Automatisierung in Materialfluss und Logistik

Der Umbruch in der Automatisierungstechnik gerade in den letzten Jahren im Bereich von Materialfluß und Logistik ist deutlich zu sehen. Was im Bereich der Produktionstechnik bereits stattgefunden hat, hält auch in diesem Bereich Einzug: Die Automatisierung von bisher manuellen Vorgängen und die Erhöhung der Bearbeitungsgeschwindigkeit durch die informationstechnische Verknüpfung aller Tätigkeiten in Produktion, Fertigung und Dienstleistung. Besonders im Bereich der Transportdienste und der betriebsübergreifenden Wertschöpfungsketten wird dies deutlich. Die Bedeutung der Automatisierung reicht jedoch weiter bis ins Lager und in den internen Zusammenhang von Maschinen in der Produktion. Hierbei soll im Bereich der Automatisierung jedoch nicht das Ziel der Vollautomatisierung im Mittelpunkt stehen, sondern ganz im Gegensatz, die Unterstützung von Arbeiten durch eine Automatisierung von Teilbereichen wie die automatische Datenerfassung oder die elektronische Datenübertragung.

Die Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit stellte im Zuge der Marktentwicklung gerade der letzten Jahre für die Unternehmen eine zentrale, wenn nicht lebenswichtige Aufgabe dar. Bis zu den 70′er Jahren haben noch die Produktionsausweitung und die Produkte selbst den Schwerpunkt der Entwicklungstätigkeiten in der Industrie ausgemacht (bedingt durch den Bedarf des Wiederaufbaus). Das Ziel war die Marktbeherrschung mit neuen innovativen Produkten. Die Entwicklung neuer Produkte wurde, Anfang der 70ér Jahre beginnend, wesentlich gestützt durch die aufsteigende Automatisierung auf Basis der elektronischen Schaltungen (Transistortechnik, integrierte Schaltungen), [Spicher, 1997]. Die erste SPS wurde 1969 vorgestellt (Modicon), der erste Allzweck-Mikroprozessor 1971 (Intel 4004). Hier fand der erste Umbruch zu intelligenten Maschinen hin statt [Syrbe, 1998]. Im Materialfluß beherrschte allerdings noch althergebrachte Technik, z.B. die Lochkartentechnik, den Bereich der Lagerverwaltung [Materialfluß, 1994].

In den folgenden Abschnitten sollen die Grundlagen fir Automatisierungskonzepte im Bereich Materialfluß und Logistik dargestellt werden. Es wird im ersten Schritt Bezug genommen auf die Produktion und die Fertigung, um eine durchgängige Darstellung zu ermöglichen. Auf die Erweiterung fir die übergreifende Logistik im Sinne der Warendistribution und des Transportes wird anschließend eingegangen. Gerade mit dem letzten Schritt wird noch einmal die integrierende Wirkung einer allgemeinen Darstellung von der Produktion bis zum Materialfluß deutlich gemacht.

Im Rahmen der im letzten Abschnitt dargestellten Strukturierung kam deutlich zum Ausdruck, daß die Organisation von der Prozeßleitung bis zur Steuerung auf die Übertragung der richtigen Informationen, in der richtigen Menge und zur richtigen Zeit angewiesen ist. Hierbei sind die Probleme der Datenerfassung in den letzten Jahren in vielen Fällen gelöst. Die Entwicklung geht heute in die Grenzbereiche des technisch und physikalisch machbaren — siehe Analytik und biologische Sensoren. Im Materialfluß betrifft die Basistechnologie die Erfassung von Bewegungen und die Erkennung von Gütern oder deren Kennzeichnung, siehe Kapitel 5. Spezialfälle betreffen die Erfassung dieser Meßwerte in ungünstiger Umgebung (Außenbereich, unbestimmbare Lage, Verschmutzung, Abstand, etc.). Die Basistechnologien der Sensorik und der Prozeßleittechnik im Bereich Materialfluß und Logistik wie auch in der Verfahrenstechnik sind damit mittlerweile in ausreichendem Maße vorhanden. Dies nicht zuletzt, da in vielen Fällen die Mikrorechnertechnik in die Sensoren integriert, also der Wandel vom analogen zum digitalen Sensorsystem vollzogen wurde. Derzeit vollzieht sich in der Meßtechnik eine grundsätzliche Wandlung von der signalorientierten zur informationsorientierten Meßtechnik [Schaudel, 1998].

In Unternehmensnetzen, Produktionsnetzen wie auch in virtuellen Unternehmen spielt die Aufnahme realer und aktueller Daten aus dem Materialfluß wie aus der laufenden Produktion eine herausragende Rolle. Sie sind die Basis der Informationstechnik, speziell der Informationslogistik einerseits, andererseits aber auch Basis der konventionellen Steuerung- und Automatisierungstechnik. Folgend wird die Diskussion auf die Datenerfassung im Materialfluß fokussiert, da sie die künftig relevanten Optimierungspotentiale eröffnet. Im Bereich der Fertigungs-, Verfahrens- und Produktionstechnik sei zum Thema Datenerfassung auf die einschlägige Literatur verwiesen [Tränkler, 1998]. Sie beschäftigt sich mehr mit der Erfassung herstellungsspezifischer Größen wie Druck, Durchfluß, Temperatur, Volumen, Füllstand, etc.. Im Bereich des Materialflusses stehen dagegen speziell die Themen der Material- und Güterverfolgung sowie der Dokumentenverfolgung, also die Erfassung von Bewegung und Anwesenheit im Mittelpunkt, insbesondere im Falle der Vernetzung von Unternehmen.

In Kapitel 3.7 wurde ein Ebenenkonzept für die Automatisierung im Materialfluß erstellt, welches durch seine übergreifende Gültigkeit auch im Bereich der Fertigungstechnik und der Verfahrenstechnik seine Anwendung finden kann. Auf die Realisierung dieses Ebenenkonzeptes und die damit verbundenen Folgen wurde bisher nicht eingegangen. Die in Kapitel 3.7 definierten 5 Ebenen beinhalten zentral die Definition von Aufgaben. Die Aufgaben haben heute allgemein nur indirekt einen Bezug zur Hierarchisierung der Hardware, z.B. im Sinne von Rechnerstrukturen, da ein Rechner diverse Aufgaben erfüllen kann, wie auch Ebenen unter bestimmten Bedingungen zusammenfallen können. Um weitere Vorgaben für die eigentliche Realisierung der Hardware im Sinne der Rechnervielfalt und der benötigten Gerätetechnik und Software zu erhalten, soll folgend auf die Basis der Datenerfassung und die Steuerung im Feld, also die prinzipiellen Basiselemente der Feldebene im Sinne einer intelligenten Sensorik und Aktorik (siehe auch Bild 3.9), eingegangen werden. Hierauf basierend kann das überlagerte System sukzessiv entwickelt werden.

Bedingt durch die Entwicklung von hochintegrierten Schaltungen und Mikroprozessoren mit wesentlich höheren Leistungen, als noch vor Jahren angedacht, sind seit wenigen Jahren Applikationen rund um Rechner möglich, die noch zu Anfang der 90er Jahre nicht denkbar erschienen. Andererseits und auch bedingt durch die entstandenen Möglichkeiten dieser Systeme ist die Entwicklung von Steuerungen in der Produktion so weit fortgeschritten, das die Diskussion der Rechnerkapazitäten in den letzten Jahren seit ca. 1995 in den Hintergrund getreten ist. Auf die spezielle Aufgabe zugeschnittene Sensorik, einschließlich der Einbindung moderner Rechentechnik und der damit erreichbaren Bewegung an die Grenzen des technisch machbaren, bestimmen die Entwicklungen auch in den Anlagen. Aber auch die Verknüpfung der Produktionsanlagen wie der Einzelgewerke miteinander ist im Rahmen der Trends zum Cost of Ownership und zur Optimierung des Cash Flows in den Mittelpunkt gerückt.