Effizienzsteigerungen in der Logistik - dank CPS

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1 Effizienzsteigerungen in der Logistik - dank CPS Wenn die Dinge wissen was sie tun... Cyber Physical Systems in der Logistik Dortmund, 25. April 2013 Dipl.-Inform. Martin Fiedler Fraunhofer IML

2 Agenda Problemstellung und Einführung in die CPS Potentiale und Anwendungsbeispiele Folie 1

3 Agenda Problemstellung und Einführung in die CPS Potentiale und Anwendungsbeispiele Folie 2

4 Problemstellung Die Komplexität der Logistik wächst superexponentiell Strukturkomplexität Anhaltende Globalisierung, steigender Vernetzungsgrad Datenkomplexität Logistische Datenmenge steigt je Dekade um den Faktor Produktkomplexität Wunsch nach Individualität, «Losgröße Eins» Komplexität durch Vernetzung und ecommerce Teilnahme am virtuellen Leben steigen mit der Offenheit und Vernetzung Es werden intelligente Lösungen gesucht, die der steigenden Komplexität gerecht werden. Cyber-physische Systeme sind Teil dieser Lösungen. Folie 3

5 Einleitung Cyber-physische Systeme Ein Cyber-physisches System (CPS) bezeichnet den Verbund informatischer, softwaretechnischer Komponenten mit mechanischen und elektronischen Teilen, die über eine Dateninfrastruktur, wie z. B. das Internet, kommunizieren. Physische Komponente Objekt (Behälter, Container, Fahrzeug) Elektronische Einheit CPU+RAM, Steuerungssoftware Sensorik zur Überwachung, Aktorik zur Steuerung Virtuelle Komponente Repräsentation der physischen Komponente, z.b. in der Cloud Schnittstellen zur Kommunikation mit externen Systeme Folie 4 Quelle: Wikipedia

6 Wandel zu dezentralen Systemen und intelligenten Einheiten Wegfall eines komplexen, zentralen, übergelagerten Systems Einfachere Intelligenz wird auf einzelne Einheiten verteilt Treffen von dezentralen Entscheidungen vs. zentral gesteuerte Systeme Autonomes Handeln einer Einheit Kommunikation mit Nachbarn und Einheiten anderer Typen Folie 5 Bild: FLW, Fraunhofer IML

7 Einordnung von Cyber Physical Systems z.b. Health Smart Cities Energie Logistik Internet der Dienste Horizontale Plattformen (z.b. Cloud Computing) CPS Horizontale Plattformen und HW (z.b. RFID, Sensorknoten) Internet der Dinge Technologien Smart Meter Intelligente Behälter / Ladungsträger (z.b. inbin) ATF Folie 6

8 CPS als Enabler für die Industrie 4.0 Folie 7 Quelle: DFKI (2011)

9 Industrie 4.0: Das Produkt produziert sich selbst Initial kennt das Produkt seinen zukünftigen Konstruktionsplan selbst (CAD, CAM Daten) Es erkennt seine Umgebung und kommuniziert mit ihr während der Fertigung Kommunikation mit Maschinen, z.b. Fräsmaschine Kommunikation mit Mensch Es teilt Mensch und Maschinen Schritt für Schritt mit, welcher Arbeitsvorgang als nächstes folgt Folie 8

10 Internet der Dinge und CPS in der Logistik: Innovation und Evolution Daten können Dinge bewegen! Den Dingen Beine und Arme geben... Mobilfunk Internet Internet der Dinge / Cyber Physical Systems Lokomotive Automobil Luftfahrt Telefon Folie 9

11 Herausforderungen an CPS Datensicherheit und Datenschutz (Security & Privacy) Kosten Software- Integration Erhöhte Datenmenge (Big Data) Energieeffizienz Hardwarekomplexität (MEMS) Integration des Menschen (Arbeiter) Standardisierung Folie 10

12 Standardisierung Beispiel EPCGlobal Architektur für RFID Folie 11 Quelle:

13 Standardisierung Internet of Things Architecture (IoT-A) IoT-A ist das größte europäische Leuchtturmprojekt (FP7 IP) im Bereich Internet of Things Das Ziel von IoT-A ist die Etablierung einer gemeinsamen universellen Architektur für alle Anwendungen im Internet der Dinge IoT Cookbook als Leitfaden: Wie kann eine IoT Architektur für eine konkrete Anwendung entwickelt werden Standardisierung im Rahmen der IETF Folie 12

14 Agenda Problemstellung und Einführung in die CPS Potentiale und Anwendungsbeispiele Folie 13

15 Intelligente Behälter: inbin Kommuniziert mit Menschen und Maschinen Energie autark Kontrolliert logistische Prozesse Pick/Pack Prozesse Vergabe von Transportaufträgen Überwacht seine Umgebung Wartungsfreiheit Modularer Baukasten, um sich an beliebigen logistischen Prozess anpassen zu können Selbstortung Folie 14

16 Der ibin - Behälter mit Augenmaß Folie 15

17 Intelligente Ladungsträger: Smarte Luftfrachtcontainer aus DyCoNet ULD Management Internet GSM / UMTS Der SmartULD..hat Zugriff auf Information ( Gedächtnis ), e.g. Aktuelle Position und Zieldestination(en) Logs (Schaden, Reparaturen, Türöffnungen)..erfasst Umgebungseinflüsse auf den Container, detektiert und übermittelt Alarme smartulds SRW ( ).. Kommuniziert mit umliegenden Objekten und dem globalen ULD Management System Szenario Mobile Inventur Folie 16

18 FMCG BRIEF LUFT EffizienzClusters LogistikRuhr - Gefördert durch: Forschungsprojekt: smarti - smart reusable transport items Intelligente Briefbehälter für das deutsche Briefpostnetzwerk, die über multifrequenzfähige Transponder und verschiedene Protokolle kommunizieren und sich selbst steuern können Intelligente Luftfrachtpaletten, die energieautark im weltweiten Netz der Lufthansa Cargo Informationen über Ort, Ware und Umgebung liefern Intelligente Handelspaletten mit neuartiger Radiofrequenz (RF)- und IT-Infrastruktur, die deutschlandweit im Netzwerk der REWE automatisch Materialflüsse über die gesamte SupplyChain bis zum Kunden steuern Folie 17

19 Zellulare Fördertechnik Systeme schaffen, die überleben Multishuttle Move Schwarm mit 50 autonomen Shuttle Fahrzeugen Agentenbasierte Fahrzeug- und Auftragssteuerung Sensorfusion zur Lokalisierung und Schwarmsteuerung Ersetzen konventionelle Regalbedienung und Fördertechnik Folie 18

20 CPS inbin - der Behälterschwarm Die Logistics Mall ist ein assoziiertes Projekt Folie 19 des EffizienzClusters LogistikRuhr

21 Dezentrale Steuerung für Förderanlagen Zielsetzung: Flexiblere, skalierbarere Automatisierung Umfassendere Integration in die IT-Systeme eines Unternehmens Lösungsweg: Keine zentrale Steuerungslogik Stattdessen verteilte Steuerungseinheiten Verwendung von IT-Technologien: Kommunikation: Ethernet, TCP/IP, Web Services Programmierung: C/C++, Java Überwachung: 3D-Engine zur Visualisierung Identifizierung der Güter mittels RFID Folie 20

22 Zusammenfassung Cyber-physische Systeme, die auf dem Internet der Dinge und Dienste basieren, können eine Lösung für die steigende Komplexität in der Logistik sein Einige Lösungen und Lösungsansätze existieren bereits in verschiedenen Feldern der Logistik Es bleiben Herausforderungen Energie, Big Data, Integration des Menschen, Standards Die benötigte Technologie ist in großen Teilen vorhanden Folie 21

23 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Unser Schicksal hängt nicht von den Sternen ab, sondern von unserem Handeln. (William Shakespeare, Fraunhofer-Institut Materialfluss und Logistik Joseph-von-Fraunhofer-Str Dortmund Dipl.-Inform. Martin Fiedler Martin.