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E-Book

Internet der Dinge in der Intralogistik

AutorMichael ten Hompel, Willibald A. Günthner
VerlagSpringer-Verlag
Erscheinungsjahr2010
Seitenanzahl360 Seiten
ISBN9783642048968
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis47,65 EUR

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.

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Blick ins Buch
Inhaltsverzeichnis
Vorwort5
Inhaltsverzeichnis7
Autorenverzeichnis15
Teil I Herausforderungen in der Intralogistik17
Individualisierung als logistisch-technisches Prinzip18
1.1 Individualisierung als Gestaltungsprinzip19
1.2 Paradoxien der Informationslogistik19
1.3 Individualisierung als Ziel und als Ausweg21
Neue Anforderungen für die Logistik des 21. Jahrhunderts23
2.1 Globalisierung verändert Ansprüche23
2.2 Herausforderungen für die Logistik24
2.3 Intralogistik kann Logistikprobleme lösen24
2.4 Innovationspotenziale der Intralogistik25
2.4.1 Umkehrung der Warenströme25
2.4.2 Demografischer Wandel erfordert Automatisierung26
2.4.3 Automatisierung erfordert Standardisierung27
2.4.4 Flexibilität durch Modularität27
Materialflusssteuerung heute und ihre Defizite28
3.1 Materialflusssteuerung heute28
3.2 Grenzen heutiger Systeme31
Entwicklungen in der Automatisierungstechnik35
4.1 Entwicklung der Automatisierungstechnik35
4.2 Bildung mechatronischer Module37
4.3 Konvergenz der Kommunikationstechnik38
4.4 Neuartige Kommunikationsmöglichkeiten38
4.5 Zusammenfassung39
Software-Methoden für die Automatisierung40
5.1 Software in der Automatisierung41
5.2 Anforderungen an neue Software-Methoden42
5.3 Verteilte Automatisierung nach IEC 6149943
5.4 Serviceorientierte Architekturen44
5.5 Software-Agenten und Agentensysteme46
5.6 Fazit47
Literatur49
Teil II Das Internet der Dinge51
Die Vision vom Internet der Dinge52
6.1 Einleitung52
6.2 Das Internet als Vorbild53
6.3 Paradigmenwechsel in der Intralogistik55
6.4 Ausblick55
Echtzeitanforderungen der Materialflusssteuerung56
7.1 Echtzeitanforderungen auf der Systemebene57
7.2 Echtzeitanforderungen auf der Komponentenebene57
7.3 Aspekte von Echtzeitanforderungen in multiagentengesteuerten Materialflusssystemen59
Die Bausteine des Internet der Dinge61
8.1 Motivation und Anforderungen61
8.2 Die Bausteine des Internet der Dinge62
8.2.1 Transporteinheiten63
8.2.2 Module64
8.2.3 Softwaredienste64
8.3 Standardisierung und Anpassbarkeit64
8.4 Fähigkeiten der Entitäten66
8.5 Funktionsklassen für Module66
8.5.1 Verzweigung-/Zusammenführung67
8.5.2 Stetigförderer und Schienen67
8.5.3 Unstetigförderer68
8.5.4 Arbeitsstation68
8.6 Beispiel: Gestaltung eines Verzweigungsmoduls68
8.6.1 Auf bau69
8.6.2 Betriebsablauf70
8.7 Fazit71
Kooperation und Autonomie in selbststeuernden Systemen73
9.1 Grundlagen von Agentensystemen73
9.2 Agententypen74
9.3 Relevante Eigenschaften von Agenten77
9.4 Die Umwelt von Agenten78
9.5 Multiagentensysteme80
9.6 Kooperation80
9.7 Kommunikation82
9.7.1 Blackboard82
9.7.2 Message-Passing83
9.7.3 Kommunikationsschichtenmodell84
Eine Ontologie für das Internet der Dinge87
10.1 Einleitung87
10.2 Entwicklung einer Kommunikationsontologie89
10.2.1 Ontologiebeschreibung89
10.2.2 Kommunikationsmodell95
10.3 Validierung97
10.3.1 Akteure98
10.3.2 Kommunikationsszenario99
10.4 Zusammenfassung101
Softwarearchitektur für eine agentenbasierte Materialflusssteuerung102
11.1 Anforderungen102
11.2 Bisherige Architekturmodelle für die Materialflusssteuerung103
11.3 Agentenbasierte Materialflusssteuerung104
11.3.1 Referenzarchitekturen für Multiagentensysteme104
11.3.2 Abstraktes Architekturmodell für das Internet der Dinge107
11.3.3 Modellierung der Steuerungsagenten108
11.3.4 Echtzeitsteuerung von Modulagenten110
11.4 Fazit113
Rechenplattformen und RFID für das Internet der Dinge114
12.1 Übersicht über die Steuerungshardware114
12.1.1 Anforderungen115
12.1.2 Architektur118
12.1.3 Fazit120
12.2 Einsatz von RFID120
12.2.1 Frequenzbereiche121
12.2.2 Einsatz im Internet der Dinge123
12.2.3 Fazit125
Strategien für die dezentrale agentenbasierte Steuerung von Materialflusssystemen126
13.1 Einführung126
13.2 Lokalisierung von Agenten in der Anlage127
13.3 Der Zustandsraum für Agentensysteme128
13.4 Topologiespezifische Ausprägung strategischer Aspekte am Beispiel zweier Anlagentypen131
13.4.1 Automatisches Kommissionierlager: Paarbildung, Sequenzbildung, Sortieren131
13.4.2 Flughafen-Gepäckförderanlage: Routing steht im Vordergrund136
13.5 Routingverfahren137
13.5.1 Topologische Information137
13.5.2 Dynamische schnellste Wege139
13.5.3 Lastabhängiges strategisches Routing141
13.6 Zusammenfassung146
Konfiguration und Überwachung einer verteilten Materialflusssteuerung147
14.1 Motivation147
14.2 Systemkonfiguration147
14.3 Systemüberwachung und -visualisierung150
14.3.1 Allgemeingültigkeit durch regelbasierte Visualisierung150
14.3.2 Nachverfolgbarkeit und Historien152
14.3.3 Statistiken153
14.4 Zusammenfassung154
Simulation und Emulation im Internet der Dinge155
15.1 Simulation – Begriff und Anwendung155
15.1.1 Durchführung einer Simulationsstudie157
15.1.2 Vor- und Nachteile der Simulation159
15.2 Emulation – Begriff und Anwendung160
15.3 Werkzeuge zur Materialf lusssimulation162
15.4 Simulation im Internet der Dinge164
15.5 Emulation im Internet der Dinge166
15.5.1 Einsatz eines gängigen Materialflusssimulators166
15.5.2 Agentenbasierter Emulationsbaukasten167
15.5.3 Emulation in den Lebenszyklusphasen168
Literatur173
Teil III Der neue Logistik-Lebenszyklus176
Der Lebenszyklus heutiger Materialflusssysteme – eine Übersicht177
16.1 Lebenszyklus eines Materialflusssystems178
16.1.1 Planungsphase178
16.1.2 Realisierungsphase179
16.1.3 Inbetriebnahme/Hochlaufphase181
16.1.4 Betrieb183
16.1.5 Erweiterung/Modernisierung183
16.2 Dezentrale Automatisierungssysteme – eine Herleitung184
16.3 Referenzmodell-Methode187
16.4 Zusammenfassung190
Die Erstellung eines Baukastens für das Internet der Dinge191
17.1 Baukasten für Entitäten192
17.2 Basisinformationen einer Entität195
17.3 Additive Komponenten eines Baukastens195
17.4 Aggregationen198
17.5 Anpassung der Tools198
Der Lebenszyklus eines Internet der Dinge Materialflusssystems: Planung200
18.1 Qualifizierung200
18.2 Spezifizieren bei vorgegebener Lösung201
18.3 Spezifizieren bei nicht vorgegebener Lösung202
18.4 Simulation204
18.5 Interne Kalkulation205
18.6 Koordinierung der Zulieferer206
18.7 Projektierung der Steuerungstechnik206
18.8 Projektierung der IT207
18.9 Terminplanung des Projekts207
Der Lebenszyklus eines Internet der Dinge Materialflusssystems: Realisierung209
19.1 Detailstudie209
19.2 Feinplanung und Pflichtenheft210
19.3 Konfiguration/Customizing212
19.4 Programmierung213
19.4.1 Neue mechatronische Entität bzw. neues Modul214
19.4.2 Softwaretechnischer Dienst214
19.4.3 Visualisierung215
19.4.4 Sicherheitskreise215
19.5 Herstellung einer mechatronischen Entität bzw. eines Moduls216
19.6 Inhouse-Test217
19.7 Dokumentation217
19.8 Montage218
Der Lebenszyklus eines Internet der Dinge Materialflusssystems: Inbetriebnahme und Hochlauf219
20.1 Referenzanlage219
20.2 Phasen der konventionellen Inbetriebnahme221
20.3 Inkrementelle Inbetriebsetzung im Internet der Dinge222
20.4 Technische Voraussetzungen223
20.4.1 Standardisierte Laufzeitumgebung und Infrastruktur224
20.4.2 Wiederverwendbare Komponenten225
20.4.3 Diagnosemöglichkeiten und Monitoring225
20.4.4 Testen und Emulation227
20.5 Fazit228
Der Lebenszyklus eines Internet der Dinge Materialflusssystems: Betrieb230
21.1 Überblick über Vorteile selbstorganisierter Materialf lusssysteme im Lebenszyklus230
21.2 Logistische Leistungsfähigkeit231
21.3 Quantifizierung und Bewertung der Flexibilität von Materialf lusssystemen232
21.4 Robustheit234
21.5 Datenverfügbarkeit und zusätzliche Dienstleistungen235
21.6 Fazit236
Der Lebenszyklus eines Internet der Dinge Materialflusssystems: Umbau und Modernisierung237
22.1 Erwartete Vorteile237
22.2 Anforderungen an den Umbau238
22.3 Voraussetzungen und Checkliste zur Vorbereitung238
22.3.1 Ist-Aufnahme238
22.3.2 Soll-Anforderungen239
22.3.3 Prozessführung240
22.3.4 Layout240
22.3.5 Sicherheitsanforderungen241
22.4 Agentifizierung241
22.4.1 Umbau einer Referenzanlage241
22.5 Technische Umsetzung243
22.6 Erfahrungsbericht246
22.7 Begleitende Dokumentation246
22.8 Fazit247
Zusammenfassung und Fazit: Das Internet der Dinge als neues Vorgehensmodell248
23.1 Grundlagen und technische Aspekte248
23.2 Engineering und Betrieb250
23.3 Der Faktor Mensch und Qualifikation – Gewerkeübergreifendes Arbeiten und vertikale Kompetenzen253
23.4 Fazit254
Literatur255
Teil IV Die Anwendung258
Realisierung einer agentenbasierten Steuerung für Elektrohängebahnsysteme259
24.1 Definition und Einsatz von Elektronhängebahnanlagen259
24.2 Versuchsanlage des Lehrstuhls fml an der TU München259
24.3 Aufgaben- und Szenarienbeschreibung261
24.4 Modularisierung und Steuerungsarchitektur262
24.5 Funktionsweise265
24.6 Fazit270
Chancen und Herausforderungen von dezentral gesteuerten Flughafen- Gepäckförderanlagen271
25.1 Allgemeines271
25.2 Aufgaben und Funktionsbereiche von Gepäckförderanlagen272
25.3 Typische/Domänenspezifische Anforderungen für Gepäckförderanlagen274
25.4 Identifikationskonzepte275
25.5 Dezentrale Gepäckförderanlage276
25.5.1 Vorabentwicklung mechatronischer Module276
25.5.2 Engineering dezentraler Anlagen278
25.5.3 Umbauten279
25.5.4 Gepäcktransport in dezentralen Systemen279
25.6 Konzepte zur Betriebsführung281
25.6.1 Simulation als Werkzeug282
25.6.2 Strategisches Routingverfahren284
25.6.3 Eigensimulation284
25.6.4 Ergebnis und Herausforderungen286
25.7 Migrationskonzept287
25.8 Zusammenfassung289
Ein dezentral gesteuertes Kommissionierlager291
26.1 Einleitung291
26.2 Moderne Kommissionierlager292
26.3 Referenzanlage293
26.4 Konzeptionelle Lösungen297
26.4.1 RFID-Einsatz297
26.4.2 Konzept einer agentenbasierten Steuerung298
26.5 Integration der Steuerung305
26.6 Fazit306
Agentenbasierte Staplerleitsysteme308
27.1 Einleitung308
27.2 Definition und Einsatz von Staplerleitsystemen310
27.3 Agentenbasierte Staplerleitsysteme311
27.4 Moderne Software-Architektur312
27.5 Operative Funktionen eines aSLS315
27.6 Exkurs: Zusammenführung mit IdentProLog320
27.7 Fazit322
Hochflexible, RFID-gesteuerte Handhabung von Stückgut324
28.1 Anlagenkomponenten und Teilsysteme324
28.2 Anforderungen an die Greiftechnik für das Internet der Dinge325
28.3 Systemkonzept der Greiftechnik für RFID-basierten Materialfluss326
28.4 Kombination von Greifprinzipien327
28.5 Konzeption eines Greifers für das Szenario Depalettierroboter328
28.6 Realisierte Anlage für das Szenario Depalettierroboter328
28.7 Greifer331
28.8 RFID-System333
28.9 Erprobung des Szenarios336
28.10 Folgerungen und Erkenntnisse338
Literatur339
Teil V Internet der Dinge - Eine Vision wird Wirklichkeit340
Fazit341
Sachverzeichnis344

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