Intelligente Schnittstellen in Wandlungsfähigen Lieferketten

Thema
Industrie 4.0
Projekttitel Intelligente Schnittstellen in Wandlungsfähigen Lieferketten (ISI-WALK)
Laufzeit 01.07.2010 – 30.06.2013
Download
Pressemitteilung
Im Verbundprojekt ISI-WALK werden Methoden und Technologien zur effizienten Gestaltung und zum wirtschaftlichen Betrieb von wandlungsfähigen Lieferketten entwickelt. Die Schwerpunkte liegen dabei auf der wandlungsgerechten Gestaltung von Transport- und Lagersystemen, der wandlungsgerechten Gestaltung von IT-Systemen in der Lieferkette sowie Methoden zur Planung und Bewertung von Wandlungsfähigkeit in Lieferketten. In Anlehnung an die kognitiven Fähigkeiten des Menschen und der daraus resultierenden hohen Wandlungsfähigkeit sollen Transport- und Lagersysteme befähigt werden, ihre Umgebung zu erkennen, entsprechende Informationen z. B. an IT-Systeme zu kommunizieren, zu schlussfolgern, zu lernen oder zu planen. Insbesondere die Befähigung technischer Systeme mit den drei letztgenannten Fähigkeiten stellt eine besondere Herausforderung dar.

Veröffentlichungen zum Projekt

Dieser Beitrag zeigt, wie die von Menschen bekannten Fähigkeiten zur Flexibilität und Anpassung gegenüber veränderten Umgebungsbedingungen, die sich in den kognitiven Eigenschaften der Menschen widerspiegeln, auf Flurförderzeuge in der Intralogistik übertragen werden können. Als Beispiele für die Umsetzung von Industrie 4.0 in der Intralogistik werden Technologien vorgestellt, die es Flurförderzeugen ermöglichen, ihre Umgebung zu erkennen, Informationen zu kommunizieren, zu schlussfolgern, autonom zu handeln, Entscheidungen zu treffen, zu lernen oder zu planen. Realisiert werden diese Fähigkeiten durch ein optisches Ortungssystem zur Positionsbestimmung, eine kamerabasierte Ein-/ Auslagerungsunterstützung und in Reifen integrierte Sensorik sowie neuartige Interaktionsformen für Flurförderzeuge in Form von Sprache und Gestik.

Flurförderzeuge, Gestensteuerung, Sprachsteuerung, Sensorintegration, 3D-Kamera, Ortungssystem

Unter kognitiven technischen Systemen werden im Rahmen von Industrie 4.0 Systeme verstanden, die ihre Funktionalität flexibel und vollkommen individuell auf die spezifischen Anforderungen eines Bedieners oder eines Produkts anpassen können. Technische Systeme bilden kognitive Fähigkeit über eine große Bandbreite von intelligenter Sensorik ab. In diesem Vortrag werden Beispiele für kognitive Systeme aus der Intralogistik aufgezeigt.

Intralogistik, kognitives System, Sensorik, Industrie 4.0

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

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

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

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

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

Indoor Positionierung ist eine grundlegende Technologie für fortgeschrittene Intralogistikanwendungen, die Verfolgung und Ortung von Gütern und Fahrzeugen zu verwenden. Für diese Anwendungen muss eine Positionierungs-Technologie einen ausreichenden Kompromiss zwischen Genauigkeit, Reichweite und Kosten bieten. Auf der Basis optischer Technologien wird ein Positionierungssystem vorgestellt, das für die Rückverfolgung von Fahrzeugen im intralogistischen Umfeld ausgelegt ist. Die wichtigsten Neuerungen des Systems sind eine aktive optische Infrastruktur, die absolute Positionierung ohne jede andere Datenquelle, und, auf der Empfängerseite, eine hybride Datenverarbeitung, die Signal- und Bildverarbeitung kombiniert. Unter Verwendung dieser optischen Technologien kann eine hohe Genauigkeit bei niedrigeren Kosten im Vergleich zu anderen Ansätzen erreicht werden.

Optische Positionierung, Aktive Infrastruktur, Datenübertragung, Bildverarbeitung

Durch einen hohen Automatisierungsgrad sind Transport- und Lagersysteme mittlerweile extrem effizient geworden - leider auf Kosten der Flexibilität, denn Anpassungen und Umbauten der Systeme sind sehr aufwändig. Dieser Widerspruch soll im Forschungsprojekt "ISI-WALK" aufgelöst werden, indem Logistiksysteme durch intelligente Schnittstellen flexibel und effizient gestaltet werden.

Logistik, Flexibilität, Schnittstellen

Produzierende Unternehmen sind heute mehr denn je von einem turbulenten Marktumfeld umgeben. Gleichzeitig nimmt die Bedeutung von Netzwerken und Wertschöpfungsverbünden zu. In Theorie und Praxis wird die über die klassische Flexibilität hinaus gehende Wandlungsfähigkeit als Voraussetzung gesehen, in diesem Umfeld bestehen zu können. Leider stehen vielen Unternehmen bei der Verwirklichung wandlungsfähiger Fabrik- und Netzwerkstrukturen eine Reihe technologischer und organisatorischer Wandlungshemmnisse entgegen. Dieser Artikel gibt einen Überblick über den Stand der Forschung und den Entwicklungsbedarf der Wandlungsfähigkeit von Lieferketten. Zusätzlich werden Anforderungen und Lösungsansätze aufgezeigt, mit welchen Technologien und Methoden zukünftig die Wandlungsfähigkeit verbessert werden kann und Wandlungshemmnisse abgebaut werden können. Dabei werden schwerpunktmäßig die wandlungsgerechte Gestaltung von Transport-, Lager- und IT-Systemen sowie die Planung und Bewertung der Wandlungsfähigkeit in Lieferketten beschrieben.

Wandlungsfähigkeit, Lieferketten, Fabrik- und Netzwerkstrukturen, technologische und organisatorisch

Förderer

Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) innerhalb des Rahmenkonzeptes Forschung für die Produktion von morgen (02PR2000) gefördert und vom Projektträger Karlsruhe, Bereich Produktion und Fertigungstechnologien (PTKA-PFT), betreut.

Ihr Ansprechpartner

Benjamin Küster
M. Sc.

Abteilungsleiter Produktionsautomatisierung

Christian Böning
Dipl.-Wirtsch.-Ing.

Abteilungsleiter Logistik

Empfehlen Sie uns