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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Inhaltsverzeichnis

Vorwort	5
Inhaltsverzeichnis	7
Autorenverzeichnis	15
Teil I Herausforderungen in der Intralogistik	17
Individualisierung als logistisch-technisches Prinzip	18
1.1 Individualisierung als Gestaltungsprinzip	19
1.2 Paradoxien der Informationslogistik	19
1.3 Individualisierung als Ziel und als Ausweg	21
Neue Anforderungen für die Logistik des 21. Jahrhunderts	23
2.1 Globalisierung verändert Ansprüche	23
2.2 Herausforderungen für die Logistik	24
2.3 Intralogistik kann Logistikprobleme lösen	24
2.4 Innovationspotenziale der Intralogistik	25
2.4.1 Umkehrung der Warenströme	25
2.4.2 Demografischer Wandel erfordert Automatisierung	26
2.4.3 Automatisierung erfordert Standardisierung	27
2.4.4 Flexibilität durch Modularität	27
Materialflusssteuerung heute und ihre Defizite	28
3.1 Materialflusssteuerung heute	28
3.2 Grenzen heutiger Systeme	31
Entwicklungen in der Automatisierungstechnik	35
4.1 Entwicklung der Automatisierungstechnik	35
4.2 Bildung mechatronischer Module	37
4.3 Konvergenz der Kommunikationstechnik	38
4.4 Neuartige Kommunikationsmöglichkeiten	38
4.5 Zusammenfassung	39
Software-Methoden für die Automatisierung	40
5.1 Software in der Automatisierung	41
5.2 Anforderungen an neue Software-Methoden	42
5.3 Verteilte Automatisierung nach IEC 61499	43
5.4 Serviceorientierte Architekturen	44
5.5 Software-Agenten und Agentensysteme	46
5.6 Fazit	47
Literatur	49
Teil II Das Internet der Dinge	51
Die Vision vom Internet der Dinge	52
6.1 Einleitung	52
6.2 Das Internet als Vorbild	53
6.3 Paradigmenwechsel in der Intralogistik	55
6.4 Ausblick	55
Echtzeitanforderungen der Materialflusssteuerung	56
7.1 Echtzeitanforderungen auf der Systemebene	57
7.2 Echtzeitanforderungen auf der Komponentenebene	57
7.3 Aspekte von Echtzeitanforderungen in multiagentengesteuerten Materialflusssystemen	59
Die Bausteine des Internet der Dinge	61
8.1 Motivation und Anforderungen	61
8.2 Die Bausteine des Internet der Dinge	62
8.2.1 Transporteinheiten	63
8.2.2 Module	64
8.2.3 Softwaredienste	64
8.3 Standardisierung und Anpassbarkeit	64
8.4 Fähigkeiten der Entitäten	66
8.5 Funktionsklassen für Module	66
8.5.1 Verzweigung-/Zusammenführung	67
8.5.2 Stetigförderer und Schienen	67
8.5.3 Unstetigförderer	68
8.5.4 Arbeitsstation	68
8.6 Beispiel: Gestaltung eines Verzweigungsmoduls	68
8.6.1 Auf bau	69
8.6.2 Betriebsablauf	70
8.7 Fazit	71
Kooperation und Autonomie in selbststeuernden Systemen	73
9.1 Grundlagen von Agentensystemen	73
9.2 Agententypen	74
9.3 Relevante Eigenschaften von Agenten	77
9.4 Die Umwelt von Agenten	78
9.5 Multiagentensysteme	80
9.6 Kooperation	80
9.7 Kommunikation	82
9.7.1 Blackboard	82
9.7.2 Message-Passing	83
9.7.3 Kommunikationsschichtenmodell	84
Eine Ontologie für das Internet der Dinge	87
10.1 Einleitung	87
10.2 Entwicklung einer Kommunikationsontologie	89
10.2.1 Ontologiebeschreibung	89
10.2.2 Kommunikationsmodell	95
10.3 Validierung	97
10.3.1 Akteure	98
10.3.2 Kommunikationsszenario	99
10.4 Zusammenfassung	101
Softwarearchitektur für eine agentenbasierte Materialflusssteuerung	102
11.1 Anforderungen	102
11.2 Bisherige Architekturmodelle für die Materialflusssteuerung	103
11.3 Agentenbasierte Materialflusssteuerung	104
11.3.1 Referenzarchitekturen für Multiagentensysteme	104
11.3.2 Abstraktes Architekturmodell für das Internet der Dinge	107
11.3.3 Modellierung der Steuerungsagenten	108
11.3.4 Echtzeitsteuerung von Modulagenten	110
11.4 Fazit	113
Rechenplattformen und RFID für das Internet der Dinge	114
12.1 Übersicht über die Steuerungshardware	114
12.1.1 Anforderungen	115
12.1.2 Architektur	118
12.1.3 Fazit	120
12.2 Einsatz von RFID	120
12.2.1 Frequenzbereiche	121
12.2.2 Einsatz im Internet der Dinge	123
12.2.3 Fazit	125
Strategien für die dezentrale agentenbasierte Steuerung von Materialflusssystemen	126
13.1 Einführung	126
13.2 Lokalisierung von Agenten in der Anlage	127
13.3 Der Zustandsraum für Agentensysteme	128
13.4 Topologiespezifische Ausprägung strategischer Aspekte am Beispiel zweier Anlagentypen	131
13.4.1 Automatisches Kommissionierlager: Paarbildung, Sequenzbildung, Sortieren	131
13.4.2 Flughafen-Gepäckförderanlage: Routing steht im Vordergrund	136
13.5 Routingverfahren	137
13.5.1 Topologische Information	137
13.5.2 Dynamische schnellste Wege	139
13.5.3 Lastabhängiges strategisches Routing	141
13.6 Zusammenfassung	146
Konfiguration und Überwachung einer verteilten Materialflusssteuerung	147
14.1 Motivation	147
14.2 Systemkonfiguration	147
14.3 Systemüberwachung und -visualisierung	150
14.3.1 Allgemeingültigkeit durch regelbasierte Visualisierung	150
14.3.2 Nachverfolgbarkeit und Historien	152
14.3.3 Statistiken	153
14.4 Zusammenfassung	154
Simulation und Emulation im Internet der Dinge	155
15.1 Simulation – Begriff und Anwendung	155
15.1.1 Durchführung einer Simulationsstudie	157
15.1.2 Vor- und Nachteile der Simulation	159
15.2 Emulation – Begriff und Anwendung	160
15.3 Werkzeuge zur Materialf lusssimulation	162
15.4 Simulation im Internet der Dinge	164
15.5 Emulation im Internet der Dinge	166
15.5.1 Einsatz eines gängigen Materialflusssimulators	166
15.5.2 Agentenbasierter Emulationsbaukasten	167
15.5.3 Emulation in den Lebenszyklusphasen	168
Literatur	173
Teil III Der neue Logistik-Lebenszyklus	176
Der Lebenszyklus heutiger Materialflusssysteme – eine Übersicht	177
16.1 Lebenszyklus eines Materialflusssystems	178
16.1.1 Planungsphase	178
16.1.2 Realisierungsphase	179
16.1.3 Inbetriebnahme/Hochlaufphase	181
16.1.4 Betrieb	183
16.1.5 Erweiterung/Modernisierung	183
16.2 Dezentrale Automatisierungssysteme – eine Herleitung	184
16.3 Referenzmodell-Methode	187
16.4 Zusammenfassung	190
Die Erstellung eines Baukastens für das Internet der Dinge	191
17.1 Baukasten für Entitäten	192
17.2 Basisinformationen einer Entität	195
17.3 Additive Komponenten eines Baukastens	195
17.4 Aggregationen	198
17.5 Anpassung der Tools	198
Der Lebenszyklus eines Internet der Dinge Materialflusssystems: Planung	200
18.1 Qualifizierung	200
18.2 Spezifizieren bei vorgegebener Lösung	201
18.3 Spezifizieren bei nicht vorgegebener Lösung	202
18.4 Simulation	204
18.5 Interne Kalkulation	205
18.6 Koordinierung der Zulieferer	206
18.7 Projektierung der Steuerungstechnik	206
18.8 Projektierung der IT	207
18.9 Terminplanung des Projekts	207
Der Lebenszyklus eines Internet der Dinge Materialflusssystems: Realisierung	209
19.1 Detailstudie	209
19.2 Feinplanung und Pflichtenheft	210
19.3 Konfiguration/Customizing	212
19.4 Programmierung	213
19.4.1 Neue mechatronische Entität bzw. neues Modul	214
19.4.2 Softwaretechnischer Dienst	214
19.4.3 Visualisierung	215
19.4.4 Sicherheitskreise	215
19.5 Herstellung einer mechatronischen Entität bzw. eines Moduls	216
19.6 Inhouse-Test	217
19.7 Dokumentation	217
19.8 Montage	218
Der Lebenszyklus eines Internet der Dinge Materialflusssystems: Inbetriebnahme und Hochlauf	219
20.1 Referenzanlage	219
20.2 Phasen der konventionellen Inbetriebnahme	221
20.3 Inkrementelle Inbetriebsetzung im Internet der Dinge	222
20.4 Technische Voraussetzungen	223
20.4.1 Standardisierte Laufzeitumgebung und Infrastruktur	224
20.4.2 Wiederverwendbare Komponenten	225
20.4.3 Diagnosemöglichkeiten und Monitoring	225
20.4.4 Testen und Emulation	227
20.5 Fazit	228
Der Lebenszyklus eines Internet der Dinge Materialflusssystems: Betrieb	230
21.1 Überblick über Vorteile selbstorganisierter Materialf lusssysteme im Lebenszyklus	230
21.2 Logistische Leistungsfähigkeit	231
21.3 Quantifizierung und Bewertung der Flexibilität von Materialf lusssystemen	232
21.4 Robustheit	234
21.5 Datenverfügbarkeit und zusätzliche Dienstleistungen	235
21.6 Fazit	236
Der Lebenszyklus eines Internet der Dinge Materialflusssystems: Umbau und Modernisierung	237
22.1 Erwartete Vorteile	237
22.2 Anforderungen an den Umbau	238
22.3 Voraussetzungen und Checkliste zur Vorbereitung	238
22.3.1 Ist-Aufnahme	238
22.3.2 Soll-Anforderungen	239
22.3.3 Prozessführung	240
22.3.4 Layout	240
22.3.5 Sicherheitsanforderungen	241
22.4 Agentifizierung	241
22.4.1 Umbau einer Referenzanlage	241
22.5 Technische Umsetzung	243
22.6 Erfahrungsbericht	246
22.7 Begleitende Dokumentation	246
22.8 Fazit	247
Zusammenfassung und Fazit: Das Internet der Dinge als neues Vorgehensmodell	248
23.1 Grundlagen und technische Aspekte	248
23.2 Engineering und Betrieb	250
23.3 Der Faktor Mensch und Qualifikation – Gewerkeübergreifendes Arbeiten und vertikale Kompetenzen	253
23.4 Fazit	254
Literatur	255
Teil IV Die Anwendung	258
Realisierung einer agentenbasierten Steuerung für Elektrohängebahnsysteme	259
24.1 Definition und Einsatz von Elektronhängebahnanlagen	259
24.2 Versuchsanlage des Lehrstuhls fml an der TU München	259
24.3 Aufgaben- und Szenarienbeschreibung	261
24.4 Modularisierung und Steuerungsarchitektur	262
24.5 Funktionsweise	265
24.6 Fazit	270
Chancen und Herausforderungen von dezentral gesteuerten Flughafen- Gepäckförderanlagen	271
25.1 Allgemeines	271
25.2 Aufgaben und Funktionsbereiche von Gepäckförderanlagen	272
25.3 Typische/Domänenspezifische Anforderungen für Gepäckförderanlagen	274
25.4 Identifikationskonzepte	275
25.5 Dezentrale Gepäckförderanlage	276
25.5.1 Vorabentwicklung mechatronischer Module	276
25.5.2 Engineering dezentraler Anlagen	278
25.5.3 Umbauten	279
25.5.4 Gepäcktransport in dezentralen Systemen	279
25.6 Konzepte zur Betriebsführung	281
25.6.1 Simulation als Werkzeug	282
25.6.2 Strategisches Routingverfahren	284
25.6.3 Eigensimulation	284
25.6.4 Ergebnis und Herausforderungen	286
25.7 Migrationskonzept	287
25.8 Zusammenfassung	289
Ein dezentral gesteuertes Kommissionierlager	291
26.1 Einleitung	291
26.2 Moderne Kommissionierlager	292
26.3 Referenzanlage	293
26.4 Konzeptionelle Lösungen	297
26.4.1 RFID-Einsatz	297
26.4.2 Konzept einer agentenbasierten Steuerung	298
26.5 Integration der Steuerung	305
26.6 Fazit	306
Agentenbasierte Staplerleitsysteme	308
27.1 Einleitung	308
27.2 Definition und Einsatz von Staplerleitsystemen	310
27.3 Agentenbasierte Staplerleitsysteme	311
27.4 Moderne Software-Architektur	312
27.5 Operative Funktionen eines aSLS	315
27.6 Exkurs: Zusammenführung mit IdentProLog	320
27.7 Fazit	322
Hochflexible, RFID-gesteuerte Handhabung von Stückgut	324
28.1 Anlagenkomponenten und Teilsysteme	324
28.2 Anforderungen an die Greiftechnik für das Internet der Dinge	325
28.3 Systemkonzept der Greiftechnik für RFID-basierten Materialfluss	326
28.4 Kombination von Greifprinzipien	327
28.5 Konzeption eines Greifers für das Szenario Depalettierroboter	328
28.6 Realisierte Anlage für das Szenario Depalettierroboter	328
28.7 Greifer	331
28.8 RFID-System	333
28.9 Erprobung des Szenarios	336
28.10 Folgerungen und Erkenntnisse	338
Literatur	339
Teil V Internet der Dinge - Eine Vision wird Wirklichkeit	340
Fazit	341
Sachverzeichnis	344