Intralogistics Execution System mit integrierten autonomen, servicebasierten Transportentitäten

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Diss. Reihe Maschinenbau, Band 331

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2019-11-06
Issue Year
2019
Authors
Scholz, Michael
Editor
Franke, Jörg
Hanenkamp, Nico
Merklein, Marion
Schmidt, Michael
Wartzack, Sandro
Publisher
FAU University Press
ISBN
978-3-96147-238-3
Abstract

The main research content of the dissertation is the realization of an intralogistics service layer, which allows an allocation of transport orders to individual entities as well as an order-specific route planning and autonomous path execution. Thus, the established process of internal material flow planning is substituted by a regulation in the planning as well as in the operation phase. One research focus is the conception of a layer model of the software of the transport vehicles, which aggregates the basic skills of the entities to main skills by a hybrid control paradigm and forms the basis of the decentralized order allocation. The second research topic addresses the service-oriented system architecture for digitizing the working environment, route planning and path execution. The third part of the research involves the integration of the intralogistics order allocation method into a discrete-event simulation, which enables a virtual image of the intralogistics during the planning and operation phase. These three research topics are based on a detailed investigation of the current system solutions for the distribution of transport orders to individual units of a material flow system, the digitization of the work area and the established procedures of system design in the planning and operation phase. The results show that the elimination of a higher-level instance ensures that different transport systems with different strategies and properties can exist in a unified architecture. The transport order selects the most suitable transportation system without an explicit rule. Through this standardized communication and software architecture, the researched system is scalable both in the number of transport entities and in the vehicle types used, which in this form differs fundamentally from the known approaches of AGVs. The central feature of the service-oriented architecture is that the algorithms for fulfilling the necessary individual tasks are outsourced to independent services. In addition, the system design follows the principle of reducing the data exchange between the individual instances to a minimum and always triggering it according to demand. The system also allows the location and number of physical units on which the algorithms are implemented to be freely selected. This makes the system infinitely scalable both in terms of area and the number of transport robots in use.

Abstract

Der übergeordnete Forschungsinhalt der Dissertationsschrift ist die Realisierung einer intralogistischen Serviceschicht, die eine Allokation von Transportaufträgen auf einzelne Entitäten sowie eine auftragsindividuelle Routenplanung und autonome Pfadausführung ermöglicht. Dadurch wird der etablierte Prozess der innerbetrieblichen Materialflussplanung sowohl in der Planungs- als auch in der Betriebsphase durch eine Regelung substituiert. Ein Forschungsschwerpunkt stellt dabei die Konzeption eines Schichtenmodells der Software der Transportfahrzeuge dar, welches durch ein hybrides Steuerungsparadigma die Basisfähigkeiten der Entitäten zu Hauptfähigkeiten aggregiert und die Grundlage der dezentralen Auftragsallokation darstellt. Den zweiten Forschungsinhalt der Arbeit adressiert die serviceorientierte Systemarchitektur zur Digitalisierung des Arbeitsumfelds, der Routenplanung und Pfadausführung. Der dritte Teil der Forschung umfasst die Integration der intralogistischen Auftragsallokationsmethode in eine ereignisdiskrete Simulation, die ein virtuelles Abbild der Intralogistik während der Planungs- und Betriebsphase ermöglicht. Diese drei Forschungsschwerpunkte bauen auf einer detaillierten Untersuchung der aktuellen Systemlösungen zur Verteilung von Transportaufträgen auf einzelne Einheiten eines Materialflusssystems, der Digitalisierung des Arbeitsbereichs und den etablierten Verfahren der Systemauslegung in der Planungs- und Betriebsphase auf. Die Ergebnisse zeigen, dass durch den Entfall einer übergeordneten Instanz gewährleistet ist, dass unterschiedliche Transportsysteme mit unterschiedlichen Strategien und Eigenschaften in einer gemeinsamen Architektur existieren können. Der Transportauftrag wählt das für ihn geeignetste Transportmittel selbst aus, ohne dass hierfür eine explizite Regel besteht. Durch diese standardisierte Kommunikation und Softwarearchitektur ist das erforschte System sowohl in der Anzahl der Transportentitäten als auch der eingesetzten Fahrzeugarten skalierbar, was sich in dieser Form von den bekannten Ansätzen von FTS grundsätzlich unterscheidet. Die zentrale Eigenschaft der serviceorientierten Architektur ist, dass die Algorithmen zur Erfüllung der notwendigen Einzelaufgaben in unabhängige Dienste ausgelagert werden. Zudem wird durch die Systemgestaltung der Grundsatz verfolgt, den Datenaustausch zwischen den einzelnen Instanzen auf ein Minimum zu reduzieren und stets bedarfsorientiert auszulösen. Das System lässt zudem zu, den Ort und die Anzahl der physischen Einheiten, auf denen die Algorithmen implementiert sind, frei zu wählen. Dadurch ist das System sowohl in der Fläche als auch in der Anzahl der verwendeten Transportroboter unbegrenzt skalierbar.

Series
FAU Studien aus dem Maschinenbau
Series Nr.
331
Citation
mb.fau.de/diss
Notes
Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN: 978-3-96147-237-6
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