet der Dinge in der Intralogistik

2010
ISBN: 978-3-642-04896-8
Verlag: Springer
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 360 Seiten

Reihe: VDI-Buch

Experten aus Wissenschaft und Technik fordern ein Umdenken in der Intralogistik: weg von durchgeplanten, vorherbestimmten Systemen, hin zu einem Netzwerk gleichberechtigter Einheiten, die keiner übergeordneten Koordination bedürfen. In dem Band werden die notwendigen Komponenten, die Softwarearchitektur und die Potenziale dieser neuen Technologie beschrieben. Anwendungsbeispiele liefern Entwicklern und Planern eine Grundlage für die Gestaltung moderner Materialflusssysteme in der Industrie.

Prof. Dr.-Ing. Dipl. -Wirtsch.-Ing. Willibald Günthner studierte an der Technischen Universität München Maschinenbau und Arbeits- und Wirtschaftswissenschaften. Nach seiner Promotion am dortigen Lehrstuhl für Förderwesen trat er als Konstruktions- und Technischer Leiter für Förder- und Materialflusstechnik in die Fa. Max Kettner Verpackungsmaschinen ein. 1989 übernahm er die Professur für Förder- und Materialflusstechnik an der FH Regensburg. Seit 1994 ist Prof. Günthner Leiter des Lehrstuhls für Fördertechnik Materialfluss Logistik an der TU München.
Er ist Gründungsmitglied und Schatzmeister der Wissenschaftlichen Gesellschaft für Technische Logistik WGTL und stellvertretender Vorsitzender des Wissenschaftlichen Beirats der Bundesvereinigung Logistik. Seit September 2004 war er Sprecher des Bayerischen Forschungsverbundes 'Supra-adaptive Logistiksysteme (ForLog)' und ist Mitglied des Vorstandes der VDI-Gesellschaft 'Produktion und Logistik' sowie Vorsitzender des Fachbereichs 'Technische Logistik'. Professor Dr. Michael ten Hompel studierte Elektrotechnik an der RWTH Aachen und promovierte an der Universität Witten/Herdecke. Er ist Inhaber des Lehrstuhls für Förder- und Lagerwesen an der Universität Dortmund und geschäftsführender Institutsleiter am Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik in Dortmund. Neben seiner wissenschaftlichen Tätigkeit ist Professor ten Hompel auch als Unternehmer tätig gewesen. So gründete er 1988 die GamBit GmbH und leitete das Unternehmen, das sich vorrangig mit der Entwicklung und Realisierung von Warehouse-Management-Systemen beschäftigt, bis zum Jahr 2000 als geschäftsführender Gesellschafter.
Er ist Gründungsmitglied und Vizepräsident der Wissenschaftlichen Gesellschaft für Technische Logistik WGTL, Mitglied des Hauptvorstandes des BITKOM, Mitglied des Vorstandes der Bundesvereinigung Logistik und Sprecher des Direktoriums der Fraunhofer Academy.

Autoren/Hrsg.

Günthner, Willibald

Hompel, Michael

Inhaltsverzeichnis

1;Vorwort;5
2;Inhaltsverzeichnis;7
3;Autorenverzeichnis;15
4;Teil I Herausforderungen in der Intralogistik;17
4.1;Individualisierung als logistisch-technisches Prinzip;18
4.1.1;1.1 Individualisierung als Gestaltungsprinzip;19
4.1.2;1.2 Paradoxien der Informationslogistik;19
4.1.3;1.3 Individualisierung als Ziel und als Ausweg;21
4.2;Neue Anforderungen für die Logistik des 21. Jahrhunderts;23
4.2.1;2.1 Globalisierung verändert Ansprüche;23
4.2.2;2.2 Herausforderungen für die Logistik;24
4.2.3;2.3 Intralogistik kann Logistikprobleme lösen;24
4.2.4;2.4 Innovationspotenziale der Intralogistik;25
4.2.4.1;2.4.1 Umkehrung der Warenströme;25
4.2.4.2;2.4.2 Demografischer Wandel erfordert Automatisierung;26
4.2.4.3;2.4.3 Automatisierung erfordert Standardisierung;27
4.2.4.4;2.4.4 Flexibilität durch Modularität;27
4.3;Materialflusssteuerung heute und ihre Defizite;28
4.3.1;3.1 Materialflusssteuerung heute;28
4.3.2;3.2 Grenzen heutiger Systeme;31
4.4;Entwicklungen in der Automatisierungstechnik;35
4.4.1;4.1 Entwicklung der Automatisierungstechnik;35
4.4.2;4.2 Bildung mechatronischer Module;37
4.4.3;4.3 Konvergenz der Kommunikationstechnik;38
4.4.4;4.4 Neuartige Kommunikationsmöglichkeiten;38
4.4.5;4.5 Zusammenfassung;39
4.5;Software-Methoden für die Automatisierung;40
4.5.1;5.1 Software in der Automatisierung;41
4.5.2;5.2 Anforderungen an neue Software-Methoden;42
4.5.3;5.3 Verteilte Automatisierung nach IEC 61499;43
4.5.4;5.4 Serviceorientierte Architekturen;44
4.5.5;5.5 Software-Agenten und Agentensysteme;46
4.5.6;5.6 Fazit;47
4.6;Literatur;49
5;Teil II Das Internet der Dinge;51
5.1;Die Vision vom Internet der Dinge;52
5.1.1;6.1 Einleitung;52
5.1.2;6.2 Das Internet als Vorbild;53
5.1.3;6.3 Paradigmenwechsel in der Intralogistik;55
5.1.4;6.4 Ausblick;55
5.2;Echtzeitanforderungen der Materialflusssteuerung;56
5.2.1;7.1 Echtzeitanforderungen auf der Systemebene;57
5.2.2;7.2 Echtzeitanforderungen auf der Komponentenebene;57
5.2.3;7.3 Aspekte von Echtzeitanforderungen in multiagentengesteuerten Materialflusssystemen;59
5.3;Die Bausteine des Internet der Dinge;61
5.3.1;8.1 Motivation und Anforderungen;61
5.3.2;8.2 Die Bausteine des Internet der Dinge;62
5.3.2.1;8.2.1 Transporteinheiten;63
5.3.2.2;8.2.2 Module;64
5.3.2.3;8.2.3 Softwaredienste;64
5.3.3;8.3 Standardisierung und Anpassbarkeit;64
5.3.4;8.4 Fähigkeiten der Entitäten;66
5.3.5;8.5 Funktionsklassen für Module;66
5.3.5.1;8.5.1 Verzweigung-/Zusammenführung;67
5.3.5.2;8.5.2 Stetigförderer und Schienen;67
5.3.5.3;8.5.3 Unstetigförderer;68
5.3.5.4;8.5.4 Arbeitsstation;68
5.3.6;8.6 Beispiel: Gestaltung eines Verzweigungsmoduls;68
5.3.6.1;8.6.1 Auf bau;69
5.3.6.2;8.6.2 Betriebsablauf;70
5.3.7;8.7 Fazit;71
5.4;Kooperation und Autonomie in selbststeuernden Systemen;73
5.4.1;9.1 Grundlagen von Agentensystemen;73
5.4.2;9.2 Agententypen;74
5.4.3;9.3 Relevante Eigenschaften von Agenten;77
5.4.4;9.4 Die Umwelt von Agenten;78
5.4.5;9.5 Multiagentensysteme;80
5.4.6;9.6 Kooperation;80
5.4.7;9.7 Kommunikation;82
5.4.7.1;9.7.1 Blackboard;82
5.4.7.2;9.7.2 Message-Passing;83
5.4.7.3;9.7.3 Kommunikationsschichtenmodell;84
5.5;Eine Ontologie für das Internet der Dinge;87
5.5.1;10.1 Einleitung;87
5.5.2;10.2 Entwicklung einer Kommunikationsontologie;89
5.5.2.1;10.2.1 Ontologiebeschreibung;89
5.5.2.2;10.2.2 Kommunikationsmodell;95
5.5.3;10.3 Validierung;97
5.5.3.1;10.3.1 Akteure;98
5.5.3.2;10.3.2 Kommunikationsszenario;99
5.5.4;10.4 Zusammenfassung;101
5.6;Softwarearchitektur für eine agentenbasierte Materialflusssteuerung;102
5.6.1;11.1 Anforderungen;102
5.6.2;11.2 Bisherige Architekturmodelle für die Materialflusssteuerung;103
5.6.3;11.3 Agentenbasierte Materialflusssteuerung;104
5.6.3.1;11.3.1 Referenzarchitekturen für Multiagentensysteme;104
5.6.3.2;11.3.2 Abstraktes Architekturmodell für das Internet der Dinge;107
5.6.3.3;11.3.3 Modellierung der Steuerungsagenten;108
5.6.3.4;11.3.4 Echtzeitsteuerung von Modulagenten;110
5.6.4;11.4 Fazit;113
5.7;Rechenplattformen und RFID für das Internet der Dinge;114
5.7.1;12.1 Übersicht über die Steuerungshardware;114
5.7.1.1;12.1.1 Anforderungen;115
5.7.1.2;12.1.2 Architektur;118
5.7.1.3;12.1.3 Fazit;120
5.7.2;12.2 Einsatz von RFID;120
5.7.2.1;12.2.1 Frequenzbereiche;121
5.7.2.2;12.2.2 Einsatz im Internet der Dinge;123
5.7.2.3;12.2.3 Fazit;125
5.8;Strategien für die dezentrale agentenbasierte Steuerung von Materialflusssystemen;126
5.8.1;13.1 Einführung;126
5.8.2;13.2 Lokalisierung von Agenten in der Anlage;127
5.8.3;13.3 Der Zustandsraum für Agentensysteme;128
5.8.4;13.4 Topologiespezifische Ausprägung strategischer Aspekte am Beispiel zweier Anlagentypen;131
5.8.4.1;13.4.1 Automatisches Kommissionierlager: Paarbildung, Sequenzbildung, Sortieren;131
5.8.4.2;13.4.2 Flughafen-Gepäckförderanlage: Routing steht im Vordergrund;136
5.8.5;13.5 Routingverfahren;137
5.8.5.1;13.5.1 Topologische Information;137
5.8.5.2;13.5.2 Dynamische schnellste Wege;139
5.8.5.3;13.5.3 Lastabhängiges strategisches Routing;141
5.8.6;13.6 Zusammenfassung;146
5.9;Konfiguration und Überwachung einer verteilten Materialflusssteuerung;147
5.9.1;14.1 Motivation;147
5.9.2;14.2 Systemkonfiguration;147
5.9.3;14.3 Systemüberwachung und -visualisierung;150
5.9.3.1;14.3.1 Allgemeingültigkeit durch regelbasierte Visualisierung;150
5.9.3.2;14.3.2 Nachverfolgbarkeit und Historien;152
5.9.3.3;14.3.3 Statistiken;153
5.9.4;14.4 Zusammenfassung;154
5.10;Simulation und Emulation im Internet der Dinge;155
5.10.1;15.1 Simulation – Begriff und Anwendung;155
5.10.1.1;15.1.1 Durchführung einer Simulationsstudie;157
5.10.1.2;15.1.2 Vor- und Nachteile der Simulation;159
5.10.2;15.2 Emulation – Begriff und Anwendung;160
5.10.3;15.3 Werkzeuge zur Materialf lusssimulation;162
5.10.4;15.4 Simulation im Internet der Dinge;164
5.10.5;15.5 Emulation im Internet der Dinge;166
5.10.5.1;15.5.1 Einsatz eines gängigen Materialflusssimulators;166
5.10.5.2;15.5.2 Agentenbasierter Emulationsbaukasten;167
5.10.5.3;15.5.3 Emulation in den Lebenszyklusphasen;168
5.11;Literatur;173
6;Teil III Der neue Logistik-Lebenszyklus;176
6.1;Der Lebenszyklus heutiger Materialflusssysteme – eine Übersicht;177
6.1.1;16.1 Lebenszyklus eines Materialflusssystems;178
6.1.1.1;16.1.1 Planungsphase;178
6.1.1.2;16.1.2 Realisierungsphase;179
6.1.1.3;16.1.3 Inbetriebnahme/Hochlaufphase;181
6.1.1.4;16.1.4 Betrieb;183
6.1.1.5;16.1.5 Erweiterung/Modernisierung;183
6.1.2;16.2 Dezentrale Automatisierungssysteme – eine Herleitung;184
6.1.3;16.3 Referenzmodell-Methode;187
6.1.4;16.4 Zusammenfassung;190
6.2;Die Erstellung eines Baukastens für das Internet der Dinge;191
6.2.1;17.1 Baukasten für Entitäten;192
6.2.2;17.2 Basisinformationen einer Entität;195
6.2.3;17.3 Additive Komponenten eines Baukastens;195
6.2.4;17.4 Aggregationen;198
6.2.5;17.5 Anpassung der Tools;198
6.3;Der Lebenszyklus eines Internet der Dinge Materialflusssystems: Planung;200
6.3.1;18.1 Qualifizierung;200
6.3.2;18.2 Spezifizieren bei vorgegebener Lösung;201
6.3.3;18.3 Spezifizieren bei nicht vorgegebener Lösung;202
6.3.4;18.4 Simulation;204
6.3.5;18.5 Interne Kalkulation;205
6.3.6;18.6 Koordinierung der Zulieferer;206
6.3.7;18.7 Projektierung der Steuerungstechnik;206
6.3.8;18.8 Projektierung der IT;207
6.3.9;18.9 Terminplanung des Projekts;207
6.4;Der Lebenszyklus eines Internet der Dinge Materialflusssystems: Realisierung;209
6.4.1;19.1 Detailstudie;209
6.4.2;19.2 Feinplanung und Pflichtenheft;210
6.4.3;19.3 Konfiguration/Customizing;212
6.4.4;19.4 Programmierung;213
6.4.4.1;19.4.1 Neue mechatronische Entität bzw. neues Modul;214
6.4.4.2;19.4.2 Softwaretechnischer Dienst;214
6.4.4.3;19.4.3 Visualisierung;215
6.4.4.4;19.4.4 Sicherheitskreise;215
6.4.5;19.5 Herstellung einer mechatronischen Entität bzw. eines Moduls;216
6.4.6;19.6 Inhouse-Test;217
6.4.7;19.7 Dokumentation;217
6.4.8;19.8 Montage;218
6.5;Der Lebenszyklus eines Internet der Dinge Materialflusssystems: Inbetriebnahme und Hochlauf;219
6.5.1;20.1 Referenzanlage;219
6.5.2;20.2 Phasen der konventionellen Inbetriebnahme;221
6.5.3;20.3 Inkrementelle Inbetriebsetzung im Internet der Dinge;222
6.5.4;20.4 Technische Voraussetzungen;223
6.5.4.1;20.4.1 Standardisierte Laufzeitumgebung und Infrastruktur;224
6.5.4.2;20.4.2 Wiederverwendbare Komponenten;225
6.5.4.3;20.4.3 Diagnosemöglichkeiten und Monitoring;225
6.5.4.4;20.4.4 Testen und Emulation;227
6.5.5;20.5 Fazit;228
6.6;Der Lebenszyklus eines Internet der Dinge Materialflusssystems: Betrieb;230
6.6.1;21.1 Überblick über Vorteile selbstorganisierter Materialf lusssysteme im Lebenszyklus;230
6.6.2;21.2 Logistische Leistungsfähigkeit;231
6.6.3;21.3 Quantifizierung und Bewertung der Flexibilität von Materialf lusssystemen;232
6.6.4;21.4 Robustheit;234
6.6.5;21.5 Datenverfügbarkeit und zusätzliche Dienstleistungen;235
6.6.6;21.6 Fazit;236
6.7;Der Lebenszyklus eines Internet der Dinge Materialflusssystems: Umbau und Modernisierung;237
6.7.1;22.1 Erwartete Vorteile;237
6.7.2;22.2 Anforderungen an den Umbau;238
6.7.3;22.3 Voraussetzungen und Checkliste zur Vorbereitung;238
6.7.3.1;22.3.1 Ist-Aufnahme;238
6.7.3.2;22.3.2 Soll-Anforderungen;239
6.7.3.3;22.3.3 Prozessführung;240
6.7.3.4;22.3.4 Layout;240
6.7.3.5;22.3.5 Sicherheitsanforderungen;241
6.7.4;22.4 Agentifizierung;241
6.7.4.1;22.4.1 Umbau einer Referenzanlage;241
6.7.5;22.5 Technische Umsetzung;243
6.7.6;22.6 Erfahrungsbericht;246
6.7.7;22.7 Begleitende Dokumentation;246
6.7.8;22.8 Fazit;247
6.8;Zusammenfassung und Fazit: Das Internet der Dinge als neues Vorgehensmodell;248
6.8.1;23.1 Grundlagen und technische Aspekte;248
6.8.2;23.2 Engineering und Betrieb;250
6.8.3;23.3 Der Faktor Mensch und Qualifikation – Gewerkeübergreifendes Arbeiten und vertikale Kompetenzen;253
6.8.4;23.4 Fazit;254
6.9;Literatur;255
7;Teil IV Die Anwendung;258
7.1;Realisierung einer agentenbasierten Steuerung für Elektrohängebahnsysteme;259
7.1.1;24.1 Definition und Einsatz von Elektronhängebahnanlagen;259
7.1.2;24.2 Versuchsanlage des Lehrstuhls fml an der TU München;259
7.1.3;24.3 Aufgaben- und Szenarienbeschreibung;261
7.1.4;24.4 Modularisierung und Steuerungsarchitektur;262
7.1.5;24.5 Funktionsweise;265
7.1.6;24.6 Fazit;270
7.2;Chancen und Herausforderungen von dezentral gesteuerten Flughafen- Gepäckförderanlagen;271
7.2.1;25.1 Allgemeines;271
7.2.2;25.2 Aufgaben und Funktionsbereiche von Gepäckförderanlagen;272
7.2.3;25.3 Typische/Domänenspezifische Anforderungen für Gepäckförderanlagen;274
7.2.4;25.4 Identifikationskonzepte;275
7.2.5;25.5 Dezentrale Gepäckförderanlage;276
7.2.5.1;25.5.1 Vorabentwicklung mechatronischer Module;276
7.2.5.2;25.5.2 Engineering dezentraler Anlagen;278
7.2.5.3;25.5.3 Umbauten;279
7.2.5.4;25.5.4 Gepäcktransport in dezentralen Systemen;279
7.2.6;25.6 Konzepte zur Betriebsführung;281
7.2.6.1;25.6.1 Simulation als Werkzeug;282
7.2.6.2;25.6.2 Strategisches Routingverfahren;284
7.2.6.3;25.6.3 Eigensimulation;284
7.2.6.4;25.6.4 Ergebnis und Herausforderungen;286
7.2.7;25.7 Migrationskonzept;287
7.2.8;25.8 Zusammenfassung;289
7.3;Ein dezentral gesteuertes Kommissionierlager;291
7.3.1;26.1 Einleitung;291
7.3.2;26.2 Moderne Kommissionierlager;292
7.3.3;26.3 Referenzanlage;293
7.3.4;26.4 Konzeptionelle Lösungen ;297
7.3.4.1;26.4.1 RFID-Einsatz;297
7.3.4.2;26.4.2 Konzept einer agentenbasierten Steuerung;298
7.3.5;26.5 Integration der Steuerung;305
7.3.6;26.6 Fazit;306
7.4;Agentenbasierte Staplerleitsysteme;308
7.4.1;27.1 Einleitung;308
7.4.2;27.2 Definition und Einsatz von Staplerleitsystemen;310
7.4.3;27.3 Agentenbasierte Staplerleitsysteme;311
7.4.4;27.4 Moderne Software-Architektur;312
7.4.5;27.5 Operative Funktionen eines aSLS;315
7.4.6;27.6 Exkurs: Zusammenführung mit IdentProLog;320
7.4.7;27.7 Fazit;322
7.5;Hochflexible, RFID-gesteuerte Handhabung von Stückgut;324
7.5.1;28.1 Anlagenkomponenten und Teilsysteme;324
7.5.2;28.2 Anforderungen an die Greiftechnik für das Internet der Dinge;325
7.5.3;28.3 Systemkonzept der Greiftechnik für RFID-basierten Materialfluss;326
7.5.4;28.4 Kombination von Greifprinzipien;327
7.5.5;28.5 Konzeption eines Greifers für das Szenario Depalettierroboter;328
7.5.6;28.6 Realisierte Anlage für das Szenario Depalettierroboter;328
7.5.7;28.7 Greifer;331
7.5.8;28.8 RFID-System;333
7.5.9;28.9 Erprobung des Szenarios;336
7.5.10;28.10 Folgerungen und Erkenntnisse;338
7.6;Literatur;339
8;Teil V Internet der Dinge - Eine Vision wird Wirklichkeit;340
8.1;Fazit;341
9;Sachverzeichnis;344