Realtime Logistics - Echtzeitfähige Logistik
Final Report Abstract
In diesem Projekt wurde ein formales Modell entwickelt, welches die Elemente Steuerungsverhalten, Material- und Informationsfluss zur vollständigen, echtzeitbezogenen Spezifikation intralogistischer Fördersysteme in sich vereint. Der Entwicklung von Systemen der Industrie 4.0 wurde durch die Integration intelligenter Behälter Rechnung getragen. Es konnte gezeigt werden, dass in diesen Systemen die Funkkommunikation einen erheblichen Einfluss auf die Echtzeitfähigkeit nehmen kann. Es wurde eine Reihe ineinandergreifender Kommunikationsprotokolle entwickelt, die sowohl eine dezentral gesteuerte Lagerverwaltung, als auch eine dezentrale Materialflusssteuerung abbilden. Die Protokolle der Transportsteuerung basieren auf einer dezentralen Reservierungsstrategie mit logischer Zeit. Der grundlegende Ansatz besteht in der Entkopplung der Realzeitanforderungen der normativen Ebene von den realzeitlichen Ereignissequenzen der operativen Ebene. Der systemimmanente (Zeit-)Fortschritt der operativen Ebene wird zur Koordination verwendet. Darauf aufbauend wurde ein Protokoll zur echtzeitfähigen Disposition von Aufträgen entwickelt, das die Einhaltung von Reihenfolgebeziehungen und Auslieferungsterminen garantiert. Während der Bearbeitungszeit entwickelte sich eine Zukunftsvision, die weg von dezentralen Materialflusssteuerungen hin zu vollständig dezentral gesteuerten Intralogistiksystemen einer Industrie 4.0 führt. Da in solchen zukünftigen Systemen die Intelligenz in Form eines mobilen, eingebetteten Systems direkt am Ladungsträger verortet ist, wurden die Themen Energieversorgung und drahtlose Funkkommunikation zusätzlich berücksichtigt. Ein übergeordnetes Ziel war die Entwicklung von Analyseverfahren, die den Nachweis der Erreichbarkeit bestimmter Ober- oder Untergrenzen für die Systemreaktionszeit in Bezug auf den Durchsatz und die Durchlaufzeit führen. Es wurden analytische Verfahren entwickelt, die auf Basis gegebener Modellinstanzen die höchste zu erwartende Kommunikationslast und damit auch den Energieverbrauch bestimmen. Unter Berücksichtigung der entwickelten Kommunikationsprotokolle kann ein Nachweis für Ober- und Untergrenzen der Systemreaktionszeit in gegebenen Modellinstanzen geführt werden. Mit dem intelligenten Behälter „inBin“ wurde ein intelligenter Ladungsträger im Rahmen des Projekts entwickelt. Dieser dient als Grundlage für die Parametrisierung des Gesamtmodells. So kann eine realistische Abschätzung des tatsächlichen Kommunikationsverhaltens durchgeführt werden. Die Ausweitung der dezentralen Steuerung von der Materialflusssteuerung auf eine dezentrale Lagerverwaltung ermöglicht die Bestimmung der Echtzeitfähigkeit für ein gesamtes Intralogistiksystem. Im Gegenzug fließen die Worst-Case-Berechnungen der Analysemethoden in die Hardwareauslegung eines inBins ein, damit in allen Fällen eine ausreichende Energieversorgung und damit die Kommunikationsfähigkeit sichergestellt werden können. Es wurden mehrere Werkzeuge entwickelt, die aufeinander aufbauen. Das Planungswerkzeug auf Tabellenkalkulationsbasis ermöglicht eine einfache Erstellung eines Groblayouts des zu planenden Systems sowie der weiteren Elemente des einheitlichen Steuerungsmodells. Über Eintragungen in die Zellen lassen sich Struktur und Typ der Fördertechnik auf einfachste Weise verändern. Als Simulationswerkzeug wurde die Materialflusssimulations-Software Demo3D verwendet, die um die Abbildung der dezentralen Steuerung und der Kommunikations- und Energiemodelle erweitert wurde. Zusätzlich sind die analytischen Berechnungsmethoden in beide Werkzeuge integriert worden, so dass eine Werkzeugkette entstanden ist, die alle im Projekt entstandenen Modelle und Methoden nutzbar macht. Zusätzlich wurde ein Konzept entwickelt, das den Einsatz einer energieoptimierten Geschwindigkeitsregelung bei Rollenförderern ermöglicht. Ein solches Konzept wird erst anwendbar, wenn die Leistungsverfügbarkeit mit den in diesem Projekt entwickelten Methoden nachgewiesen werden kann. Die Ergebnisse zeigen, dass die Leistungsverfügbarkeit nach der VDI-Richtlinie 4486 formal in Beziehung zur Echtzeitfähigkeit eines Systems gesetzt werden kann. Die Projektergebnisse bilden die Grundlage für die Entwicklung von echtzeitfähigen Intralogistiksystemen in der Industrie 4.0. Die entwickelten echtzeitbezogenen Kommunikationsprotokolle ermöglichen die Planung von Intralogistiksystem für eine vertraglich festgesetzte Leistungsverfügbarkeit.
Publications
- Energy optimized speed regulation of permanent magnet synchronous motors for driving roller conveyors. Power Electronics and Drive Systems (PEDS), 2013 IEEE 10th International Conference on, Kitakyushu, 2013, S. 500-505
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Roidl, M.; Emmerich, J.; Riesner, A.; Masoudinejad, M.; Kaulbars, D.; Ide, C.; ten Hompel, M.; Wietfeld, C.
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Hegmanns, T.; Kuhn, A.; Roidl, M.; Schieweck, S.; ten Hompel, M.; Güller, M.; Austerjost, M.; Roßmann, J.; Eilers, K.
(See online at https://doi.org/10.2195/lj_Proc_hegmanns_de_201411_01) - Development of a measurement platform for indoor photovoltaic energy harvesting in materials handling applications. Renewable Energy Congress (IREC), 2015 6th International, Sousse, Tunisia, 2015, S. 1-6
Masoudinejad M.; Emmerich, J.; Kossmann, D.; Riesner, A.; Roidl, M.; ten Hompel, M.
(See online at https://doi.org/10.1109/IREC.2015.7110938) - Measuring the performance availability of a logistics application controlled by a wireless sensor network. In: ASIM Fachtagung, Dortmund, Tagungsband, 2015, S. 197-206
Roidl, M.; Schieweck, S.; ten Hompel, M.
