Kooperierende Mobile Systeme in der Logistik

Transkript

1 Kooperierende Mobile Systeme in der Logistik

2 2 Agenda OFFIS Kooperierende, mobile (autonome?) Systeme Entwicklung und Technologietrends Sicherheit vs. Effizienz Technologischer Ansatz Beispielprojekte Fazit

3 3 Über OFFIS Oldenburger Forschungs- und Entwicklungsinstitut für Informatik-Werkzeuge und -Systeme Mitglieder Haushalt: Land Niedersachsen und Universität Oldenburg 27 Professoren der Informatik und Informatik-naher Fächer der Universität Oldenburg Einnahmen in 2009: ca. 11 Mio. Grundförderung durch Niedersachsens Wissenschaftsministerium ca. 30% Drittmittel aus internationalen, nationalen und regionalen Projekten ca. 70% Leistung: Mission: Über 400 Kooperationspartner regional/national/international Mehr als 300 F&E-Projekte allein seit 2001 durchgeführt Europaweite Vernetzung Wirtschaft/Wissenschaft/Politik Zahlreiche Spin-Offs, Beteiligung an Entwicklung internationaler Standards Innovation durch Technologietransfer Stärkung des IT-Standortes Oldenburg Förderung der Metropolregion Nordwest

4 4 Wirtschaftliche Bedeutung für den Standort OFFIS und das IT-Quartier Oldenburg Seit Bau des OFFIS Gebäudes 1995 erfolgreiche Entwicklung des Standorts zum IT-Quartier Derzeit ca IT-Arbeitsplätze im IT-Quartier um OFFIS Firmen vor Ort u.a.: BTC AG Docexpert Computer GmbH Open Text Web Solutions Group powered by RedDot ChipVision Design Systems AG BTC Embedded Systems AG OFFIS AG mit Töchtern: ICSMED AG OFFIS Care GmbH UPN GmbH InfoAnalytics AG CoSynth OFFIS-eigene Bauaktivitäten: OFFIS-Anbau in 2003 OFFIS-Erweiterungsbau in 2010

5 5 Mitarbeiterentwicklung Wissenschaftliches Personal in FuE- Bereichen Wissenschaftliche Hilfskräfte und Auszubildende Institutsmanagement Stand: Oktober 2010 Aufbau bis 1997 Ausbau Konsolidierung Wachstum ab Mitarbeiter (50 WiMi) 50% Drittmittel >= 200 Mitarbeiter (ca. 100 WiMi) ca. 75% Drittmittel >= 200 Mitarbeiter ca. 240 Mitarbeiter (140 WiMi) ca. 70 % Drittmittel

6 6 Wissenschaftliche Leistungen F&E-Projekte > 300 Kooperationspartner > 400 Promotionen 46 Publikationen Drittmittel 70 Mio. Drittmittelquote 68% (2001) 69% (2009) 75% (2010 Prognose) Stand: Oktober 2010

7 7 OFFIS im DFG Förder-Ranking x Spitzenposition in der außeruniversitären Forschungslandschaft in dem am 10. September 2009 von der DFG veröffentlichten Förder- Ranking Top 5% unter allen Einrichtungen: OFFIS hält Platz 39 unter weit über deutschen außeruniversitären Forschungseinrichtungen (unter Berücksichtigung aller von der EU und dem Bund eingeworbenen Drittmitteln der Jahre bzw. aus dem 6.Rahmenprogramm der EU ) Top 5% in der Informatik: OFFIS hält Platz 9 unter weit über 200 deutschen Informatik- Einrichtungen

8 8 IT im Nordwesten - OFFIS-TZI e.v. Ziel: Abstimmung der Forschungsstrategien Gemeinsame Projekte Bildung einer Marke zur Stärkung der Sichtbarkeit der IT-Forschung im Norden Etablierung eines sichtbaren IT-Clusters im Norden Rahmen: Form: OFFIS mit > 240 Mitarbeitern TZI mit > 160 Mitarbeitern Ggfs. weitere Partner Groningen (TNO, RUG, ) Ca IT Arbeitsplätze im Raum Bremen Oldenburg Groningen Gemeinnütziger Verein Mitglieder zunächst Privatpersonen Vorstand (OFFIS und TZI Vorsitzende im Wechsel)

9 9 Kompetenzen Anwendungsorientierung + Technologieführerschaft = Innovationsfähigkeit Anwendungs-Know-How Organisatorisch gebündelt in drei FuE-Bereiche IuK-Know-How Technologisch gebündelt in bereichsübergreifenden Clustern

10 10 NACHHALTIGKEIT DURCH KOOPERIERENDE, MOBILE (AUTONOME?) SYSTEME

11 11 Logistik und Automatisierung heute Logistik: Organisation und Steuerung von Güterströmen in Produktionsstätten auf Distributionszentren im globalen Handel Logistik darf nichts kosten 100% Flexibilität und Verfügbarkeit Trend zur Automatisierung und intelligenter Steuerung Kooperative, autonome, mobile Systeme als Technologie

12 12 Autonome Systeme - Stand der Technik (1) Haushalt Autonome Staubsauger Geringes Gewicht, geringe Geschwindigkeit Sicherheit durch langsame Fahrt und Abstandssensorik Garten Autonome Rasenmäher Sicherheit durch langsame Fahrt und Abstandssensorik Blockieren der Klinge bei Anheben oder Umdrehen

13 13 Autonome Systeme - Stand der Technik (2) Produktion & Logistik Autonome Fahrzeuge (spurgeführt oder frei fahrend) Einsatz in abgeschirmten Bereichen oder Sicherer Betrieb durch Sensorik und langsame Fahrt Landwirtschaft Automatische Lenksysteme Spurführung durch Tastsensorik und optische Sensoren Ausschließlich Assistenzsysteme Automobilindustrie Abstandsregelung, Spurwechselwarnung, Parkpilot etc. Ausschließlich Assistenzsysteme Volkswagen AG

14 14 Beispiel: KIVA Systems, USA Warehouse Management Waren werden durch autonome Roboter zur Kommissionierung gebracht Trennung von Fahrbereich und Kommissionierbereich Spurgeführte Fahrzeuge, dezentrale Steuerung Marktreifes Produkt Quelle:

15 15 Beispiel: Skalierbare Materialflusselemente KARIS (AGT Intralogistik B.-W.) Autonomes Fahrzeug mit aufgesetztem Fördermodul Einzelnes Fahrzeug als Unstetigförderer In der Gruppe als Stetigförderer betreibbar In der Entwicklungsphase Foto: Stefan Rührup Konzept der Arbeitsgruppe FML, TU München Selbssteuernde und vernetzte Materialflusselemente Schwarmverhalten Konzeptphase Quelle: Günthner et al 2008

16 16 Evolution automatisierter Transportsysteme Savant GOX Still RTS Spurgeführte Schlepper Mobile Roboter FROG AGV Autonomer Gabelstapler Führungstechnik Optische Führung Induktive Führung Lasernavigation Transponder Fahrerlose Transportsysteme (FTS) Autonome Systeme Kooperative Robotische Systeme Steigender Grad der Automatisierung Steigende Flexibilisierung

17 Automobiltechnik Intralogistik 17 Parallelen zur Automobilindustrie Savant GOX Still RTS Spurgeführte Schlepper Mobile Roboter FROG AGV Autonomer Gabelstapler Führungstechnik Optische Führung Induktive Führung Lasernavigation Transponder Interne Sensorik Cruise Control Sperrdifferential ABS Umgebungserfassende Sensorik ASR ESP Bremsassistent Blind Spot Detection Spurhalteassistent Adaptive Cruise Control Night Vision Kooperative Systeme Kreuzungsassistent

18 Automobiltechnik Intralogistik 18 Entwicklung von Automatisierungs- und Assistenzfunktionen Steigendes Transportaufkommen, Flexibilisierung Spurgeführte Transportsysteme Autonome Systeme Sensorische Umgebungserfassung Kommunikation Assistenzsysteme Kooperative Systeme Steigende Verkehrsdichte

19 19 SICHERHEIT VS. EFFIZIENZ

20 20 Autonome Systeme und ihre Sicherheit Autonome/Automatisierte Transportsysteme erobern zunehmend (teil-)öffentliche Bereiche Nutzen und Risiken: Rationalisierung, aber auch Gefahren durch Fehlfunktionen Wer haftet im Schadensfall? Sind Risiken kalkulierbar? Zur Akzeptanz solcher Systeme ist neben einer Effizienzsteigerung ein belastbarer Nachweis der Sicherheit nötig.

21 21 Rechtliche Fragestellungen Haftungsbeschränkung Safety issues will be of particular interest from a legal viewpoint Weng et al.: The legal crisis of next generation robots. Int. Conference on Artificial Intelligence and Law, 2007 Sicherheitsrichtlinien

22 22 Wie sicher müssen Autonome Systeme sein? Der Sicherheitsbegriff Sicherheit = Freiheit von inakzeptablem Risiko der physischen Verletzung oder des Schadens an der Gesundheit von Menschen. Funktionale Sicherheit ist der Teil der Sicherheit, der davon abhängt ob ein System oder Gerät auf Eingaben richtig reagiert. Systeme unterliegen der Produkthaftung Einhaltung von Normen oft auf freiwilliger Basis Ein Hersteller hat jedoch nach dem Stand der Technik zu arbeiten Sicherheitsnormen wie z.b. IEC werden als solcher angesehen

23 23 Sicherheitsaspekte für Autonome Systeme Der Sicherheitsbegriff Sicherheit = Freiheit von inakzeptablem Risiko der physischen Verletzung oder des Schadens an der Gesundheit von Menschen. Die Sicherheit von autonomen Systemen hängt primär von der korrekten Funktion der Softwarekomponenten ab, es handelt sich also um Funktionale Sicherheit Die Sicherheit des Gesamtsystems wird erreicht durch systematische Erfassung und Einschätzung der möglichen Risiken Ableitung von sicherheitsrelevanten Anforderungen für Teilsysteme Fahr- Regelung Gelände? Sensorik Einbettung dieser Anforderungen in den Entwicklungsprozess Wahrnehmung Nachweis der Erfüllung dieser Anforderungen gemäß anerkannter Sicherheitsnormen zur funktionalen Sicherheit (insbesondere EN ISO 14121, IEC 61508, EN 1525) Fahr- Planung Kommunikation

24 Automobiltechnik Intralogistik, Automation 24 Standards zur Funktionalen Sicherheit DIN EN 1525 Sicherheit von Flurförderzeugen EN 954 Sicherheit von Maschinen Katalog von Sicherheitsmaßnahmen ISO Sicherheit von Maschinen Risikobewertung u. Risikominderung Zertifizierung von Komponenten und Systemen A-Norm (top level) für funktionale Sicherheit von E/E/PE Systemen Automotive Safety Safety-Lifecycle : Erweitert das V-Model als Entwicklungsprozess um Sicherheitsanalysen Modellbasierter Entwurf Zertifizierung des Entwicklungsprozesses

25 25 Sicherheit vs. Effizienz Beschränkte Fahrbereiche Teilöffentliche Fahrbereiche FROG AGV Foto: Götting KG Geschwindigkeit technisch begrenzt Kein Personenzugang Definierte Übergabepunkte Nachteil: Gebrochene Transportwege Geschwindigkeit durch Sicherheitsanforderungen beschränkt Zuverlässige Sensorik erforderlich Bessere Integration in den Materialfluss Derzeitige Situation: Sicherheit oder Effizienz

26 26 Herausforderungen, Lösungsansatz Herausforderung: Effizienzsteigerung von autonomen Fahrzeugen in (teil-) öffentlichen Gebieten Flexibler und schneller als bisher aber genau so sicher! Bessere Wahrnehmung der Umgebung nötig Kooperative Erfassung der Umgebung durch verteilte Sensorik und vorausschauende Gefahrenerkennung Erweitertes Umgebungsbild durch Kombination aus Fahrzeug- und Umgebungssensorik Bestimmung von Fahrweg und Geschwindigkeit Grafik: Stefan Rührup

27 27 TECHNOLOGIE

28 28 Sense Think Act bei isolierten Systemen Sensorik Datenverarbeitung Embedded System Embedded System Navigation Pfadplanung Bildverarbeitung Hinderniserkennung ACT Aktorik Fahrtregler Embedded System

29 29 Kooperierende Mobile Systeme Kommunikation als Schlüsselelement in Multi-Roboter-/ Multi-Sensor-Systemen Kommunikation ermöglicht neue Regelungs- und Wahrnehmungsmechanismen Zugriff auf Informationen außerhalb des Wahrnehmungsbereichs Regelung Control Wahrnehmung Perception Kommunikation Communication

30 5 Sicherheitsaspekte für Autonome Systeme Fahr- Planung Kommunikation Wahrnehmung Stationäre Sensorik Fahr-Regelung Fahrzeug- Sensorik Umwelt

31 31 Autonome Systeme in kooperativen Umgebungen Smart Sensor COMMUNICATE ACT Perzeption Grafik: Stefan Rührup

32 32 Problem: Sensorische Wahrnehmung von Objekten Messung eines Laserscanners Distanzmessung mittels Stereokamera Originalbild Tiefenkarte

33 33 AKTUELLE OFFIS-PROJEKTE (AUSWAHL)

34 34 Smart Home-Technologie zum Energiesparen

35 35 Unmanned Aerial Vehicles (UAV) Autonomous UAVs Quadrocopter Fixed-wing aircraft Profiler Capabilities: Guard M Automatic start and landing Autonomous navigation Stable flight under strong wind conditions Can carry cameras and various sensors Waypoint selection Monitoring application Base station

36 36 SCAMPI - Sensor Configuration and Aggregation Middleware Goal: Integration of sensor data into any application Challenge: Heterogeneous sensors, interfaces, access methods, protocols, platforms Applications Middleware for configuration and data aggregation Heterogeneous Sensors

37 37 SCAMPI Logistics Applications Uniform interface and service primitives Track and Trace SCAMPI Middleware Fleet Management Heterogeneous Sensors and Access Protocols > -6 Data Aggregation! Communication Interface Temperature Sensors

38 38 CogniLog Cognitive Logistics Networks Autonomous Transport Vehicles are usually operated under centralized control in secluded areas C o g n i L o g Human Transport vehicle Transport unit

39 39 CogniLog - Crossdocking in Cognitive Environments With decentralized control and cooperative (swarm) behaviour: Wireless Sensor Nodes Transfer point Path (static) Transport (mobile) Collision! reserved free Human Transport vehicle Transport unit Path

40 40 CogniLog Cognitive Logistics Networks Goal: Increasing flexibility in highly complex logistics processes Challenge: Autonomous configuration and integration of material handling elements C o g n i L o g Manufacturing/Logistics Execution System Vertical Communication Horizont. Comm. Framework and Middleware Horizont. Comm. mech. coupling Drive mechanism Sensors and actors mech. coupling Neighbor Cells Conveyor (Cell) Neighbor Cells

41 41 Projekt SaLsA Sichere Autonome Logistik- und Transportfahrzeuge im Außenbereich SaLs Ansatz Sichere Sensorik am Fahrzeug Ausstattung der Umgebung mit zusätzlicher Sensorik Erweitertes Umgebungsbild ermöglicht Vorhersage von potenziellen Gefahrensituationen Stefan Rührup

42 42 Sichere Autonome Systeme im Projekt SaLsA Sichere Autonome Logistik- und Transportfahrzeuge im Außenbereich SaLs Erfassung der Umgebung durch vernetzte Sensoren Erkennung von Gefahren Grafik: Stefan Rührup

43 43 Demonstrationsszenarien SaLs Automatisches Umsetzen von Wechselbrücken im DHL Logistikzentrum Unna (assoziierter Partner) Autonome Fahrzeuge auf dem Messegelände in Hannover Wechselbrückenumsetzer Quelle: Wikimedia Commons

44 44 Einsatzszenario Containerumschlag Quelle: Bing Maps

45 45 Fazit Zentrales Thema in der Logistik ist Effizienz Aus Kostengründen Aus ökologischen Gründen Green Logistics als Marketingthema Autonome Systeme können effizienzsteigernd sein Anforderung: Sicherheit bei hoher Effizienz Durch aktuelle Entwicklungen im Bereich Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT) ist es mögliche sichere Autonomie zu gewährleisten Konsequenz: Kooperierende Mobile Systeme können einen Beitrag zur Effizienzsteigerung in Logistik-Anwendungen leisten Anregung: Kombination mit Elektromobilität

46 46 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt: Matthias Brucke Bereichsleiter Business Development FuE-Bereich Verkehr OFFIS Escherweg Oldenburg Telefon: / Telefax: / Mobil: / brucke@offis.de Skype/twitter/facebook: mbrucke ICQ: