Übersicht abgeschlossener Forschungsprojekte

Künstliche Intelligenz (KI) gilt heute als eine der entscheidenden Schlüsseltechnologien. Durch die Umsetzung geeigneter KI-Anwendungsfälle können Unternehmen nicht nur bestehende Prozesse optimieren, sondern auch bisher ungenutzte Wertschöpfungspotenziale entdecken und bestehende Geschäftsfelder durch KI-getriebene Geschäftsmodelle erweitern. In der Wissenschaft wurde das enorme Potenzial von KI für Logistik und SCM bereits erkannt. Als Hauptnutzen von KI für Logistik und SCM werden die Steigerung der Produktivität, die Erhöhung der Transparenz in der Supply Chain, die Optimierung bestehender Prozesse und die Verbesserung der Kundenzufriedenheit genannt. Allerding ist die Einführung von KI in KMU mit großen Schwierigkeiten verbunden. Dies liegt zum einen an den strukturellen Voraussetzungen der KMU, da diese in der Regel über nicht ausreichende Kompetenzen und begrenzte Ressourcen verfügen. Für KMU besteht generell ein Bedarf an methodischer Unterstützung bei der Einführung von KI in Logistik und SCM. Ziel des beantragten Forschungsprojektes ist es, ein Konzept zu entwickeln, mit dem sich KMU bei der Einführung von KI in Logistik und SCM besser orientieren und so das Potenzial von KI in diesem Bereich wirtschaftlich nutzen können. Dabei sollen insbesondere die spezifischen Herausforderungen in Logistik und SCM sowie die heterogenen Anforderungen von KMU berücksichtigt werden.

KI Navigator Schlussbericht

Cardboard-Engineering-Workshops (CE-Workshops) haben sich in der Montageplanung bewährt: Sie binden Mitarbeiter frühzeitig in die Gestaltung ein und können so Planungsfehler und Produktivitätspotenziale aufdecken. Allerdings gelingt es bislang nicht, das umfassende Methoden- und Modellwissen datenbasierter Analysen in den CE-Workshops zu nutzen. Idee des Forschungsvorhabens ist es, mithilfe eines Motion-Capture-Systems eine verknüpfte Datenbasis für ein kognitives Digitales Assistenzsystem und den Einsatz von Produktivitäts- und Ergonomiemethoden in Echtzeit zu schaffen, ohne den praxisnahen Hands-on-Charakter der CE-Workshops zu verlieren. Dadurch soll es gelingen, die Qualität der Montageplanung zu steigern, Dokumentationsaufwand und -qualität zu verbessern und den Hochlauf mit ergonomisch und zeitlich optimierten Prozessen zu beginnen. Durch den großen Hebel in der früheren Phase des PEP (ca. Faktor 10 nach der Zehnerregel der Fehlerbehebungskosten) ist der Nutzen als sehr hoch einzuschätzen. Dies ist für KMU besonders relevant, weil sie oft eine hohe Produktvielfalt in kleinen Stückzahlen produzieren und Planungsaufgaben daher häufig durchzuführen sind. Zudem soll das Digitale Assistenzsystem nicht nur in der Montageplanung, sondern auch in Verbesserungsworkshops bei laufender Produktion eingesetzt werden, um auch hier eine Datenbasis für KMU zu schaffen. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, ein kognitives digitales Assistenzsystem für CE-Workshops zu entwickeln, das- Bewegungen umfassend analysieren kann,- die Analyseergebnisse durch einfache Zuordnung von Bewegungen zu einer Arbeitsstation oder einem Mitarbeiter sinnvoll aggregieren kann,- einen einfachen Zugriff auf Analyseergebnisse und eine strukturierte Dokumentation erlaubt,- Verbesserungen einzelner Bewegungen im Workshop einfach erfassen und wieder in den Gesamtablauf integrieren kann - und so Systemanalysen umfassender Arbeitsabläufe und Detailanalysen einzelner Bewegungen erlaubt.

Schlussbericht CardboardTrack

Roboter werden in der Logistik zunehmend eingesetzt. Dabei kommt es häufig zu Begegnungen zwischen Menschen und Robotern. Beide sollten daher in der Lage sein, sicher, effektiv und effizient miteinander zu kommunizieren. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung und Evaluation eines Interaktionsbaukastens für Roboter mit verschiedenen Funktionen in der Logistik sowie logistikähnlichen Umfeldern (Krankenhaus, Handel, Bau, …). Für jede Funktion bzw. Aufgabe des Roboters werden Interaktionsbausteine zur Unterstützung eines regel- oder fertigkeitsbasierten Verständnisses der Interaktion erstellt. Grundlage dafür ist ein nutzerzentrierter Gestaltungsansatz. Im Rahmen des Forschungsvorhabens werden zunächst Intentionen von Robotern im Aufgabenkontext ermittelt. Anschließend erfolgt eine systematische Generierung von Kommunikationsmodalitäten, bevor die Intentionen sowie die Modalitäten miteinander kombiniert und in einen modularen Baukasten überführt werden. Die so entstehenden modularen Sprachbausteine werden demonstratorisch implementiert und durch Benutzerstudien evaluiert. Zuletzt werden Leitlinien und Handlungsempfehlungen für die Verwendung des Baukastens abgeleitet. Am Projektende steht ein fertiger Interaktionsbaukasten zur Verfügung, der direkt in Unternehmen für die Entwicklung und Implementierung von Logistik-Robotern verwendet werden kann. Die Ergebnisse sind somit in großem Maß vorwettbewerblich und branchenübergreifend nutzbar. Der PA unterstreicht die hohe KMU-Relevanz. KMU-Hersteller profitieren durch den modularen Baukasten für kontextbezogene Roboterkommunikation, der direkt ohne eigene Entwicklungstätigkeiten eingesetzt werden kann. KMU-Betreiber profitieren branchenübergreifend von einer effizienten, sicheren und kontextbezogenen Mensch-Roboter-Kommunikation in hybriden Umgebungen. KMU-Anwender profitieren unmittelbar von einer intuitiv verständlichen Interaktion, unabhängig davon, ob es sich um Mitarbeiter, Besucher oder Passanten handelt.

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Aufgrund zunehmend dynamischer Märkte müssen Fabriken in immer kürzer werdenden Zyklen reorganisiert werden. Das stellt nicht nur Fabrikplaner vor große Herausforderungen, sondern auch das Qualitätsmanagement. Die Verzahnung beider Disziplinen ist in den meisten Unternehmen nicht gegeben. Die Vernachlässigung qualitätsrelevanter Anforderungen in der Fabrikplanung (FAP) führen zu Fehlentwicklungen im Qualitätsmanagementsystem (QMS). Hinzu kommt, dass historisch gewachsene klassische QMS, wie auf PDF basierende Qualitätshandbücher, flexible Anpassungen erschweren. Folglich entsteht die Problematik, dass Qualitätsanforderungen nach dem Hochlauf der Fabrik aufgrund der Zeitverzögerung durch klassische Systeme nicht oder nur teilweise erfüllt sind und es weiteren Anpassungen im QMS bedarf. Durch fehlende Ressourcen sind solche reaktiven Anpassungen für KMU kaum zu bewältigen. Deshalb müssen QMS langfristig durch IT-gestützte Modularität geplant werden, sodass sie auch nach dem Fabrikhochlauf ohne umfassenden Ressourcenaufwand langfristig flexibel aktualisiert werden können. Dieses Ziel verfolgt das Projektvorhaben FabriQPlanung mit der Integration von IT-gestützten, agilen QMS in die FAP. Diese wird für die durchzuführende Forschungsarbeit zunächst an der VDI-Richtlinie 5200 angelehnt, wobei eine Übertragbarkeit auf andere Planungsansätze prinzipiell möglich sein soll. Im Ergebnis entsteht ein anwendungsorientierter Leitfaden mit e-Learning Konzept. Dieser soll intuitiv vermitteln, wie IT-gestützte, agile QMS in der FAP modular aufgebaut werden können und aufzeigen, wie sich Fabrikplaner und Qualitätsmanager bereits während der FAP durch Iterationen in definierten Quality Gates agil abstimmen können. Hierzu wird unterstützend ein modular anpassbarer Baukasten mit agilen Methoden und Werkzeugen entwickelt. Das Vorgehen beinhaltet die Anforderungen der DIN EN ISO 9001:2015, sodass das QMS direkt nach dem Fabrikhochlauf normenkonform ist.

Schlussbericht:

FQP_Schlussbericht.pdf

Leitfaden.pdf

20250114_BVL-Magazin_Eins-2025_RZ_ePaper.pdf

Für die Betreiber von Stückgutspeditionsanlagen stellen die stetig steigenden Sendungsmengen bei einem gleichzeitig hohen Kostendruck eine zunehmende Herausforderung dar. Vor allem die Planung neuer sowie die Anpassung bestehender Stückgutanlagen spielt eine wesentliche Rolle bei der Bewältigung dieser Herausforderung. Ein effektives Hilfsmittel für die Planung, Realisierung und den Betrieb von logistischen Systemen ist die Simulation, da mithilfe von Simulationsmodellen eine digitale Nachbildung der Stückgutanlage sowie der dazugehörigen dynamischen Prozesse erzeugt werden kann und die Quantifizierung der Planungsqualität im simulierten Betrieb möglich ist. Die Verwendung einer Simulation erfordert jedoch den Einsatz von Simulationsexperten und wird aus diesem Grund im Wesentlichen ausschließlich bei großen Planungsobjekten mit mehreren Mio. Euro Projektvolumen herangezogen. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist daher die Entwicklung eines simulationsbasierten Werkzeugs zur Planungs-unterstützung von Stückgutanlagen, welches vor allem ohne spezifisches Modellierungswissen durch die Betreiber anwendbar ist. Das Werkzeug führt den Anwender schrittweise durch den Planungsprozess und baut auf Basis der Nutzereingaben selbstständig ein Simulationsmodell auf. Die Betreiber von Stückgutanlagen sowie Unternehmensberatungen, insbesondere KMU, werden somit befähigt unterschiedliche Varianten und Szenarien in der Planung gegenüberzustellen und quantitativ zu bewerten. Infolgedessen wird den Anwendern des Werkzeugs eine effiziente Planung von Stückgutanlagen ohne Simulationsexpertise und somit ohne die Investition in externes Know-how ermöglicht. Darüber hinaus lassen sich mithilfe des Simulationsmodells die Planungszeiten für Stückgutanlagen wesentlich reduzieren.

Über diese Link ist das Tool verfürbar: Planungsunterstützung für Stückgutanlagen (SimTwin) - ITL - TU Dortmund

Schlussnachweis SimTwin

Ziel des FuE-Projektes "FeLoVox" ist die Verzahnung von Fertigung und Materialfluss. Bis dato wird der Produktionsablauf durch Vorgaben und Prozesse der Fertigung bestimmt die Frage, ob das Transportsystem den Anforderungen gerecht werden kann, ob also Kennzahlen wie bspw. Durchsatzgrenzen oder Durchlaufzeiten auch als Restriktionen für die Produktionsplanung zu beachten sind, wird oft nicht gestellt. Folgen sind suboptimale (über- und/oder unterdimensionierte) Transportsysteme und eine ineffiziente Produktion. Dem will das Vorhaben mit einem ganzheitlichen Planungs- und Steuerungsansatz begegnen. Neu ist die Rückkopplung, d.h. die Bereitstellung von Prognosen zum Materialfluss bereits in der Phase der Erstellung der Teilelisten und des Produktionsplans. Im Idealfall kann dann sogar der Konstrukteur die Auswirkungen seiner Entscheidungen auf die Logistik abschätzen und z.B. den Teilekauf einer Eigenfertigung begründet vorziehen. Möglich wird dies durch folgende Entwicklungen: (a) Ersatz der NC-Programmierung durch die Volumenpixelmethode (b) Erzeugung fertigungs- und transportsystemgerechter Materialflüsse samt Speicherung deren Charakteristika in einer Wissensdatenbank zur Herstellung von Zusammenhängen zwischen Maschinenbelegungsplanung, Transportlastermittlung und Transportsystemfunktion (c) Rückkopplung von Informationen aus der Logistik- in die Fertigungsplanung Der Nutzen der Entwicklungen für kmU besteht dann vor allem in der Automatisierung des Know-Hows durch Bereitstellung von Tools, Software, Algorithmen, Handlungsempfehlungen und der Wissensdatenbank des FuE-Projekts, ganzheitlichen, dynamischen, iterativen Produktionsplanung durch Rückkopplung,  Reduktion der Planungsdauer & Produktionskosten durch Automatisierung der Planung und damit der Möglichkeit der Optimierung der Prozesse und  Verschlankung des Workflows. Die FuE-Ergebnisse eigenen sich für die Anwendung im operativen Betrieb und zur (Grob)Planung neuer bzw. umzugestaltender Stätten.

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Schwankende Auftragseingänge, ein breites Produktportfolio und eine komplexe, mehrstufige Produktion: dies alles sind Rahmenbedingungen, mit denen sich viele produzierende Unternehmen speziell in Deutschland nicht erst seit einigen Jahren konfrontiert sehen. Statische und leicht zu beherrschende Engpässe gehören damit in vielen Produktionsumfeldern der Vergangenheit an. Die Identifikation und Vorhersage dynamischer Engpässe wird zu einer Schlüsselkompetenz in der Verbesserung von Produktionseffizienz und –stabilität. Jedoch existieren kaum praktikable Ansätze zur frühzeitigen Identifikation bzw. Vorhersage von dynamischen Engpässen speziell im hochvariablen Alltag kleiner und mittelgroßer Unternehmen. Der Einsatz von Maschinellem Lernen verspricht in diesen Anwendungsfällen eine verbesserte Abbildung der Variabilität und Prognosefähigkeit durch die Analyse vergangener Ereignisse. Das Projekt löst diese Aufgabenstellung und baut bestehende Barrieren bzgl. Datengenerierung und –aufbereitung in kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) ab.

Schlussbericht:

Schlussbericht_PrEPFlow_gesamt.pdf

Kleine und mittlere Spediteure (KMU-Spediteure) haben im Vergleich zu großen Speditionen eine kleinere Kunden- und damit meist auch Auftragsbasis. Folglich haben sie weniger Möglichkeiten, Touren ad hoc umzuplanen, sollte es im Hauptlauf des kombinierten Straßen- und Schienengüterverkehrs (KV) zu Zugverspätungen kommen. Durch Estimated Time of Arrival- (ETA) Prognosen, deren Prognosequalität zurzeit in Projekten wie "Aeolix" und "KV4.0" erforscht wird, lässt sich die Tourenplanung für den Vor- und Nachlauf des KV dynamisch, d. h. immer dann wenn neue Informationen vorliegen, an die Verspätung des Schienenhauptlaufs anpassen, was zu einer Reduzierung von Wartezeit und -kosten führen kann (Bock, 2010). Bisherige Forschungsarbeiten nehmen jedoch an, dass eine ETA-Prognose nur ein einmalig ermittelter Wert ist, welcher im Zeitablauf nicht weiter angepasst wird (Srour et al., 2016). In der Realität werden ETA-Prognosen jedoch an den tatsächlichen Transportablauf angepasst, um eine möglichst exakte Vorhersage über die erwartete Ankunftszeit zu treffen (RailFreight, 2019). Dabei ist die Prognosegüte der ETA-Prognose abhängig von verschiedenen Faktoren (z. B. Infrastrukturstörungen, Unfälle, Wetter), ändert sich im Zeitverlauf und steigt prinzipiell, je weiter sich der betrachtete Zug dem Zielterminal nähert (Weinke/Poschmann, 2019). Ziel des Forschungsvorhabens Datengetriebene Analyse von ETA-Prognosen“ ist es daher, die Reliabilität einer sich im Zeitablauf verändernden ETA-Prognose zu untersuchen und zu determinieren, wie unter unsicheren und sich verändernden Ankunftszeiten der Vor- und Nachlauf im KV effizient (wann wird umgeplant) und effektiv (welche Touren werden gefahren) gestaltet werden kann. Da sich der Wert der ETA-Prognose und die Streuung des Prognosefehlers im Zeitablauf verändern, ist es für Spediteure nicht ohne weiteres ersichtlich, zu welchem Zeitpunkt sie ggf. umdisponieren sollten.

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Exoskelette bieten im Bereich der Produktion und Logistik in mehrfacher Hinsicht ein großes Potenzial. Muskel-Skelett-Erkrankungen sind in Deutschland und weltweit die führende Ursache für Arbeitsunfähigkeit. Jährlich entstehen hierdurch hohe Produktionsausfallkosten. Vor diesem Hintergrund ist eine ergonomische Arbeitsplatzgestaltung entscheidend, um Ausfallzeiten zu reduzieren und auch älteren oder leistungsgewandelten das Arbeiten an diesem Arbeitsplatz zu ermöglichen. Insbesondere im Hinblick auf den demografischen Wandel und den Fachkräftemangel wird dies zunehmend wichtiger für Unternehmen. Die auftretenden Belastungen können jedoch nicht immer mit etablierten Gestaltungsmaßnahmen reduziert werden. Insbesondere in diesen Fällen bieten Exoskelette das Potenzial die Arbeitssituation zu verbessern. Das Themenfeld Exoskelette in der Produktion und Logistik ist ein sehr junges Gebiet, in dem kommerzielle Lösungen erst seit wenigen Jahren auf dem Markt zu finden sind. Unter Exoskeletten werden am Körper getragene Assistenzsysteme verstanden, welche die menschliche Bewegung (elektro-) mechanisch unterstützen. Die bisherigen Forschungen zielen daher überwiegend auf die Entwicklung von Exoskeletten ab oder sind als Pilotstudien zu einzelnen Systemen angelegt. Eine systematische Identifikation von Potenzialen in verschiedenen Bereichen der Produktion und Logistik ist bisher noch nicht erfolgt. Das Forschungsvorhaben SyNExo schließt diese Forschungslücke und hat die Entwicklung eines Werkzeugs zur Potenzialanalyse für den Einsatz von Exoskeletten, einen Quick-Check, zum Ziel. Zur Erreichung dieses Ziels werden sowohl Marktanalysen bzgl. existierender Exoskelett-Systeme als auch Analysen der Anwendungsbereiche durchgeführt, systematisiert und in einem morphologischen Kasten dargestellt. Alle Erkenntnisse werden abschließend in einem leicht anzuwendenden Quick-Check konsolidiert um insbesondere KMU den Einstieg in das Themenfeld zu erleichtern.

Schlussbericht:

2023-05-10_Abschlussbericht_SyNExo_v03_ctv_mit_Deckblatt.pdf