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Dezentrale Lagerverwaltung für wandlungsfähige logistische Systeme

Die steigende Bedeutung individueller Güter macht deren Bereitstellung für Unternehmen zum Wettbewerbsvorteil. Doch schwankende Bedarfe machen die Ortung, Bestände und Materialfluss von Gütern mit heutigen Lagerverwaltungssystemen schwer nachvollziehbar. Daher soll ein dezentrales Lagerverwaltungssystem entwickelt werden, das sich durch Transparenz, Nachverfolgbarkeit und Wandelbarkeit auszeichnet.

Ausgangssituation

Kundenindividuelle Investitions- aber auch Konsumgüter gewinnen immer mehr an Bedeutung, sodass deren Bereitstellung für viele Unternehmen einen zentralen Wettbewerbsvorteil darstellt. Die geringen Losgrößen sowie die kaum mehr prognostizierbaren Bedarfe stellen vor allem für die Logistik eine besondere Herausforderung dar, denn Materialflüsse, Bestände und Aufenthaltsorte von Gütern sind immer schwieriger nachzuvollziehen. Herkömmliche Lagerverwaltungssysteme sind gerade vor dem Hintergrund der sinkenden Planungshorizonte und der notwendigen hohen Wandlungsfähigkeit intralogistischer Systeme nur begrenzt in der Lage, den heutigen Anforderungen gerecht zu werden. Vor allem bei großen Flächen mit chaotischer Lagerung, wie sie für die auftragsorientierte Fertigung und Kommissionierung typisch sind, verursachen die Verwaltung und das Auffinden von Waren wegen der mangelnden Transparenz und Nachverfolgbarkeit einen erheblichen Aufwand.

Als Lösung werden im Allgemeinen selbststeuernde Systeme aus autonom agierenden Einheiten angesehen, so dass entsprechende Ansätze bereits in zahlreichen Projekten untersucht wurden. So konnte in den letzten Jahren eine zunehmende Bedeutung dezentraler Organisationsformen beobachtet werden, in denen Hierarchien und statische Prozesse durch temporäre Netzwerke aus dezentralen, kooperierenden Einheiten abgelöst werden. Entsprechend dieses Paradigmenwechsels werden komplexe Systeme als Schwärme autonom agierender Einheiten aufgefasst, die die Flexibilitätsanforderungen an moderne Logistik- oder auch Produktionssysteme bewältigen sollen. So wurden bereits eine ganze Reihe unterschiedlicher technischer Ausprägungen wie z.B. Agenten, Holone, Fraktale oder Services untersucht, die im Kern alle auf Dezentralisierung und die Abschaffung hierarchischer, unflexibler Strukturen abzielen.

Dabei wird hauptsächlich die dezentrale Steuerung förder- und produktionstechnischer Anlagen behandelt. Ansätze für eine dezentrale Lagerverwaltung wurden dabei nicht oder nur am Rande behandelt.

Ziele des Forschungsvorhabens

Um der oben beschriebenen Problematik zu begegnen, soll im vorliegenden Projekt ein hochgradig transparentes und skalierbares Lagerverwaltungssystem konzipiert und pilothaft implementiert werden. Dieses dezentrale Lagerverwaltungssystem basiert auf dem Einsatz intelligenter Ladehilfsmittel und Lagerflächen, die im eigenen Zuständigkeitsbereich Warenbewegungen erfassen, überwachen und Bestände mit aktuellen Bedarfen abgleichen können und zu diesem Zweck mit einer eigenen, gekapselten Logik – einem so genannten Softwareagenten – ausgestattet werden. Eine verteilte Softwarearchitektur bzw. ein Multiagentensystem ermöglicht es dabei, jederzeit neue Module hinzuzufügen oder zu entfernen. Auf diese Weise können auch Kapazitätsanpassungen, Umbauten oder eine Veränderung der Zonierung ohne zusätzlichen Programmier- oder Konfigurierungsaufwand durchgeführt werden.

Diese Module sind nicht auf ein bestimmtes Szenario oder Systemlayout zugeschnitten, sodass sie in der Lage sind, unter verschiedenen Randbedingungen und in verschiedenen Konfigurationen zu operieren – unabhängig von Art, Beschaffenheit oder Anzahl anderer Einheiten im System. So ergibt sich ein jederzeit veränderbares Netzwerk aus autonomen Einheiten bzw. Lager-Agenten, die durch allgemeingültige, skalierbare und kooperative Verfahren und Algorithmen Warenflüsse und Warenbestände über mehrere Lagerflächen hinweg verwalten und verfolgen können.

Als technologische Grundlagen dienen zum einen Softwareplattformen für verteilte Anwendungen, wie Multiagentensysteme, und zum anderen Auto-ID-Technologien wie passives oder aktives RFID und Sensorknoten.

Vorgehensweise und Zielsetzung

Die Vorgehensweise lässt sich durch folgende Arbeitspakete (siehe auch Abbildung 1) skizzieren:

Arbeitspaket 1: Referenzszenario und Anforderungen
o Recherche zum Thema der auftragsorientierten, chaotischen Lagerung und Identifikation von Anforderungen bzgl. Losgrößen, Auftragsstruktur, Mobilität der Lagereinrichtungen, Planungshorizonten, benötigter Lagerfläche, etc.
o Definition eines Referenzszenarios

Arbeitspaket 2: Dezentrale Lagerverwaltung
o Technologierecherche und Vergleich von Möglichkeiten für die Überwachung und den Abgang von Waren:
- Passives RFID, Erfassung durch Gate an der Lagerfläche
- Aktives RFID, Erfassung durch einen oder mehrere Lesepunkte an der Lagerfläche
- Kurzstreckenfunk (bspw. ZigBee) und ad-hoc Vernetzung von Paletten oder Gütern und Lagerflächen

Arbeitspaket 3: Intelligente Ladehilfsmittel (LHM)
o Selbstüberwachung durch am LHM angebrachte Sensorik (z.B. Temperatur, Gewicht)
o Möglichkeiten zur automatischen Durchführung einer Inventur
o Intelligente Ladehilfsmittel sollen die Transparenz der Lagerhaltung weiter erhöhen und/oder den Werker und Kommissionierer unterstützen, bspw. durch Abgeben eines optischen oder akustischen Signals, um einen Kommissionierer auf die gesuchte Palette hinzuweisen.

Arbeitspaket 4: Kommunikation mit externen Systemen und zwischen Lagerflächen
o Konzeption und Entwicklung von Kommunikationsschnittstellen für die Abfrage von Beständen und für das Anfordern von Waren

Arbeitspaket 5: Demonstrator
o Auswahl einer geeigneten Softwareplattform für Realisierung, Test und Validierung der entwickelten Verfahren aus den Arbeitspaketen 2 bis 4
o Realisierung eines Demonstrators in der lehrstuhleigenen Versuchshalle

Arbeitspaket 6: Dokumentation

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Abbildung 1: Arbeitspakete

Versuchsanlage am Lehrstuhl fml

Die in den Arbeitspaketen 2 bis 4 entwickelten Konzepte, Verfahren und Hardwarekonfigurationen werden anhand eines praktisch umgesetzten Szenarios validiert. Es wird eine für die vorliegende Anwendung geeignete, verteilte Softwareplattform ausgewählt und die dezentrale Lagerflächensteuerung bzw. Lagerverwaltung implementiert. Eine Möglichkeit bietet hier das Agentenframework JADE, das am Lehrstuhl fml schon in anderen Projekten erfolgreich eingesetzt wurde.

Der angestrebte Demonstrator besteht aus drei Lagerflächen, in denen jeweils eine der drei vorgeschlagenen Methoden zur Warenidentifikation und -verfolgung realisiert wird, und einem bis zwei Staplern, die den Warentransport bewerkstelligen (siehe Abbildung 2). Das am Lehrstuhl fml vorhandene Versuchsfeld mit Staplern und RFID-Infrastruktur (passive Transponder, mobile Gates) dient dafür als Grundlage.


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Abbildung 2: Demonstrator in der fml-Versuchshalle

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