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Die Materialflüsse von morgen

Forschung in Demonstrationsfabrik

Die Materialflüsse von morgen

In der Demonstrationsfabrik auf dem RWTH Aachen Campus testen das Center Connected Industry und PSI Logistics Anwendungen zukunftsfähiger Technologien für die Produktionsversorgung im Rahmen von Industrie 4.0 und dem Internet der Dinge.

Ein Bild einer Demonstrationsfabrik [1]

Bild: Demonstrationsfabrik Aachen GmbH

Digitalisierung und Vernetzung sind die maßgeblichen Herausforderungen für die Wettbewerbsfähigkeit der Industrieunternehmen. Mit der digitalen Transformation vernetzen Unternehmen ihre Wertschöpfungsprozesse und -ketten – und legen die Basis für eine Ausrichtung auf die Evolutionsprozesse von Industrie 4.0 [2] und dem Internet der Dinge. Deutschland läuft jedoch Gefahr, bei der Digitalisierung international abgehängt zu werden. Einer aktuellen Studie zufolge, die der Digitalverband Bitkom und das Zentrum für Europäische Wirtschaftsforschung (ZEW) kürzlich vorgestellt haben, liegt die Bundesrepublik bei diesem wichtigsten Wirtschaftstrend im internationalen Ranking nur auf Rang 17 – weit abgeschlagen hinter anderen Industrienationen wie Finnland, Großbritannien und den USA. „Dieses Ergebnis ist überraschend“, urteilt Dr. Giovanni Prestifilippo, Geschäftsführer des Berliner Software-Entwicklers PSI Logistics GmbH [3]. „In keinem Segment der Produktionssteuerung und Intralogistik ist es vergleichsweise so einfach, den Entwicklungsprozess, den Industrie 4.0 bezeichnet, schon jetzt zukunftsfähig und investitionssicher zu forcieren, wie bei der IT-Vernetzung.“

Bestimmende Themen

Die Ziele von Industrie 4.0, etwa erhöhte Wandlungsfähigkeit und Flexibilität, Ressourceneffizienz und Integrationsfähigkeit, seien per se die bestimmenden Themen der Software-Entwickler. Die IT sorge für die Vernetzung von technischen Einheiten, Produkten, Standorten und Menschen – sowohl in der industriellen Produktion als auch in der Intralogistik und der Supply Chain. So hat die PSI Logistics als eines der erster Software-Unternehmen Funktionen und Algorithmen für die kombinierte Betrachtung und konzertierte Optimierung von Produktion und Logistik entwickelt und in einem Kernmodul der PSI Logistics Suite konzentriert. Erste Referenzprojekte belegen, dass Anwender je nach Branche, Größe und Struktur damit zusätzliche Kostensenkungspotenziale bis in den zweistelligen Prozentbereich erschließen. Parallel dazu kooperiert das IT-Unternehmen bei der Produktentwicklung eng mit verschiedenen Forschungsinstituten. Aktuelles Beispiel: Die Optimierung und zukunftsfähige Auslegung der Produktionsversorgung durch innovative IT- und Auto-ID-Lösungen im Center Connected Industry (CCI) auf dem RWTH Aachen Campus.

Forschen in der Fabrik

Das CCI, als Center des Clusters Smart Logistik, versteht sich als Schnittstelle zwischen Forschung und Industrie – mit direktem Zugriff auf eine angeschlossene Demonstrationsfabrik für die Produktion von Elektrofahrzeugen. Sie bietet den Center-Partnern aus Industrie und Forschung eine Entwicklungs- und Testumgebung unter realistischen Produktionsbedingungen. Ziel ist es, komplexe logistische Zusammenhänge und Konzepte, wie Industrie 4.0 und das IoT sie erfordern, in realen Produktions- und IT-Umgebungen greifbar und erforschbar zu machen. Die Partner bringen ihre Neuentwicklungen ein, können Prototypen und Produkte in Vorserie produzieren und die Produkte und Lösungen gemeinsam in synergetischen Forschungs- und Entwicklungsprojekten untersuchen. Auf den Produktionsstraßen der Demonstrationsfabrik werden gegenwärtig Karosserien für Elektromobilfahrzeuge und pedelecgetriebene Fun-Sport-Karts der e.Go Mobile AG gefertigt.

Neben der Erprobung neuer Hardware-Komponenten für Materialfluss und Produktion ist im IT-Bereich dabei mit dem Centerprojekt ‚Smart Parcel‘ ein Show-Case für neue Technologien und Möglichkeiten des Internets der Dinge unter Live-Bedingungen aufgelegt. „Smart Move durch IoT“, erklärt Dr. Giovanni Prestifilippo. „Die PSI Logistics arbeitet bereits seit einigen Jahren in der Produktentwicklung an der Einbindung und Erprobung von IoT-Anwendungen.“ So hat der Software-Entwickler gemeinsam mit einem großen europäischen Paketdienstleister ein Pilotprojekt gestartet, bei dem Pakete durch Verwendung so genannter IoT-Chips, (i)Beacons, mit Funktechnik und Sendungssensorik ausgestattet werden. Mit den Chip-Sensoren erfassen und überwachen die Pakete unter anderem ihre Bewegungen, Position und Temperatur. Die Daten werden über die gesamte Supply Chain dokumentiert. Parallel dazu senden die IoT-Chips relevante Sendungsdaten in Echtzeit an die eingebundene Software. Und: Die Pakete entscheiden, auf welchem Weg und mit welchem Transportmittel ihr Transport durchgeführt werden soll. Mit den Chip-Informationen, dem vernetzten Datenaustausch und der Kommunikation mit Automationskomponenten steuern sie eigenständig ihren Weg durch das logistische Netz.

Pakete melden sich

In dem Pilotprojekt kommen das Transport Management System PSItms und das Supply Chain System PSIglobal aus der PSI Logistics Suite zum Einsatz. Für die Logistikplanung melden die Pakete an das PSItms, wann und wo sie abgeholt werden müssen. Die Empfänger werden proaktiv mit Nachrichten auf dem Smartphone über den Sendungsstatus informiert. Für die Koordination der innerbetrieblichen Prozesse in den Logistikzentren kommunizieren die Chips an den Packstücken über die Steuerungskomponenten der Logistikanlagen. Als Trägermedien für die Kommunikation nutzen die IoT-Chips Bluetooth (Kurzdistanzen), WLAN (bis 100 Meter) und GSM (global). Das erfolgt je nach verfügbarem Equipment auch in Kombination. Die Erfahrungen aus dem KEP-Bereich lassen sich auch in die Fertigungsprozesse einbinden.

„Das Konzept und die benutzten Komponenten ermöglichen den Aufbau intelligenter hierarchischer Systeme für IoT-Anwendungen in der Produktionsversorgung“, sagt Dr. Prestifilippo. „Sie bieten von der Komponentenherstellung über die Lager- und Transportkette hinweg bis zur Just-in-Time- oder Just-in-Sequence-Versorgung der Produktion eine dezentrale Prozesssteuerung mit durchgängigem Tracking und Tracing.“ Im Rahmen des Centerprojekts „Smart Parcel“ unterstützt die PSI-Software in der Demonstrationsfabrik einen Showcase für entsprechende IoT-Anwendungen bei der Produktionsversorgung. „Die Fertigungsprozesse ziehen einen hohen Anspruch an die Auftragssteuerung nach sich“, urteilt CCI-Leiter Christian Maasem. „Als eines der immatrikulierten Mitglieder im Cluster Smart Logistik stellt die PSI Logistics GmbH mit ihren IT-Kompetenzen bei Transport-Management, mobilen Anwendungen und Technologien für das Internet der Dinge (IoT) wesentliche IT-Bausteine des umgesetzten Show-Cases.“

Vernetzung realer Prozesse

In dem Showcase kommunizieren die Module des PSItms und des PSIglobal bei der Vernetzung realer Produktionsprozesse und virtueller Steuerung mit IoT-Beacons. Dabei unterstützt Smart Parcel einerseits die Prozesse der Intralogistik und andererseits die Supply Chain als Ganzes durch minutengenaue Terminierung und optimale Kapazitätsauslastung bei der Komponentenproduktion, Lagerung und Versorgung der einzelnen Montageplätze. Der Datenfluss startet mit den dezentralen Sensorelementen der IoT-Chips. Sie reichen Echtzeitdaten von Transportgut und -mitteln an die PSItms-Anwendung weiter.

Die relevanten Informationen werden durch mobile Apps direkt am Ort des Geschehens bereitgestellt, um Transportprozesse und intralogistische Materialflüsse zu optimieren. „Für Anwendungen in der Supply Chain bedeutet die Einbindung von IoT-Chips einen erheblichen Mehrwert durch eine verbesserte Informationstransparenz“, fasst Dr. Prestifilippo zusammen. „Die Verknüpfung der Informationen mit dem PSItms ermöglicht eine dynamische Steuerung der Transportprozesse und Bereitstellung von Statusinformationen für eine vorausschauende Optimierung und Produktionsversorgung. Automatisierte Informationserfassung und das Spektrum der verfügbaren Informationen erschließen weitere Anwendungsoptionen.“ Mit der Erfassung und Verarbeitung von Daten der IoT-Chips in Anwendungen der Demo-Fabrik ermittelt das CCI gegenwärtig, auf welche Weise und in welchen Anwendungen die Technologie den besten Nutzen bringt.