Schwarmintelligenz – Internet der Dinge

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1. Einleitung
1.1. Zielsetzung
1.2. Aufbau der Hausarbeit

2. Ameisen - Logistiker in der Natur
2.1. Schwarmintelligenz bei Ameisen
2.1.1. Dezentrale Entscheidungsfindung und Informationsübermittlung
2.1.2. Ganzheitliche Aufgabenbewältigung
2.1.3. Reaktion auf Störungen und unerwartete Ereignisse
2.1.4. Hierarchien innerhalb der Ameisenkolonie

3. Internet der Dinge
3.1. Standardisierte Komponenten
3.2. Dezentralisierung, Selbstorganisation und Autonomie
3.3. Vorteile des Internet der Dinge

Fazit

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1.1: Aufbau der Hausarbeit

Abbildung 2.1: Wege der Ameisen und Konzentration auf kurze, vielbenutzte Wege

Abbildung 2.2: Ameisen bei der Futtersuche

Abbildung 3.1: Herkömmliche Materialflusssteuerung vs. Internet der Dinge

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Zusammenfassung

Fahrerlose Transportfahrzeuge in Verbindung mit einer dezentralen Steuerung und der Selbststeuerung von Materialflussanlagen bieten dem Anwender ein hohes Maß an Flexibilität durch die Automatisierung des Materialflusses. Bekannt als das Internet der Dinge, wird so ermöglicht, die Systeme mit geringem Aufwand und geringen Kosten an sich verändernde, erweiternde oder neue Aufgabenstellungen bzw. Anforderungen anzupassen. Die Erlangung eines derartigen Maßes an Flexibilität ist zur Sicherung der zukünftigen Versorgungssicherungssicherheit in Handel und Industrie essenziell. (Albrecht, 2011, S.14)

Zur Erlangung einer solchen Dynamik dienten die Vorbilder der Natur. Genauergesagt spielt die Schwarmintelligenz von Tieren und Insekten eine entscheidende Rolle in der Entwicklung des Internet der Dinge. So lassen sich zahlreiche Parallelen zwischen dem Verhalten von Ameisen innerhalb ihrer Kolonie und dem Einsatz von fahrerlosen Transportsystemen finden. Diese werden in dieser Hausarbeit dargestellt.

Zur Informationserlangung diente einschlägige Literatur. Um die Aktualität zu wahren, erfolgten zudem ausführliche Recherchearbeiten im Internet und in Fachzeitschriften.

Nach einer eingehenden Betrachtung des Verhaltens von Ameisen, erfolgte der Vergleich mit den Prinzipien des Internet der Dinge. Hier konnten Parallelen in der Dezentralisierung, Standardisierung, Flexibilität sowie der Eigenständigkeit aufgezeigt werden.

Die Weiterentwicklung und der verbreitete Einsatz des Internet der Dinge stellt eine große Herausforderung dar, ermöglicht aber zugleich eine sichere Vorbereitung auf Entwicklungen und Anforderungen in Handel und Industrie für die Zukunft.

1. Einleitung

Die fortschreitende Globalisierung verursacht eine ständige Zunahme der weltweiten Arbeitsteilung. Dadurch steigt das Welthandelsvolumen stärker als die weltweite Produktion, was wiederrum ein wachsendes Transportaufkommen hervorruft. Aktuelle und zukünftige logistische Netzwerke werden aufgrund von steigendem Handelsaufkommen, der Automatisierung von Ladungen und zunehmender Weiterentwicklung von Lieferketten hin zu Liefernetzwerken immer komplexer und dynamischer. Gleichzeitig sind Ausmaße wie auch Schwankungen dieser steigenden Komplexität nur schwer vorhersehbar. Dabei entsteht durch das Internet und den E-Commerce allein in Deutschland ein zusätzliches Sendungsvolumen von ca. 100 Millionen Paketen pro Jahr. Zudem nimmt durch die individuelle Gestaltungsmöglichkeit beim Einkaufen von Waren der Anteil an unterschiedlichen Artikeln exponentiell zu. (Hahn-Woernle, 2010, S.9 / Scholz-Reiter & Jagalksi, 2009, S.109 / Günthner 2010a, S.1)

Die Realisierungszeit zur Entwicklung und Implementierung von heutigen Logistiksystemen kann im Verhältnis zu ihrer Nutzungsdauer als sehr lang bezeichnet werden. So lag der durchschnittliche Lebenszeitzyklus von Geschäftsmodellen und -strategien in Industrie und Handel im Jahre 2010 bei zwei bis drei Jahren, währenddessen deren Modellierung durchschnittlich zwischen sechs bis zehn Monaten betrug. Wird zudem eine leistungsstarke neue IT-Landschaft benötigt, steigt die Gesamtrealisierungszeit auf zwölf bis 24 Monate. (Günthner, 2010a, S.1)

Aufgrund der steigenden Anforderungen an Planungs- und Steuerungsinstanzen, werden diese nach heutigen Standards in Zukunft nicht ausreichend leistungsfähig sein und den hohen Anforderungen nicht gerecht werden können. Als Lösungsansatz fordert die Literatur grundlegend neue Architekturen mit dementsprechend kürzeren

Realisierungszeiten (Günthner, 2010a, S.1). Hierzu wurde das Internet der Dinge entwickelt. Dabei handelt es sich um adaptive logistische Prozesse, die sich selbst steuern. Dabei stand die Natur Modell, denn sie liefert grundlegende Erkenntnisse aus dem Verhalten von Honigbienen, Ameisen und Fischen. All diese Insekten und Tiere besitzen eine ausgeprägte Schwarmintelligenz (siehe auch Kapitel 2.1). Diese wurde für die Entwicklung des Internet der Dinge genutzt, um den o.g. Ansprüchen zukünftig entsprechen zu können. (Albrecht, 2011, S.13 / Günthner 2010a, S.2 / Scholz-Reiter & Jagalski, 2009, S.109)

Das nachfolgende Unterkapitel zeigt die Ziele dieser Hausarbeit auf.

1.1. Zielsetzung

In dieser Hausarbeit wird der Fokus auf das Verhalten von Ameisen und den daraus abgeleiteten Nutzen für die Entwicklung des Internet der Dinge gerichtet. Durch diesen Vergleich sollen die deutlichen Parallelen zwischen der Schwarmintelligenz in der Natur, hier bei Ameisen, und deren Umsetzung zum Bewältigen der o.g. Anforderungen von Logistiksystemen in naher Zukunft aufgezeigt werden.

In Kapitel 1.2 wird der Aufbau der vorliegenden Hausarbeit erläutert.

1.2. Aufbau der Hausarbeit

Nach der Einleitung in Kapitel 1 mit der Erläuterung der Zielsetzung dieser Hausarbeit und der hier vorgenommenen Vorstellung des Aufbaus der Hausarbeit, erfolgt in Kapitel 2 die Beschreiung von Ameisen in Bezug auf deren logistische Organisation. In weiteren Unterkapiteln des Kapitels 2 wird die Schwarmintelligenz von Ameisen näher betrachtet. Hier wird unterschieden in die dezentrale Entscheidungsfindung und Informationsübermittlung, die ganzheitliche Aufgabenbewältigung, die Reaktion auf Störungen und unerwartete Ereignisse sowie die Hierarchien innerhalb der Ameisenkolonie.

In Kapitel 3 erfolgt die Vorstellung des Internet der Dinge, immer in Bezug auf das Verhalten von Ameisen. In den Unterkapiteln wird der Fokus auf standardisierte Komponenten, Dezentralisierung, Selbstorganisation und Autonomie sowie auf die Vorteile des Internet der Dinge gelegt.

Abbildung 1.1 zeigt den Aufbau dieser Hausarbeit.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1.1: Aufbau der Hausarbeit

Ein Fazit schließt diese Hausarbeit ab.

2. Ameisen - Logistiker in der Natur

Ameisen sind Insekten, von denen es weltweit etwa 15.000 Arten gibt, ca. 111 davon in Deutschland. Ihr Lebensraumm ist vielfältig, nicht zuletzt durch ihre enorme Anpassungsfähigkeit: Garten, Wiese, (Ur-) Wald etc. Alle Ameisenarten haben eine interne Unterteilung in drei Kasten gemeinsam. Die erste Kaste bilden die (flügellosen) Arbeiterinnen, die eine hohe Aufgabenvarianz zur Versorgung und Aufrechterhaltung der Ameisenkolonie übernehmen. Zu ihren Aufgaben gehören u.a. die Sorge um die Eier, Larven und Puppen, aber auch Nahrungssammlung, Nestbau und Verteidigungsmaßnahmen gegen Feinde. Die zweite Kaste bilden die Königinnen, die mit ihrer ständigen Eiablage für Nachwuchs sorgen. Möglich wird dies erst durch die dritte Kaste, die der geflügelten Männchen, deren einzige Aufgabe die Begattung der Königinnen ist; sie sterben zeitnah. (Bund, 2011)

Ameisen sind nach wissenschaftlichen Erkenntnissen als Individuum relativ dumm. Trotz dieser fehlenden Intelligenz leisten Ameisen im sozialen Zusammenleben innerhalb ihrer Population Beachtliches. Teamarbeit ermöglicht den Ameisen selbst Beute zu erlegen, die wesentlich stärker, größer und schwerer als eine Ameise allein ist. Sie finden Wege zum Futter und lassen sich auch durch unvorhersehbare Ereignisse kaum beirren. (von Rimscha, 2008, S.119)

Im nachfolgenden Kapitel wird darauf eingegangen, wie Ameisen dies im Rahmen ihrer Schwarmintelligenz bewerkstelligen.

2.1. Schwarmintelligenz bei Ameisen

Der Begriff der Schwarmintelligenz kann als Teamarbeit unter sozialen Insekten, hier Ameisen, verstanden werden, die aufgrund individueller Interaktionen jedes einzelnen Insekts zu einer Selbstorganisation führt.

Innerhalb dieser Selbstorganisation sind einfache Verhaltensweisen und eine auf der Erfahrung von Vorgängern basierende Entscheidungsfindung vor]zufinden. (Scholz-Reiter & Jagalski, 2009, S.110)

Krause et. al. (2009) definiert Schwarmintelligenz wie folgt:

„ Zwei oder mehr Individuen erwerben weitgehend unabhängig voneinander Informationen, die durch soziale Interaktion kombiniert und verarbeitet werden, so dass dadurch ein kognitives Problem auf eine Art und Weise gelöst wird, die für einzelne Individuen so nicht umsetzbar wäre. “

Bezogen auf die Ameisen heißt dies, dass eine Kolonie Problemlösungen entwickelt, die so nur in der Gruppe möglich sind. Dabei werden innerhalb der Kolonie unterschiedliche Aufgaben an die Arbeiterinnen verteilt, das Revier wird verteidigt und die Wege zu einer Futterquelle werden kurz gehalten. Neben dem Begriff der Schwarmintelligenz wird auch die Bezeichnung der kollektiven Intelligenz verwendet. (Miller, 2007)

In den nachfolgenden Unterkapiteln wird aufgezeigt, welche charakteristischen Verhaltensweisen von Ameisen zu ihrer Schwarmintelligenz führen.

2.1.1. Dezentrale Entscheidungsfindung und Informationsübermittlung

Die Selbstorganisation bzw. Selbststeuerung der einzelnen Ameisen beschreibt eine dezentrale Entscheidungsfindung und setzt die Fähigkeit und Möglichkeit zur autonomen Entscheidungsfindung der Ameisen in nichtdeterministischen Systemen voraus. Mit Hilfe von Selbststeuerung versuchen Ameisen eine flexible, verteilte Reaktion auf Komplexität und Dynamik zu erreichen. (Scholz-Reiter & Jagalski, 2009, S.110)Das Vorgehen von Ameisen bei der Futtersuche verdeutlicht dies.

[...]