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E-Book

Handbuch Industrie 4.0 Bd.3

Logistik

VerlagSpringer Vieweg
Erscheinungsjahr2016
Seitenanzahl432 Seiten
ISBN9783662532515
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis53,94 EUR

Mit der Neuauflage des erfolgreichen Werkes wird die Geschichte der vierten industriellen Revolution fortgeschrieben und der Dynamik Rechnung getragen, mit der diese Vision in den vergangenen zwei bis drei Jahren weiterentwickelt und verwirklicht wurde.

Experten aus Wissenschaft und Technik beleuchten verschiedene Facetten der Industrie 4.0  sowohl aus akademischer als auch aus praktischer Sicht und schaffen gleichermaßen einen Überblick über den Stand der Technik und die Vision selbst. Dies gelingt nicht zuletzt mit einer guten Mischung aus wissenschaftlichen Erkenntnissen, Praxisbeispielen und Übersichtsbeiträgen. Thematisch reicht das Spektrum  von Basistechnologien (z. B. cyber-physische Systeme) über Integrations- und Migrationsansätze bis hin zu Geschäftsmodellen und Dienstleistungen. Zudem werden neben der Datensicherheit auch rechtliche Aspekte thematisiert.

Die zweite Auflage wurde bearbeitet und erweitert, erscheint nun in 4 Bänden. Dieser dritte Band umfasst die neuen und erneuerten Beiträge zur Industrie 4.0 in der Logistik.

 

Online ist dieses Nachschlagewerk auch über Springer Reference verfügbar.



Professor Dr.-Ing. Birgit Vogel-Heuser leitet den Lehrstuhl für Automatisierung und Informationssysteme der Technischen Universität München.

Professor Dr.-Ing. Thomas Bauernhansl leitet das Institut für industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb IFF der Universität Stuttgart und das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart. Er ist Mitglied im Strategiekreis Plattform Industrie 4,0 der Bundesregierung sowie stellvertretender Vorsitzender des Lenkungskreises Allianz Industrie 4.0 BW.

Professor Dr. Michael ten Hompel ist Institutsleiter des Fraunhofer-Instituts für Materialfluss und Logistik (gf) und des Fraunhofer ISST und Ordinarius des FLW der TU Dortmund. Zuvor gründete er das Software-Unternehmen GamBit, das er bis zum Jahr 2000 führte. Er gilt als einer der Väter des Internet der Dinge, ist Mitglied der 'Logistik Hall of Fame' und wissenschatlicher Beirat der nationalen Plattform Industrie 4.0.

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Blick ins Buch
Inhaltsverzeichnis
Vorwort des Verlags8
Vorwort zur 2. Auflage10
Herausgeber und Autoren13
Die Herausgeber13
Die Autoren13
Inhaltsverzeichnis39
Mitarbeiterverzeichnis44
Teil I: Materialflusstechnik für Industrie 4.047
PlugandPlay-Fördertechnik in der Industrie 4.048
1 Einleitung48
2 Gewünschte Eigenschaften von PlugandPlay-Fördertechnik49
2.1 WYSIWYG49
2.2 PlugandPlay-Fähigkeit50
2.3 Skalierbarkeit50
2.4 Rekonfigurierbarkeit50
2.5 Robustheit50
2.6 Inhärente Sicherheit51
2.7 Ressourceneffizienz51
2.8 Selbstanpassung51
3 Gestaltungsregeln51
3.1 Modularität51
3.2 Funktionsintegration52
3.3 Dezentrale Steuerung52
3.4 Interaktion zwischen Modulen54
3.5 Standardisierte physikalische und Informationsschnittstellen54
4 Beispielsysteme in der Stetigfördertechnik54
4.1 FlexFörderer55
4.2 GridSorter56
4.3 GridFlow aus Fördermodulen57
4.4 Cognitive Conveyors58
5 Beispielsysteme in der Unstetigfördertechnik59
5.1 KARIS PRO59
5.2 GridFlow mit Transportfahrzeugen61
5.3 Shuttle-Systeme mit erweiterten Bewegungsdimensionen61
6 Fazit und Ausblick62
Literatur64
Kleinskalige, cyber-physische Fördertechnik66
1 Einführung67
2 Flexibilitätssteigerung in der Industrie 4.0 mit kleinskaliger, cyber-physischer Fördertechnik67
2.1 Anforderungen an dezentral gesteuerte kleinskalige, cyber-physische Fördertechnik68
2.2 Heutige Ansätze zur Lösung von Flexibilitätsproblemen in der Intralogistik68
3 Aufbau der kleinskaligen, cyber-physischen Fördertechnik69
4 Steuerung der kleinskaligen, cyber-physischen Fördertechnik71
4.1 Anforderungen an die Steuerung und Routenplanung71
4.2 Gesamtkonzept der Steuerung und Routenplanung74
5 Datenkommunikation für kleinskalige, cyber-physische Fördertechnik80
5.1 Anforderungen an eine Datenkommunikation zwischen kleinskaligen Fördermodulen81
5.2 Stand der Forschung für die Datenkommunikation zwischen Produktionsmitteln82
5.3 Aufbau der Beschreibungssprache zur Datenkommunikation84
5.4 Umsetzung im industriellen Umfeld86
Literatur88
Der Mensch als Teil von Industrie 4.0: Interaktionsmechanismen bei autonomen Materialflusssystemen90
1 Einleitung90
1.1 Mensch und Maschine in Industrie 1.0 bis Industrie 3.091
1.2 Interaktion in Industrie 4.093
1.2.1 Was ist Autonomie?93
2 Interaktion zwischen Mensch und autonomen Systemen in Industrie 4.094
2.1 Merkmale guter Interaktion94
2.2 Gewünschte Eigenschaften der Interaktionsmechanismen von Industrie-4.0-Systemen95
2.3 Gestaltungsregeln für Interaktionsmechanismen96
3 Neue Ansätze zur Interaktion mit autonomen Systemen97
3.1 Packassistent - Gestenerkennung und Qualitätskontrolle beim manuellen Verpacken97
3.1.1 Interaktionsmechanismen beim Packassistent97
3.2 FTF out of the box98
3.2.1 Interaktionsmechanismen bei FTF out of the box98
3.3 KARIS PRO - Ein autonomes, dezentral gesteuertes Transportsystem99
3.3.1 Interaktionsmechanismen bei KARIS PRO100
3.4 FiFi - ein gestengesteuertes Transportfahrzeug101
3.4.1 Interaktionsmechanismen bei FiFi101
4 Zusammenfassung und Ausblick103
Literatur103
Teil II: Industrie-4.0-fähige Flurförderzeuge105
Transformierbare Flurförderzeuge als multifunktionale Begleiter in sozio-technischen Systemen106
1 Der Schwarm gewinnt - die flachen Hierarchien künftiger Intralogistik106
2 Das Ende der Pyramide und die Zukunft wandelbarer Logistik109
3 Wandel der Konsumentenbedürfnisse - Wandel der Logistik110
4 Zukunftsfaktor Wandlungsfähigkeit111
5 Kognitive Logistik im Internet der Dinge114
6 Dezentrale Steuerung als Erfolgsfaktor116
7 Vom statischen Lager zum wandelbaren Drehkreuz119
8 Ein wandelbares Flurförderzeug120
9 Die neue Arbeitsorganisation in der Industrie 4.0125
Literatur128
Intelligente Flurförderzeuge durch die Implementierung kognitiver Systeme129
1 Einführung129
2 Optisches Ortungssystem für Flurförderzeuge130
2.1 Anforderungen an Ortungssysteme in der Intralogistik130
2.2 Aufbau des optischen Ortungssystems131
2.3 Industrielle Anwendung133
3 Kamerabasierte Ein- und Auslagerungsunterstützung136
3.1 Anforderungen an ein 3D-Kamerasystem für FFZ137
3.2 Anwendungsbereiche von Kamerasystemen im FFZ-Bereich137
3.3 Funktionsweise einer kamerabasierten Ein- und Auslagerungsunterstützung138
3.4 Umsetzung in Form eines Ein-/Auslagerungsassistenten140
4 Sensorintegration in FFZ-Reifen142
4.1 Anforderungen an Sensorsystem zur integrierten Reifenüberwachung142
4.2 Systeme zur kontaktlosen Parameterüberwachung143
4.3 Entwicklung und Aufbau eines Reifensensors für FFZ144
5 Sprachsteuerung zur Beauftragung von Fahrerlosen Transportfahrzeugen in der Intralogistik147
5.1 Anforderungen an eine Sprachsteuerung für FTF147
5.2 Einsatzgebiete von Sprachsteuerungen148
5.3 Umsetzung einer Sprachsteuerung für FTF150
6 Gestenbasierte Transportgutzuweisung für fahrerlose Transportfahrzeuge152
6.1 Anforderungen an eine Gestensteuerung für FTF153
6.2 Gestensteuerungen im industriellen Umfeld153
6.3 Systemaufbau154
6.4 Realisierung155
Literatur158
Schlüsseltechnologien für intelligente, mobile Transport- und Automatisierungsplattformen161
1 Motivation161
1.1 Intelligente Transportplattformen162
1.2 Intelligente, mobile Automatisierungsplattformen163
2 Beschreibung ausgewählter Schlüsseltechnologien164
2.1 Sensorik164
2.2 Aktorik167
2.3 Navigation168
2.4 Leitsystem und SOA-Fahrzeuge171
3 Beispiele aktueller intelligenter, mobiler Systeme173
4 Zusammenfassung und weitere Zukunftsvisionen175
Literatur177
Teil III: Industrie-4.0-fähige Lagertechnik179
Intelligente, vernetzte Lagersysteme für die Industrie 4.0180
1 Charakteristik von Shuttle-Systemen180
1.1 Gassen- und ebenengebundene Shuttles181
1.1.1 Die Vor- und Nachteile: hohe Leistung, keine Skalierbarkeit181
1.2 Gassen- und nichtebenengebundene Shuttles182
1.3 Gassenungebundene Shuttles183
2 Vorteile von Kleinteile-Shuttles184
2.1 Niedriger Energieverbrauch184
2.2 Redundanz184
2.3 Heterogene Leistungsverteilung über die Lagergeometrie184
2.4 Skalierbarkeit185
2.5 Autonome Intelligenz185
2.5.1 Zentral gesteuert185
2.5.2 Dezentral gesteuert185
3 Vereinigung der Vorteile: Praxisbeispiel SmartCarrier186
3.1 Verschwendung eliminieren186
3.1.1 Shuttles nichtebenengebunden gleichmäßig auslasten187
3.1.2 Mit Einbahnregelungen Blockaden lösen187
3.1.3 Fahrtrichtungsvorgaben flexibilisieren188
3.1.4 Kommunikation der Komponenten untereinander optimieren189
3.1.5 Ausgeklügeltes Energiekonzept189
3.2 Kurzresümee190
Das bewegliche Lager auf Basis eines Cyber-physischen Systems191
1 Einführung191
2 Industrie 4.0 im beweglichen Lager195
3 Stand der Technik196
3.1 Ware-zur-Person nach dem SHUTTLE-Konzept197
3.2 Ware-zur-Person nach dem Kiva-Konzept199
3.3 AutoStore-Konzept209
3.4 Ware-zur-Person mit zellularen Transportsystemen210
3.5 Person/Roboter-zur-Ware-Automatisiert212
4 Ausblick214
Literatur216
Teil IV: Hybride Dienstleistungen für Industrie-4.0-Systeme218
Device Clouds219
1 Einleitung219
2 Begriffsbestimmung Internet der Dinge und Cloud Computing220
2.1 Vernetze Dinge220
2.2 Schichtenmodell für das Internet der Dinge222
2.3 Cloud Computing224
3 Mehrwert cloudbasierter IoT-Systeme und -Anwendungen226
3.1 Vereinfachung und Transparenz226
3.2 Prozessoptimierung und neue Geschäftsmodelle228
4 Device Cloud: Zusammenführung des Internet der Dinge mit dem Cloud Computing und Big Data229
4.1 Edge-Komponenten229
4.2 Cloud-Komponenten232
5 Anwendungen von Device Clouds233
5.1 Eigenschaften und Anforderungen233
5.1.1 Variabilität233
5.1.2 Verteilung234
5.1.3 Konnektivität234
5.2 Beispiele235
5.2.1 Zustandsbasierte und vorausschauende Wartung von Industriemaschinen235
5.2.2 Adaptive Logistik und Flottenmanagement235
5.2.3 Lagerung von Gefahrgut236
6 Device Clouds: Herausforderungen und Ausblick237
Literatur238
Industrie-4.0-fähige Software-Dienste auf Basis von Cloud Computing239
1 Cloud Computing und Industrie 4.0239
2 Bereitstellung Industrie-4.0-fähiger Softwaredienste240
2.1 Business-Process-as-a-Service als Bezugsmodell241
2.2 Business-Process-as-a-Service und Industrie 4.0243
2.3 Entwicklungsstufen einer BPaaS-Plattform244
3 Umsetzung einer BPaaS-Plattform246
3.1 Marktplatz und Nutzungsumgebung247
3.1.1 Benutzermanagement248
3.1.2 Reporting248
3.1.3 Helpdesk249
3.2 Logistics Process Design Studio und Geschäftsobjekte für die Logistik249
3.3 App-Entwicklung für die Logistics Mall251
4 Marktanalyse „Cloud Computing für Logistik``253
5 Zusammenfassung255
Literatur256
Auswirkungen von Industrie 4.0 auf Warehouse-, Transport- und Supply-Chain-Management-Systeme257
1 Die Ausgangspunkte von Industrie 4.0258
2 Herausforderungen für IT-Entwickler259
3 Adaptives Szenariomanagement261
4 SOA - Basis der IT-Architektur für Industrie 4.0262
5 Informationsaustausch in Echtzeit263
6 Neue Lizenzmodelle auf Transaktionsbasis265
7 IT-Systeme als Service Broker in vernetzten Prozessen267
8 Harmonisierung, Analyse und Nutzung polystrukturierter Daten267
Literatur269
Warehouse-Management-Systeme im Spannungsfeld von Industrie 4.0270
1 Smart Factories auf dem Vormarsch270
2 Die Warenverwaltung zwischen Tradition und Innovation273
2.1 Konfiguration, Simulation und Analyse im Warehouse Management274
2.2 Aufbau und Integration intralogistischer Netzwerke275
3 Mensch, Maschine und Mobilität277
4 Warehouse Management - Quo vadis279
5 Zusammenfassung280
Literatur282
Teil V: Sensorik und Aktorik für Industrie-4.0-Logistiksysteme283
Aktorik für Industrie 4.0: Intelligente Antriebs- und Automatisierungslösungen für die energieeffiziente Intralogistik284
1 Einleitung284
2 Antriebstechnische Anforderungen intralogistischer Anwendungen286
3 Neue Antriebskonzepte für die horizontale Fördertechnik286
3.1 Smart Motor: Anwendungsoptimierte mechatronische Antriebssysteme288
3.2 Neuartige Antriebssysteme für eine cyber-physische Fördermatrix293
4 Effizienzoptimale Bewegungsführung in Förderanwendungen295
5 Intelligente, modulare Energierückspeisekonzepte299
Literatur303
Intelligente Sensorik als Grundbaustein für cyber-physische Systeme in der Logistik305
1 Einleitung und Motivation305
2 Sensorik in der Logistik306
2.1 Sensorik in der Prozesskette312
3 Intelligente Sensorik313
4 Sensorbasierte cyber-physische Systeme319
5 Logistik 4.0 Anwendungen324
6 Zusammenfassung und Ausblick330
Literatur331
Teil VI: Devices für Logistik-4.0332
Indoor- und Outdoor-Inspektionsaufgaben aus der Luft im Rahmen von Industrie 4.0333
Additive Fertigungsverfahren im Kontext von Industrie 4.0342
1 Motivation und Einordung in den Kontext342
1.1 Neue Visionen für die Zukunft der Produktion343
1.2 Produktion in einer vernetzten, intelligenten Welt344
1.3 Evolution der Automatisierungspyramide und Veränderungen im Produkt-/Fabriklebenszyklus345
2 Grundlagen Additiver Fertigungsverfahren345
2.1 Einordnung Prototyping/Begriffe346
2.2 Verfahren346
2.2.1 Anwendung Desktop347
2.2.2 Anwendung Schichtbauverfahren mittels Laser347
2.2.3 Anwendung Kunststoffstrang349
2.3 Anwendungen AM350
3 Möglichkeiten und Chancen Additiver Fertigungsverfahren352
3.1 Informationsbezogene Aspekte352
3.1.1 Digitale Prozesskette354
3.1.2 Prozessinitialisierung354
3.1.3 Dienste-orientiertes Prozessmanagement355
3.1.4 Cloud Computing und Internet der Dinge und Dienste355
3.1.5 Kontinuierliche Verbesserung355
3.1.6 Virtual Engineering und Virtual Factories356
3.2 Produktbezogene Aspekte356
3.3 Prozessbezogene Aspekte358
3.4 Wirtschaftliche Aspekte360
4 Zusammenfassung361
Literatur362
Teil VII: Management von Industrie-4.0-Systemen363
Geschäftsmodelle für die Logistik 4.0: Herausforderungen und Handlungsfelder einer grundlegenden Transformation364
1 Industrie 4.0364
2 Grundprinzipien der Transformation365
3 Technik braucht Organisation366
4 Der Mittelstandsvorbehalt367
5 Neue Geschäftsmodelle367
6 Weiter zunehmende Orientierung an kurzfristigen und individuellen Kundenwünschen370
7 Komplexe Wertschöpfungsmuster371
8 Vom Internet zum Business Web372
9 Kartellrecht und Compliance373
10 Ausblick: Messen und Managen neuer Geschäftsmodelle für die Logistik 4.0373
Literatur374
Machine-To-Machine Communication: From Data To Intelligence375
1 Definitorische Grundlagen M2M376
2 Zusammenspiel von Industrie 4.0 und M2M378
3 Ein Blick auf den Markt379
4 Kundenbedürfnisse im M2M-Markt380
5 Produktbeispiel M2M: From Data to Intelligence - Industrie-4.0-Lösung381
6 Ausblick384
Literatur384
Digitalisierung industrieller Arbeit: Entwicklungsperspektiven und Gestaltungsansätze385
1 Technologieschub Digitalisierung385
2 Industrie 4.0 als sozio-technisches System388
3 Entwicklungsperspektiven von Arbeit391
3.1 Upgrading von Qualifikationen391
3.2 Polarisierung von Qualifikationen393
3.3 Gestaltungsalternativen395
4 Bestimmungsgrößen der System- und Arbeitsgestaltung396
4.1 Alternative Automatisierungskonzepte397
4.2 Betrieblicher Einführungsprozess398
5 Resümee: Verbreitung in Grenzen399
Literatur402
Big Data - Mustererkennung405
1 Komplexitätszunahme in der Logistik405
2 Komplexitätswahrnehmung und Integration von Warenflüssen408
3 Zusammenhang zwischen Komplexität, Information und Koordination aus informationstheoretischer Sicht410
4 Mustererkennung und -voraussage als Verfahren der Zukunft413
5 Die Rolle von Big Data und Predictive Data Analytics in der Praxis415
6 Beispiel für die Visualisierung von Verhaltensmustern416
7 Stammdatenmanagement als Voraussetzung416
Literatur418
Sachverzeichnis421

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