Übersicht abgeschlossener Forschungsprojekte

Die Verwendung von Drohnen zum innerbetrieblichen Materialtransport ermöglicht durch die Bewegung in der dritten Dimension einen autonomen, flexiblen und schnellen Transport, eine Entlastung der Transportwege in der Ebene und damit eine Reduktion nicht-wertschöpfender Transporttätigkeiten. Dem konkreten Einsatz von Drohnen im Produktionsbetrieb von kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) stehen jedoch noch Risiken und Hindernisse entgegen (z. B. Akkulaufzeit, Rentabilität, Rechtslage). Unklar ist zudem, welche rechtlichen/versicherungstechnischen, technischen und betrieblichen Voraussetzungen von Drohnenherstellern und anwendenden KMU für den Einsatz im Produktionsbetrieb geschaffen werden müssen und welche wirtschaftlichen und logistischen Potentiale dadurch entstehen. Eine Übertragbarkeit von gewerblichem und operativem Drohneneinsatz außerhalb von Gebäuden z. B. im Paketversand ist aufgrund der besonderen Herausforderungen (Schwierigkeiten bei der Ortung, Einschränkungen durch die technische Gebäudeausstattung) nicht einfach möglich. Die Arbeitshypothese des geplanten Forschungsvorhabens besteht somit in der Annahme, dass durch eine Erforschung der Rahmenbedingungen und Ableitung von Handlungsempfehlungen der Einsatz von Drohnen zum innerbetrieblichen Materialtransport bei KMU gefördert und beschleunigt wird. Neben der Ermittlung von rechtlichen, technischen und betrieblichen Rahmenbedingungen erfolgt eine Ableitung von Anforderungen an die Fabrik bzw. Produktion sowie an zukünftige Drohnen. Durch die Entwicklung eines Vorgehens zur wirtschaftlichen und logistischen Potentialabschätzung des Einsatzes von Drohnen für den innerbetrieblichen Materialtransport können KMU die Wirtschaftlichkeit abschätzen. Zusammenfassend wird durch die Anwendung der angestrebten Forschungsergebnisse unmittelbar eine Potentialabschätzung des innerbetrieblichen Transportes mit Drohen sowie das Aufzeigen von Handlungsfeldern erreicht.

Schlussbericht:

Abschlussbericht_DroMaTra_20200626_FrBöFrSto.pdf

Shuttle-Systeme bilden eine flexible und dynamische Möglichkeit zur Lagerung kleiner Ladeeinheiten. Im Zuge der Entwicklung haben sich innerhalb weniger Jahre unterschiedliche Systemtypen herausgebildet, die sich beispielsweise durch die Bewegungsachsen der Shuttle-Fahrzeuge charakterisieren lassen. Den höchsten Durchsatz ermöglichen Shuttle-Systeme mit gassen- und ebenen-gebundenen Fahrzeugen. Sie entsprechen damit dem Trend zu steigender Dynamik automatisierter Lagersysteme. Der maximal erzielbare Durchsatz ist jedoch durch die Leistungsfähigkeit der Behälterlifte oder der einzelnen Shuttle-Fahrzeuge beschränkt. Weitere Lift- und Shuttle-Fahrzeuge in Schacht bzw. Gasse können den Durchsatz steigern – wenn die Koordination mehrerer Fahrzeuge im selben Schacht bzw. in derselben Gasse gelingt. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist eine Steigerung des Durchsatzes von Shuttle-Systemen mit gassen- und ebenen-gebundenen Fahrzeugen durch den Einsatz mehrerer Fahrzeuge in derselben Gasse und demselben Schacht. Um solche Systeme robust und effizient zu betreiben, sind Steuerungsstrategien zu entwickeln. Um eine durchsatzoptimale Konfiguration der Systeme zu ermöglichen, wird ein parametrierbares Simulationstool erstellt, in welches die entwickelten Strategien hinterlegt werden und das die Analyse und Bewertung unterschiedlicher Konfigurationen erlaubt. Durch die im Forschungsvorhaben erzielten Ergebnisse können alle in die Planungs- und Betriebsphase von Shuttle-Systemen eingebunden Parteien profitieren. Planungsunternehmen – häufig KMU – werden befähigt, für jeden Planungsfall eine möglichst wirtschaftliche Systemausprägung zu ermitteln, die den Anforderungen hinsichtlich des Durchsatzes und der Kapazität gerecht wird. Hier entsteht unmittelbarer Nutzen durch die Erkenntnisse zu den Steuerungsstrategien sowie durch das demonstratorische, simulationsbasierte Softwaretool zur Bestimmung des Durchsatzes und der zugehörigen Konfiguration.

Schlussbericht:

2021_01_15_Schlussbericht_OptiMUSS.pdf

Die Bereitstellung digitaler Logistikmodelle zur Planung und Steuerung der Baustellenlogistik für die Vor-Ort-Montage von Großanlagen durch KMU ist für eine effiziente Projektdurchführung zwingend erforderlich, findet aber bisher nur bedingt statt. Gründe sind fehlende informationstechnische Unterstützung und hoher manueller Aufwand zur Erstellung der digitalen Logistikmodelle. Ziel des Vorhabens ist daher, die Logistikplanung und -steuerung auf der Baustelle mittels digitaler Methoden unter Berücksichtigung projektspezifischer Randbedingungen für den durch KMU geprägten Anlagenbau zu unterstützen. Dadurch können den ausführenden KMU neuartige Hilfsmittel zur effizienten Baustellenorganisation an die Hand gegeben werden, um einen effizienten und qualitativ hochwertigen Bau der Anlage vor Ort sicherzustellen. Vorhandende Modelle auf Basis von Building Information Modeling (BIM) sind so aufzubereiten, dass diese zur Planung der logistischen Prozesse verwendet werden können. Die Herausforderung besteht darin, die BIM-Modelle um Logistikbeschreibungen zu erweitern und unter den jeweiligen Umgebungsbedingungen in konkrete Logistikmodelle zu überführen. Die geplanten Ergebnisse umfassen Konzepte zur Formalisierung von produktindividuellen Logistikanforderungen auf Basis projektspezifischer Randbedingungen, Methoden zur semi-automatischen Generierung von Logistikmodellen für die Analyse und Planung der Baustellenlogistik sowie Visualisierungs- und Adaptionskonzepte zur Verwendung und Steuerung auf der Baustelle. Die entwickelten Methoden werden anhand eines Demonstrators evaluiert und mit dem Projektbegleitenden Ausschuss diskutiert. Die Innovation liegt in für KMU einsetzbaren digitalen projekt- und produktspezifischen Logistikmodellen für den Anlagenbau, so dass die KMU durch hohe Qualität, effiziente Prozesse und bestmögliche Zusammenarbeit aller Akteure auf der Baustelle ihre Wettbewerbsfähigkeit stärken können.

Projekt: 19265

 Zur Erleichterung und Beschleunigung des Transports von Gütern und Produkten ist der Einsatz von Elektrohängebahnen (EHB) in der Industrie bereits verbreitet. Diese sind i. d. R. schienengebunden und beinhalten einzeln angetriebene Fahrzeuge, wobei das zugehörige Schienensystem an den gewünschten Förderverlauf sowie die benötigte Förderleistung angepasst ist. Änderungen des Schienenverlaufs sind nur mit aufwendigen Maßnahmen möglich. Abhilfe schafft ein hochflexibles „ultraleichtes Elektrohängebahnsystem“ (uEHB-System), in dem sich eine akkubetriebene Transporteinheit auf Seilen anstatt auf Schienen bewegt. Das System soll dabei für Lasten bis 20 kg geeignet sein. Die Transporteinheit übernimmt komplett die Aufgabe der logistischen und mechanischen Steuerung, wodurch im System enthaltene Verzweigungsmöglichkeiten (Weichen, Kreuzungen usw.) lediglich passiv wirken und von der Transporteinheit verstellt werden. Änderungen im System gehen dadurch mit erheblich weniger Aufwand einher, wodurch das Konzept eine enorme Flexibilität und Anpassungsfähigkeit verspricht. Das Forschungsvorhaben zielt auf die Entwicklung und Untersuchung des Konzepts in Bezug auf Flexibilität, Anpassungsfähigkeit, Wirtschaftlichkeit und Sicherheit ab. Zur Erreichung des Ziels soll mit anerkannten Systemen der Produktentwicklung gearbeitet werden, die die Schritte Situationsanalyse, Problemanalyse, Konzeptentwicklung und Lösungsfindung sowie die Realisierung und Evaluation des Konzeptes beinhalten. Am Ende des Projektes existiert ein evaluierter Demonstrator. Dabei soll das System eine höhere Flexibilität als herkömmliche Modelle, einen niedrigeren Aufwand bei Systemänderungen, ein vollständig autark agierendes Transportsystem sowie einen wirtschaftlichen Vorteil in Bezug auf Anschaffung, Betrieb und Wartung aufweisen. Der Nutzen für KMU ist vielfältig. So dient es hauptsächlich der beschleunigten Beförderung leichter Komponenten, kann aber auch modifizierte Funktionen übernehmen, wie Überwachungsaufgaben durch die Ausstattung mit einer Kamera. Die vergleichsweise niedrigen Anschaffungs- und Installationskosten sind dabei vor allem für KMU sehr attraktiv. Auch eine zeitlich vorübergehende Installation des Systems birgt einen Kostenvorteil.

Schlussbericht:

Sachbericht_uEHB_korrigiert.pdf

Die Güte eines Fabrikplanungsprojekts wird maßgeblich durch die Layoutplanung bestimmt, da das Layout den marktgerechten Produktionsbetrieb und Unternehmenserfolg erheblich beeinflusset. Zur Planung von Fabriklayouts existieren verschiedene Herangehensweisen. Bei der manuellen Planung wird durch Experten ein Layout auf Basis vorab definierter Zielstellungen manuell geplant. Dies ist aufwändig, die Ergebnisse sind oft subjektiv und die Lösungsqualität hängt stark von der Erfahrung und der Methodenkompetenz der Planer ab. Alternativ können Methoden des Operations-Research (OR) genutzt werden, welche unter gegebenen Rahmenbedingungen das bestmögliche Fabriklayout berechnen, wobei dies allerdings bezüglich einer stark eingeschränkten Zielstellung erfolgt. Das hier beschriebene Vorhaben strebt an, die Vorteile beider Verfahren zu vereinen. Das zugrunde liegende Forschungsziel ist die Entwicklung einer Methode zur automatisierten mehrdimensionalen, quantitativen Fabrikplanung auf Basis von Elementarzellen. Dieses Ziel lässt sich unterteilen in die Formulierung eines Optimierungsmodells zur mehrdimensionalen Fabrikplanung auf Basis von Elementarzellen, der anschließenden Entwicklung und Umsetzung eines geeigneten Lösungsverfahrens und der Implementierung in einem Software Demonstrator sowie die abschließende Validierung. Eine mehrdimensionale Optimierung des Layouts realisiert einen großen Nutzen und damit eine Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit für KMU. Konkret entsteht ein Effizienzgewinn bezüglich der Qualität der Planungsergebnisse und der hierzu erforderlichen Kosten und Zeit, wovon insbesondere KMU aufgrund ihrer oftmals unzureichenden Methodenkompetenz im Bereich Fabrikplanung profitieren. Kurzfristig können hierdurch Planungskosten der beteiligten internen Personen oder externen Berater reduziert werden. Mittel- und langfristig ist zudem durch die verbesserten Planungsergebnisse eine Reduzierung von nachträglichen Änderungs- und Betriebskosten zu erwarten.

Schlussbericht:

Abschlussbericht_MeFaP_19666N.pdf

Eine fundierte Prozessanalyse ist die Basis zur kontinuierlichen Verbesserung, um Abweichungen zu erkennen, Optimierungsstrategien abzuleiten und zu evaluieren. KmU fehlt oftmals die zur Prozessanalyse benötigte Datengrundlage, da oftmals keine Betriebsdatenerfassung (BDE) bzw. Auftragsverfolgung (Track and Trace) erfolgen. Key-Performance Indicators (KPIs) werden in diesen Unternehmen mit manuellen Methoden (Bsp. Multi-Moment-Aufnahmen) ermittelt. Eine fundierte Analyse bedingt jedoch einen immensen Ressourcenaufwand, sodass Datenaufnahmen in der Praxis nur stichprobenartig und punktuell erfolgen und Wirkzusammenhänge dabei häufig nicht erkannt werden. Automatisierte Systeme zur Datenaufnahmen erfordern einen hohen Installationsaufwand sowie Betriebsaufwand bei Systemänderungen und sind daher zur temporären Analyse ungeeignet. Der Bedarf besteht somit in der Entwicklung einer Methode zur temporären Analyse intralogistischer Systeme, die zum einen im Vergleich mit manuellen Zeitaufnahmen eine objektive, ressourcenaufwandsarme Analyse ermöglicht und zum anderen hinreichend komplexe Analysen wie bei automatisierten Methoden zur Datenerfassung mit reduziertem Installations-, Betriebs- und Investitionsaufwand bietet. Im Rahmen des Forschungsvorhabens soll dieses Ziel durch den Einsatz preiswerter, wiederverwendbarer Sender- (Beacon-Technologie) und Empfängertechnologie (u.a. Smart Mobile Devices wie Smartphones) in Verbindung mit der Entwicklung einer universellen Methode zur Erstellung und Auswertung von Bewegungsprofilen der zu untersuchenden Objekte erreicht werden. KmU sollen damit befähigt werden, selbständig und mit wirtschaftlich geringem Aufwand Prozesse in flexiblen logistischen Systemen zu analysieren (bspw. zur Effizienz der Staplerrundfahrt oder Eignung der Lagerzonierung), um auf Abweichungen reagieren zu können und so Verschwendung zu vermeiden.

Schlussbericht:

Schlussbericht_TALogS.pdf

Projekt 19573:

Im Forschungsvorhaben wird eine neue, effiziente, leicht handzuhabende Steuerung für Lasthebemittel entwickelt. Durch die intuitive zielorientierte Bedienung steuert der Bediener die Maschine in Abhängigkeit der eigenen Orientierung. Der Anwender gibt über eine Joystickbewegung die gewünschte Bewegungsrichtung des Hakens vor, die vom Steuerungssystem automatisch in die Ansteuerung der einzelnen Teilantriebe übersetzt wird. Eine gedankliche Umrechnung zwischen dem Benutzer- und dem Maschinenkoordinatensystem entfällt. Neben dem Steuerungskonzept und der entworfenen Logik entsteht als Ergebnis des Vorhabens ein Demonstrator in Form einer Funksteuerung, die nach ergonomischen Gestaltungsprinzipien konzipiert wird, samt entsprechender Empfangseinheit. Das neue Steuerungskonzept ist auf alle Arten von Lastehebemitteln anwendbar. Im Forschungsprojekt wird in Abstimmung mit dem Projektbegleitenden Ausschuss entschieden, welches Hebemittel exemplarisch für den Demonstrator verwendet wird. Um das Forschungsziel zu erreichen, wird zu Beginn eine Anforderungsanalyse zum Thema Laststeuerungen unter den Aspekten Ergonomie, Sicherheit und Funktionalität erstellt. Vorhandene Steuerungskonzepte werden untersucht, um somit eine Grundlage für die Bewertung der Lösungsansätze zu schaffen. Die Sensorik des Orientierungssystems wird durch wissenschaftliche Versuche ausgewählt. Ein geeignetes Steuergerät wird entwickelt. Am Ende wird der Demonstrator durch ergonomische und logistische Kennzahlen evaluiert. Ziel ist, durch die direkte Positionssteuerung in Abhängigkeit der Blickrichtung des Bedieners eine intuitive und damit einfache, schnelle und sichere Manipulation von Lasten zu ermöglichen. Vor allem für ungeübte Bediener, die nur gelegentlich ein Hebemittel bedienen (Umfeld von KMU), existieren in dieser Hinsicht Verbesserungspotentiale. Neben den Anwendern profitieren zudem Sensorik- und Steuerungshersteller vom Ergebnis des Forschungsvorhabens.

Schlussbericht:

2019_12_12_Abschlussbericht_Intuitive_Laststeuerung_FINAL_Druck.pdf

Die Ziele des Forschungsvorhabens sind die Optimierung des Durchsatzes und der Energieeffizienz durch den Einsatz situationsabhängiger Lagerstrategien sowie ein Modell für Anwender zur Planungsunterstützung oder Bestimmung der optimalen Lagerstrategie eines bereits bestehenden Shuttle-Systems. Diese Systeme können dann sehr genau geplant und eingesetzt werden, da genaue Ergebnisse zu Durchsatz und Energieeffizienz durch das Modell ermittelbar sind. Durch den geringeren Energiebededarf und den daraus folgenden geringeren Betriebskosten können Shuttle-Systeme einfacher für KMU zugänglich gemacht werden. Bei bestehenden Shuttle-Systemen ist keine zusätzliche Hardware zur Steigerung des Durchsatzes erforderlich. Dadurch erfolgt eine wirtschaftlichere Nutzung der vorhandenen Hardware. Bestehende Shuttle-Systeme bei KMU können durch Anwendung der situationsabhängigen Lagerstrategien optimiert werden. Anbieter von Shuttle-Systemen und Lagerverwaltungssystemen können die Lagerstrategien für ihre Software verwenden und ihren Kunden verbesserte Systeme anbieten. Durch die Online-Schnittstelle ist das Modell frei verfügbar und jederzeit einsetzbar, um Ergebnisse bzgl. des Einsatzes situationsabhängiger Lagerstrategien und der Optimierung von Durchsatz und Energieeffizienz zu ermitteln. Im Rahmen von Publikationen in praxisnahen und wissenschaftlichen Zeitschriften, durch die Teilnahme an Kongressen sowie die Einbringung in Gremien und Arbeitskreisen sollen die Ergebnisse einer breiten Zielgruppe zugänglich gemacht werden.

Schlussbericht:

Schlussbericht_SmartShuttle_19508N.pdf

Ziel ist die Erarbeitung eines Vorgehens mit dem KMU zum einen echtzeitdatenbasierte Kennzahlen (KeZa) auswählen und ihren Nutzen, insbesondere den Zeitvorteil bei Verwendung echtzeitdatenbasierter KeZa, bewerten können und zum anderen die Integration in Form eines mobile Shopfloor-Reporting vornehmen können.
Ausgehend von der Identifikation echtzeitdatenbasierter KeZa auf dem Shopfloor in AP1 wird ihr Einsatz in AP 2 bewertet. Im Fokus von AP 3 steht die Entwicklung von Möglichkeiten zur Integration in das bestehende Reporting. Nach der Erarbeitung von Möglichkeiten für das echtzeitdatenbasierte mobile Shopfloor-Reporting, erfolgt in AP 4 die Validierung des Vorgehens in einer Modellfabrik, bevor anschließend in AP 5 mit Hilfe der validierten Ergebnisse ein softwarebasierter Reporting-Werkzeugkasten für die KMU entwickelt wird. Die Forschungsergebnisse werden im Rahmen von AP 6 dokumentiert.
Zentrales Projektergebnis ist der softwarebasierte Reporting-Werkzeugkasten. Mit diesem wird es KMU möglich:
1) Die Eignung von echtzeitdatenbasierten KeZa auf dem Shopfloor zu beurteilen und Möglichkeiten für deren Einsatz in Echtzeit auf dem Shopfloor zu entwickeln
2) Den Nutzen echtzeitdatenbasierter Kennzahlen zu bewerten
3) Ein echtzeitdatenbasiertes mobile Shopfloor-Reporting umzusetzen.
Der Nutzen für KMU besteht darin, dass sie aufgrund der Ergebnisse wissen, wie sie die zur Verfügung stehenden echtzeitdatenbasierten KeZa gezielt zur Ausschöpfung von Produktivitätspotenzialen und damit zu Verbesserung der Gesamtanlageneffektivität (Overall Equipment Efficiency, OEE) nutzen können. Denn es können Probleme und Störfälle auf dem Shopfloor schneller erkannt werden. Dadurch kann schneller auf die Probleme und Stör-fälle reagiert werden, was Ausschuss, Nacharbeit oder Störzeiten reduziert. Es führt demnach zu Produktivitäts- und Umsatzsteigerungen sowie Kostensenkungen.

Schlussbericht:

Abschlussbericht_ShopfloorPulse_19372_N.pdf

Ziel des Forschungsprojekts ist die Entwicklung eines fallbasierten Expertensystems, welches auf Betriebsstörungen in frei navigierenden Fahrerlosen Transportsystemen (FTS) automatisch reagiert. Hierzu untersucht das Expertensystem die vorliegende Störung auf Ähnlichkeiten mit Störungsszenarien in seiner Datenbasis. Eine vielversprechende Methode aus dem Bereich der wissensbasierten Ansätze ist das Case-Based Reasoning, welche im Rahmen dieses Forschungsvorhabens Anwendung finden soll.

Das zu entwickelnde System unterstützt Unternehmen in Ihrem Bestreben, die Effizienz von eingesetzten FTS zu erhöhen. Dieses kann durch Verringerung der Ausfallzeiten der Systeme bewirkt werden, indem das bis dato manuelle Störungsmanagement – aktuell von Experten durchgeführt – automatisiert wird. Hierin besteht unter anderem auch der innovative Ansatz, da aktuell kein System existiert, das aus bekannten Störungen automatisch Maßnahmen zur Störungsbehebung generiert. Auch eine Bewertung der Handlungsdringlichkeit von Störereignissen und deren Wechselwirkungen im Gesamtsystem fehlt heutigen Lösungen, welche durch das Expertensystem möglich wäre. Kosten, welche durch die Konsultation von Experten entstehen, sollten mit Einsatz des Systems ebenfalls merklich gesenkt werden.

Schlussbericht:

Schlussbericht_FTS-Expert.pdf