Dezentrale Steuerung für Materialflusssysteme am Beispiel von Stückgutförder- und sortieranlagen

Der Lehrstuhl Förder- und Lagerwesen der Universität Dortmund hat zusammen mit einem Industriepartner ein neuartiges, dezentrales Steuerungssystem entwickelt. In diesem modularen, hochflexiblen System wird der gesamte Material¬fluss durch dezentral organisierte, autonome Einheiten in Echtzeit gesteuert. Das System wurde erfolgreich in eine am Lehrstuhl betriebene Stückgutförder- und Sortieranlage integriert, welche als Prototyp dient und für weitere Forschungen im Bereich dezentrale Automatisierung zur Verfügung stehen wird. Dieses Dokument beschreibt die Zielsetzung und Implementierung des dezentralen Steuerungssystems.

RFID-Technologie : Bindeglied zwischen Informationsfluss und Materialfluss. Wie zuverlässig sind die Identifikationsvorgänge?

Mit der zunehmenden Komplexität der Logistikketten ist auch der Anspruch an die Informationstransparenz gestiegen. Hier ergibt sich durch den Einsatz intelligenter RFID -Technologie eine weitere Möglichkeit zur Op-timierung und Steuerung der eingesetzten Kapazitäten, denn so ist eine Identifikation und Verfolgung von Waren und Gütern entlang der gesamten Supply Chain möglich. Jedes Produkt ist zu jeder Zeit genau lokalisierbar und kann eine Fülle an aktuellen und historischen Daten liefern. Durch den Einsatz der RFID-Technologie kann das Zusammenspiel von Materialfluss und Informationsfluss zwischen den einzelnen Prozessschritten optimiert werden. Damit ist gewährleistet, dass alle erforderlichen Daten zum richtigen Zeitpunkt am richtigen Ort sind. Die dezentrale Bereitstellung und Veränderung von Daten ermöglicht eine flexible, dezentrale Steuerung logistischer Systeme. Weitere Vorteile der RFID - Komponenten sind beispielsweise, dass sie individuell beschreibbar sind und ihre Identifikation selbst über begrenzte Entfernungen und ohne Sichtkontakt zwischen Tag und Lesegerät möglich ist. Durch den Einsatz von RFID-Transpondern eröffnen sich Potentiale in Richtung Prozesssicherheit, Reduzierung der Logistikkosten oder auch Verfügbarkeit der Produkte. Diese Vorteile hängen jedoch nicht zuletzt von der Zuverlässigkeit der Identifikationsvorgänge ab. Die unbestrittenen Potentiale, die durch Einsatz von RFID-Elementen erschlossen werden können, sind nur dann nutzbar, wenn die nun dezentral an den Waren oder Ladeeinheiten zugeordneten Informationen an den benötigten Stellen zuverlässig abgerufen werden können. Die Kommunikation zwischen Transponder und Lese- /Schreibeinrichtung wird durch unterschiedliche Materialen, wie z.B. Metall, die die Funkverbindung beeinflussen erschwert. Die Zuverlässigkeit dieser Kommunikation wird anhand von Versuchen, mit unterschiedlichen Füllmaterialien und unterschiedlichen Anordnungen der Transponder an den Ladeeinheiten, ermittelt.

Aufbau hochfunktionaler Intralogistik-Knoten mittels kleinskaliger Module als Cognitive Conveyor

Kleinskalige, multifunktionale Module haben ein hohes Potential bei der wirtschaftlichen und flexiblen Gestaltung intralogistischer Systeme mit hoher Funktionalität. Durch dezentrale Steuerung und eigener Intelligenz der Module ist das System frei skalierbar und der Installationsaufwand wird minimiert. Mittels eines neuartigen Konzeptes der Datenkommunikation für Stetigförderer erfolgt der Informationsaustausch drahtlos mit Hilfe optoelektrischer Elemente. Die Kleinskaligkeit der Transportmodule gegenüber der Transporteinheit im Zusammenhang mit dem Steuerungskonzept erlaubt eine selektive Beschaltung der Module nach Bedarf und damit eine optimierte Energieausnutzung im Betrieb. Prototypen auf Basis von Schwenkrollen mit integrierter Antriebstechnik und Steuerung lassen das Potential des Prinzips erkennen. Das neu entwickelte Konzept der Schrägscheibe hilft bei der anspruchsvollen Integration der Antriebstechnik in das Modul durch das Prinzip der koaxialen Aktoren. Durch omnidirektionalen Funktionsumfang der Module entsteht im Zusammenschluss zu einer Modulmatrix ein hochflexibel einsetzbares Intralogistik-Modul. Die Vernetzung dieser hochfunktionalen Knoten durch einfache Fördertechnik bietet die Möglichkeit einfacher Planung flexibler Logistiksysteme.

Kollaborative Planung dezentral gesteuerter Materialflusssysteme in der Intralogistik

Der Beitrag stellt eine Kollaborationssoftware vor, die im Rahmen des AiF-Forschungsprojektes „KoDeMat“ entwickelt wurde. Der Fokus wird auf die Problemfelder der fehlenden Standardisierung und Anpassbarkeit im Bereich von fördertechnischen Anlagen gerichtet. Ziel ist, unter Zuhilfenahme von standardisierten, kollaborativen Engineeringprozessen, eine unternehmensübergreifende Planung, Realisierung und einen Umbau von komplexen dezentral gesteuerten Intralogistiksystemen sowie deren Betrieb effizient zu ermöglichen.

GridSorter – Logische Zeit in dezentral gesteuerten Materialflusssystemen

Der GridSorter ist ein dezentral gesteuertes, modulares Fördersystem, das zur effizienten und platzsparenden Warensortierung genutzt werden und flexibel an wechselnde Anforderungen angepasst werden kann. In diesem Artikel wird ein neues Steuerungsverfahren für Routenreservierung und Durchführung des Ladungsträgertransports vorgestellt, das auf dem Prinzip der logischen Zeit basiert. Dadurch wird ein effizientes und Deadlock-freies Systemverhalten gewährleistet.

Bestimmung der Leistungsverfügbarkeit eines modularen Sorters

Der GridSorter ist ein dezentral gesteuertes, modulares Fördersystem, das zur effizienten und platzsparenden Warensortierung genutzt werden und flexibel an wechselnde Anforderungen angepasst werden kann. In diesem Artikel wird ein Steuerungsverfahren vorgestellt, welches automatisch auf technische Störungen reagieren kann und somit einen kontinuierlichen Betrieb ermöglicht. Mittels Simulation wird der Einfluss von Defekten einzelner Module auf die Systemleistung untersucht.

GridSorter – Dezentral gesteuertes Materialflusssystem zum Transport unterschiedlich großer Ladungsträger

Der GridSorter ist ein neuartiges Fördersystem zur effizienten und platzsparenden Sortierung von Gütern. Durch seine dezentrale Steuerung und den modularen Aufbau aus baugleichen rechteckigen Fördermodulen lässt er sich leicht an sich verändernde Anforderungen anpassen. In diesem Artikel wird ein neuer Reservierungsalgorithmus vorgestellt, welcher den Transport von Ladungsträgern erlaubt, die größer sind als ein Fördermodul. Dadurch wird nicht nur die Menge an möglichen Transportgütern erweitert, sondern es kann, wie in einer Simulation gezeigt wird, auch eine Effizienzsteigerung durch eine Verringerung der Modulgröße erreicht werden.

Realtime Logistics : echtzeitnahe Steuerung von Materialflusssystemen auf Basis autonomer Agenten und Entitäten

Die Steuerung logistischer und produktionstechnischer Systeme ist heute durchgängig hierarchisch organisiert. Auch dezentrale und wandelbare Systeme mit eingebetteten fraktalen oder adaptiven Elementen oder Regelkreisen lassen sich in ihrer Gesamtheit stets auf eine zeitgenaue zentrale Planung zurückführen. „Realtime Logistics“ bezeichnet im Gegensatz hierzu die echtzeitnahe Materialflusssteuerung auf Basis einer autonomen, selbstgesteuerten Abwicklung der im einzelnen logistischen Objekt implementierten Mission. Hierzu werden mobile Softwareagenten eingesetzt, die zunächst synchron zum Objekt, und in Zukunft eingebettet im logistischen Objekt, laufen werden.

Synchronisierte Steuerung für ein marktorientiertes Lieferspektrum

Der Artikel befasst sich mit der marktorientierten Lieferung von Waren und der Steuerung dieses Prozesses.

Synchronisierte Steuerung für ein marktorientiertes Lieferspektrum

Die Marktentwicklung zu kleineren Losgrößen mit zunehmender Variantenvielfalt stellt gerade an einen Programmfertiger erhebliche Anfordungen, um immer das richtige Lieferspektrum in seinem Fertigwarenlager bereitzuhalten. Die einfachste Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, besteht in einer hochflexiblen Produktion, bei der die nachgefragten Artikel in der Kundenausführung sofort nach Auftragseingang gefertigt werden. In der Praxis entstehen aber erhebliche Rückstände, weil keine unbegrenzte Kapazität zur Erledigung dieses Aufgabenberges vorhanden wäre.

Richtige Terminplanung und -steuerung sichert die Flexibilität

Im folgenden Tagungsaufsatz wird die Bedeutung der exakten Bedarfszeitpunktermittlung erläutert.

Effect of market-driven minigrids on the frequency stabilization process of isolated middle-sized power grids

Neueste Entwicklungen in Technologien für dezentrale Energieversorgungsstrukturen, erneuerbare Energien, Großhandelsenergiemarkt, Mini- und Mikronetze, verteilte Intelligenz, sowie Informations- und Datenübertragungstechnologien werden die zukünftige Energiewelt maßgeblich bestimmen. Die derzeitigen Forschungsbemühungen zur Vernutzung aller dieser Technologien bilden die Voraussetzungen für ein zukünftiges, intelligentes Stromnetz. Dieses neue Konzept gründet sich auf die folgenden Säulen: Die Versorgung erfolgt durch dezentrale Erzeugungsanlagen und nicht mehr durch große zentrale Erzeuger; die Steuerung beeinflusst nicht mehr allein die Versorgung sondern ermöglich eine auch aktive Führung des Bedarf; die Eingabeparameter des Systems sind nicht mehr nur mechanische oder elektrische Kenngrößen sondern auch Preissignale; die erneuerbaren Energieträger sind nicht mehr nur angeschlossen, sondern voll ins Energienetz integriert. Die vorgelegte Arbeit fügt sich in dieses neue Konzept des intelligenten Stromnetz ein. Da das zukünftige Stromnetz dezentral konfiguriert sein wird, ist eine Übergangsphase notwendig. Dieser Übergang benötigt Technologien, die alle diese neue Konzepte in die derzeitigen Stromnetze integrieren können. Diese Arbeit beweist, dass ein Mininetz in einem Netzabschnitt mittlerer Größe als netzschützende Element wirken kann. Hierfür wurde ein neues Energiemanagementsystem für Mininetze – das CMS (englisch: Cluster Management System) – entwickelt. Diese CMS funktioniert als eine von ökonomischorientierte Betriebsoptimierung und wirkt wie eine intelligente Last auf das System ein, reagierend auf Preissignale. Sobald wird durch eine Frequenzsenkung eine Überlastung des Systems bemerkt, ändert das Mininetz sein Verhalten und regelt seine Belastung, um die Stabilisierung des Hauptnetzes zu unterstützen. Die Wirksamkeit und die Realisierbarkeit des einwickelten Konzept wurde mit Hilfe von Simulationen und erfolgreichen Laborversuchen bewiesen.

Entwurf und Betrieb von Regelungs- und Monitoringsystemen für dezentrale Energiesysteme auf der Basis von verteilten Embedded Systems

Nach einem einleitenden ersten Kapitel wird im zweiten Kapitel der Stand der Technik für Regelungs- und Monitoringsysteme mit vernetzten Systemen dargestellt. Daraus wird die Motivation zur Entwicklung neuer, kostengünstiger Systeme abgeleitet. Im dritten Kapitel folgt eine Darstellung der verschiedenen Arten marktverfügbarer Embedded Systems und dafür geeigneter Betriebs­systeme. Anforderungen an verteilte Regelungssysteme, unterschiedliche Strukturen dieser Systeme und deren Vor- und Nachteile sind Gegenstand des vierten Kapitels. Anhand von Beispielen aus den Bereichen Erzeugungsmanagement für den Betrieb von KWK-Anlagen, Energieverbrauchsmonitoring und Smart-Metering wird der Einsatz von verteilten Regelungs- und Monitoringsystemen im fünften Kapitel dargestellt. Im folgenden sechsten Kapitel wird die Bedeutung normierter Kommunikation für den Einsatz in verteilten Systemen sowie dafür vorhandene Standards aus der elektrischen Energieversorgungstechnik und der Automatisierungstechnik behandelt. Der Stand der Internet-Technik für verteilte Systeme ist Gegenstand des siebten Kapitels. Dabei werden zunächst die verschiedenen drahtlosen und drahtgebundenen Kommunikationsmedien vorgestellt und ihre Eigenschaften und die Rand­bedingungen für ihren Einsatz erörtert. Ebenso werden technische Probleme beim Einsatz der Internet-Technik aufgezeigt und Lösungsmöglichkeiten für diese Probleme dargestellt. Es folgt eine Übersicht von Netzwerkdiensten, die für den Betrieb von verteilten Systemen notwendig sind. Außerdem werden Techniken zur Überwachung von verteilten Systemen behandelt. Kapitel acht zeigt Sicherheitsrisiken bei der Nutzung des Internets auf und bewertet verschiedene Techniken zur Absicherung des Netzwerkverkehrs. Kapitel neun stellt ein Internet-basiertes Client-Server-System zur Online-Visualisierung von Anlagendaten im Webbrowser mit Hilfe von Java-Applets und XML-RPC vor. Die Visualisierung von Anlagendaten auf Mobiltelefonen mit Hilfe des Wireless Application Protocol sowie die dafür notwendige Software und Infrastruktur ist Gegenstand des zehnten Kapitels. Im elften Kapitel wird eine neuartige Software für die Simulation von dezentralen Energiesystemen und deren Regelungs­systemen auf Basis von virtuellen Maschinen, virtuellen Netzwerken und einer thermischen Simulationsumgebung vorgestellt sowie deren Anwendung für die Reglerentwicklung erklärt. Verschiedene Techniken für die Installation von Betriebssystemen und Software für die Embedded Systems eines verteilten Systems werden im Kapitel zwölf untersucht. Im Kapitel 13 werden verschiedene Technologien zur Konfiguration und Parametrierung von Regelungssystemen in der industriellen Prozess- und Fertigungs­automatisierung hinsichtlich ihrer Eignung für dezentrale Energiesysteme analysiert. Anschließend wird eine Software zur Installation und Parametrierung von Monitoringsystemen sowie der dazugehörigen Infrastruktur vorgestellt. Kapitel 14 beschäftigt sich mit Anforderungen an die Hardware für verteilte Systeme und mit Maßnahmen zur Erhöhung der Betriebs- und der Datensicherheit. Im 15. Kapitel werden die in den bisherigen Kapiteln vorgestellten Techniken anhand eines großen verteilten Monitoringsystems und anhand eines Power Flow and Power Quality Management Systems auf Basis von verteilten Embedded Systems evaluiert. Kapitel 16 fasst die Ergebnisse der Arbeit zusammen und enthält einen Ausblick auf zukünftige Entwicklungen.

Entwurf, Implementierung und Evaluation eines modularen Agentensystems zur energieoptimierten Steuerung eines logistischen Automatisierungsprozesses

In dieser Arbeit wird ein modulares Agentensystem entworfen und auf einer marktüblichen PC-basierten SPS-Steuerung implementiert, welches in der Lage ist, den logistischen Anlagenteil eines Hybriden Prozessmodells abhängig von einem dynamischen Energiepreis zu steuern. Dies wird durch die Rekonfiguration und energetische Optimierung der Funktionen einzelner Module auf Grundlage eines Umweltmodells durch Softwareagenten erreicht. Dieses Umweltmodell wird zunächst in verschiedenen Diagrammen der objektorientierten Modellierungssprachen UML und SysML modelliert. Hierfür werden im Rahmen dieser Arbeit dazu notwendige Erweiterungen des Timing-Diagramms der UML entworfen. Das Agentensystem wird mit der Methode Gaia entworfen. Durch das in dieser Methode enthaltene Rollenkonzept werden Möglichkeiten zur Wiederverwendung von Teilen des Entwurfs auch innerhalb von anderen Arbeiten ermöglicht. Die Echtzeitanforderungen, welche sich an die Steuerungssoftware des logistischen Prozesses ergeben, können bei dem Entwurf durch Gaia modelliert werden. Das im Vorgehen nach Gaia enthaltene Bekanntschaftsmodell wird um die Darstellung weiterer wichtiger Informationen erweitert.

Rheologische Steuerung einer Motorkühlung

The engine is cooled by a rheological fluid which in its passive state has a lower thermal conductivity value than in its activated state. The rheological fluid in its passive state has a thermal conductivity value of about a third with regard to the thermal conductivity value of water, and in its active state has a value of somewhat more than three times the thermal conductivity value of water. The rheological fluid has a base substance of silicone oil and a thermal conductivity value range of 0.2 to 1.88 watts per metre kelvin.