Selbststeuerung

Diese Ausgabe untersucht die Auswirkungen autonomer Technologien auf Seehäfen und dezentralisierte Produktionssteuerungen in Smart Factories. Welche Rolle spielen Künstliche Intelligenz und Cyber-Physische Systeme in der Industrie 4.0? Ein Fokus liegt auf der Automatisierung von Hafeninfrastrukturen und der Implementierung von Lean-Management als Basis für digitale Transformation – praxisnah und forschungsstark.

Wie kann die Digitalisierung in Logistik und Produktion gelingen? Themen in dieser Ausgabe sind unter anderem Cyber-Physische Systeme zur Lkw-Auslastungsoptimierung, automatisierte Containertransportsysteme, intelligente Objekte in der vernetzten Logistik und die Rolle von Augmented Reality. Weitere Artikel untersuchen politische Instrumente zur Digitalisierung, Industrie 4.0-Readiness oder die Nutzung sozialer Netzwerke zur Effizienzsteigerung.

Das BIBA ist das älteste An-Institut der Exzellenzuniversität Bremen und zählt zu den international renommiertesten Wissenschaftseinrichtungen Deutschlands. Hier arbeiten rund 130 Menschen in enger Verbindung mit dem Uni-Fachbereich Produktionstechnik. Sie kommen aus der Produktionstechnik, dem Wirtschaftsingenieurwesen sowie aus der Informatik und angrenzenden Disziplinen. Das BIBA engagiert sich in der Grundlagenforschung, der anwendungsorientierten Forschung, der industriellen Auftragsforschung sowie in nationalen und europäischen Forschungsverbünden. In seiner Arbeit verknüpft das ingenieurwissenschaftliche Institut die Schwerpunkte Produktion und Logistik mit der Sicht sowohl auf Prozesse als auch auf Produkte.

Die Entwicklung von Informations- und Kommunikationstechnologien (IuK) schreitet schnell voran und wird im heutigen wirtschaftlichen Handeln als ein wesentlicher Innovationsmotor gesehen. Zukünftige Industrieproduktion ist durch eine hohe Individualisierung der Produkte sowie eine starke Flexibilisierung der Produktion geprägt. Die rasante Entwicklung des Internet hat vor allem in den letzten Jahren im privaten Leben zur Verschmelzung der realen mit der virtuellen Welt beigetragen und wird in Zukunft auch stärker im industriellen Umfeld Einzug erhalten. Dieser Paradigmenwechsel wird in Fachkreisen als Industrie 4.0 bezeichnet und kann als die vierte industrielle Revolution verstanden werden. Der Beitrag gibt einen Überblick zum Themenfeld Industrie 4.0 und stellt die Potenziale des Transformationsprozesses dar.

Verleihartikel zirkulieren in der Regel in geschlossenen Logistiksystemen, wobei die jeweiligen Materialbewegungen durch die Parameter der Aufträge definiert werden, denen die Artikel zugewiesen sind. Die zugehörige Transport- und Routenplanung gestaltet sich entsprechend komplex, da sich der Planungshorizont über eine beliebige Anzahl von aufeinanderfolgenden Aufträgen an beliebigen Orten erstrecken kann. Zusätzlich sind dynamische Einflüsse, etwa Neuaufträge, Auftragsänderungen oder Defekte der Artikel zu berücksichtigen. Dieser Beitrag stellt ein Verfahren zur selbststeuernden Routenplanung für Verleihartikel auf Basis des Distributed Logistics Routing Protocol (DLRP) vor. Als Anwendungsszenario dient ein Beispiel aus der Veranstaltungslogistik.

Die Steuerung und Disposition von Aufträgen in der Veranstaltungslogistik stellt eine komplexe und dynamische Herausforderung dar. Wechselnde Veranstaltungsorte, Terminrestriktionen, häufige Auftragsänderungen und hohe Kundenanforderungen erfordern eine flexible Planung der logistischen Prozesse. Zur Realisierung dieser Planung bietet sich der Einsatz von Methoden aus dem Bereich der Selbststeuerung an. Dieser Beitrag beschäftigt sich an einem Praxisbeispiel mit der Konzeption eines Moduls für die integrierte Informationsakquise in den betreffenden Logistikprozessen. Diese dient als Grundlage für die Bereitstellung aktueller Planungsdaten und ist eine zwingende Voraussetzung für den Einsatz von Selbststeuerungsmethoden.

Die vierte industrielle Revolution verspricht durch sogenannte Cyber-physische Systeme eine weitere Automatisierung der Prozesssteuerung. Die einzelnen Produkte erhalten die Fähigkeit, selbstständig ihre Produktion und Logistik zu steuern und dabei koordiniert die Unternehmensziele zu erreichen. Diese logische Verteilung reduziert die Komplexität der Steuerung unternehmensübergreifender Prozesse erheblich. Selbst kurzfristig auftretende Störungen können so in Echtzeit behandelt werden. In der betrieblichen Praxis wird die hierfür benötigte künstliche Intelligenz in der Regel nicht auf den aktiven Objekten selbst implementiert werden. Stattdessen werden adäquate Software-Plattformen für die Industrie 4.0 benötigt. Dieser Beitrag untersucht die Anforderungen an solche Plattformen und beschreibt, wie sie implementiert werden können.

Mit dem Förderprogramm „Forschung für die Produktion von morgen“ im Themenfeld Intelligente Vernetzung in der Produktion - Ein Beitrag zum Zukunftsprojekt „Industrie 4.0“ leitet das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) die vierte industrielle Revolution ein. Hierbei wird innerhalb von Forschungsprojekten beabsichtigt, Cyber-Physische Systeme in Produktion und Logistik einzuführen. Das BIBA - Bremer Institut für Produktion und Logistik GmbH an der Universität Bremen entwickelt hierzu innerhalb des Projekts „Cyber-Physische Produktionsprozesse - Produktivitäts- und Flexibilitätssteigerung durch die Vernetzung intelligenter Systeme in der Fabrik“ (CyProS) ein Cyber-Physisches Logistiksystem.

Die traditionelle Betrachtungsweise transportlogistischer Aufgaben basiert auf einer zentralen statischen Sicht, aus welcher heraus versucht wird, eine gegebene Problemstellung optimal zu lösen. Etablierte und gut untersuchte Problemstellungen in diesem Bereich sind beispielsweise das Vehicle Routing Problem (VRP) oder das Pickup and Delivery Problem (PDP). Die Algorithmen dieser Betrachtungsweise geraten jedoch an ihre Grenzen, wenn mit Ihnen dynamische und realitätsnahe transportlogistische Szenarien gelöst werden sollen. Das vorgestellte Selbststeuerungskonzept Distributed Logistics Routing Protocol (DLRP) wurde dagegen für sich dynamisch verändernde Umgebungen entwickelt und lässt die beteiligten logistischen Objekte selbst Entscheidungen treffen. Ein Vergleich des DLRP mit einem klassischen Algorithmus anhand von modifizierten PDP-Szenarien wird im Folgenden als Evaluation des Selbststeuerungskonzepts vorgestellt.

Vor dem Hintergrund komplexer und volatiler Wertschöpfungsketten gewinnt der Erfolgsfaktor Qualität zunehmend an Bedeutung. Die Qualität von Produkten und Prozessen sowie deren kontinuierliche Verbesserung bilden heute eine der essentiellen Grundlagen des Unternehmenserfolgs. Dadurch erhält das Qualitätscontrolling eine zentrale Funktion bei der Sicherstellung der Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen. Gefragt sind neue Instrumente zur Erfüllung der Qualitätsansprüche über die Unternehmensgrenzen hinweg sowie eine durchgängige und integrative Verknüpfung des Qualitätsmanagement-Systems mit dem Qualitätscontrolling. Durch einen bereichs- und unternehmensübergreifenden Einsatz von Quality Gates kann dieser Forderung entsprochen werden.