Selbstorganisation

Im Zuge der digitalen Vernetzung nehmen Komplexität und Instabilität von Wertschöpfungsnetzen erheblich zu. Dies wirkt sich gravierend auf die Intralogistik aus. Unter VUCA-Bedingungen entwickeln sich intralogistische Systeme zu offenen, dezentralen und sich selbst steuernden Netzwerken aus informationsverarbeitenden Einheiten. Sie passen sich den dynamischen Veränderungen ihrer Umwelt an, indem sie ihre innere und äußere Varietät präventiv erhöhen. I4.0-Technologien sind absehbar nicht in der Lage, nicht-deterministische Arbeitssysteme zu steuern; diese Aufgabe verbleibt im Wesentlichen dem Menschen. Zur Bewältigung der skizzierten Herausforderungen werden im Projekt PREVILOG angemessene Modelle und Methoden einer präventiven Arbeitsgestaltung entwickelt. Der Beitrag stellt kybernetische Basiskonzepte und präventive Gestaltungsprinzipien vor.

Die Einführung autonomer Fahrzeuge im Straßenverkehr erzeugt den Wunsch nach einer Selbstorganisation unter sicherheitstechnischen, wirtschaftlichen und ökologischen Gesichtspunkten. Hierzu bieten optimierungsbasierte verteilte Regelungsalgorithmen einen Lösungsansatz für miteinander kommunizierende autonome Fahrzeuge. Dieser Beitrag behandelt ein hierarchisches modellprädiktives Regelungskonzept, das zum einen auf operationeller Ebene die individuellen Zielsetzungen der Verkehrsteilnehmer und Sicherheitsaspekte berücksichtigt. Zum anderen wird gezeigt, dass fahrzeugübergreifend Ziele wie die Steuerung des Verkehrsflusses umgesetzt werden können, indem den einzelnen Fahrzeugen abhängig von der aktuellen Verkehrssituation zentral Routen zugewiesen werden. Nicht aktiv in diese Struktur eingebundene Fahrzeuge lassen sich durch die Zusammenführung der Sensordaten der Teilnehmer direkt in ein derartiges Konzept integrieren.

Seit mehr als dreißig Jahren ist es eine spannende Frage, inwieweit Ansätze der Organisation und Störungsbewältigung in natürlichen Systemen auf vom Menschen geschaffene Systeme übertragen werden können. Neben Ansätzen zur Nachhaltigkeit und Wandlungsfähigkeit sind dies insbesondere Ansätze zur Selbstorganisation, die in logistischen Zusammenhängen und auch bei der Gestaltung von Fabrikstrukturen bereits mehrfach erprobt wurden. In diesem Beitrag werden drei Ansätze vorgestellt, die in Anlehnung an Prozesse in biologischen Systemen, Handlungsempfehlungen für die Organisation von Produktionsprozessen aufzeigen [1]. Einen neuen Impuls erhalten diese Überlegungen durch die stärkere Fokussierung auf die Möglichkeiten, die Industrie 4.0 für die Organisation, Steuerung und Störungsbewältigung in der Fabrik bietet.

Zukünftig sollen in der selbstorganisierenden Produktion mit verteilter Intelligenz die Objekte in der Produktion zusätzlich mit eigener Intelligenz ausgestattet werden und so Aufgaben der Koordination und Steuerung von Produktionsabläufen übernehmen können. Diese produktgesteuerte Fertigung sieht statt der bisherigen zentralen Planung und Steuerung ein Multiagentensystem mit der Möglichkeit zu Auktionen durch Verhandlungsmechanismen als Mittel zur Selbstorganisation vor. Der Beitrag gibt einen Überblick über die im Projekt „Selbstorganisierende Produktion - SOPRO“ verfolgten Ansätze bei denen Softwareagenten zwischen Aufträgen und Ressourcen zur Festlegung der Bearbeitungsreihenfolge verhandeln.

Die zunehmende Globalisierung und der dadurch wachsende Wettbewerb haben weitreichende Folgen für die Standorte in Deutschland, denn insbesondere die Produktion von Gütern mit einem hohen manuellen Arbeitsanteil wird anhaltend in Billiglohnländer verlagert. Gerade die dynamischen weltweiten Absatzmärkte sowie der Einsatz neuer innovativer Technologien in immer kürzeren Zyklen erfordern von den in den Hochlohnländern angesiedelten Unternehmen ein hohes Maß an Flexibilität und Anpassungsfähigkeit. Sie konkurrieren weltweit um hochqualifizierte Mitarbeiter, notwendiges Kapital und knappe Rohstoffe. Um diesem Trend entgegenzuwirken, ist bei Fertigung und Montage eine intelligente Automatisierung erforderlich. Des Weiteren müssen sich die in den Hochlohnländern ansässigen Unternehmen auf innovative Herstellungsverfahren bei höchsten Qualitätsanforderungen an das Endprodukt fokussieren, da diese Kombination nur bedingt reproduziert werden kann. Eine solche Entwicklung führt zu ...

Die Einbindung der IT in Produktion und Transport schreitet stetig voran. Gerade für KMU haben intelligente Logistikprozesse ein riesiges Potenzial – ganz ohne die Einführung komplexer Systeme. Wie das funktioniert, erfahren Sie in dieser Ausgabe von Industrie Management – von der Wandlungsfähigkeit der Produktion über den optimierten Güterverkehr mit evolutionären Algorithmen bis zur Optimierung der IT-Struktur in der Auftragsabwicklung.

Im Bereich der Planung und Steuerung der Produktionsprozesse werden ständig neuartige Konzepte zur Gewährleistung der geforderten Flexibilität der Unternehmen entwickelt. In jüngster Zeit rücken selbstorganisierende Konzepte der Fertigungs­steuerung und insbesondere die holonischen Fertigungssysteme ins Blickfeld. Als Grundlage hierfür können die Methoden der Schwarm-Intelligenz dienen, die sich durch Robustheit, Flexibilität und Anpassungsfähigkeit auszeichnen. Vor diesem Hintergrund wurde im Rahmen des DFG-Projekts „Ant Colony Optimization in der Fertigungssteuerung“ das Verfahren AntControl zur kurzfristigen operativen Fertigungssteuerung entwickelt. Dieses auf Basis von Ant-Colony-Sys-temen basierende Verfahren wird in diesem Beitrag vorgestellt.

Organisationale Veränderungsprozesse (jeglicher Art) werden in aller Regel unter rein sachorientierten Kriterien durchgeführt. Die selbstorganisationalen Anteile sowie die Emotionen und (Grund-) Bedürfnisse als Ordnungsparameter werden dabei nicht berücksichtigt. Diese Anteile jedoch entscheiden letztlich über den Erfolg bzw. Misserfolg der Prozesse zur Innovation. Daher ist es von großer Bedeutung, organisationale Innovationsprozesse so zu gestalten, dass Selbstorganisation ermöglicht und gefördert wird. Ein Verfahren unter Verwendung angepasster relevanter Methoden des Industrial Engineering zur Ermittlung der Ordnungsparameter und zur Förderung der Selbstorganisations-Anteile wird vorgestellt und exemplarisch an einem Umsetzungsbeispiel erörtert.

Die Fähigkeit, komplexe Produktions- und Logistiksysteme zuverlässig zu steuern und zu optimieren, wird als eine zentrale Kompetenz für die Zukunftsfähigkeit insbesondere kleiner und mittelständischer Unternehmen eingestuft. Dabei spielt die Integrationsfähigkeit in globale Unternehmensnetzwerke eine entscheidende Rolle. Die zunehmende Dynamisierung der Nachfrage wirkt jedoch komplexitätstreibend und stellt Produktionssysteme in mehrstufigen Wertschöpfungsnetzwerken vor zwei wesentliche Herausforderungen. Einerseits ist bei der Informationsweitergabe vom Endhersteller über die Stufen eine doppelte Beschneidung der Planungshorizonte festzustellen, da Bedarfszeitreihen sowohl verkürzt als auch verzögert an den jeweils nächsten Partner weitergeleitet werden. Andererseits entspricht die in vielen hierarchischen Planungsansätzen unterstellte isolierte Supply Chain meist nicht den Anforderungen, da sich verschiedene Supply Chains überlappen und ein komplexes ...