Intralogistik Industrie 4.0

Strategien und Konzepte für Intralogistik bei Einführung von Industrie 4.0

Vorgehensweise Intralogistik Industrie 4.0

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Industrie 4.0 in der Intralogistik – das Ziel ist hier künftig eine durchgängig digitale Logistikkette abzubilden. Die Blockchain, autonome Fahrzeuge oder die Identifikation von Produkten per RFID sind nur einige Beispiele, an deren Umsetzung Unternehmen und Institute arbeiten.

Michael Grupp

In absehbarer Zeit wird die Integration der Daten- und Transportlogistik zum erfolgskritischen Faktor für die Effizienz der Produktion werden. Das ist auch zwingend notwendig, da immer kleinere Losgrößen immer intelligentere Transportlösungen erfordern. In der letzten Ausbaustufe von Industrie 4.0 werden Cyber-physische Systeme ein komplettes digitales Abbild der realen Produktionswirklichkeit darstellen. Damit ist in Echtzeit feststellbar, wo welches Produkt und welches Material in welchem Zustand verfügbar ist.

Ein weiteres Schlagwort macht in diesem Zusammenhang gerade die Runde: die Blockchain. Dieses auf Kryptologie basierende Dokumentations-Verfahren ist nicht nur die Basis für digitale Währungen, sondern auch hervorragend für transaktionsbasierende Prozesse geeignet. Mit einer Blockchain lässt sich zu jedem Zeitpunkt ein nachvollziehbarer, fälschungssicherer und ganzheitlicher Systemzustand belegen. Mit anderen Worten: Jeder weiß sofort über alles Bescheid. Ein Logistik-Idealzustand.

Best Practises

Zahlreiche KMUs warten derzeit ab, was die Vorreiter der Branchen machen, um aus deren Fehler zu lernen beziehungsweise auf ausgereifte Best Practises zurückgreifen zu können. Viele Experten sehen darin allerdings einen Fehler. Volker Sieber, Leiter der Entwicklung beim Automations-Spezialisten Schnaithmann, rät vielmehr zu dieser Vorgehensweise: „Sofort, aber in kleinen Schritten. Wir empfehlen, nicht endlos auf Standards, Richtlinien, Empfehlungen und Experten zu warten. Das passiert parallel. Lieber ohne Verzögerung einfach mal das Machbare Schritt für Schritt ausprobieren. Dabei den Kundennutzen, nicht die Technologie in den Vordergrund stellen. Im Endeffekt geht es um Zeitgewinn, Qualitätssteigerung und Kostensenkung. Alles andere wäre ja betriebswirtschaftlicher Unsinn.“

Wer sich mit neuen Konzepten für die Intralogistik beschäftigen möchte, sollte dementsprechend zuerst die Gesamtheit einer Smart Factory aufbrechen und diese in kleinere Projektteile zerlegen. Häufig kann dabei auf existierenden Lösungen aufgebaut werden. In vielen Unternehmen kommunizieren bereits heute Transportsysteme, Fördertechnikbehälter und Produkte via Warehouse-Management-System (WMS) automatisiert miteinander. Auch der industrielle Einsatz von mobilen Devices setzt sich zunehmend durch – wenn auch bis dato meist als Insellösungen. Diese Option ist allerdings nicht empfehlenswert. Die proprietäre Verbindung zwischen den einzelnen Geräten sowie die Integration mit anderen Systemen hat Unternehmen bereits eine Menge Lehrgeld gekostet. Per Definition sind Insellösungen in einer Smart Factory nicht vorgesehen. Und doch finden sich in konventionellen Betriebsstrukturen immer noch nicht standardisierte Einzelanwendungen – mit allen negativen und kontraproduktiven Auswirkungen für eine dynamische Fertigungsumgebung.

Grenzenlose Integration

Dazu kommen die Herausforderungen im Rahmen der prozessübergreifenden Digitalisierung. Sie beginnen zum Beispiel mit länderspezifischen Anforderungen oder besonderen Erwartungen an die Verpackung. Viel tiefgreifender wirkt sich allerdings die zunehmende Forderung nach Prozessinformationen für Einkauf, Vertrieb und Netzwerkpartner aus. Sie kann nur durch eine Bottom-Up-Strategie installiert werden: durch die Einführung dezentraler Prozessverantwortung, einer Shopfloor-basierten Kapazitätsplanung und durch die Vergabe lokaler Kompetenzen, welche die Daten strukturiert „nach oben“ melden. Ebenso pragmatisch sollte die Hardware-Seite langsam an die Smart Factory der Zukunft herangeführt werden: zum Beispiel durch die Nachrüstung bestehender Anlagen, mithin also die Digitalisierung des existierenden Maschinen- und Geräteparks. Die langfristige Zielvorgabe muss selbstkonfigurierende, Plug- and Produce-fähige Maschinen sowie modulare Fördertechnik- und Produktionssysteme vorsehen. So führt eine auf sich arbeitende Strategie durch den Ausbau von Insellösung zu langsam wachsenden Kontinenten.

Intelligente Objekte, effizienter Transport, vernetzte Strukturen

Auf dem Siemens Logistiktag Ende September 2017 in Ludwigsburg sahen die Experten dafür unterschiedliche Ansatzpunkte: Erstens die Einführung intelligenter Objekte, welche eigenständige Informationen tragen beziehungsweise benötigte Informationen aus dem Industrie 4.0-Umfeld anfordern und konsolidieren. Zweitens intelligente Maschinen und Geräte, die sich flexibel den Bewegungsanforderungen der jeweiligen Objekte anpassen. Und nicht zuletzt auch die übergreifende Integration von intelligenten Maschinen, Produkten, Lagersystemen und Betriebsmitteln.

Nächste Stufe des Identifizierens per RFID

Für diese Anforderungen existieren inzwischen erprobte Lösungen. So hat sich die klassische RFID-Technik weiterentwickelt. Bis vor wenigen Jahren konnte damit zwar die Position des Produktes innerhalb des Prozesses festgestellt werden, aber nicht, in welchem Zustand sich das Produkt befindet und ob der nächste Prozessschritt angestoßen werden muss. Toleranzen, Fehler oder auch nur falsche Beschriftungen waren mit RFID bisher nicht identifizierbar. Die nächste RFID-Generation leistet genau das: durch die Abbildung des Objektes in Cyberphysischen Systemen und den daraus resultierenden Steuerungsmöglichkeiten im Internet der Dinge. Noch vielversprechender entwickelt sich die Bilddatenerfassung in Zusammenarbeit mit intelligenter Bildverarbeitung – sogenannte Visual Localization Management Systeme. Solche Systeme identifizieren zuverlässig das jeweilige Produkt und überprüfen parallel dessen Zustand. Sie stellen auch fest, welche Prozesse das Produkt bereits durchlaufen hat und welche jetzt folgen müssen – nicht nur wie bei RFID auf Basis der hinterlegten Daten, sondern in Echtzeit auf Basis des Ist-Zustandes. Sie werden derzeit vor allem in Teilbereichen der Logistik eingesetzt, in denen Prozesse nicht automatisiert geführt werden.

Transportieren

Grundsätzlich haben sich die Kernprozesse eines Lagers in den letzten Jahren nicht verändert. Neu ist allerdings die geforderte Daten-Transparenz und die Hardware, mit denen Güter ein- und ausgelagert, transportiert und nicht zuletzt für den Kunden versandfertig gemacht werden. In vielen deutschen Produktionshallen fahren die Staplerfahrer noch auf Zuruf und Sicht. Die fehlende Planung und Struktur sorgt aber für ineffiziente innerbetriebliche Abläufe. Abhilfe will hier beispielsweise das Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik in Dortmund in Zusammenarbeit mit dem Karlsruher Institut für Technologie durch die Entwicklung von sogenannten FTF-Schwärmen schaffen. Dabei bewegen sich eine Vielzahl von fahrerlosen Transportfahrzeugen selbstständig durch das Lager. Erhält der Schwarm einen Auftrag, wird über WLAN-Kommunikation zuerst abgestimmt, welcher Transportroboter den jeweiligen Auftrag übernimmt – abhängig von der Position, dem Akkustand und eventuellen Staus auf dem Weg. Das jeweilige FTF navigiert dann automatisch zum Regalplatz, entnimmt die benötigten Teile und bringt sie zum Bestimmungsort. Mit 50 Fahrzeugen ist das Projekt das größte seiner Art. Momentan optimieren die Forscher die Mensch-Maschine-Kollaboration. Denn wie so oft: Der Mensch stört. Er taucht unangemeldet auf, läuft quer durch die Gänge oder stellt gar Gitterboxen in die Fahrwege. Diese „Störparameter“ sollen sukzessive erkannt und im lernenden Speicher der Schwarmintelligenz abgelegt werden.

Auf Pulver gebaut

Zu einem bestimmenden Trend in der Intralogistik kann auch der Einsatz von additiven Fertigungstechniken werden. Durch die Verwendung von Pulver für 3D-Halbzeuge werden Silos benötigt, das Pulver muss unternehmensweit verteilt und Ex-Schutz-Bereiche gegen Pulverexplosion oder -verpuffung eingerichtet werden. Die dadurch entstehenden Fertigungsvorteile sind allerdings überzeugend – vor allem bei kleinen Losgrößen. Denn die Rüstzeiten minimieren sich auf den Austausch eines Datensatzes.

Zukunftsmusik

Am Ende dieser Entwicklung zur Smart Factory im Industrie 4.0-Umfeld steht die autarke Produktion: Produktionsmaschinen ordern selbstständig den benötigten Nachschub an Rohmaterialien und Teilen aus einem zentralen Lager oder zwischengeordneten Pufferlösungen. Mithilfe von autonomen Flurförderzeugen oder Förderbandsystemen werden die Waren Just-in-time direkt zur Montagelinie gebraucht. Dabei herrscht das Pull-Prinzip: Materialien werden nur bei tatsächlichem Bedarf transportiert und verarbeitet. Dadurch, wie auch durch die automatisierte Entnahme und Einlagerung werden auch die Lagergrößen sinken. Lager und Produktion werden über ein WMS integriert, wobei sämtliche Kommissioniervorgänge von dem System gesteuert werden. Mehr noch: Die dadurch entstehenden Daten werden nicht nur im Rahmen von Big Data abgelegt, sondern für aussagestarke Prognosen über Verbräuche und Entwicklungen weiterveredelt. Transport, Umschlag und Lagerung werden weiterhin die Kernaufgaben der Intralogistik bleiben. Sie wird allerdings in naher Zukunft mit der Produktion verschmelzen und eine digitale Einheit bilden.


Die Serie Industrie 4.0

Wir begleiten Sie in unserer fortlaufenden Serie auf dem Weg zur Digitalisierung: In dieser Ausgabe beleuchten wir das Thema Intralogistik. Alle Beiträge finden Sie online auf www.industrieanzeiger.de; ein Kompendium der spannendsten Teile gibt es in Ausgabe 11/2018.

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