nach oben

2017 | Buch

Kapitel lesen Erstes Kapitel lesen

Handbuch Industrie 4.0 Bd.3

Logistik

herausgegeben von: Birgit Vogel-Heuser, Thomas Bauernhansl, Michael ten Hompel

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Buchreihe : Springer Reference Technik

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

Einloggen, um Zugang zu erhalten

Über dieses Buch

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.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Materialflusstechnik für Industrie 4.0

Frontmatter

Plug&Play-Fördertechnik in der Industrie 4.0

Dezentrale Koordinationsmechanismen für Multifunktionalität und Wiederverwendbarkeit

Zusammenfassung

Für die Umsetzung der Vision „Industrie 4.0“, in der Mensch und Maschine unter- und miteinander vernetzt sind, werden u. a. cyber-physische Systeme benötigt. Im Bereich der Intralogistik wurden in den letzten Jahren bereits mehrere Materialflusssysteme entwickelt, die diesen Ansprüchen zumindest teilweise entsprechen, indem sie modular aufgebaut und dezentral gesteuert sind. In diesem Artikel werden zuerst gewünschte Eigenschaften von Fördertechniksystemen identifiziert, aus denen Gestaltungsregeln abgeleitet werden. Daraufhin werden Beispielsysteme vorgestellt, die diese Gestaltungsregeln befolgen, und es wird untersucht, inwieweit die gewünschten Eigenschaften erfüllt sind. Im Fazit wird auf die zukünftigen Herausforderungen eingegangen.

Zäzilia Seibold, Kai Furmans

Kleinskalige, cyber-physische Fördertechnik

Zusammenfassung

In diesem Artikel stellen wir kleinskalige, cyber-physische Fördertechnik am Beispiel einer Fördermatrix vor. Diese Fördermatrix wird modular aus einzelnen Fördermodulen zusammengesetzt, die kleiner als die zu transportierenden Pakete sind. Die Fördermatrix ist in der Lage, verschiedene intralogistische Funktionen wie den Transport, die Rotation, die Pufferung und die Sequenzierung von Paketen durchführen. Parallel zu der Route des physischen Paketes wird ein Datenschatten mitbewegt: Hierdurch sind zu jedem Transportzeitpunkt alle Daten zur Beschreibung des Transportvorganges vorhanden. Die Steuerung der Fördermatrix ist dezentral und verteilt, da jedes einzelne Fördermodul über eine eigene Steuerung verfügt. Wir beschreiben sowohl den hardwareseitigen Aufbau der Fördermodule als auch die notwendigen Steuerungsalgorithmen, um physische Pakete samt Datenschatten durch die Fördermatrix zu bewegen.

Simon Sohrt, André Heinke, Nikita Shchekutin, Björn Eilert, Ludger Overmeyer, Tobias Krühn

Der Mensch als Teil von Industrie 4.0: Interaktionsmechanismen bei autonomen Materialflusssystemen

Zusammenfassung

Industrie 4.0 verspricht die enge und erfolgreiche Zusammenarbeit von Mensch und Maschine. Der Beitrag beschreibt Eigenschaften von autonomen Systemen, die die Interaktion mit dem Menschen erleichtern. Die vorgeschlagenen Gestaltungsregeln beschreiben, welche Kriterien bei der Entwicklung der Mensch-Maschine-Schnittstellen für autonome Systeme relevant sind. Anhand von vier Forschungsprojekten aus der Intralogistik werden neue Ansätze erläutert und die gewünschten Eigenschaften und Gestaltungsregeln für die Mensch-Maschine-Interaktion dargelegt.

Andreas Trenkle, Kai Furmans

Industrie-4.0-fähige Flurförderzeuge

Frontmatter

Transformierbare Flurförderzeuge als multifunktionale Begleiter in sozio-technischen Systemen

Zusammenfassung

Der Beitrag zeichnet zunächst aktuelle technologische Entwicklungen rund um das Themenfeld „Industrie 4.0“ im Kontext aktueller gesellschaftlicher und wirtschaftlicher Entwicklungen – insbesondere zunehmend individualisierter Konsumentenbedürfnisse im Sinne eines „on demand and customized“-Verhaltens – nach. Vor diesem Hintergrund beleuchtet der zweite Abschnitt, welche fundamentalen Veränderungen das „Internet der Dinge“ für Produktions- und Logistikeinrichtungen mit sich bringt und welche konkreten Anpassungen im operativen Arbeitsalltag davon abzuleiten sind. Ein dritter Abschnitt skizziert die daraus abzuleitenden Konsequenzen für die innerbetrieblichen logistischen Steuerungs- und Ablaufkonzepte und beschreibt veränderte Mitarbeiterprofile im Kontext dezentraler IT-Architekturen. Am konkreten Beispiel eines mehrfach wandelbaren Flurförderzeugs, das sechs traditionelle Typen von Flurförderzeugen in einem vereint, wird deutlich, dass cyber-physische, autonome und wandelbare Flurförderzeuge schon in naher Zukunft die täglichen Begleiter der Menschen in smarten Material- und Informationsdrehkreuzen sein werden.

Matthias Klug, Oliver Roscher

Intelligente Flurförderzeuge durch die Implementierung kognitiver Systeme

Zusammenfassung

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 kann. 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.

Ludger Overmeyer, Lars Dohrmann, Björn Eilert, Steffen Kleinert, Florian Podszus

Schlüsseltechnologien für intelligente, mobile Transport- und Automatisierungsplattformen

Zusammenfassung

Autonome Plattformen könnten in der Industrie 4.0 viele neue Aufgaben übernehmen. Jedoch sind aktuell verschiedene Technologien noch nicht weit genug entwickelt, um die benötigte Flexibilität für die Smart Factory bereitzustellen. Dieser Artikel soll einen kurzen Überblick über verschiedene Schlüsseltechnologien bieten, die für die Erreichung dieses Zieles notwendig sind. Zudem werden einige Beispiele für solche Plattformen angeführt sowie mögliche Szenarien vorgestellt, die durch intelligente, mobile Plattformen ermöglicht werden können.

Christopher Kirsch, Sören Kerner, Alexander Bubeck, Matthias Gruhler

Industrie-4.0-fähige Lagertechnik

Frontmatter

Intelligente, vernetzte Lagersysteme für die Industrie 4.0

Beispiel Shuttle-Technologien

Zusammenfassung

Obwohl weiterhin als Jungtechnologie bezeichnet, deren Evolution noch lange nicht abgeschlossen ist, sind Shuttle-Systeme in der Intralogistik bereits seit mehr als 15 Jahren im Einsatz. Insbesondere als Alternative zum klassischen Automatischen Kleinteilelager (AKL) hat sich die Shuttle-Technologie weltweit durchgesetzt. Einige zehntausend Shuttles leisten ihren täglichen Dienst – Tendenz steigend. Zu den Kernattributen zählen Dynamik, Redundanz, Skalierbarkeit sowie ein energieschonender Betrieb. Diese Eigenschaften sollen die Effizienz eines Shuttle-Lagers per se gewährleisten. Inwieweit sich ein entsprechendes System aber tatsächlich bewährt, hängt vom Einzelfall ab. Es lohnt sich demnach, in die konstruktiven Details bzw. unterschiedlichen Konzepte dieser modernen Technologie einzutauchen und die Stärken und Schwächen der verfügbaren Varianten zu betrachten, um dann eine anwendergerechte Lösung zu finden, die auch schwierigen Anforderungen gerecht wird. Dabei kommt der Autonomie der Systeme im Sinne der „Industrie 4.0“ eine besondere Bedeutung zu.

Volker Jungbluth

Das bewegliche Lager auf Basis eines Cyber-physischen Systems

Zusammenfassung

Das amerikanische Unternehmen Kiva Systems hat mit der Nutzung von mobilen Robotern das klassische Kommissionierkonzept „Ware-zur-Person“ revolutioniert. Das im Folgenden „Kiva-Konzept“ genannte Verfahren gewann seine größte Aufmerksamkeit aufgrund der Übernahme des Startup-Unternehmens durch die Internetplattform Amazon. Das Kiva-Konzept besteht aus einer Flotte von mobilen Robotern, frei konfigurierbaren Regalen und manuellen Arbeitsstationen. Die leichte Anpassbarkeit der Regale an unterschiedliche Produkte und Verpackungen sowie die einfache Skalierbarkeit der Gesamtanlage machten das Kiva-Konzept zu einer idealen Kommissionierlösung für den schnelllebigen Online-Versandhandel. Bei genauerer Betrachtung gibt es aber noch eine Vielzahl von weiteren Verfahren, z. B. Shuttle-Systeme oder Zellulare Transportsysteme u. v. a., welche mit mobilen Komponenten das Kommissionieren automatisieren. In diesem Artikel erfolgt ein ausführlicher Überblick über die verschiedenen Konzepte, ein „bewegliches Lager auf Basis von cyber-physischen Systemen“ zu realisieren. Der Artikel endet mit einem Überblick über die aktuell erforschten Themen und einem Ausblick auf die Weiterentwicklung der Technologie.

Christian Wurll

Hybride Dienstleistungen für Industrie-4.0-Systeme

Frontmatter

Device Clouds: Cloud-Plattformen schlagen die Brücke zwischen Industrie 4.0 und dem Internet der Dinge

Zusammenfassung

Mit dem Internet der Dinge und Cloud Computing halten derzeit zwei Technologietrends Einzug in die IT-Industrie, die das Potenzial haben sie ähnlich nachhaltig, zu verändern wie der Einzug der Client‐server-Architektur oder des World Wide Web. Im Umfeld von Industrie 4.0 spielen sie als Schlüsseltechnologien eine entscheidende Rolle und werden häufig in Device Clouds, die die Technologieplattform für viele Industrie-4.0-Anwendungen bilden, zusammengeführt.

Dieser Beitrag gibt zunächst einen Überblick über beide Technologien und zeigt auf, welchen Mehrwert ihre Zusammenführung in Device Clouds bei der Entwicklung und dem Betrieb von Industrie-4.0-Anwendungen bringt. Anschließend wird die typische IT-Architektur einer Device Cloud beschrieben, bevor auf die Anforderungen von Anwendungen an eine solche Architektur eingegangen wird. Schließlich wird anhand konkreter Anwendungsbeispiele illustriert, wie Device Clouds bereits heute Anwendung in der Praxis finden.

Uwe Kubach

Industrie-4.0-fähige Software-Dienste auf Basis von Cloud Computing

Zusammenfassung

Die Technologie des Cloud Computing erlaubt die Bereitstellung verschiedener Dienste über das Internet. Im Rahmen von Industrie 4.0 ist eine schnelle Bereitstellung von Softwarekomponenten, die individuelle Geschäftsprozesse unterstützen, von großem Interesse. Dies erlaubt die zeitnahe Adaption von Geschäftsprozessveränderungen sowie eine nutzungsabhängige Abrechnung. Nach der Einordnung des Begriffs Cloud Computing in den Kontext von Industrie 4.0 wird in diesem Beitrag auf das Bezugsmodell Business-Process-as-a-Service (BPaaS) eingegangen. Das Konzept und die Vorteile dieses Modells werden dargestellt und die Einsetzbarkeit im Kontext von Industrie 4.0 wird diskutiert. Darüber hinaus werden logische Entwicklungsstufen einer BPaaS-Plattform aufgezeigt. Mit der „Logistics Mall“ wird dann eine konkrete Handelsplattform für Softwaredienste und -prozesse auf Basis des Cloud Computing vorgestellt. Den Abschluss bildet die Darstellung der Ergebnisse einer Marktanalyse zum Thema „Cloud Computing für die Logistik“.

Damian Daniluk, Oliver Wolf, Michael ten Hompel

Auswirkungen von Industrie 4.0 auf Warehouse-, Transport- und Supply-Chain-Management-Systeme

Zusammenfassung

Industrie-4.0-taugliche Software muss in der Flexibilität ihrer Gestaltung und Funktionen auf die künftige Wandelbarkeit der Logistikanlagen und -systeme ausgelegt werden. Die Herausforderungen für die Entwickler reichen von der Architektur und Schnittstellenproblematik über die Integration dezentraler Steuerung und Intelligenz bis hin zu den Lizenzmodellen.

Giovanni Prestifilippo

Warehouse-Management-Systeme im Spannungsfeld von Industrie 4.0

Zusammenfassung

Im Rahmen des Warehouse Managements hat Industrie 4.0 die Schwelle von der Theorie zur Praxis längst überschritten. Was ist in diesem Kontext bereits möglich – und was wird möglich sein? Der vorliegende Beitrag widmet sich diesen Fragen mit dezidiertem Augenmerk auf moderne Distributionsanforderungen und die hierin manifeste Bedeutung konfigurierbarer Lagerverwaltungssysteme (engl. Warehouse Management System; kurz: WMS) für die Integration intelligenter Netzwerkkomponenten.

Michael Bodden-Streubühr

Sensorik und Aktorik für Industrie-4.0-Logistiksysteme

Frontmatter

Aktorik für Industrie 4.0: Intelligente Antriebs- und Automatisierungslösungen für die energieeffiziente Intralogistik

Zusammenfassung

Im Rahmen dieses Beitrags werden neue Ansätze für intelligente, innovative Antriebslösungen (Aktoren) und ein Optimierungsansatz zur Ermittlung einer effizienzoptimalen Bewegungsführung für intralogistische Prozesse vorgestellt. Die Ansätze orientieren sich an den spezifischen Anforderungen der Intralogistik und zeigen Lösungen auf, die zu einer Verbesserung der Energie- und Ressourceneffizienz und zu einer Reduzierung der Komplexität im Sinne von Industrie 4.0 beitragen.

Heiko Stichweh

Intelligente Sensorik als Grundbaustein für cyber-physische Systeme in der Logistik

Zusammenfassung

Wenn bereits die Sensorik durch komplexe Datenverarbeitung und detailliertes Applikationswissen im Sensor zahlreiche Funktionen zur Lösung der Kundenanforderungen bereitstellt sowie weitere integrierte Funktionen eine automatische Adaption und Optimierung der Funktion ermöglichen, spricht man von Intelligenter Sensorik. Intelligente Sensorik ist notwendig, um die erforderliche Autonomie von Maschinen und Anlagen im Wandel zu cyber-physischen Systemen (CPS) im Kontext von Industrie 4.0 zu erreichen und gleichzeitig das Engineering von CPS zu vereinfachen. Im Fokus dieses Beitrags ist die Diskussion über die Eigenschaften eines Intelligenten Sensors und dessen Nutzung in exemplarischen logistischen Anwendungen, die durch den Wandel hin zu CPS profitieren können. Intelligente Sensorik lässt Zukunftsszenarien wie die Smart Factory erst realisierbar erscheinen.

Kay Fürstenberg, Christopher Kirsch

Devices für Logistik-4.0

Frontmatter

Indoor- und Outdoor-Inspektionsaufgaben aus der Luft im Rahmen von Industrie 4.0

Zusammenfassung

Im Forschungsprojekt „InventAIRy“ wird ein autonomer Flugroboter entwickelt, der selbstständig durch Lagerhallen fliegt und dabei eine Bestandserfassung durchführt. Die Steuerung und Navigation erfolgt ohne die Installation einer festen Infrastruktur und ist somit flexibel einsetzbar. Somit sind für Unternehmen nur Identifikatoren (Barcode, RFID oder OCR) an den Objekten und ein Lagerverwaltungssystem notwendig, um mit dieser Lösung eine Inventur durchführen zu können.

Herbert Machill, Marco Freund

Additive Fertigungsverfahren im Kontext von Industrie 4.0

Zusammenfassung

Additive Fertigungsverfahren haben sich seit den 80er-Jahren vom Rapid Prototyping zum Direct Manufacturing weiterentwickelt und gelten als Musterbeispiel für die Anwendung von Industrie 4.0: Die Prozesse basieren auf neuen Verfahren des Informationsmanagements entlang einer durchgängig digitalen Prozesskette, die sowohl die horizontale als auch die vertikale Vernetzung ermöglicht. Mittlerweile können einsatzfertige Bauteile mit bekannten Eigenschaften erzeugt werden. In diese Bauteile können viele verschiedene Features integriert sein, die die Basis für „smart products“ liefern.

Eric Klemp, Jens Pottebaum

Management von Industrie-4.0-Systemen

Frontmatter

Geschäftsmodelle für die Logistik 4.0: Herausforderungen und Handlungsfelder einer grundlegenden Transformation

Zusammenfassung

„Industrie 4.0“ ist ein Megatrend, der mehr oder minder alle Branchen, unsere gesamte Lebenswelt und sämtliche betrieblichen Leistungsfunktionen grundlegend transformiert. Industrie 4.0 ermöglicht es, flexibel und schnell und teils mit ganz neuen Angeboten auf sich ändernde Kundenwünsche zu reagieren. Welche neuen Geschäftsmodelle ergeben sich aus dieser tiefgreifenden Transformation für die Logistik der Zukunft, die „Logistik 4.0“? Der Beitrag diskutiert diese Frage entlang vier wesentlicher Einflussfaktoren. Eine aktuelle Recherche zeigt, dass erste Geschäftsmodell-Ideen der Industrie 4.0 die Möglichkeiten zur überbetrieblichen Vernetzung, zur Verwertung von Daten und zu smarten Dienstleistungen noch sehr zurückhaltend aufgreifen.

Michael Henke, Tobias Hegmanns

Machine-To-Machine Communication: From Data To Intelligence

Zusammenfassung

Die zunehmende Digitalisierung stellt unsere Gesellschaft vor Herausforderungen und bietet zugleich eine Unmenge an Chancen. Sowohl Mensch als auch Maschine produzieren heutzutage eine große Anzahl an Daten, die bisher noch ungenutzt und nicht miteinander verbunden sind.

Integrierte Telekommunikations- und IT-Dienstleister haben es sich zur Aufgabe gemacht, diese Daten zu transportieren, miteinander zu vernetzen und auf Daten basierende Services für ihre Kunden anzubieten. Erst durch die intelligente Verknüpfung verschiedenster Daten können neue Geschäftsmodelle und intelligente Mehrwertdienste entstehen, die bisher ungeahnte Möglichkeiten für die Wirtschaft und Erlebnisse für den Verbraucher mit sich bringen.

Ein einfaches Beispiel hierfür kann der intelligente Getränkeautomat sein. Dieser teilt beispielsweise automatisch mit, wann das Wasser leer ist, beauftragt selbstständig den Lieferanten, der auf Basis einer intelligenten Routenplanung die entsprechenden Getränkeautomaten anfahren und wieder auffüllen kann. Damit all das funktioniert gilt es, die Maschinen zu vernetzen, die Daten auszulesen, über eine sichere Verbindung zu transportieren und in einem sicheren Datencenter zu verknüpfen, auszuwerten und vordefinierte Aktionen auszulösen. Die sogenannte Machine-to-Machine Communication (M2M) ist dabei sowohl die Basistechnologie als auch der intelligente Vermittler zwischen den Maschinen.

Dieses scheinbar einfache Beispiel birgt eine hohe Komplexität hinsichtlich Markt-, Kunden-, Technologie- und Sicherheitsanforderungen. Dieser Artikel soll einen Einblick in die komplexe, aber auch spannende M2M-Welt ermöglichen und vor allem die damit einhergehenden Chancen für die vierte industrielle Revolution (Industrie 4.0) verdeutlichen.

Thomas Knoll, Alexander Lautz, Nicolas Deuß

Digitalisierung industrieller Arbeit: Entwicklungsperspektiven und Gestaltungsansätze

Zusammenfassung

Im vorliegenden Beitrag werden Überlegungen und erste Forschungsergebnisse zu den Konsequenzen für Arbeit und Qualifikation bei Industrie 4.0 zusammengefasst. Konzeptionell wird dabei Industrie 4.0 als sozio-technisches System begriffen. Davon ausgehend wird im Hinblick auf die Entwicklung von Arbeit zwischen zwei Perspektiven unterschieden, die als „Upgrading“ und als „Polarisierung“ von Qualifikationen gefasst werden. Welche konkreten Veränderungen sich tatsächlich ergeben, ist allerdings besonders von dem realisierten Automatisierungskonzept und der tatsächlichen Reichweite der Systemverbreitung abhängig. Abschließend wird verdeutlicht, dass allenfalls von einer mittelfristig begrenzten Verbreitung von Industrie-4.0-Systemen ausgegangen werden kann.

Hartmut Hirsch-Kreinsen, Michael ten Hompel

Big Data – Mustererkennung als Erfolgsfaktor der Logistik 4.0

Zusammenfassung

(Auszug aus Wehberg, G., Logistik 4.0, Wiesbaden 2015)

Viele Megatrends führen zu einer zunehmenden Komplexität in der Lieferkette. Unternehmensführer müssen auf solche zunehmend komplexen Anforderungen angemessene Antworten finden, wenn sie die Wettbewerbsfähigkeit sowie eine ausreichende Flexibilität und Geschwindigkeit sicherstellen möchten. Die Logistik 4.0 mit ihren technologischen Möglichkeiten, etwa cyber-physischen Systemen und Cloud Computing, bietet hier effektive Lösungen. Dabei spielt die Mustererkennung eine erfolgskritische Rolle, um das Verhalten von Logistiksystemen (Kunden, Lieferanten, Dienstleister, Fertigungsstandorte, Infrastruktur etc.) vorherzusagen, d. h. aus großen Datenmengen (neudeutsch Big Data) entscheidungs- und steuerungsrelevante Information zu gewinnen und die Integration entlang der Lieferkette zu realisieren. Die Mustervorhersage basiert auf prediktiver Datenanalytik und multivariater Statistik.

Götz Wehberg

Backmatter

Titel: Handbuch Industrie 4.0 Bd.3
herausgegeben von: Birgit Vogel-Heuser
Thomas Bauernhansl
Michael ten Hompel
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN: 978-3-662-53251-5
Print ISBN: 978-3-662-53250-8
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-53251-5

Premium Partner

Marktübersichten

Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen.

Zur Marktübersicht