Die vorliegende Arbeitet thematisiert die Materialbereitstellung im CPS. Ziel ist die Entwicklung eines Steuerungskonzeptes zur Ver- und Entsorgung von frei verketteten Arbeitsstationen in der Einzel- und Serienfertigung mit einem FTS.
Zunächst wurden die Herausforderungen für die Produktion von morgen aus den Trends der Kundenanforderungen abgeleitet und auf die Materialbereitstellung übertragen. Kernpunkt war der Umgang mit der Systemkomplexität. Es stellte sich heraus, dass die Steuerung dezentral erfolgen muss und dies in der Materialbereitstellung realisiert werden kann, indem CPS, gesteuert durch ein Multiagentensystem, eingesetzt werden.
Für die Darstellung des Ablaufs der Agenten zur Entscheidungsfindung wurden die Prozesse in zwei EPKs sowie in UML-Sequenzdiagrammen jeweils für die Ver- und Entsorgung modelliert. Beide Darstellungen ergänzen sich, wobei die EPKs die Algorithmen beinhalten, während hingegen die UML die Rollen und somit die Beziehungen der Agenten untereinander übersichtlich darstellen.
Das Konzept zeigt, wie die Versorgungs- und Entsorgungsabläufe einer dezentral gesteuerten Materialbereitstellung, die den Komplexitäts- und Flexibilitätsanforderungen gerecht wird, ausschauen könnte. Zum Ende hin wurde ein theoretischer Versuchsplan erstellt, mit dem man das Konzept testen und im Vergleich zu einer klassischen Materialbereitstellung evaluieren kann.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Problemstellung und Zielsetzung
1.2 Vorgehensweise
2 Industrie 4.0
2.1 Veränderungstreiber und die Folgen für die Materialbereitstellung
2.2 Cyber-physische Systeme
2.3 Dezentralisierung und Selbststeuerung
2.4 Fazit zur Industrie 4.0
3 Grundlagen der Materialbereitstellung
3.1 Begriffsabgrenzung:
3.2 Aufgaben und Funktionen
3.3 Relevante Prinzipien
3.4 Relevante Strategien
4 Anforderungen für die zukünftige Materialbereitstellung
4.1 Komplexität mit Multiagentensystem handhaben
5 Stand der Technik
6 Grundlagen der Agenten / Multiagentensysteme
6.1 Definitionen
6.2 Logistisch Relevante Merkmale der Agenten
6.3 Grundlegende Agentenstruktur / -Architektur
6.4 Kommunikation
6.5 Interaktionskonzepte im Multiagentensystem
6.6 Konzeption dezentral gesteuerte Logistikprozesse mit Agentensystemen
7 Ausarbeitung eines dezentralen Steuerungskonzepts zur Materialbereitstellung mit Agenten im CPPS
7.1 Strukturelle Rahmenbedingungen
7.2 Entitäten / Softwareagenten / Bestandsarten
7.3 UML-Sequenzdiagramm für Nachschub
7.4 Versorgungsablauf mit Ereignisgesteuerter Prozesskette
7.4.1 Bedarfsauslösung
7.4.2 Bestandsprüfung & Möglichkeit der Auftragsreihenfolgenänderung
7.4.3 Ausschreibung
7.4.4 Fähigkeitsprüfung
7.4.5 Angebotsberechnung
7.4.6 Angebotsbewertung
7.4.7 Reservierung der Teile
7.4.8 Durchführung
7.5 UML-Sequenzdiagramm für Entsorgung
7.6 Entsorgungsablauf mit EPK
7.6.1 Entsorgungsauslösung und Zielortbestimmung
7.6.2 Ausschreibung und Fähigkeitsprüfung
7.6.3 Angebotserstellung und -bewertung
7.6.4 Zuschlag / Bestätigung / Reservierung und Durchführung
7.7 Zusammenfassung
8 Theoretischer Versuchsplan
8.1 Kenngrößen
8.2 Versuchsplan des neuen Konzepts
8.2.1 Teileliste: Hexacopter und Quadrocopter
8.2.2 Montageanweisungen Hexacopter und Quadrocopter
8.2.3 Fähigkeiten der Arbeitsstationen und Teilezuweisung
8.2.4 Zuweisung der Kundenanonymen Teile zu den Arbeitsstationen
8.2.5 FTF-Agenten
8.2.6 Lager, Kommissionierung, Mitarbeiter & Tablet
8.2.7 Multiagentenverhandlung
8.3 Versuchsplan Klassische Materialbereitstellung
8.4 Vorbereitung & Durchführung der Messung
9 Fazit
10 Literaturverzeichnis
Zielsetzung & Themen
Die Masterarbeit hat zum Ziel, ein dezentrales Steuerungskonzept für die Materialbereitstellung in cyber-physischen Produktionssystemen (CPPS) zu entwickeln. Im Zentrum steht die Bewältigung zunehmender Komplexität und Volatilität durch den Einsatz von Multiagentensystemen, um eine flexible und robuste Intralogistik zu gewährleisten.
- Entwicklung eines dezentralen, agentenbasierten Steuerungskonzepts.
- Integration von Lean-Prinzipien (Kanban, Just-in-Time) in autonome Systeme.
- Modellierung von Materialfluss- und Entsorgungsprozessen mittels EPK und UML.
- Validierung des Konzepts durch einen theoretischen Versuchsplan für Montageprozesse.
Auszug aus dem Buch
1.1 Problemstellung und Zielsetzung
Hohe Nachfrageschwankungen und steigende Komplexität erschweren es effiziente und robuste logistische Prozesse mit zentralisierten traditionellen Planungs- und Steuerungsmethoden zu realisieren. Die Komplexität der logistischen Systeme steigt aufgrund des hohen Individualisierungsgrad der Produkte und der sich stetig ändernden Kundenanforderungen. Aufgrund dessen wird die Aufnahme und Verarbeitung von für Entscheidungen benötigte Daten für zentrale Planung- und Steuerungsstrukturen schwieriger. Aus diesem Grund beschäftigt sich die Masterarbeit mit der Erstellung eines dezentralen gesteuerten Materialbereitstellungskonzepts im Cyber-Physischen Produktionssystem.
Die Idee der dezentralen Steuerung besteht darin, einzelne Teilprobleme mithilfe lokal verfügbarer Informationen zu lösen. Dadurch ergeben sich verschiedene Vorteile gegenüber einer zentralen Planungs- und Steuerungsinstanz, die ein Gesamtproblem löst. Es kann schneller auf Veränderungen im System reagiert werden und der Aufwand für Neuplanungen wird verringert. Die Komplexität und Dynamik werden somit handhabbar. Ziel der Arbeit ist es ein Konzept für eine dezentrale gesteuerte Materialbereitstellung zu entwickeln.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung führt in die Herausforderungen der Produktion unter Industrie 4.0 ein und definiert die Problemstellung sowie das Ziel der Arbeit, ein dezentrales Steuerungskonzept zu entwickeln.
2 Industrie 4.0: Das Kapitel erläutert Industrie 4.0, die Rolle von Cyber-physischen Systemen und die Notwendigkeit von Dezentralisierung und Selbststeuerung in modernen Produktionsumgebungen.
3 Grundlagen der Materialbereitstellung: Hier werden Definitionen, Aufgaben sowie relevante Prinzipien und Strategien der Materialbereitstellung, wie Kanban und Just-in-Time, erörtert.
4 Anforderungen für die zukünftige Materialbereitstellung: Dieses Kapitel leitet aus der Industrie 4.0-Umgebung spezifische Anforderungen ab und begründet den Einsatz von Multiagentensystemen zur Komplexitätsbewältigung.
5 Stand der Technik: Hier wird der aktuelle Wissensstand durch Analyse ähnlicher Arbeiten und Forschungsprojekte im Bereich der adaptiven Materialbereitstellung eingeordnet.
6 Grundlagen der Agenten / Multiagentensysteme: Es werden die theoretischen Grundlagen zu Softwareagenten, deren Architektur, Kommunikation und Interaktionskonzepte vermittelt.
7 Ausarbeitung eines dezentralen Steuerungskonzepts zur Materialbereitstellung mit Agenten im CPPS: Dieses Hauptkapitel beschreibt detailliert das entworfene Steuerungskonzept, inklusive der Modellierung mittels UML-Sequenzdiagrammen und EPK für Nachschub- und Entsorgungsprozesse.
8 Theoretischer Versuchsplan: Das Kapitel beschreibt den Versuchsplan zur Validierung des entwickelten Konzepts am Beispiel der Montage von Drohnen im Vergleich zum klassischen Ansatz.
9 Fazit: Die Arbeit schließt mit einer Zusammenfassung der Ergebnisse und einer Bewertung des dezentralen Konzepts hinsichtlich seiner Flexibilität und Robustheit.
10 Literaturverzeichnis: Umfassendes Verzeichnis der verwendeten Quellen und wissenschaftlichen Publikationen.
Schlüsselwörter
Materialbereitstellung, Cyber-Physische Systeme, CPPS, Industrie 4.0, Dezentrale Steuerung, Multiagentensysteme, Selbststeuerung, Intralogistik, Softwareagenten, Prozessmodellierung, EPK, UML, Lean Management, Kanban, Just-in-Time.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Masterarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Optimierung von Materialbereitstellungsprozessen in modernen, vernetzten Produktionsumgebungen durch den Einsatz dezentraler, autonomer Steuerungssysteme.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Die zentralen Themen sind Industrie 4.0, die Grundlagen der Intralogistik, die Theorie der Multiagentensysteme sowie deren praktische Anwendung zur Steuerung von Logistikprozessen.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel ist die Entwicklung eines Steuerungskonzepts für die Materialbereitstellung, das in der Lage ist, die hohe Komplexität und Dynamik moderner Produktionssysteme flexibel und autonom zu bewältigen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird ein theoretisch-konzeptioneller Ansatz gewählt, bei dem zunächst theoretische Grundlagen erarbeitet und darauf aufbauend Prozesse mittels UML-Sequenzdiagrammen und ereignisgesteuerten Prozessketten (EPK) modelliert werden. Zur Validierung wird ein theoretischer Versuchsplan erstellt.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil umfasst die detaillierte Ausarbeitung des Agenten-gestützten Steuerungskonzepts, die Definition der Entitäten (Agenten), der Kommunikationsprotokolle sowie die Ausarbeitung der spezifischen Abläufe für den Materialnachschub und die Entsorgung.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit wird maßgeblich durch Begriffe wie Cyber-Physische Systeme (CPPS), Multiagentensysteme, dezentrale Selbststeuerung und agile Intralogistik charakterisiert.
Wie unterstützen Multiagentensysteme die Komplexitätsreduktion?
Agenten übernehmen auf lokaler Ebene eigenständige Entscheidungen basierend auf aktuellen Zuständen. Dies entlastet zentrale Instanzen und ermöglicht eine hochgradig dynamische Reaktion auf Störungen oder Nachfrageänderungen.
Wie unterscheidet sich das neue dezentrale Konzept vom klassischen Ansatz?
Während klassische Systeme meist auf starren, zentralen Planungen basieren, ermöglicht das dezentrale Konzept durch autonome Agenten eine Echtzeit-Anpassung an Veränderungen, wodurch Lagerbestände optimiert und Flexibilität bei Variantenvielfalt erhöht wird.
Welche Rolle spielt die EPK bei der Konzeptentwicklung?
Die EPK dient der detaillierten grafischen Darstellung und logischen Verknüpfung der einzelnen Prozessschritte, von der Bedarfsauslösung bis zur Durchführung, inklusive der entscheidungsrelevanten Regeln für die Agenten.
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- Tonii Nguyen (Author), 2018, Ein dezentrales Steuerungskonzept zur Materialbereitstellung im cyber-physischen Produktionssystem, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1187648
