Die Bedeutung Cyber-physischer Systeme in der Logistik 4.0

Inhalt

Abbildungsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1. Einleitung
1.1 Motivation
1.2 Gegenstand und Ziel der Arbeit

2. Grundlagen
2.1 Logistik 4.0
2.2 Cyber-physische Systeme
2.3 Internet of Things und Big Data Analytics

3. Anwendungsbeispiel für ein automatisiertes Warenlager
3.1 Das KIVA-Konzept
3.2 Funktionsweise des KIVA-Konzepts
3.3 Einordnung des KIVA-Konzepts

4. Fazit

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Teilbereiche der Logistik 4.0 (Oeser o. D.)

Abbildung 2: Anwendungsbereiche für CPS

Abbildung 3: Drive Unit (a) und Lagerregale (b) am Beispiel Amazon Robotics (Wurll 20202: S. 11)

Abbildung 4: Navigationsverfahren für Fahrerlose Transportsysteme (Wurll 2020: S. 14)

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1. Einleitung

Durch den Megatrend der Digitalisierung und die damit einhergehende Vernetzung der realen mit der digitalen Welt verändern sich aktuell in der Wirtschaft die Märkte, die Geschäftsbeziehungen und die Wertschöpfungsketten gravierend (vgl. Roth 2016: S. 3). Es entstehen neue Struktururen und Märkte mit einem sehr hohen Wachstums- und Entwicklungspotential, die für Unternehmen gleichermaßen Chancen und Risiken darstellen können (vgl. Stork 2019: S. 1). Viele traditionelle Geschäftsmodelle von Unternehmen geraten dadurch in Gefahr (vgl. Stork 2017: S. 5). Dies hat für viele Unternehmen zur Folge, dass die internen Strukturen modernisiert werden müssen, um sich langfristig digitaler und Kundenorientierter aufstellen zu können (vgl. Treitschke 2020: S. 1). Jedoch bietet die digitale Transformation auch die Chance aktuelle Produktions- und Logistikparadigmen in Frage zu stellen, weiterzuentwickeln und dadurch grundlegend zu optimieren (vgl. Roth 2016: S. 1). Hierdurch können Unternehmen ihre Wertschöpfung steigern und somit neue Geschäftspotentiale erschließen (vgl. Roth 2016: S. 1).

In Deutschland wird diese digitale Transformation und deren Implikationen und Auswirkungen auf die Wirtschaft unter dem Begriff Industrie 4.0 diskutiert. Im Jahr 2011 entstand dieser Begriff als ein Zukunftsprojekt der Bundesregierung im Rahmen der Hightech-Strategie und steht - mittlerweile auch international - für die Digitalisierung der Industrie (vgl. BMBF o. D.). Das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 der Bundesregierung zielt darauf ab, die deutsche Industrie in die Lage zu versetzten, für die Zukunft der Produktion gerüstet zu sein (vgl. BMBF o. D.). Hierfür sind moderne mechanische Komponenten, Softwarelösungen und die Vernetzung verschiedener Produkte und Dienstleistungen über Netzwerke notwendig. In der Diskussion um zentrale Anwendungen der Industrie 4.0 treten daher oft technologische Konzepte, wie Cyber-physische Systeme (CPS), das Internet der Dinge (IoT) oder der Big Data Analytics, in den Vordergrund. Das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 zählt zu den wichtigsten Treibern für den Erhalt der Konkurrenzfähigkeit des Wirtschaftsstandorts Deutschland, jedoch ist der aktuelle Entwicklungsstand deutscher Unternehmen noch deutlich ausbaufähig (vgl. Prestifilippo 2020: S. 1).

1.1 Motivation

Die Industrie 4.0 ist gekennzeichnet durch eine starke Individualisierung der Produkte und einer Flexibilisierung und Autonomisierung der Produktion, bei welcher Kunden und Geschäftspartner direkt in Geschäfts- und Wertschöpfungsprozesse miteingebunden sind (vgl. BMBF o. D.). Hierfür spielt die Vernetzung und Automatisierung industrieller Infrastrukturen und Prozesse mittels sogenannter Cyber-physischer Systeme (CPS) eine zentrale Rolle (vgl. Luber & Litzel 2017). Bei CPS handelt es sich um die Verbindung softwaretechnischer Komponenten mit mechanischen und elektronischen Teilen sowie deren Vernetzung über ein Kommunikationsnetzwerk wie das Internet. Hierdurch lassen sich komplexe Vorgänge in der Industrie Effizienter und Kostengünstiger gestalten (vgl. Luber & Litzel 2017), wodurch sich zukünftig tiefgreifende Veränderungen in verschiedenen Unternehmens- und Wirtschaftsbereichen ergeben könnten. Als Anwendungsgebiete für CPS innerhalb von Unternehmen sind vor allen die Industrieproduktion und die Logistik zu nennen. Da eine individualisierte, flexibilisierte und vollständig automatisierte Produktion nach dem Vorbild der Industrie 4.0 ohne eine entsprechende Logistik mit denselben Eigenschaften nicht möglich wäre, sollte die Logistik als entscheidender Treiber der Industrie 4.0 betrachtet werden. Im Zusammenhang mit diesen Herausforderungen wird oft von einer Logistik 4.0 gesprochen. Die aktuelle und zukünftige Tragweite von Industrie 4.0-Technologie wie CPS auf die logistischen Prozesse innerhalb eines Unternehmens ist aufgrund mangelnder Veröffentlichungen bisher noch recht unklar (vgl. Dan Vang 2020: S. 1). Diese Arbeit soll daher die aktuellen Anwendungsmöglichkeiten von CPS im Kontext der Logistik 4.0 beleuchten

1.2 Gegenstand und Ziel der Arbeit

Der Gegenstand dieser Arbeit ist aus dem vorherigen Kapitel ableitbar und lässt sich formal in der folgenden zentralen Fragestellung darstellen:

- Welche Rolle spielen cyber-physische Systeme in aktuellen Anwendungen der Logistik 4.0?

Aus dieser zentralen Fragestellung lassen sich folgende zu untersuchende Teilfragen ableiten:

- Was sind Cyber-physische Systeme (CPS)?
- Welche Rolle spielt Logistik in der Industrie 4.0?
- Wie sehen aktuelle CPS-Anwendungen in der Logistik aus?

Diese Arbeit beabsichtigt die durch den Einsatz von CPS-Technologien entstehenden Auswirkungen auf den Logistikbereich eines Unternehmens aufzuzeigen. Dem Leser soll eine strukturierte und allgemein verständliche Einführung in das Thema Logistik in der Industrie 4.0 sowie in die Funktionsweise CPS gegeben werden. Anhand eines Praxisbeispiels soll der aktuelle Entwicklungsstand von CPS in der Logistik aufgezeigt werden.

2. Grundlagen

2.1 Logistik 4.0

Wie in Kapitel 1.1 bereits hergeleitet wurde, beschreibt der Begriff Logistik 4.0 einen Teilbereich der Industrie 4.0. Viele der zentralen Ziele der Industrie 4.0, wie Vernetzung, Dezentralisierung, Echtzeitfähigkeit oder Serviceorientierung lassen sich nur mit einer entsprechend angepassten Logistik realisieren (vgl. Scherf 2019). Unter Logistik 4.0 versteht man die zunehmende Informatisierung der Logistik - also das zur Verfügung stellen von digitalen Informationen über die beteiligten Akteure und Objekte. Durch die Möglichkeit die Eigenschaften und Zustände der Akteure und Objekte an die Umgebung zu kommunizieren kann eine Vernetzung realisiert werden. Dadurch können beispielsweise verschiedene Eigenschaften von Objekten wie deren Identifikationsnummer, deren Größe oder deren Gewicht und Zustandsgrößen wie die aktuelle Position oder der Füllstand eines Ladungsträgers dezentral abgerufen und ausgewertet werden (vgl. Bousonville 2017: S. 5). Durch diese Informationen kann eine dezentrale und automatisierte Steuerung der Akteure und Objekte in verschiedenen Teilbereichen der Logistik realisiert

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1 zeigt die drei Hauptphasen der Logistik: Beschaffungslogistik, Produktionslogistik und Distributionslogistik. Diese werden jeweils von der Lagerlogistik, der Transportlogistik und der Informationslogistik unterstützt (vgl. Oeser o. D.). Zu jeden Teilbereich sind in der Abbildung

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