Neue vernetzte Wege in der Logistik

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1 Neue vernetzte Wege in der Logistik AUTONOMIK-Transfer Industrie Januar 2013, Berlin Prof. Dr. Michael ten Hompel

2 Die Zukunft der Logistik liegt im «Internet der Dinge» I N D U S T R I E L L E R E V O L U T I O N 18.Cen. 19.Cen. 20.Cen. 21.Cen. Mechanisierung Elektrifizierung Automation Supply Chain Management Cyber Physical Systems Internet der Dinge I N D U S T R I E L L E R E V O L U T I O N Das Internet der Dinge, Dienste & Daten wird zur prägenden Infrastruktur für die nächste industrielle Revolution. [H.Kagermann]* Durch konsequentes Zusammenführen der digitalen und realen Welt wird die zunehmende Dynamik und Komplexität beherrschbar. [H.Kagermann]* Das Maß der Dezentralisierung & Selbstorganisation wächst mit der Komplexität der Systeme! Folie 1 *Henning Kagermann Zukunftskongress Logistik, Dortmund 2012

3 Die Zukunft der Logistik liegt im «Internet der Dinge» Logistik bewegt Menschen und Dinge! Folie 2 Grafik: G. Katsimitsoulias, IML

4 Hypothesen zur Zukunft der Logistik und zum «Internet der Dinge» Das Maß der Dezentralisierung und Selbstorganisation wächst mit der Komplexität der Systeme! Grafik: G. Katsimitsoulias, IML Die Komplexität der Logistik wächst superexponentiell Strukturkomplexität: Globalisierung hält ungebrochen an und der Vernetzungsgrad wächst exponentiell. Datenkomplexität: Die logistische Datenmenge steigt je Dekade um den Faktor Produktkomplexität: Wunsch nach Individualität wächst mit ihren Möglichkeiten. «Losgröße Eins» ist Realität. Komplexität durch Vernetzung und ecommerce: Teilnahme und Teilhabe am virtuellen Leben steigen mit der Offenheit und Vernetzung. Überproportionales Wachstum der Komplexität wird zu Instabilitäten führen. Folie 3 Grafik: G. Katsimitsoulias, IML

5 Komplexität der Logistik Beispiel: Neufahrzeug-Distribution Die Komplexität logistischer Netze steigt mehrfach exponentiell mit der Anzahl der Knoten. 16 Werke 42 Depotstandorte Händler Relationen Folie 4 Quelle: Volkswagen

6 Strukturkomplexität der Logistik Beispiel: Ablauforganisation Prozesseigner Kunden Vertrieb Netzwerkplanung und -steuerung Produktentwicklung, Logistikplanung Einkauf Produktionslager Lieferant Dienstleister Auftragsdurchlauf Lenkungsprozesse Informationsprozesse Materialflusssysteme Beschaf- fung Produktion Distribution Leistungsobjekte Anfragen Aufträge Bestellungen Daten Kennzahlen Informationen Datensätze Formulare Belege Teile Komponenten Erzeugnisse Ladeeinheiten Transporteinheiten Lagereinheiten Liefereinheiten Folie 5

7 Strukturkomplexität der Logistik Beispiel: Ablauforganisation Prozesseigner Kunden Vertrieb Netzwerkplanung und -steuerung Produktentwicklung, Logistikplanung Einkauf Produktionslager Lieferant Dienstleister Auftragsdurchlauf Lenkungsprozesse Informationsprozesse Materialflusssysteme Beschaf- fung Produktion Distribution Leistungsobjekte Anfragen Aufträge Bestellungen Daten Kennzahlen Informationen Datensätze Formulare Belege Teile Komponenten Erzeugnisse Ladeeinheiten Transporteinheiten Lagereinheiten Liefereinheiten Folie 6

8 Strukturkomplexität der Logistik Beispiel: Vernetzung Die Komplexität liegt im Detail: vom Intralogistik-Layout bis zum Gesamtnetz Gesamtnetz Teilnetz Knoten Knoteninternes Netz Layout Intralogistik Folie 7

9 Komplexität steigt - Stabilität nimmt ab Komplexitätsfalle Internet und Datenwachstum Logistische Datenmenge steigt je Dekade um Faktor war das Internet 21 TByte groß [Google, Pingdom] Jeder Mensch (7Mrd./2012) ca Mails p.a. [statistica] berufliche Mails und private Mails p.a. Komplexitätsfalle ecommerce Grafik: G. Katsimitsoulias, IML 69% der Deutschen (2011, Alter Jahre) kaufen online². Deutscher Versandhandel erfolgt zu 66% online. Umsatz 2011 über 21 Mrd. Euro³. Teilweise Warenkategorien mit enormen Wachstumsraten innerhalb eines Jahres [2011 bvh.info]: +57% Autozubehör +95% Schmuck/Uhren +37% Tierbedarf +29% Lebensmittel Folie 8 statistica 2012, primär: Radicati Group 2012 ²Allensbacher ACTA 2011 ³Infratest für BVH, Paypal; E-Commerce-Studie 2011

10 Hypothese: Ohne «Cloud» keine 4. Industrielle Revolution RECHENZENTRUM BOCHOLT VERTEILZENTRUM DUISBURG Die Komplexität und Rigidität des klassischen Supply Chain Management steht der Notwendigkeit zur Flexibilisierung diametral entgegen. Es wird ein Wandel vom Prozess zum Service erfolgen. Das klassische Supply Chain Management wandelt sich zu einer serviceorientierten «Logistics on Demand» Der Wandel vom Prozess zum Service folgt damit dem Paradigma der dezentralen Entscheidung. Das klassische Prozessmanagement wird in die Logistics Cloud migrieren. Logistik erbringt in Zukunft «hybride» Dienstleistung. Sie verbindet Transport, Planung, Organisation, Steuerung mit IT- und Wissensmanagement. Aus Prozessen werden Logistics & IT Services (LIS) Bilder und Betreiber: WM Group Folie 9 Die Logistics Mall ist ein assoziiertes Projekt des EffizienzClusters LogistikRuhr, gefördert durch:

11 IT-Landschaft: HEUTE Folie 10

12 IT-Landschaft: MORGEN Folie 11

13 Entwicklung Governance Business Objekte Domänenmodell Avis bilden Obj2 -attr1 -attr2 Obj1 -attr1 -attr2 Obj3 -attr1 -attr2 bilden Container Gross: 650 kg Typ: 20 Fuß ISO 3801 BO Wareneingang Lagerplatzbestimmung BO BO Einlagerung BO Business Objekte BO Eigenschaften Standardisiert Technologieunabhängig Unterstützt: Schnittstellbeschreibung, App-Austauschbarkeit Annäherung von Logistik & IT Fachlich Technisch Folie 12

14 Folie 13 Gefördert durch :

15 Hypothesen zur Zukunft der Logistik und zum «Internet der Dinge» Das Maß der Dezentralisierung und Selbstorganisation wächst mit der Komplexität der Systeme! Es wird keine neue Weltordnung geben, die Zukunft der Welt wird sich selbst neu ordnen. In komplexen logistischen Systemen ist es besser, viele dezentrale Entscheidungen echtzeitnah und ad hoc zu treffen als eine vermeintlich optimale Entscheidung zu spät. Wir können den Maschinen ein stückweit das Denken überlassen - sollten aber den Stecker in der Hand behalten. Zugleich findet eine «Technologieexplosion» statt. Die Entwicklung der Technologien hat deren Nutzung überholt. Der Mensch steht auch bei Industrie 4.0 im Mittelpunkt! Wir halten alles in Händen, um die «4. Industrielle Revolution» und damit das «Internet der Dinge» in der Logistik Wirklichkeit werden zu lassen. Folie 14 Grafik: G. Katsimitsoulias, IML

16 Technologieexplosion Grafik: G. Katsimitsoulias, IML Die technischen Möglichkeiten einer digitalisierten Produktion und Logistik wachsen schneller als deren Nutzung. Alle Basistechnologien cyberphysischer Systeme stehen zur Verfügung: Sensoren mit hoher Leistung und minimaler Leistungsaufnahme Prozessoren und Speicher mit hoher Leistung und minimaler Leistungsaufnahme Energy Harvesting im Nanoampere-Bereich Energiespeicher mit einer Selbstentladung < 2 Prozent LowPower Kommunikation, ad hoc Netzwerke und ipv6 LowPower Kryptoprozessoren zur sicheren Datenübertragung «Elektronisches Papier» für «leistungslose» Displays Folie 15 vgl. eine Entwicklung des Fraunhofer IML

17 Zellulare Fördertechnik Systeme schaffen, die überleben LOGISTIK Schwarm mit 50 autonomen Shuttles Agentenbasierte Fahrzeug- und Auftragssteuerung Sensorfusion zur Lokalisierung und Schwarmsteuerung Ersetzen konventionelle Regalbedienung und Fördertechnik Folie 16 Die Zellularen Transportsysteme werden gefördert durch:

18 Keine Cloud - keine Revolution Folie 17

19 CPS Locative Manchmal fangen große Dinge klein an! Folie 18

20 Interdisziplinäre Prototypenentwicklung Disziplin Aufgabe Verfahren Maschinenbau Lastaufnahmemittel Wasserstrahlschneiden Maschinenbau Fahrzeuggehäuse 3D Druck / Lasersintern Elektrotechnik Antriebseinheit Individuell gefertigt Elektrotechnik Steuerungskomponenten PCB-Rapid Prototyping Elektrotechnik Energieversorgung LiFePo Akkus Informatik Programmierung Schlanke Programmierung Maschinenbau Chassis Wasserstrahlschneiden Folie 19

21 Intelligente Low-cost Spurführung 15 Euro Webcam übernimmt die Spurführung Bilddatenakquise Binärwertumwandlung mit adaptiven Schwellwertverfahren Skelettierung oder Thinning und Skelettierung mit einer reduzierten Region of Interest Folie 20

22 Lokale und globale Kommunikation im dynamischen Container-Netzwerk Umgebungserkennung Temperatur / Türzustand / Erschütterungen Weltweite Lokalisierung GPS Warenerkennung UHF-RFID Lokales Kommunikationsnetzwerk Container zu Container Globale Datenübertragung Container zu überlagerter IT Eigene Energieversorgung Energy Harvesting Folie 21 Gefördert durch :

23 DyCoNet-Architektur Folie 22 Gefördert durch :

24 CPS inbin - der Behälterschwarm Folie 23 Der inbin ist ein assoziiertes Projekt des EffizienzClusters LogistikRuhr

25 Die Dinge fangen an zu denken Selbstversorger 400Lux einer Energiesparlampe reichen Energiespeicher Jedes μw wird gespeichert. Selbstentladung < 2% p.a Telegramme ohne Nachladen Grafikdisplay Hochauflösende Kommunikation 2D Barcodes, Text, Grafiken Tastatur Kapazitive Tasten zur Eingabe wasserdicht und wartungsfrei Der inbin weiß, wo er ist Infrarot-Ortungssystem sorgt für klare Position. (invertierte Lichtschranke - Patent pending) Der inbin ist kommunikativ 433 MHz, 868 MHz, 2,4 GHz spontane Vernetzung ipv6, 6LoWPAN Der inbin denkt mit 16/32 Bit μprozessor bis 25 MHz 256K RAM Sicher wie eine Bank separater 256 Bit Kryptokern asym. Verschlüsselung Folie 24

26 Der ibin - Behälter mit Augenmaß Folie 25

27 Industrie 4.0 Leitmarkt Deutschland Der Markt wird offener werden. Internetbasierte Standards werden dafür sorgen, dass logistische Software und Dienstleistungen vergleichbar werden. Der Logistikmarkt wird noch volatiler und kompetitiver werden. Es wird mehr denn je darauf ankommen, nicht nur besser und billiger sondern schneller zu sein! Konsequenz: DEUTSCHER OPEN INNOVATION PROCESS für cyberphysischer Systeme und das Internet der Dinge! Folie 26

28 Das 20. Jahrhundert mobilisierte den Menschen. Das 21. Jahrhundert mobilisiert die Dinge. Wenn wir unsere Chance nutzen, wird dies das Jahrhundert der Logistik! (C) EffizienzCluster LogistikRuhr gefördert durch:

29 Unsere Projekte sind zu sehen: Februar Messe Stuttgart März Hannover Messe April Hannover Messe Juni Messe München AUTONOMIK-Transfer Industrie Januar 2013, Berlin Prof. Dr. Michael ten Hompel