Übersicht abgeschlossener Forschungsprojekte

Ziel der Forschungsarbeit ist es, die Automatisierungslücke in der Werkzeuglogistik durch den Einsatz mobiler Assistenzroboter zu schließen. Diese sollen ein benötigtes Werkzeug zum richtigen Zeitpunkt an die jeweilige Maschine liefern. Dadurch werden Zeiten für Beschaffungs- und Suchvorgänge von Werkzeugen reduziert, Stillstandszeiten minimiert sowie die Prozesssicherheit und die Verfügbarkeiten gesteigert. Zudem sollen Anbindungen an übergeordnete IT-Systeme vorgesehen werden, sodass einzelne Maschinen nach Priorisierung beliefert werden können und stets ersichtlich ist, wo sich wann welche Werkzeuge befinden. Darüber hinaus soll mit diesem System der Maschinenbediener durch eine Roboter-Kooperation unterstützt und damit die Produktivität der Gesamtanlage gesteigert werden. Hierzu sollen auf Basis einer Problem- und Anforderungsanalyse aktuelle Schwachstellen und Optimierungspotenziale identifiziert und in der Konzeption des Gesamtsystems aus mobilem Assistenzroboter und IT-Steuerungssystem sowie dessen Integration in die bestehende IT-Landschaft berücksichtigt werden. Durch eine demonstratorische Umsetzung gilt es das Konzept hinsichtlich wirtschaftlicher und technischer Kriterien zu evaluieren. Insbesondere kmU profitieren vom wirtschaftlichen Potenzial der Lösung, da diese aufgrund geringer Stückzahlen und großer Variantenvielfalt zahlreiche Werkzeugwechsel durchführen müssen. Das System kann flexibel und aufwandsarm an individuelle Anforderungen angepasst werden, wodurch Automatisierungslücken auch in kleineren Produktionssystemen und bei kmU unterschiedlicher Branchen geschlossen werden können. Dies ermöglicht eine höhere Ausbringungsmenge und günstigere Produkte bei gesteigerter Arbeitsqualität. Aus diesen Gründen kann die Automatisierung der Werkzeuglogistik mithilfe von Assistenzrobotik die Wettbewerbsfähigkeit von kmU langfristig erhöhen.

Download Schlussbericht:

AutoWerk_Abschlussbericht_gesamt.pdf

Die Entwicklung flexibler Handhabungsroboter und autonomer Fahrzeuge für logistische Prozesse ist aufgrund heterogener Objekte, variablen Umgebungsbedingungen und komplexen Eigenschaften der 3D-Sensorik eine große Herausforderung, die mit hohen finanziellen Risiken verbunden ist. Die 3D-Sensorik kann aus mehreren Sensoren bestehen und sich in der Sensortechnologie unterscheiden. Die Auswahl, Konfiguration und Positionierung der Sensoren werden aufwändig manuell und anwendungsspezifisch durchgeführt, simulative Tests sind bisher nicht möglich. Erst im Anschluss können Algorithmen entwickelt werden, die auf der Sensorkonfiguration basieren. Im Rahmen des Projektes VirtuOS soll ein online frei verfügbares Werkzeug entwickelt werden, mit dem Anwendungsszenarien im VR-Raum frei konfiguriert und Sensordaten realitätsnah simuliert werden können. Eine multi-kriterielle Optimierung liefert, abhängig von unterschiedlichen Optimierungskriterien anwendungsspezifisch optimale Sensorkonfigurationen. Abschließend werden dem Nutzer notwendige technische Anforderungen an die Sensorik übermittelt. Die Arbeitshypothese ist, dass sich die technologischen und umgebungsspezifischen Eigenschaften realitätsnah in der virtuellen Arbeitsumgebung abbilden lassen. Die KMU, insbesondere Automatisierungsunternehmen, Systemintegratoren sowie Anbieter von Sensorik und Bildverarbeitungslösungen können somit bei der Auswahl und Konfiguration der Sensorik für neue Arbeitsstationen bzw. Roboter unterstützt werden, wobei bisher ein sehr hohes Expertenwissen notwendig ist. Zudem beschleunigt das Werkzeug die Entwicklungszyklen und damit die schnelle Erschließung neuer Geschäftsfelder. Durch die Generierung von Test- bzw. Trainingsdaten für das Trainieren von maschinellen Lernsystemen profitieren KI-Startups ebenfalls, da ihnen durch den fehlenden Marktzugang bzw. das anwendungsspezifische Wissen häufig diese zur Produktentwicklung notwendigen Daten fehlen.

Download Schlussbericht:

VirtuOS_Schlussbericht.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

Weltweit sind etwa 400 Mio. Euro-Paletten in Umlauf. Durch Umschlag und Transport werden die Ladungsträger abgenutzt und beschädigt, sodass ein Umlauf bis zu 4,96 € Wertverlust pro Palette bedeutet. Hierbei spielt auch eine entscheidende Rolle, ob Paletten bedarfsgerecht eingesetzt werden. Damit ist gemeint, dass je nach erforderlicher Qualitätsklasse auch eine entsprechende Palette genutzt wird. Auf diese Weise kann vorhersehbarer Wertverlust z. B. in Form von Verschmutzungen durch Baustoffe, die auf der Palette transportiert wurden, verhindert werden. Bedingt durch die großflächige Nutzung von Palettendienstleistern bzw. dem zeitversetzten Palettentausch gegen Scheine, tritt dieses Problem in den letzten Jahren besonders in den Vordergrund. Aufgrund der zahlreichen Einflussfaktoren und Abhängigkeit der Akteure im Palettentausch untereinander ist die Identifikation von Verbesserungspotentialen und darauf aufbauend eine aktive Gestaltung der Kooperationen in dieser Richtung insbesondere für KMU nur schwer möglich. An dieser Stelle setzt das Forschungsvorhaben SUPa – Simulationsbasierte Untersuchung im Palettentausch an. Mit Hilfe einer agenten-basierten Simulation werden die Auswirkungen spezifischer Rahmenbedingungen und des Verhaltens der beteiligten Akteure modelliert und quantifiziert. Hierfür werden zunächst relevante Szenarien identifiziert und den Ausprägungen der Einflussfaktoren (z. B. Verfügbarkeit von tauschbaren Leerpaletten der richtigen Qualitätsklasse, vorsortierte Paletten, Risiko des Wertverlusts durch Gütereigenschaften) jeweils Kosten zugeordnet. Durch Anpassung an die spezifischen Anforderungen eines Spediteurs kann dieser vor Angebotserstellung die zu erwartenden Kosten des Palettentauschs kalkulieren und entsprechend im Angebot berücksichtigen bzw. Kooperationsvereinbarungen treffen.

Download Schlussbericht:

00_SUPa_Abschlussbericht_aktualisiert.pdf

In Deutschland gibt es ca. 4500 professionelle Lohnunternehmer (LU), welche das Gros landwirtschaftlicher Logistikdienstleistungen übernehmen. Ihr Umsatz ist seit 2004 von 1,43 Mrd. € auf 2.25 Mrd. € in 2013 kontinuierlich gestiegen wächst weiter. Bei LU handelt es sich ausschließlich um kmU. Die gestiegene Komplexität bei der Beplanung ihrer Ressourcen, z.B. durch eine Zunahme der Auftragsvielfalt oder die gestiegene Volatilität in der Auftragslast und der Vielzahl der zur Verfügung stehenden Verfahrensalternativen bringen LU an organisatorische Grenzen. Gleichzeitig erhöht sich das Potential als auch die Notwendigkeit der Optimierung bei der Projektierung landwirtschaftlicher Logistikdienstleistungen. Derzeit fehlt es an geeigneten Ansätzen um wesentliche Prozesse, Ressourcen und Partner optimal und aufwandsarm abzustimmen. Zielgerichtete, automatisierbare Konzepte reduzieren nicht nur spürbar Planungsaufwände sondern machen reproduzierbare Analysen bezüglich der Auswirkung von Änderungen (z.B. Zukauf neuer Maschinen, Terminverschiebungen) erst möglich. Definierte Zielfunktionen lassen schließlich eine Optimierung der Ressourcenzuteilung und Prozesskettenwahl zu - die Wirtschaftlichkeit der Dienstleister wird deutlich gesteigert. Anhand von Einflussfaktoren, Wirkzusammenhängen und Restriktionen wird ein generisches Modell zur Beschreibung von Ernte- und TUL-Prozessen in der Landwirtschaft angegeben. Davon ausgehend können Verfahrensalternativen bei der Auftragsbearbeitung automatisiert abgeleitet werden. Diese Alternativen sind wesentliche Eingangsgrößen für das ressourcenbeschränkte Optimierungsproblem, welches bei der Auftragsplanung zu lösen ist. Dieses Problem wird durch die Antragsteller formalisiert und damit berechenbar gemacht. Zur Ermittlung optimaler Auftragspläne wird ein Algorithmus angegeben und in einem Berechnungswerkzeug implementiert, so dass entsprechende Anwender (z.B. Mitglieder des PA) die Erkenntnisse aus dem Projekt produktiv nutzen können.

Download Schlussbericht:

Sammelmappe1.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

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