iSiKon - Gesteigerte Flexibilität in heterogen aufgebauten Materialflusssystemen
Die Neuplanung oder Erweiterung von Materialflusssystemen geht mit einem hohen Aufwand für die Entwicklung der Materialflusssteuerung einher. So müssen in der Materialflusssteuerung alle verbauten Fördertechnikkomponenten einzeln eingebunden, sowie sämtliche Systemzustände berücksichtigt und getestet werden. Dies führt insbesondere in großen Anlagen zu langen Inbetriebnahme- oder Stillstandzeiten. Durch die langjährige Nutzungsdauer der Anlagen können defekte Fördertechnikkomponenten oftmals nicht mehr mit baugleichen Komponenten ersetzt werden. In diesem Fall ist, wie bei der Modernisierung oder Erweiterung, mit einer komplizierten Anpassung der Materialflusssteuerung zu rechnen und den entsprechenden Ausfallzeiten.
Damit sich hoch automatisierte Materialflusssysteme einfach in Betrieb, warten oder modernisieren lassen, sollen sich die Fördertechnikkomponenten automatisch mit der Steuerung verbinden und somit die Stillstandzeiten reduziert werden. Als Vorbild dient hierbei das im Elektronikbereich seit vielen Jahren etablierte Plug and Play Prinzip. Nach diesem Prinzip sind die Komponenten eines Systems unmittelbar nach dem Anschließen an ein System einsatzbereit. Dieses Prinzip soll auf die Fördertechnikkomponenten eines Materialflusssystems übertragen werden. Die verschiedenen Fördertechnikkomponenten sollen hierzu als eigenständige Hard- und Softwaremodule beschrieben werden. Diese Module besitzen dann die Fähigkeit sich nach dem Anschluss selbstständig in ein System zu integrieren und sofort Aufgaben zu übernehmen. Hierfür muss zum einen eine Abstimmung mit den benachbarten Fördertechnikmodulen und zum anderen mit der Materialflusssteuerung erfolgen.
Damit sich ein Fördertechnikmodul selbständig in seiner Umgebung zurechtfindet, muss es diese auch wahrnehmen können. Das Erkennen von Interaktionsmöglichkeiten mit anderen Modulen, wird hier als Kognition in der Fördertechnik bezeichnet. Wahrnehmbare Eigenschaften sind beispielsweise die Identifikation möglicher Lastübergabepunkte, deren Nutzungsbedingungen (zum Beispiel die Ausrichtung des Fördergutes) oder auch das übertragbare Fördergut. Die Kognition der einzelnen Komponenten ermöglicht das sofortige Erkennen von Änderungen, die beispielsweise durch Störungen oder geplante Eingriffe verursacht wurden. Der Materialfluss wird in der Folge augenblicklich den aktuellen Gegebenheiten angepasst.
Eine zumindest teilweise dezentral aufgebaute Materialflusssteuerung soll die Komplexität der Steuerung reduzieren, modulare Ergänzungen zulassen und durch eine verteilte Steuerung für Redundanz sorgen. Zu diesem Zweck soll für Plug and Play fähige Komponenten Steuerungsmodule abgeleitet werden, die in der Lage sind ihre Komponente optimal im Sinne des Gesamtsystem zu steuern. Neue Fördertechnikmodule bringen in einem Plug and Play fähigen System somit ihren Teil der Steuerung selber mit, der sich durch Kommunikation in die bereits vorhandene Materialflusssteuerung integriert.
Das Plug and Play Prinzip wurde in Kombination mit einer dezentralen Materialflussteuerung schon in verschiedenen Forschungsprojekten für Materialflusssysteme adaptiert. Allerdings wurden hierbei nur Systeme mit gleichartigen Fördertechnikkomponenten betrachtet, wie zum Beispiel eine Flughafengepäckanlage mit Rollenförderern. Der Fokus dieses Projektes liegt in der Vernetzung und Selbstkonfiguration von heterogenen Fördertechnikkomponenten, wie zum Beispiel die Kombination von Rollenförderern, Robotern, fahrerlosen Transportsystemen und Lagersystemen. Darüber hinaus ist ein weiteres Projektziel die Visualisierung von Entscheidungen, die von den Fördertechnikkomponenten getroffen werden. Dadurch soll die Akzeptanz von dezentral gesteuerten und selbstkonfigurierenden Komponenten bei den Benutzern erhöht werden.
Für die Ableitung Plug and Play fähiger Fördertechnikmodule, muss eine Moduldefinition für die Hard- und Steuerungssoftware entwickelt werden, die sich aus den ausführbaren Funktionen der Komponenten ableitet.
Die Steuerung des Materialflusssystems soll durch ein Multiagentensystem realisiert werden, in dem die Steuerungslogik dezentral auf verschiedene Softwareagenten aufgeteilt ist. Die Agenten führen selbstständig die Konfiguration und Steuerung des eigenen Moduls durch und sind in der Lage mit anderen Modulen zu kommunizieren. Die dafür notwendige Agentenarchitektur und Kommunikationsmechanismen sollen in diesem Projekt entwickelt werden. Darüber hinaus werden für verschiedene Klassen an Fördertechnikmodulen Kostenfunktionen entwickelt, mit denen dezentral und in kollektiver Absprache Steuerungsentscheidungen getroffen werden können, um einen effizienten Materialfluss zu ermöglichen. Zusätzlich werden Methoden des maschinellen Lernens berücksichtigt, die die Agenten in die Lage versetzten Steuerungsentscheidungen selbstständig zu optimieren.
Basis der Selbstkonfiguration von Fördertechnikmodulen ist das Ableiten von Nachbarschaftsbeziehungen und dem identifizieren von Interaktionsmöglichkeiten mit der Umgebung. Hierfür soll ein Konzept entwickelt werden, das Interaktionsräume von Modulen definiert und einen Abgleich von sich überschneidenden Räume zulässt. Auf dieser Grundlage sollen anschließend mögliche Interaktionen und deren Bedingungen vereinbart werden.
Im Rahmen dieses Projektes soll ebenfalls eine Visualisierung erarbeitet werden, die es dem Benutzer ermöglicht die Wissensstände der Agenten einzusehen. In der Folge kann er die getroffenen Entscheidungen der Agenten nachvollziehen.
Abschließend soll das in diesem Projekt entwickelte Konzept in einem Demonstrator umgesetzt und validiert werden.
- Lehrstuhl für Automatisierung und Informationssysteme
Dieses Forschungsprojekt wird gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft mit der Nummer GU 427/25-1.