Abgeschlossene Forschungsprojekte

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Abgeschlossene Forschungsprojekte

Unsere aktuellen Forschungsprojekte finden Sie hier.

Seiltechnologie

Automatisierte Überwachung von Faserseilen mit einer Zeilenkamera
Automatisierte Überwachung von Faserseilen mit einer Zeilenkamera

Fördermittelgeber: Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)

Das hier beantragte Forschungsprojekt hat zum Ziel, auf Basis des bereits bei Stahlseilen von Seilbahnen eingesetzten visuellen Seilprüfgerätes, ein modulares Gerät zu entwickeln, das für hochfeste Faserseile eingesetzt wird. Allein bei RBGs gibt es zum Beispiel Variationen in der Anzahl der Masten, Einmast oder Zweimast, und in der Anzahl der eingesetzten Seile, bestehen Unterschiede im verfügbaren Bauraum, wodurch es notwendig ist, ein Prüfgerät zur Verfügung zu stellen, das modular aufgebaut ist und an verschiedenste Bedingungen anpassbar ist.

Dazu wurde vom Projektpartner Automation W+R GmbH ein Gesamtsystem eines visuellen Prüfgerätes entwickelt werden, das aus speziellen autonomen Kameramodulen besteht und über ein dazugehöriges Auswertesystem in Form eines transportablen Computers mit Spannungsversorgung verfügt. Aufgrund der beengten Bauräume in den genannten Seiltrieben soll zusätzlich verschieden große Grundrahmen entwickelt werden, so dass je nach Anwendungsfall ein passender Rahmen gewählt werden kann. Das Ziel und der Kern der Forschungsarbeit des IFT umfassen die seiltechnischen Fragstellungen hinsichtlich der Implementierung von Ablegekriterien für laufende hochfeste Faserseile. Es sollen hierzu verschiedenste Ablegereifekriterien untersucht werden. Hier kann auf die jahrzehntelange Erfahrung des IFT nicht nur im Faserseilbereich sondern auch im Drahtseilbereich aufgebaut werden. Zur Aufstellung der Ablegekriterien sollen Dauerversuche auf dem am IFT aufgebauten RBG durchgeführt werden und daraus Kriterien abgeleitet werden.

Künstliche Nachbildung von Fehlern zur Verifizierung der manuellen visuellen Seilinspektion
Künstliche Nachbildung von Fehlern zur Verifizierung der manuellen visuellen Seilinspektion

Fördermittelgeber: Bundesamt für Verkehr Schweiz (BAV)

Die visuelle Seilinspektion ist ein unbestreitbar notwendiges Hilfsmittel zur zerstörungsfreien Prüfung von Drahtseilen. Sie trägt wesentlich dazu bei einen sicheren Betrieb und daher eine höhere Verfügbarkeit der Anlagen zu gewährleisten. Jedoch ist es ebenfalls bekannt, dass die Durchführung der visuellen Inspektion in vielen Fällen sehr schwer umzusetzen und mitunter auch gefährlich sein kann. Die visuelle Inspektion eines Trag-, Förder- oder Zugseiles wird meist durch zwei Personen durchgeführt. Jedoch besteht auch bei der Inspektion mit zwei Personen das Problem, dass nicht die komplette Seiloberfläche eingesehen werden kann.

Das Ziel des Forschungsprojektes war es, ein systematisches Verfahren für die visuelle Seilinspektion zu entwickeln. Basierend auf dem aktuellen Stand der Normen, vorhandenen Arbeitsplatzsituationen und einer Kategorisierung der wichtigsten Fehlerarten, wurden zwei Feldversuche durchgeführt. Im Rahmen dieser sind Inspektionen an unterschiedlichen Anlagen- und Seiltypen, mit verschiedenen Geschwindigkeiten und Inspektionstypen durchgeführt worden. Für die Durchführung der Feldversuche, die dazu dienten, die Zuverlässigkeit der visuellen Inspektion zu ermitteln, wurde eine künstliche Nachbildung der Fehler, die am häufigsten zu einer Ablegereife des Seiles führen, angestrebt. Die Fehlerbilder Blitzschlag, Schädigung mehrerer Drähte, Riefen, Litzengassenkorrosion, Korrosion und Drahtbruch wurden abstrahiert und die Nachbildungen bei systematischen Tests am IFT optimiert.

Fördermittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Konstruktionselemente wie Federn oder Seile sind schon seit Jahrhunderten wesentliche Bestandteile von technischen Systemen. Auch wenn durch zahlreiche Forschungs- und Entwicklungsarbeiten die Leistungsfähigkeit von Konstruktionselementen permanent gesteigert wurde, so sind die grundlegenden Funktionen doch immer in der mechanischen Domäne verblieben. Aufgrund zahlreicher Anforderungen werden allerdings seit Jahrzehnten mechanische Systeme zunehmend zu mechatronischen Systemen weiterentwickelt, die Sensorik, Aktorik und Regelungstechnik in sich vereinen und somit vielfältige Aufgaben übernehmen. Daher hat sich die Forschergruppe „Hybride Intelligente Konstruktionselemente“ (HIKE) die Aufgabe gestellt, die grundlegenden Funktionen solcher Konstruktionselemente zu erweitern. Die so entwickelten HIKE zeichnen sich durch Fertigungs- und funktionale Integration von Sensoren, Aktoren, anzeigenden Elementen und/oder Regelungen/Steuerungen auf der Ebene des Konstruktionselements aus.

In der ersten Förderphase wurden HIKE entwickelt, Grundlagen für eine neuartige Konstruktionsmethodik sowie die Einbindung der Sensorik in diese HIKE erarbeitet. Die Verknüpfungen der Teilprojekte und die Evaluierung der gewonnenen Erkenntnisse erfolgten anhand eines Schalentragwerks mit integrierter Sensorik, Aktorik und Regelung. Durch die Einbringung der Adaptivität können unterschiedliche Lastfälle (z. B. durch Windlasten) identifiziert, geeignete Maßnahmen für eine Homogenisierung und Reduzierung der Spannungen ermittelt sowie mittels der Aktoren umgesetzt werden. Während die HIKE aus der ersten Förderphase nur über zusätzliche sensorische Funktionen verfügten, die zusammen mit konventionellen Aktoren in den Demonstrator eingebracht wurden, konnten diese in der zweiten Förderphase durch sensorische und aktorische HIKE ersetzt werden. Darauf aufbauend wurden weitere Untersuchungen hinsichtlich der Dynamik der HIKE bzw. den sich daraus ergebenden Möglichkeiten wie eine aktive Schwingungsdämpfung untersucht.

Aufbauend auf den Ergebnissen der Forschergruppe ergeben sich zahlreiche neue und erweiterte Fragestellungen, die im Rahmen neuer Forschungsvorhaben untersucht und in mehreren Transferprojekten gemeinsam mit der Industrie weiterentwickelt werden sollen.

Fördermittelgeber: Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)

Das Forschungsprojekt hatte zum Ziel, auf Basis der vorliegenden Erkenntnisse ein neuartiges hochfestes Faserseil zu entwickeln, welches den Belastungen und Beanspruchungen als Hubseil in Regalbediengeräten standhält und im Einsatz bei kleineren D/d-Verhältnissen Sicherheit und Lebensdauer der heute in RBG eingesetzten Stahlseile übertrifft.

Parallel dazu erfolgte die entsprechende Anpassung bzw. Untersuchung der wichtigsten zu berücksichtigenden Einflussparameter des Seiltriebes. Im Verlauf des AiF-Forschungsprojektes 15370/N1 „Einsatz von hochfesten Faserseilen für Hubbewegungen in der Lagertechnik“ zeigte sich, dass die Auslegung der Rahmenparameter des Seiltriebes beim Einsatz von laufenden Faserseilen auf die zu erzielende Lebensdauer wesentlich signifikanteren Einfluss besitzt, als dies in Anwendungen mit laufenden Stahlseilen der Fall ist.

Logistik

Idee und Zielsetzung eines dezentralen Logistik Steuerungskonzepts
Idee und Zielsetzung eines dezentralen Logistik Steuerungskonzepts

Fördermittelgeber: Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau Baden-Württemberg
Laufzeit: 01.10.2018 bis 31.12.2019

Derzeit existierende Ansätze zur Steuerung produktionslogistischer Systeme eignen sich zumeist nicht für den Einsatz in dynamischen Logistik- und Produktionsumgebungen. Einerseits mangelt es an Konzepten, welche die zunehmende Verzahnung der innerbetrieblichen Logistikprozesse und Produktionsvorgänge ausreichend abbilden. Andererseits optimieren gegenwärtige Strategien zumeist einzelne Subsysteme, so führen in etwa Routingalgorithmen für die Transportplanung zu einer günstigen Auslastung des Materialfluss- und Transportsystems, jedoch ist zu hinterfragen, ob diese Entscheidungen stets im Einklang mit der strategischen Zielausrichtung des Unternehmens stehen.

Verstärkt wird dieser Effekt durch den Einsatz von dezentralen Steuerungsmechanismen, welche mit dem Ziel der Komplexitätsreduktion und -beherrschung vermehrt in Produktions- und Logistiksystemen zum Einsatz kommen. Dabei werden die Akteure (z. B. Intralogistikkomponenten) zur simultan und lokal begrenzten Entscheidungsfindung befähigt. Wie Untersuchungen in anderen Bereichen zeigen, verhindert die starre Fixierung (Silodenken) auf einzelne Organisationsbereiche und -funktionen aufgrund von Interdependenzen die langfristige Optimierung des Gesamtsystems. Da jedes Unternehmen über eine individuelle Strategie verfügt und deren Umsetzung mithilfe von Zielgrößen überwacht und steuert, ist in Erwägung zu ziehen, die Steuerung der intralogistischen Komponenten auf die Unternehmensziele auszurichten. Return on Investment, Umsatz, Kundenzufriedenheit, oder Marktkapitalisierung können als Beispiele für individuelle Unternehmenszielgrößen genannt werden.

Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, aufbauend auf den vorherigen am IFT durchgeführten und vom Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau Baden-Württemberg finanzierten Projekten „FlexProLog“ und „LeitFlexPro“, einen Steuerungsansatz zu entwickeln, der die produktionslogistischen Entscheidungen auf die strategischen Unternehmensziele ausrichtet, um eine langfristige Optimierung des Gesamtsystems zu erreichen. Diesbezüglich werden unterschiedliche Strategien zur Steuerung entwickelt und anschließend simulativ untersucht.

Fördermittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF)
Laufzeit: 05/2017 bis 07/2019

Gemeinsam mit der Hochschule Heilbronn erforschte das IFT im Rahmen des vom BMWi geförderten Projektes SmartShuttle die Auswirkung von situationsabhängigen Lagerstrategien auf den Grenzdurchsatz und den Energiebedarf von Shuttle-Systemen.

Shuttle-Systeme sind automatisierte Lagersysteme, in denen Shuttle-Fahrzeuge und Heber anstelle kranbasierter Regalbediengeräte (kRBG) die Lagergüter entnehmen bzw. einlagern.

Sie unterliegen im Allgemeinen situativen Veränderungen. Liegen beispielsweise nachts keine Aufträge vor, führt das System in diesem Zeitraum keine Ein- oder Auslagerungen durch, während es zu bestimmten Tageszeiten an die Grenze des maximal möglichen Durchsatzes stößt. Möglich sind auch saisonale Schwankungen durch die sich der Lagerfüllgrad in bestimmten Zeitspannen verändert.

Ziel des Projektes war es, diese Schwankungen mit Lagerstrategien zu verbinden und das durch diese situationsabhängigen Lagerstrategien entstehende Optimierungspotenzial zu analysieren.Hierzu wurde mit der Simulationssoftware AutoMOD ein konfigurierbares Shuttle-System modelliert, in welchem verschiedene Lagerstrategien hinterlegt sind. Nutzer und Hersteller von Shuttle-Systemen können dadurch ihre Systemkonfigurationen testen und hinsichtlich des individuellen Optimierungspotenzials analysieren.

Zur einfachen Anwendung wurde eine Webseite aufgesetzt, anhand welcher die Parametereingabe erfolgt. Der Anwender erhält zu jeder benötigten Eingabe über Hinweistexte Hilfestellung bei der Eingabe und kann sich durch das Eingabemenü klicken. Anschließend werden die Daten an das Simulationsmodell übertragen und der individuelle Simulationslauf gestartet. Sobald die Simulationsergebnisse vorliegen werden sie per Mail an den Anwender gesendet.

Unterstützt wurde das Projekt durch den projektbegleitenden Ausschuss, der sich aus Vertretern der Industrie zusammensetzte. Somit flossen wertvolle, praxisrelevante Inhalte in das Projekt ein, wodurch die Relevanz und Akzeptanz des Forschungsprojektes für die Praxis gesteigert wurde.

Link zur Shuttle-Analyse

Manuelle Kommissionierung mit Pick-by-Vision unter Anleitung eines Tablets
Manuelle Kommissionierung mit Pick-by-Vision unter Anleitung eines Tablets

Fördermittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF)
Laufzeit: 03/2017 bis 02/2019

Trotz kontinuierlich steigender Möglichkeiten der Automatisierungstechnik in der Produktions- und Distributionslogistik ist der Verzicht auf den Menschen als Leistungsträger in der Intralogistik derzeit nicht absehbar, insbesondere in den Prozessen der Kommissionierung. Neben der grundsätzlich vorhandenen hohen Personalintensität stellt die notwendige Flexibilität auf der Basis von z. B. saisonal unterschiedlicher Nachfrage die Anforderung nach einer hohen Effektivität der Anlernprozesse für die Kommissionierung. 

Das Institut für Fördertechnik und Logistik (IFT) hat in Zusammenarbeit mit dem Institut für Angewandte Forschung (IAF) der Hochschule Pforzheim im Rahmen des AiF-Projekts LernLager vom 01.03.2017 bis 28.02.2019 die Bewertung und Optimierung individueller Lernprozesse in der manuellen Kommissionierung durchgeführt. Während Ergebnisse der quantitativen Forschung in Form von Lernkurven vorliegen, wurde im Forschungsprojekt LernLager die qualitative Dimension untersucht. Hierzu wurden auf Basis der Lehr-Lern-Forschung geeignete Lernformate untersucht und für den Praxiseinsatz zu sogenannten LernPaketen konsolidiert. Von der Erweiterung der in vielen Unternehmen verbreiteten Unterweisungsmethode bis zum Einsatz moderner Lernmedien wie Tablets, siehe Abbildung 1, oder Virtual Reality wurden unterschiedliche Lernarrangements berücksichtigt, die zum heutigen Stand wie auch zukünftig in Unternehmen Einsatz finden können. Durch eine umfangreiche Probandenstudie wurden die LernPakete in Kombination mit vier verschiedenen Kommissioniertechnologien Pick-by-Light, Pick-by-Scan, Pick-by-Voice und Pick-by-Vision in einer Laborumgebung, dem LernLager, untersucht und optimiert. Um den Transfer der Ergebnisse in die Praxis vorzubereiten, wurden anschließend die LernPakete in eigens entwickelten Reflexions-Workshops mit Anwendungsunternehmen auf ihre Praktikabilität hin überprüft. 

Die Ergebnisse des Forschungsprojektes zeigen auf, dass didaktisch gelungene und an der Praxis sowie den Zielgruppen orientierte Lernformate den Anlernprozess fördern. Gleichzeitig erleichtert es neuen Mitarbeitern, den Anlernprozess anzunehmen und sich mit Motivation neue Kenntnisse und Fähigkeiten anzueignen. Für eine strategische Ausrichtung der Kompetenzentwicklung in der manuellen Kommissionierung wurden die Erkenntnisse aus dem Projekt in einem acht Schritte umfassenden Leitfaden zusammengefasst. Der Leitfaden bietet ein praxisnahes Handlungsinstrument für Unternehmen und kann einen wichtigen Beitrag für deren Personalarbeit leisten, um bei der Entwicklung von Anlernprozessen auf die besonderen Herausforderungen in der Intralogistik zu reagieren.

 

Betrachtete Prozesse und deren Umsetzung auf die Strukturen des verwendeten Softwaretools ATOS
Betrachtete Prozesse und deren Umsetzung auf die Strukturen des verwendeten Softwaretools ATOS

Fördermittelgeber: Deutsche Bundesstiftung Umwelt
Laufzeit: Projekt 1: 30.01.2015 bis 29.09.2016 / Projekt 2: 01.12.2017 bis 28.02.2018

Jeder Bürger in der Europäischen Union erzeugt durchschnittlich eine halbe Tonne Siedlungsabfall im Jahr. Um diese Abfallmenge zu entsorgen, werden in regelmäßigen Abständen kommunale Entsorgungsfahrten zur Verbringung des Abfalls durchgeführt, bei denen Treibhausgase in großen Mengen freigesetzt werden. Um die globalen Klimaschutzziele zu erreichen, müssen die vom Menschen geschaffenen Treibhausgase in allen Bereichen verringert werden. Ein großes Potential zur Reduzierung der Treibhausgase bietet der Straßengüterverkehr, zu dem auch der Transport und die Sammlung von Siedlungsabfällen gezählt werden.  

Ein von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt gefördertes erstes Projekt am IFT befasste sich mit der Entwicklung einer Methodik für ein umweltschonendes Sammel- und Transportkonzept für die optimale Einsatzgrobplanung und ökologische Fahrzeugauswahl. Die Anpassung, Erweiterung sowie Implementierung der Methodik in die Praxis war das Ziel eines darauf aufbauenden zweiten Forschungsprojekts.

Hierzu wurde die Methodik, welche bezüglich der Emissions- und Kostenermittlung an das Vorgehen einer ressourcenorientierten Prozesskostenrechnung angelehnt ist, an die Vorgehensweise der am Markt verfügbaren Analytischen-Touren-Optimierungs-Software (ATOS) der SyWaTeC Logistic GmbH angepasst und in diese integriert. Mit Hilfe der Software wird in etwa die Tourenplanung oder die Auftragsdisposition in der Entsorgungsbranche ermöglicht. Die projektspezifischen Prozessstrukturen sind in Abbildung 1 dargestellt. Grundsätzlich ist die Methodik auch auf andere Prozessabläufe übertragbar und somit für den Einsatz bei vielen kommunalen Entsorgungsunternehmen ausgelegt.

Das Ergebnis des Forschungsprojekts ist die Optimierung und Überwachung von Emissionsverbräuchen in der kommunalen Abfalllogistik mit Hilfe einer automatisierten Datenerhebung und -auswertung. Aus den entwickelten Kennzahlen (z. B. Behälterkraftstoffverbrauch oder Sammlungseffizienz) lassen sich Erkenntnisse hinsichtlich des Emissionsverhaltens der Fahrzeuge oder die Entstehung von Treibhausgasen in den einzelnen Prozessschritten gewinnen.

Fördermittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DGF) Sachbeihilfe
Laufzeit: 06/2013 bis 09/2018

Ziel dieses Forschungsprojekts war die Entwicklung einer dezentral aufgebauten und auf Selbstorganisation beruhenden Methodik zur Grobplanung von Intralogistiksystemen auf Basis von intelligenten Planungsobjekten und einem Software-Agentensystem.

Gegenstand der Methodik sind Systeme der Intralogistik wie Warenverteilzentren und Distributionszentren. Innerhalb der Planung wird in einem ersten Schritt eine Systemplanung durchgeführt. Für die gewählte Vorzugsvariante findet im nächsten Schritt eine Layoutplanung statt.

Dabei wurden Intralogistiksysteme als Complex Adaptive Systeme (CAS) und ihre Planung als dialogbasierter Prozess modelliert, formal beschrieben und auf ein Agentensystem übertragen. Dieser neue Planungsprozess basiert auf einem Bottom-Up Vorgehen, bei dem das Intralogistiksystem durch eine zielgerichtete Komposition, Konfiguration und Adaption von Intelligenten Planungsobjekten (IPO) gebildet wird. Die Innovation dieses Planungsansatzes liegt in der Fähigkeit, Systeme durch Selbstorganisation und Adaption zu bilden und kurzfristig an sich verändernde Kundenanforderungen und Umfeldbedingungen anzupassen. Dies wird erreicht durch eine bisher noch nicht vorhandene Formalisierung der Beschreibung der Objekte der Planung sowie einer auf einheitlichen Schnittstellen und Interaktionen beruhenden Planungsmethodik. Die Anwendung von Kompositions-, Konfigurations- und Adaptionsregeln trägt wesentlich zur Steigerung der Transparenz des Entwicklungsprozesses sowie der Nachvollziehbarkeit von Planungsentscheidungen bei.

Im Rahmen der Layoutplanung bildet die entwickelte Methodik im Rahmen von festgelegten Größen (z. B. Abmessungen, Anordnungen und Orientierung der Funktionsbereiche) kompatible Systemlösungen und ermittelt die Vorzugvariante auf Grundlage einer isolierten Betrachtung der Leistung und Investitionskosten von ausgewählten Ressourcen. Durch die ganzheitlich betrachtete systematische Generierung von allen gültigen Lösungsvarianten, die sowohl die an das Intralogistiksystem gestellten Anforderungen erfüllen als auch das optimale Layout beinhalten, ist eine objektive, funktionsbereichsübergreifende rechnergestützte Grobplanung möglich.

Das Projekt DEPIAS ist ein Kooperationsprojekt des IFT und des Instituts für Automatisierung-und Softwaretechnik (IAS) der Universität Stuttgart.

Fördermittelgeber: Wirtschafts- und Finanzministerium Baden-Württemberg
Laufzeit: 01/2014 bis 12/2015

Das hier beantragte Forschungsprojekt hatte im Kontext der Forschungsfabrik Arena2036 (Active Research Environment for the Next Generation of Automobil) das Ziel, neue Konzept für eine Automobilproduktion ohne Takt und Band zu entwickeln. 

Im ersten Schritte wurden im Rahmen eines Logistik Arbeitskreises, zusammen mit Partnern aus der Forschung und Industrie, die bisherigen konventionellen Logistikvorgänge in Automobilwerken untersucht. Mithilfe der beteiligten Industriepartner war es möglich, die Anwendbarkeit von neuen Konzeptideen direkt nach der Entwicklung anhand von realen Produktionsdaten zu überprüfen. 

Im nächsten Schritt wurden ein von der ARENA-Montagearbeitsgruppe entwickeltes Tool zur Bestimmung des Wandlungsfähigkeitsindex eingesetzt, um neuartige Logistikkonzepte zu bewerten. Nach Anwendung des Tools auf die Logistikkonzepte ergaben sich jedoch nur so marginale Unterschiede, dass eine Auswahl des wandlungsfähigsten Logistikkonzepts nicht möglich war. Begründet wurde dies mit der starken Fokussierung des Bewertungstools auf den Bereich der Produktion und Montage bzw. Organisation. Da außerdem die Bewertung des Wandlungsfähigkeitsindex nicht im Fokus der Arbeitsgruppe Logistik stand, wurde stattdessen auf eine möglichst detaillierte Bewertung der neu entwickelten Logistikkonzepte hingearbeitet. Aus diesem Grund erfolgte zuerst eine subjektive Bewertung anhand unterschiedlicher Kriterien, dazu zählten unter anderem, die benötigten Flächen in der Montagehalle, die Ausfallwahrscheinlichkeit von bestimmten Komponenten, die Ausfallfolgen und die zurückgelegten Wegstrecken der unterschiedlichen Transportfahrzeuge. Anhand dieser Ergebnisse wurden aus anfänglich zehn Logistikkonzepten drei ausgewählt, die anschließend mit realen Produktionsdaten aus einem der Partnerunternehmen simuliert wurden. Dies sind die Konzepte Einzelteil per FTF, Riegelkonzept und Warenkorb-Konzept. Dabei konnte in den Simulationen nicht nur die Umsetzbarkeit der Konzepte gezeigt werden, sondern es wurden auch die Reaktionen der Modelle auf bestimmte Wandlungsszenarien untersucht. Beispielsweise welche zusätzlichen Förderanlagen bei einer Produktionssteigerung von 50 % einzusetzen sind und an welcher Stelle Engpässe auftreten. Als Ergebnis konnten die Konzepte auf unterschiedliche Wandlungsszenarien hin bewertet werden. Dabei wurden insbesondere die Kosten der der verschiedenen Logistikkonzept gegenübergestellt.

Fördermittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF)
Laufzeit: 09/2013 bis 09/2015

Dynamische Kapazitätsanforderungen und Prozessabläufe im Betrieb erfordern flexibel einsetzbare Arbeitskräfte. Somit rückt die Notwendigkeit von Erkenntnissen über die Leistungsentwicklung lernender Mitarbeiter in den Vordergrund. Dabei verfügen die Mitarbeiter über unterschiedliche Vorkenntnisse und Fähigkeiten. Sie werden unter verschiedenen Bedingungen eingesetzt und erhalten eine sehr kurze bis zu einer sehr ausführlichen Einarbeitung. In der Intralogistik und insbesondere in der Kommissionierung besteht ein beträchtlicher Bedarf an der Möglichkeit, lernende Mitarbeiter unter Berücksichtigung individueller Lernprozesse systematisch und wissenschaftlich fundiert einsetzen und bewerten zu können.

Im Rahmen des Forschungsprojekts LeiKom wurden Lernprozesse in der manuellen Person zur Ware (PzW)-Kommissionierung untersucht. Insbesondere wurde die Leistungsentwicklung anhand der individuellen Kommissionierzeitkomponenten beschrieben. Hierzu wurden Lernkurven in flexiblen Arbeitssystemen anhand einer vielseitigen, individuellen Leistungsbewertungsmethode quantifiziert. Es wurden außerdem wesentliche Einflussfaktoren auf die Effektivität des Lernens in der PzW-Kommissionierung identifiziert und mathematisch beschrieben.

Anhand von Prozess- und Datenanalysen realer Kommissioniersysteme der am Projekt beteiligten anwendenden Unternehmen wurden für die Leistungsentwicklung individueller Kommissionierer relevante Parameter identifiziert und quantifiziert. Die im Projekt LeiKom entwickelte Methodik wurde abschließend in Form eines EDV-Programms demonstrativ umgesetzt, um deren praktische Anwendung zu erleichtern. Das Programm kann ohne Programmierkenntnisse und kostenpflichtige Spezialsoftware im operativen Tagesgeschäft von Produktions- und Handelsunternehmen eingesetzt werden.

Fördermittelgeber: Baden‐Württemberg‐Stiftung
Laufzeit: 10/2010 bis 09/2013

Bei der Planung und dem Betrieb von Intralogistiksystemen wird der ökologische Aspekt bisher kaum oder gar nicht betrachtet. Zwar existieren erste Bemühungen den Energieverbrauch durch Optimierungen der Gebäudetechnik zu senken, in dem bspw. die Klimatisierung oder Beleuchtung effizienter gestaltet wird. Jedoch wird die Entscheidung bei der Wahl von Komponenten und Anlagen von Förder‐, Lager‐ und Handhabungstechniken primär vom Stückpreis getrieben. Dabei betragen die Anschaffungskosten bei einem Antrieb, der 3.000 Stunden im Jahr läuft, über den gesamten Lebenszyklus betrachtet, lediglich 3 % der Gesamtkosten. 95 % der Kosten sind auf den Energieverbrauch zurückzuführen. Daher ist es notwendig, Komponenten von Intralogistiksystemen über den gesamten Lebenszyklus zu betrachten, um ökologischere und damit auch kostengünstigere Systeme zu betreiben.

Im Projekt ELKOB wird ein Bilanzierungswerkzeug zur Bewertung der Energieeffizienz von intralogistischen Komponenten und Anlagen zur Förderung, Lagerung und Handhabung von Gütern entwickelt. Der Fokus liegt dabei auf der Untersuchung der Zusammenhänge zwischen dem Energieverbrauch von Antrieben, bspw. von Stetig‐ und Unstetigförderern, und den Nutzungsbedingungen, den zeitlichen Einflüssen und den erzeugten Kosten. Neben der Erfassung und Analyse von realen Energieverbrauchsdaten wird innerhalb des Projekts eine Simulation erstellt, mit der der Energieverbrauch von Intralogistik‐Anlagen in Abhängigkeit der Nutzung prognostiziert werden kann. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen in der Betriebsphase zur energiewirtschaftlichen Optimierung von Wartungs‐ und Instandhaltungsmaßnahmen genutzt werden: Dabei ist der Austausch einzelner Komponenten oder Anlagen so zu organisieren, dass der energiesparendste und damit nicht nur der kostengünstigste, sondern auch der ökologisch sinnvollste Anlagenbetrieb gewährleistet wird. In der Planungsphase ist mit dem Werkzeug eine Entscheidungshilfe zur Auswahl von Anlagentechnik gegeben: Aus unterschiedlicher Förder‐, Lager‐ und Handhabungstechnik kann je nach Nutzungsprofil diejenige Technik ausgewählt werden, die über den gesamten Betriebs‐Lebenszyklus den geringsten Energieaufwand benötigt und damit die geringsten Kosten verursacht. Das Projekt ELKOB war ein Gemeinschaftsprojekt des Instituts für Fördertechnik und Logistik (IFT) und des Instituts für Automatisierungs‐ und Softwaretechnik (IAS) der Universität Stuttgart.

Bewegung Regalbediengerät an der Regalwand
Bewegung Regalbediengerät an der Regalwand

Fördermittelgeber: Baden‐Württemberg‐Stiftung
Laufzeit: 01/2011 – 06/2013

Im Projekt GreenRBG werden Methoden zur energieeffizienten Steuerung von Intralogistiksystemen   erforscht und deren Auswirkungen auf die Leistungs‐ und Kostenparameter des Gesamtsystems untersucht.

Unter Energieeffizienz wird in diesem Rahmen die energieminimale Durchführung einer Förderaufgabe bei vorgegebenen Leistungszielen verstanden. Die Energieeffizienz ist nicht nur aus Gründen der CO2‐Einsparung wichtig, sondern spart auch direkt Kosten, denn die Dimensionierung von Leitungen sowie die Kosten eines Stromliefervertrages beinhalten neben dem reinen Verbrauch auch Kostenfaktoren, die sich auf Leistungsspitzen beziehen.   Dabei wird der Grundgedanke verfolgt, dass sich energieeffiziente Technologien und Strategien nur dann durchsetzen werden, wenn die Auswirkungen auf die Leistung des Logistiksystems transparent und damit nachvollziehbar berechnet werden können. Gleichzeitig ist für die spätere Einführung in die industrielle Praxis eine Methode zu entwickeln, die ohne aufwendige technische Anpassungen implementiert werden kann. Dabei wird der Fokus auf ein Hochregallager mit automatischen Regalbediengeräten (RBG) gelegt. Dies ist ein energieintensiver Vorgang in Intralogistiksystemen. Das Projekt GreenRBG ist ein Gemeinschaftsprojekt des IFT und des Instituts für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW) der Universität Stuttgart.

Fördermittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF)
Laufzeit: 07/2011 bis 07/2013

Die Zusammenstellung von Artikeln aus einem Sortiment in auftragsbezogene Gruppen wird als die Kommissionierung bezeichnet. In der Produktionslogistik ist die Kommissionierung zur Materialversorgung verschiedener Arbeitsstationen notwendig. In der Distributionslogistik sorgt die Kommissionierung für die Allokation von Teilmengen eines Sortiments zu Kundenbestellungen. Einerseits muss ein Kommissioniersystem hochflexibel sein in Hinsicht auf seine Fähigkeit, eine Vielfalt an Artikeln handhaben zu können. Anderseits muss ein Kommissioniersystem in der Lage sein, sich an dynamischen Kapazitätsanforderungen anzupassen. Primär aus diesen Gründen prägen manuelle Tätigkeiten die meisten Kommissionierprozesse.

Eine individuelle Leistungsbeurteilung der Kommissionierer bspw. ausschließlich anhand der Anzahl der Entnahmen pro Stunde ist unzureichend, da weitere Einflussfaktoren auf die Kommissionierleistung unberücksichtigt bleiben: Ist das Artikelsortiment stark heterogen, ist anzunehmen, dass die individuellen Artikelmassen und -volumina den mit der Bearbeitung eines Kommissionierauftrags verbundenen Aufwand beeinflussen. Ebenfalls ist davon auszugehen, dass die für unterschiedliche Kommissionieraufträge zurückzulegenden Distanzen einen Einfluss auf die Kommissionierleistung ausüben. Bisher fehlt eine quantitative Analyse solcher Einflussfaktoren auf die Kommissionierleistung sowie deren Betrachtung bei der mitarbeiterindividuellen Leistungsbeurteilung in der Praxis.

Auch die operative Personaleinsatzplanung in der Person-zur-Ware-Kommissionierung mit beträchtlichen Unsicherheiten verbunden. Die Bestimmung der benötigten Personalkapazität für die Abarbeitung eingegangener Kommissionieraufträge basiert grundsätzlich auf Schätzungen von erfahrendem Lagerpersonal. Dies kann zu erheblichen Personalengpässen oder zu Überkapazitäten in der Kommissionierung führen. Die Möglichkeit des systematischen Einsatzes der Kommissionierer anhand ihrer individuellen Leistungsmerkmale ist aktuell nicht gegeben.

Am Forschungsprojekt EfKom waren das Institut für Fördertechnik und Logistik (IFT) und das Institut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement (IAT) beteiligt. Das vorliegende Dokument befasst sich in erster Linie mit der Vorgehensweise des IFTs. Im Forschungsvorhaben wurden u. a. bisher unzureichend analysierte Einflussfaktoren auf die Kommissionierleistung in Person-zur-Ware Systemen ausführlich untersucht. Anhand von mitarbeiterspezifischen Regressionsanalysen wurden die entsprechenden Zusammenhänge kommissioniersystem- sowie mitarbeiterspezifisch quantifiziert. Darauf aufbauend wurde eine Methode zur Optimierung der operativen Personaleinsatzplanung und individueller, ganzheitlichen Leistungskontrolle in der Kommissionierung entwickelt. Schließlich wurde die Methode in einen praxistauglichen Demonstrator integriert.

Graph mit optimaler Basissystemkombination
Graph mit optimaler Basissystemkombination

Fördermittelgeber: Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden‐Württemberg
Laufzeit: 01/2009 bis 06/2010

Innerhalb dieses Projekts wurde eine benutzergesteuerte Methodik entwickelt, welche den Planer systematisch bei den notwendigen Planungsstufen zur Generierung eines Intralogistiksystems – von der ersten Definition der Anforderungen über die Konzeptgestaltung und Dimensionierung bis hin zur Realisierung – unterstützt. Kernelement dieser Planungsplattform sind sogenannte Basissysteme. Diese Basissysteme enthalten Verknüpfungen von logistischen Prozessen, verwendeter Ressourcen, organisatorischen Abläufen, Berechnungsalgorithmen sowie benötigter Inputdaten. Jeder Funktionsbereich eines Distributionszentrums (Wareneingang, Lagerung, Kommissionierung usw.) besitzt dabei eigene, standardisierte Basissysteme, welche aus häufig vorkommenden Ressourcenkombinationen bestehen. Manuelle Tätigkeiten innerhalb der beschriebenen Prozesse wurden durch die Verwendung von Methods Time Measurement analysiert und als Soll-Werte berücksichtig. Die Wegstrecken innerhalb der einzelnen Basissysteme sowie funktionsbereichsübergreifend wurden vorhandene Berechnungsformeln aus der Literatur verwendet. Insgesamt wurden für die beschriebene Planungsplattform über 90 unterschiedliche Basissysteme definiert. Der Aufbau der Basissysteme wurde flexibel gestaltet, sodass eine Erweiterung der Planungsplattform um Basissysteme mit neuen Technologien möglich ist. Die einzelnen Basissysteme wurden dabei durch einen Graphen verbunden, bei welchem die einzelnen Basissysteme die Knoten darstellen. Damit der Graph computerbasiert lesbar ist, wurde er in einer Adjazenzmatrix übertragen.

Bevor die Artikeldaten in die Planungsplattform geladen werden können, müssen diese anhand der Kriterien Abmessung, Gewicht, Zugriffshäufigkeit und Zugriffsmenge in Cluster zusammengefasst werden. Anschließend können die Planungsdaten für jedes Artikelcluster in die kompatiblen Basissysteme eingespeist werden und das Basissystem wird statisch dimensioniert. Anhand des Graphen und mit Hilfe des modifizierten Dijkstra Algorithmus wird die wirtschaftlichste Systemlösung, welche dem kürzesten Weg des Graphen entspricht, des jeweiligen Clusters ermittelt. Dabei kann der Anwender entscheiden, ob die einmaligen Investitionskosten oder die jährlich auftretenden Betriebskosten ausschlaggebend sein sollen. Die dargestellte Abbildung zeigt einen möglichen Graphen mit Basissystemen der einzelnen Funktionsbereiche sowie dem kürzesten Weg.

Die Validierung der entwickelten Planungsplattform fand mit unterschiedlichen Industriepartner statt. Dabei wurden die vorhandenen Logistiksysteme anhand quantitativer Kriterien analysiert und geplant. Dabei konnte gezeigt werden, dass innerhalb der Grobplanung mit Hilfe von Basissystemen objektiv, datenarm und schnell ganzheitliche Systemlösungen generiert werden können, welche den in der Realität vorhandenen Logistiksystemen entsprechen. Die Planungsplattform steigert die Qualität der Planung, durch verlässliche, nachvollziehbare und gut dokumentierte Lösungsvorschläge.

Innerhalb dieses Projekts wurde eine benutzergesteuerte Methodik entwickelt, welche den Planer systematisch bei den notwendigen Planungsstufen zur Generierung eines Intralogistiksystems – von der ersten Definition der Anforderungen über die Konzeptgestaltung und Dimensionierung bis hin zur Realisierung – unterstützt. Kernelement dieser Planungsplattform sind sogenannte Basissysteme. Diese Basissysteme enthalten Verknüpfungen von logistischen Prozessen, verwendeter Ressourcen, organisatorischen Abläufen, Berechnungsalgorithmen sowie benötigter Inputdaten. Jeder Funktionsbereich eines Distributionszentrums (Wareneingang, Lagerung, Kommissionierung usw.) besitzt dabei eigene, standardisierte Basissysteme, welche aus häufig vorkommenden Ressourcenkombinationen bestehen. Manuelle Tätigkeiten innerhalb der beschriebenen Prozesse wurden durch die Verwendung von Methods Time Measurement analysiert und als Soll-Werte berücksichtig. Die Wegstrecken innerhalb der einzelnen Basissysteme sowie funktionsbereichsübergreifend wurden vorhandene Berechnungsformeln aus der Literatur verwendet. Insgesamt wurden für die beschriebene Planungsplattform über 90 unterschiedliche Basissysteme definiert. Der Aufbau der Basissysteme wurde flexibel gestaltet, sodass eine Erweiterung der Planungsplattform um Basissysteme mit neuen Technologien möglich ist. Die einzelnen Basissysteme wurden dabei durch einen Graphen verbunden, bei welchem die einzelnen Basissysteme die Knoten darstellen. Damit der Graph computerbasiert lesbar ist, wurde er in einer Adjazenzmatrix übertragen.

Bevor die Artikeldaten in die Planungsplattform geladen werden können, müssen diese anhand der Kriterien Abmessung, Gewicht, Zugriffshäufigkeit und Zugriffsmenge in Cluster zusammengefasst werden. Anschließend können die Planungsdaten für jedes Artikelcluster in die kompatiblen Basissysteme eingespeist werden und das Basissystem wird statisch dimensioniert. Anhand des Graphen und mit Hilfe des modifizierten Dijkstra Algorithmus wird die wirtschaftlichste Systemlösung, welche dem kürzesten Weg des Graphen entspricht, des jeweiligen Clusters ermittelt. Dabei kann der Anwender entscheiden, ob die einmaligen Investitionskosten oder die jährlich auftretenden Betriebskosten ausschlaggebend sein sollen. Die dargestellte Abbildung zeigt einen möglichen Graphen mit Basissystemen der einzelnen Funktionsbereiche sowie dem kürzesten Weg.

Die Validierung der entwickelten Planungsplattform fand mit unterschiedlichen Industriepartner statt. Dabei wurden die vorhandenen Logistiksysteme anhand quantitativer Kriterien analysiert und geplant. Dabei konnte gezeigt werden, dass innerhalb der Grobplanung mit Hilfe von Basissystemen objektiv, datenarm und schnell ganzheitliche Systemlösungen generiert werden können, welche den in der Realität vorhandenen Logistiksystemen entsprechen. Die Planungsplattform steigert die Qualität der Planung, durch verlässliche, nachvollziehbare und gut dokumentierte Lösungsvorschläge.

Darstellung der Abläufe und Komponemten im Projekt Identprolog
Darstellung der Abläufe und Komponemten im Projekt Identprolog

Fördermittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung
Laufzeit: 04/2006 – 12/2009

Das Forschungsprojektes IdentProLog beschreibt die Möglichkeiten der Verbesserung intralogistischer Prozesse durch RFID-optimierte Flurförderzeuge. In IdentProLog werden Flurförderzeuge, Ladungsträger und Lagerplätze mit RFID-Equipment ausgestattet. Neben der Entwicklung der technischen Komponenten wird auch ein Zielführungssystem für die Kommunikation zwischen Fahrzeug und betrieblichen IT-Systemen entwickelt. Zielsetzung hierbei ist die Ausgestaltung der SupplyChain mit RFID-Komponenten, wobei der wesentliche Innovationsgrad in der Verknüpfung zwischen mobilen Flurförderzeugen, den Ladeeinheiten sowie der vorhandenen IT darstellt. Die Integration aller Komponenten in den logistischen Unternehmensprozess dient somit zur Umsetzung effizienter Materialflussprozesse. Aufbauend auf einer detaillierten Prozessanalyse des Projektpartners KUKA (Pilotanwender) wurden anhand einer neu entwickelten Methodik bestehende und optimierte (IdentProLog)Betriebsabläufe modelliert und betriebswirtschaftlich ausgewertet.

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