Neue vernetzte Wege in der Logistik

Neue vernetzte Wege in der Logistik
AUTONOMIK-Transfer – Industrie 4.0
31. Januar 2013, Berlin
Prof. Dr. Michael ten Hompel
Die Zukunft der Logistik
liegt im «Internet der Dinge»
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•Mechanisierung
18.Cen.
•Elektrifizierung
19.Cen.
• Automation
•Supply Chain Management
20.Cen.
•Cyber Physical Systems
•Internet der Dinge
21.Cen.
Folie 1
© Fraunhofer IML
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■ „Das Internet der Dinge, Dienste &
Daten wird zur prägenden
Infrastruktur für die nächste
industrielle Revolution.“
[H.Kagermann]*
■ „Durch konsequentes
Zusammenführen der digitalen und
realen Welt wird die zunehmende
Dynamik und Komplexität
beherrschbar.“ [H.Kagermann]*
■ Das Maß der Dezentralisierung &
Selbstorganisation wächst mit der
Komplexität der Systeme!
*Henning Kagermann
Zukunftskongress Logistik , Dortmund 2012
Die Zukunft der Logistik
liegt im «Internet der Dinge»
Logistik bewegt Menschen und Dinge!
Folie 2
© Fraunhofer IML
Grafik: G. Katsimitsoulias, IML
Hypothesen zur Zukunft der Logistik
und zum «Internet der Dinge»
Das Maß der Dezentralisierung und Selbstorganisation wächst mit der
Komplexität der Systeme!
■ Die Komplexität der Logistik wächst superexponentiell
■ Strukturkomplexität:
Globalisierung hält ungebrochen an und der
Vernetzungsgrad wächst exponentiell.
■ Datenkomplexität:
Die logistische Datenmenge steigt je Dekade um den
Faktor 1.000.
■ Produktkomplexität:
Wunsch nach Individualität wächst mit ihren
Möglichkeiten. «Losgröße Eins» ist Realität.
Grafik: G. Katsimitsoulias, IML
■ Komplexität durch Vernetzung und eCommerce:
Teilnahme und Teilhabe am virtuellen Leben steigen mit
der Offenheit und Vernetzung.
■ Überproportionales Wachstum der Komplexität wird zu
Instabilitäten führen.
Folie 3
© Fraunhofer IML
Grafik: G. Katsimitsoulias, IML
Komplexität der Logistik
Beispiel: Neufahrzeug-Distribution
Die Komplexität logistischer Netze steigt mehrfach exponentiell mit der Anzahl der Knoten.
16 Werke
Folie 4
© Fraunhofer IML
42 Depotstandorte
5.000 Händler
1.000 Relationen
Quelle: Volkswagen
Strukturkomplexität der Logistik
Beispiel: Ablauforganisation
Prozesseigner
Leistungsobjekte
Kunden
Vertrieb
Anfragen
Aufträge
Bestellungen
Netzwerkplanung und
-steuerung
Produktentwicklung,
Logistikplanung
Einkauf
•••
Produktionslager
•••
Lieferant
•••
Dienstleister
•••
Auftragsdurchlauf
Lenkungsprozesse
Informationsprozesse
Materialflusssysteme
BeschafBeschaffung
fung
Produktion
Produktion
Distribution
Distribution
Daten
Kennzahlen
Informationen
•••
Datensätze
Formulare
Belege
•••
Teile
Komponenten
Erzeugnisse
Ladeeinheiten
Transporteinheiten
Lagereinheiten
Liefereinheiten
•••
Folie 5
© Fraunhofer IML
Strukturkomplexität der Logistik
Beispiel: Ablauforganisation
Prozesseigner
Leistungsobjekte
Kunden
Vertrieb
Anfragen
Aufträge
Bestellungen
Netzwerkplanung und
-steuerung
Produktentwicklung,
Logistikplanung
Einkauf
•••
Produktionslager
•••
Lieferant
•••
Dienstleister
•••
Auftragsdurchlauf
Lenkungsprozesse
Informationsprozesse
Materialflusssysteme
BeschafBeschaffung
fung
Produktion
Produktion
Distribution
Distribution
Daten
Kennzahlen
Informationen
•••
Datensätze
Formulare
Belege
•••
Teile
Komponenten
Erzeugnisse
Ladeeinheiten
Transporteinheiten
Lagereinheiten
Liefereinheiten
•••
Folie 6
© Fraunhofer IML
Strukturkomplexität der Logistik
Beispiel: Vernetzung
Die Komplexität liegt im Detail: vom Intralogistik-Layout bis zum Gesamtnetz
Gesamtnetz
Folie 7
© Fraunhofer IML
Teilnetz
Knoten
Knoteninternes
Netz
Layout
Intralogistik
Komplexität steigt - Stabilität nimmt ab
■
Komplexitätsfalle Internet und Datenwachstum
■
Logistische Datenmenge steigt je Dekade um Faktor 1.000.
■
2000 war das Internet 21 TByte groß [Google, Pingdom]
■
Jeder Mensch (7Mrd./2012) ca. 7.500 Mails p.a. [statistica]
■
■
Komplexitätsfalle eCommerce
■
69% der Deutschen (2011, Alter 14-64 Jahre) kaufen online².
■
Deutscher Versandhandel erfolgt zu 66% online.
■
■
Grafik: G. Katsimitsoulias, IML
Folie 8
© Fraunhofer IML
4.640 berufliche Mails und 2.900 private Mails p.a.
Umsatz 2011 über 21 Mrd. Euro³.
Teilweise Warenkategorien mit enormen Wachstumsraten
innerhalb eines Jahres [2011 bvh.info]:
■
■
■
■
+57%
+95%
+37%
+29%
Autozubehör
Schmuck/Uhren
Tierbedarf
Lebensmittel
statistica 2012, primär: Radicati Group 2012
²Allensbacher ACTA 2011
³Infratest für BVH, Paypal; E-Commerce-Studie 2011
Hypothese: Ohne «Cloud»
keine 4. Industrielle Revolution
RECHENZENTRUM BOCHOLT
■ Die Komplexität und Rigidität des klassischen Supply
Chain Management steht der Notwendigkeit zur
Flexibilisierung diametral entgegen.
■ Es wird ein Wandel vom Prozess zum Service erfolgen.
■
Das klassische Supply Chain Management wandelt sich
zu einer serviceorientierten «Logistics on Demand»
■
Der Wandel vom Prozess zum Service folgt damit dem
Paradigma der dezentralen Entscheidung.
■ Das klassische Prozessmanagement
wird in die „Logistics Cloud“ migrieren.
VERTEILZENTRUM DUISBURG
■ Logistik erbringt in Zukunft «hybride» Dienstleistung.
■
Sie verbindet Transport, Planung, Organisation,
Steuerung … mit IT- und Wissensmanagement.
■ Aus Prozessen werden Logistics & IT Services (LIS)
Bilder und Betreiber: WM Group
Folie 9
© Fraunhofer IML
Die Logistics Mall ist ein assoziiertes Projekt
des EffizienzClusters LogistikRuhr, gefördert durch:
IT-Landschaft: HEUTE
Folie 10
© Fraunhofer IML
IT-Landschaft: MORGEN
Folie 11
© Fraunhofer IML
Business Objekte
Obj1
-attr1
-attr2
Obj2
Avis
BO
-attr1
-attr2
Wareneingang
Business Objekte – BO
Eigenschaften
• Standardisiert
• Technologieunabhängig
• Unterstützt:
Schnittstellbeschreibung,
App-Austauschbarkeit
Folie 12
© Fraunhofer IML
BO
bilden
Obj3
-attr1
-attr2
Lagerplatzbestimmung
BO
Einlagerung
BO
Annäherung von Logistik & IT
Entwicklung
bilden
Container
Gross: 650 kg
Typ:
20 Fuß
ISO 3801
Fachlich
Technisch
Governance
Domänenmodell
Gefördert durch
Folie 13
© Fraunhofer IML
:
Hypothesen zur Zukunft der Logistik
und zum «Internet der Dinge»
Das Maß der Dezentralisierung und Selbstorganisation wächst mit der
Komplexität der Systeme!
■ Es wird keine neue Weltordnung geben, die Zukunft der
Welt wird sich selbst neu ordnen.
■ In komplexen logistischen Systemen ist es besser, viele
dezentrale Entscheidungen echtzeitnah und ad hoc zu
treffen als eine vermeintlich optimale Entscheidung zu
spät.
■ Wir können den Maschinen ein stückweit das Denken
überlassen - sollten aber den Stecker in der Hand behalten.
■ Zugleich findet eine «Technologieexplosion» statt.
■ Die Entwicklung der Technologien hat deren Nutzung
überholt.
Der Mensch steht auch
bei Industrie 4.0 im Mittelpunkt!
Folie 14
© Fraunhofer IML
■ Wir halten alles in Händen, um die «4. Industrielle
Revolution» und damit das «Internet der Dinge» in der
Logistik Wirklichkeit werden zu lassen.
Grafik: G. Katsimitsoulias, IML
Technologieexplosion
Grafik: G. Katsimitsoulias, IML
Folie 15
© Fraunhofer IML
■
Die technischen Möglichkeiten einer digitalisierten
Produktion und Logistik wachsen schneller als deren
Nutzung.
■
Alle Basistechnologien cyberphysischer Systeme stehen zur
Verfügung:
■
Sensoren mit hoher Leistung und minimaler Leistungsaufnahme
■
Prozessoren und Speicher mit hoher Leistung und minimaler
Leistungsaufnahme
■
Energy Harvesting im Nanoampere-Bereich
■
Energiespeicher mit einer Selbstentladung < 2 Prozent
■
LowPower Kommunikation, ad hoc Netzwerke und ipV6
■
LowPower Kryptoprozessoren zur sicheren Datenübertragung
■
«Elektronisches Papier» für «leistungslose» Displays
■
…
vgl. www.inBin.de
eine Entwicklung des Fraunhofer IML
Zellulare Fördertechnik
Systeme schaffen, die überleben
LOGISTIK
■
Folie 16
© Fraunhofer IML
Schwarm mit 50 autonomen Shuttles
■
Agentenbasierte Fahrzeug- und Auftragssteuerung
■
Sensorfusion zur Lokalisierung und Schwarmsteuerung
■
Ersetzen konventionelle Regalbedienung und Fördertechnik
Die Zellularen Transportsysteme werden gefördert durch:
Keine Cloud - keine Revolution
Folie 17
© Fraunhofer IML
CPS Locative
Manchmal fangen große Dinge klein an!
Folie 18
© Fraunhofer IML
Interdisziplinäre Prototypenentwicklung
Folie 19
© Fraunhofer IML
Disziplin
Aufgabe
Verfahren
Maschinenbau
Lastaufnahmemittel
Wasserstrahlschneiden
Maschinenbau
Fahrzeuggehäuse
3D Druck / Lasersintern
Elektrotechnik
Antriebseinheit
Individuell gefertigt
Elektrotechnik
Steuerungskomponenten
PCB-Rapid Prototyping
Elektrotechnik
Energieversorgung
LiFePo Akkus
Informatik
Programmierung
Schlanke Programmierung
Maschinenbau
Chassis
Wasserstrahlschneiden
Intelligente Low-cost Spurführung
■ 15 Euro Webcam übernimmt die Spurführung
■ Bilddatenakquise
■ Binärwertumwandlung mit adaptiven Schwellwertverfahren
■ Skelettierung
■ oder Thinning und Skelettierung mit einer reduzierten Region of Interest
Folie 20
© Fraunhofer IML
Lokale und globale Kommunikation im
dynamischen Container-Netzwerk
■
Umgebungserkennung
■
■
Weltweite Lokalisierung
■
■
Container zu Container
Globale Datenübertragung
■
■
UHF-RFID
Lokales Kommunikationsnetzwerk
■
■
GPS
Warenerkennung
■
■
Temperatur / Türzustand / Erschütterungen
Container zu überlagerter IT
Eigene Energieversorgung
■
Energy Harvesting
Gefördert durch
Folie 21
© Fraunhofer IML
:
DyCoNet-Architektur
Gefördert durch
Folie 22
© Fraunhofer IML
:
CPS inBin - der Behälterschwarm
Folie 23
© Fraunhofer IML
Der inBin ist ein assoziiertes Projekt
des EffizienzClusters LogistikRuhr
Die Dinge fangen an zu denken
Grafikdisplay
Hochauflösende Kommunikation
2D Barcodes, Text, Grafiken
Selbstversorger
400Lux einer Energiesparlampe reichen
Tastatur
Kapazitive Tasten zur Eingabe
wasserdicht und wartungsfrei
Energiespeicher
Jedes μW wird gespeichert.
Selbstentladung < 2% p.a.
7.000 Telegramme ohne Nachladen
Der inBin weiß, wo er ist
Infrarot-Ortungssystem sorgt für klare Position.
(invertierte Lichtschranke - Patent pending)
Der inBin denkt mit
16/32 Bit μProzessor
bis 25 MHz 256K RAM
Der inBin ist kommunikativ
433 MHz, 868 MHz, 2,4 GHz
spontane Vernetzung iPv6, 6LoWPAN
Folie 24
© Fraunhofer IML
Sicher wie eine Bank
separater 256 Bit Kryptokern
asym. Verschlüsselung
Der iBin - Behälter mit Augenmaß
Folie 25
© Fraunhofer IML
Industrie 4.0 Leitmarkt Deutschland
■
Der Markt wird offener werden.
■
Internetbasierte Standards werden dafür sorgen,
dass logistische Software und Dienstleistungen
vergleichbar werden.
■
Der Logistikmarkt wird noch volatiler und kompetitiver
werden.
■
Es wird mehr denn je darauf ankommen, nicht nur besser
und billiger sondern schneller zu sein!
Konsequenz:
DEUTSCHER OPEN INNOVATION PROCESS
für cyberphysischer Systeme und das Internet der Dinge!
Folie 26
© Fraunhofer IML
Das 20. Jahrhundert mobilisierte den Menschen.
Das 21. Jahrhundert mobilisiert die Dinge.
Wenn wir unsere Chance nutzen,
wird dies das Jahrhundert der Logistik!
(C) EffizienzCluster LogistikRuhr gefördert durch:
Unsere Projekte sind zu sehen:
19.-21. Februar
Messe Stuttgart
6.-10. März
Hannover Messe
23.-27. April
Hannover Messe
AUTONOMIK-Transfer – Industrie 4.0
31. Januar 2013, Berlin
Prof. Dr. Michael ten Hompel
4.-7. Juni
Messe München