Prof. Dr.-Ing. Ludger Overmeyer

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Veröffentlichungen

Produkte unterliegen seit jeher einer stetigen Weiterentwicklung, die oftmals nicht nur einen Funktionszuwachs, sondern auch eine Weiterentwicklung der geometrischen Abmaße mit sich bringt. Das Phänomen der Produktvergrößerung bis hin zu großskaligen Produkten ist auch im Transportwesen, der Energietechnik und in der Produktionstechnik zu beobachten. Der Trend in Richtung großskaliger Produkte ist überall dort zu finden, wo durch große Produktabmessungen Kosten reduziert bzw. Leistungsdaten erhöht werden können, wie z. B. Containerschiffen oder Windenergieanlagen. Was definiert diese Gruppierung von XXL-Produkten und wo ist die Grenze für diese Produktgruppe zu finden? Eine übergeordnete Klassifizierung großskaliger Produkte ist bisher noch nicht erfolgt. Anhand unterschiedlicher Produktgruppen werden gemeinsame Charakteristika großskaliger Produkte aufgezeigt. Durch diese Betrachtung kann eine produktübergreifende Klassifizierung großskaliger Produkte vorangebracht werden.

XXL-Produkte, großskalig, XXL, Definition

Im allgemeinen Sprachgebrauch und in den Medien wird oftmals der Begriff XXL-Produkt als Synonym für großskalige Produkte verwendet. Doch was definiert XXL-Produkte und wo ist die Grenze zu konventionellen Produkten zu sehen? Durch Aufzeigen gemeinsamer Charakteristika wird eine wissenschaftliche Definition dieses Begriffes vorgestellt. Eine gemeinsame, branchen- und produktübergreifende Definition ermöglicht, vergleichbare Herausforderungen in verschiedenen Branchen zu identifizieren. Auf dieser Basis lassen sich übergreifende Lösungen entwickeln, die sich auf die Fertigung von unterschiedlichen XXL-Produkten übertragen lassen. Diese Synergieeffekte können zu einer kostengünstigeren Herstellung von XXL-Produkten beitragen.

XXL-Produkte, großskalig, XXL, Definition

Im Gegensatz zu aktuellen Produktions- und Transportsystemen verfügt der Mensch über die Fähigkeit sowohl mit physischen Veränderungen des Arbeitsplatzes als auch organisatorischen Veränderungen des Arbeitsablaufes flexibel umzugehen. Das Ziel des Forschungsprojekts „FTF out-of-the-box“ ist es, Serien-Flurförderzeuge durch kognitive Technologien zu befähigen, autonom Teilaufgaben in logistischen Prozessen abzuwickeln sowie durch Sprach- und Gestensteuerung zugewiesene Transportaufträge eigenständig auszuführen. Zur Realisierung solch eines interaktiven fahrerlosen Transportfahrzeugs (FTF) soll eine dezentrale Intelligenz entwickelt werden, die das FTF in die Lage versetzt, sein Verhalten selbstständig und flexibel durch Anpassung an sich wandelnde Produktionsumgebungen und -anforderungen zu optimieren und gleichzeitig den aktuell hohen Inbetriebnahmeaufwand fahrerloser Systeme zu reduzieren.

Kognition, Fahrerlose Transportsysteme, fahrerlose Transportfahrzeuge, Sprachsteuerung

Fahrerlose Transportsysteme (FTS) bestehen grundsätzlich aus einer Leitsteuerung, einem Kommunikationssystem und den Fahrerlosen Transportfahrzeugen (FTF). Die Steuerung des FTS hat die Aufgabe, einen Transportauftrag durchzuführen, sobald dieser von einem übergeordneten System erteilt wird. Der Transportauftrag wird von der FTS-Steuerung in eine tatsächliche Bewegung des FTF umgesetzt. Die Anzahl der FTF variiert dabei zwischen einigen wenigen bis hin zu 100 FTF. Durch die hohe Anzahl von FTF wird die Wahrscheinlichkeit von Behinderungen im Streckennetz erhöht. Heutige zentrale FTS-Steuerungen berücksichtigen die entstehenden dynamischen Verkehrssituationen nur unzureichend und sind im Hinblick auf Veränderungen und Störungen zu wenig flexibel und robust.

FTS, Dezentrale Steuerung, Fahrerlose Transportsysteme

Die kundenorientierte, individuelle Produktion als Teil des Zukunftsprojekts "Industrie 4.0" begründet sich auf der voranschreitenden Verkürzung von Entwicklungszyklen. Der parallel zum Materialfluss geleitete Informationsfluss gewinnt für eine dezentrale Materialflusssteuerung an Bedeutung. Die Verarbeitung der damit neu zur Verfügung stehenden Informationen aus den Produktionssystemen setzt bei den Maschinen kognitive Fähigkeiten voraus. Maschinen, Handhabungs- und Transportsysteme sollen hierfür in Zukunft kommunizieren, Probleme erkennen, eigene Schlussfolgerungen ziehen, Neues lernen und planen. Hierfür bilden Cyber-Physische Produktionssysteme das technologische Fundament.

Cyber-Physische Produktionssysteme, individuelle Produktion, intelligente Vernetzung

Bei der Gestaltung von Lieferketten müssen zwei gegensätzliche Prinzipien abgewogen werden. Lieferketten sind entweder starr und ermöglichen einen hohen Durchsatz, z. B. Bandförderanlagen, oder sie sind flexibel und ermöglichen nur einen geringeren Durchsatz, z. B. Flurförderzeuge (FFZ). Wandlungsfähigkeit, die über die Flexibilität hinausgeht, stellt beide Prinzipien vor neue technische und wirtschaftliche Herausforderungen. Im Verbundprojekt ISI-WALK (Intelligente Schnittstellen in wandlungsfähigen Lieferketten) wurden Methoden und Technologien zur effizienten Gestaltung von wandlungsfähigen Lieferketten entwickelt. In Anlehnung an die kognitiven Fähigkeiten des Menschen und der daraus resultierenden hohen Wandlungsfähigkeit sollten FFZ befähigt werden, ihre Umgebung zu erkennen, Informationen zu kommunizieren, zu schlussfolgern, zu lernen oder zu planen. Um diese Ziele zu erreichen, wurden für FFZ u. a. ein auf 3D-Kameras basierendes Assistenzsystem zur Unterstützung der Ein- und Auslagerung sowie ein optisches Ortungssystem zur Navigation entwickelt.

Optische Positionierung, Aktive Infrastruktur, Datenübertragung, Bildverarbeitung

Im Beitrag wird ein neuartiges, prozessübergreifend nutzbares Greifersystem zur kranlosen sowie witterungsunabhängigen Montage von Rotorblättern an Offshore-Windenergieanlagen vorgestellt. Dieses wurde im Rahmen des Forschungsprojekts "XXLMontagehilfen" der IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH entwickelt.

Montagehilfe, Windenergieanlage, XXL-Produkte

In diesem Artikel wird ein neuartiger Lösungsansatz für ein optisches Ortungssystem vorgestellt, der neben der Positionsbestimmung von Flurförderzeugen insbesondere der Verfolgung und Speicherung der Positionsdaten von Ladungsträgern in der Intralogistik dient. Das Ortungssystem besteht aus einer aktiven optischen Infrastruktur sowie einer Empfangseinheit.

Optisches Ortungssystem, Indoor Navigation

Beständig wachsende XXL-Produkte erreichen Dimensionen, die vom Menschen ohne innovative technologische Unterstützung nicht mehr beherrschbar sind. Daher richten sich Fortschritte in der Transport- und Hebetechnik auf die Herstellung (teil-)automatisierter Montagehilfen für die Endmontage von Großbauteilen. Dabei ähnelt die Montage der XXL-Produkte dem Bau von Prototypen. Ziel ist es, eine sich wiederholende Neuentwicklung und Auslegung von Montagehilfen zu vermeiden, indem diese prozessübergreifend nutzbar gemacht werden. Neben der Vorstellung einer Methode zur Systematisierung und erleichterten Auswahl von Montagehilfen wird in diesem Beitrag auch der Produktentwicklungsprozess einer prozessübergreifend nutzbaren Montagehilfe zur kranlosen und somit witterungsunabhängigen Montage von Rotorblättern an Offshore-Windenergieanlagen dargestellt.

Montagehilfe, Windenergieanlage, XXL-Produkte

Im Forschungsprojekt "IdentOverLight" wurde ein neuartiges Identifikationssystem für intralogistische Prozesse entwickelt, welches auf sichtbarem Licht basiert. Das neue Auto-ID System kombiniert die Funktionalitäten existenter Auto-ID Systeme vorteilhaft und innovativ miteinander. Der konstruierte Informationsträger ist wiederbeschreibbar wie RFID-Transponder, automatisch lesbar wie Barcodes und von Menschen lesbar wie Klarschriftetiketten.

Auto-ID, RFID, QR-Code, optische Datenübertragung

Fahrerlose Transportsysteme (FTS) sind ein Baustein für leistungsfähige Produktionssysteme in der Intralogistik und aus vielen Bereichen des innerbetrieblichen Materialtransports nicht mehr wegzudenken. Die wesentliche Funktion eines FTS ist die automatische Steuerung von fahrerlosen Transportfahrzeugen (FTF), die mit anwendungsspezifischen Lastaufnahmemitteln, wie z. B. Teleskopgabeln oder Hubtischen, ausgestattetet werden können. FTF lassen sich daher in unterschiedlichen Anwendungsfeldern (z. B. Palettentransport, Montage oder Kommissionierung) einsetzen. Die Motivation dieses Projekts besteht darin, einen neuen Markt für wettbewerbsfähige, autonome Transportsysteme zu erschließen. Kostengünstige Serien-Flurförderzeuge sollen durch technologische Entwicklungen befähigt werden, autonom Teilaufgaben in logistischen Prozessen, wie Umschlagen, Ein- und Auslagern, Kommissionieren und Transportieren, abzuwickeln.

Fahrerlose Transportsysteme, fahrerlose Transportfahrzeuge, autonom, 3D-Kameratechnik, Sprachsteueru

Der Lösungsansatz „IdentOver-Light“ vereint die positiven Eigenschaften von bestehenden Auto-ID-Verfahren, wie RFID, Barcode und Etiketten, in einem neuen Konzept, dessen Besonderheit darin besteht, dass zur Kommunikation mit dem Informationsträger sichtbares Licht genutzt wird. Der Informationsträger ist wiederbeschreibbar und sowohl für den Mitarbeiter in Klarschrift als auch für ein Lesegerät automatisch lesbar.

Auto-ID, RFID, QR-Code, optische Datenübertragung

Heute bestehen die meisten technischen Bauteile und Komponenten aus monolithischen Werkstoffen. Dennoch erreichen die bisher verwendeten monolithischen Werkstoffe ihre technologischen und konstruktiven Grenzen, so dass eine Verbesserung der Bauteileigenschaften durch Hybridteile realisiert werden könnte. Schmieden der zuvor gefügten Halbzeuge zu präzisen Hybridteilen ist eine vielversprechende Methode, um funktionell angepasste Bauteile in wenigen Prozessschritten herzustellen. Diese neue Prozesskette bietet eine Reihe von Vorteilen im Vergleich zu anderen Herstellungstechnologien. Beispiele sind die Herstellung von spezifischen belastungsangepassten Schmiedeteilen mit einer hohen Materialausnutzung, die eine Verbesserung der Fügezone durch die nachfolgende Umformung erbringt und einfach zu implementierende Fügeverfahren aufgrund der simplen Geometrien der Halbzeuge. Dieser Artikel beschreibt die Herstellungsverfahren für Hybridstahlteile, die durch eine Kombination eines Auftragschweißprozesses mit anschließender Warmumformung (Stauchen) oder Querkeilwalzen hergestellt werden. Es konnte gezeigt werden, dass die innovative Prozesskette die Herstellung von Hybridbauteilen ermöglicht, wobei die Umformung zu einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des laserauftraggeschweißten Materials führt.

Prozesskette, Auftragschweißen, Warmmassivumformen, Querkeilwalzen

Indoor Positionierung ist das Rückgrat vieler entwickelter intralogistischen Anwendungen. Im Gegensatz zur einheitlichen Outdoor-Satellitenpositionierung, gibt es viele verschiedene technische Ansätze zur Ortung in Gebäuden. Je nach Anwendungsfall gibt es unterschiedliche Kompromisse zwischen Genauigkeit, Reichweite und Kosten. In diesem Paper stellen wir ein Konzept für ein 4-Freiheitsgrad (4-DOF) Positionierungssystem vor, das für die Fahrzeugverfolgung in einer logistischen Anlage verwendet werden kann. Das System verwendet die optische Datenübertragung zwischen aktiver Infrastruktur und Empfangseinrichtungen. Im Vergleich zu bestehenden Systemen versprechen diese optischen Technologien eine höhere Genauigkeit bei geringeren Kosten zu erreichen. Wir stellen den Positionierungsalgorithmus und den experimentellen Aufbau des Systems vor.

Optische Indoorpositionierung, Datenübertragung, Signalverarbeitung, Bildverarbeitung, flexible Ware

Das Produktdesign bestimmt 70% der zukünftigen Produktkosten. Daher bietet das strukturelle Design einen vielversprechenden Ansatz zur Reduzierung der Lebenszykluskosten eines Flugzeugs. Ein wesentlicher Auslegungsparameter ist die Entscheidung zwischen einer monolithischen oder modularen Konstruktion. Das aktuelle Design von Flugzeugflügeln kann als weitgehend monolithisch beschrieben werden; die Grundstruktur besteht aus einer kleinen Anzahl von ungeteilten Komponenten. Zum Beispiel besteht die obere Abdeckung des Airbus A350 Flügel aus einer einzigen Komponente mit einer Länge von 32 m. Für die Herstellung dieser großskalierten Komponenten sind Produktionsmaschinen, z. B. Autoklaven, mit sehr großen Abmessungen erforderlich. Jedoch sind andere Flugzeugteile, wie der Rumpf, keine einstückigen Bauteile. Der Rumpf ist aus mehreren Rumpfmodulen, die vorgerüstet und dann miteinander vernietet werden, zusammengesetzt. In diesem Paper wird ein kleinskalierter modularer Aufbau für Flugzeugflügel vorgestellt und die technische Machbarkeit diskutiert. Darüber hinaus haben wir Modularisierungsfaktoren identifiziert, die die Entscheidung zwischen einer monolithischen oder Modulbauweise wesentlich beeinflussen.

strukturelles Design, großskalige Produkte, modulares Design

In diesem Beitrag werden Methoden und Lösungen beschrieben, mit denen die kognitiven Fähigkeiten Erkennen, Kommunizieren, Orientieren sowie Lernen und Planen auf Transportsysteme übertragen werden. Die Umsetzung dieser Fähigkeiten erfolgt mittels optischer Technologien und wird anhand von Anwendungsbeispielen aufgezeigt. Kleinskalige Transportmodule können im Bereich der Intralogistik dazu verwendet werden, um an definierten Knoten im Materialflusssystem das Spektrum der durchführbaren logistischen Operationen zu erweitern sowie die Systemflexibilität zu erhöhen. Mit miniaturisierten 3D-Kamerasystemen – in die Gabelzinken eines Flurförderzeugs (FFZ) integriert – wird das Gabelzinkenvorfeld aufgenommen. Anwendungsspezifische Auswertealgorithmen können die Position von Paletten und Lagerplätzen erkennen und bei der Ladungshandhabung assistieren. Daneben wird die Position des FFZ im Lager über optisch vernetzte Lichtbaken vom Fahrzeug selbst erfasst. Die Positionsbestimmung ermöglicht die Verfolgung von Ladungsträgern in Echtzeit sowie Navigationsfunktionen am Fahrzeug. Kognitive Fähigkeiten sind auch für weitere Bereiche der Transporttechnik vorteilhaft. Ein dezentrales Vernetzungsmodul ermöglicht einen durchgängigen Informationsfluss zwischen unterschiedlichen Transportsystemen. Auf dieser Basis lassen sich weitere kognitive Fähigkeiten, wie ein dezentrales Routing von Produkten, effektiv umsetzen.

kognitives Produktionssystem, optische Technologie, optische Positionsbestimmung

Die Logistik stellt einen wesentlichen Bestandteil der Wertschöpfungskette dar. Daher sind zukunftsfähige Logistiksysteme ein entscheidender Wettbewerbs- und Erfolgsfaktor für Unternehmen. Durch individuelle Kundenwünsche, verkürzte Innovationszyklen sowie eine steigende Vielfalt an Produktvarianten sind die Anforderungen an die Materialflusstechnik zunehmend komplexer geworden. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden und eine kontinuierliche Effizienzsteigerung von Logistiksystemen zu ermöglichen, ist die Entwicklung innovativer Systeme notwendig. Ein Schlüssel zum Entwurf derartiger Systeme ist die Anwendung optischer Technologien. Anhand eines vereinfachten Szenarios werden in diesem Beitrag die Möglichkeiten optischer Technologien in der Intralogistik dargestellt.

Materialflusstechnik, optische Kommunikation, Optik, Intralogistik

Im Forschungsprojekt ISI-WALK wurden Methoden und Technologien zur effizienten Gestaltung und zum wirtschaftlichen Betrieb von wandlungsfähigen Lieferketten entwickelt. Diese Methoden und Technologien tragen dazu bei, Logistiksysteme wandlungsgerecht zu gestalten und einen wandlungsfähigen Material- und Informationsfluss zu realisieren. In Anlehnung an die kognitiven Fähigkeiten des Menschen und der daraus resultierenden hohen Wandlungsfähigkeit wurden Logistiksysteme befähigt, ihre Umgebung zu erkennen, entsprechende Informationen zu kommunizieren, zu schlussfolgern, zu lernen oder zu planen. Die technischen Ergebnisse gliedern sich in vier Teilziele: ein auf 3D-Kameratechnologie basierendes Assistenzsystem für Gabelstapler, ein System zur optischen Positionserfassung in industriellem Umfeld, ein wandlungsfähiges koordinatenbasiertes Lagerverwaltungssystem und eine Methode zur Planung und Bewertung von Wandlungstreibern. Das Forschungsvorhaben wurde innerhalb des Rahmenkonzepts "Forschung für die Industrie von morgen" vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert und durch den Projektträger Karlsruhe, Bereich Produktion und Fertigungstechnologien betreut.

Optische Positionierung, Aktive Infrastruktur, Datenübertragung, Signal Processing, Bildverarbeitung

Eine zentrale Steuerung von Fahrerlosen Transportsystemen (FTS) wird den Anforderungen einer wandlungsfähigen Produktion nicht mehr gerecht. Mit Verfahren aus dem Bereich der Künstlichen Intelligenz kann eine Steuerung dezentralisiert und flexibilisiert werden. Die Aufgaben der zentralen Steuerung können auf diesem Wege auf verschiedene Entitäten im System verteilt und ihre Komplexität verringert werden. Der vorliegende Artikel befasst sich mit der Dezentralisierung einer FTS-Steuerung. Die Schwerpunkte liegen auf der Auftragsvergabe, der Routenfindung sowie der Konfliktlösung.

FTS, Dezentrale Steuerung, Fahrerlose Transportsysteme

Indoor-Positionierung ermöglicht Technologien für weiterentwickelte intra-logistische Anwendungen, die das Verfolgen von Gütern und Fahrzeugen ermöglicht. Für diese Anwendungen, muss eine Positionierungstechnologie einen geeigneten Trade-Off zwischen Genauigkeit, Reichweite und Kosten liefern. In diesem Paper präsentieren wir ein neuartiges Positionierungssystem, das auf optischen Technologien basiert, um Fahrzeuge in einer logistischen Umgebung zu orten. Die Hauptinnovation des Systems liegen in einer aktiven optischen Infrastruktur, die es erlaubt die absolute Position ohne irgendeine andere Datenquelle zu bestimmen und auf der Receiverseite einen hybriden Datenverarbeitungsansatz, der Signal- und Datenverarbeitung kombiniert. Durch die Anwendung optischer Technologien, kann eine hohe Genauigkeit bei geringeren Kosten im Vergleich zu anderen Ansätzen erreicht werden. Der statistische Positionierungsfehler liegt bei unter 0.1 m. Der aktive optische Positionierungsansatz verbindet Signal- und Bildverarbeitung zu einem günstigen und hoch akkuraten System. Obwohl die Technologie für intralogistische Anwendungen entwickelt wurde kann sie auch auf andere Bereiche, wie z. B. Gebäude oder Werkstätten adoptiert werden.

Aktive Infrastruktur, Datenübermittlung, Signalverarbeitung, Bildverarbeitung