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Internet der Dinge in der Logistik

Ausarbeitung 2013 24 Seiten

BWL - Handel und Distribution

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

1 Vorwort

2 Das „Internet der Dinge“
2.1 Definition und Abgrenzung für den Logistikbereich
2.2 Chancen für Logistik
2.2.1 Stellenwert der Logistik in Deutschland
2.2.2 Perspektiven für den Logistiksektor
2.3 Die herkömmlichen Informationssysteme
2.3.1 Historische Entwicklung
2.3.2 Grenzen der heutigen Systeme

3 Bausteine des „Internet der Dinge“ in der Logistik
3.1 RFID in der Logistik
3.1.1 Aufbau und Funktionsweise
3.1.2 Bestandteile und Differenzierung eines RFID-Systems
3.1.3 Technische Entwicklung und Anwendungsmöglichkeiten
3.2 Ein möglicher Aufbau einer modularen Materialflussanlage
3.2.1 Einführung in die Modularisierung
3.2.2 Aufbau der Materialfussanlage
3.2.3 Funktionsweise der Demonstartionsanlage
3.2.4 Negative Effekte der bidirektionaler Steuerungseinheit

4 Zusammenfassung

5 Literaturverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildungsverzeichnis

Abb. 2.1: Zentrale Materialflusssteuerung

Abb. 3.1: Komponenten der RFID

Abb. 3.2: Architektur des Sun Java RFID-Systems

Abb. 3.3 Klassifizierung der RFID-Systeme

Abb. 3.4: Die herkömmliche Materialflusssteuerung und das Internet der Dinge

Abb. 3.5: Bausteintypen in der Logistik

Abb. 3.6: Layout der Demonstrationsanlage

1 Vorwort

In den kommenden Jahren wird sich die Situation des Logistiksektors auf Grund der fortschreitenden Globalisierung, des weltweit wachsenden Warentransportes sowie des zunehmenden Konkurrenzdrucks verschärfen.[1] Um den bedeutenden Trends, wie werthaltige Dienstleistungen, Individualisierung von Produkten und bedarfsgerechte Produktion, in Zukunft gerecht zu werden, müssen die steigende Komplexität von Materialflusssystemen und damit einhergehende Waren- und Datenströme beherrschbar werden.

Im Rahmen dieser Entwicklung werden die konventionellen Organisationsformen an ihre Grenzen stoßen und somit keine effiziente Gestaltung mehr erlauben.[2] Die anhaltende, rasante Entwicklung in der Mikroelektronik und Informationstechnologie zeigt hierfür Lösungsmöglichkeiten auf. Mit der RFID-Technologie steht eine Basistechnologie zur Verfügung. Sie ermöglicht neue und praktische Anwendungsgebiete in der Materialverwaltung, industriellen Automation, Service und Identifikation. Schon heute wird die Technologie in der Logistik zur Identifikation von Behältern und Artikeln und deren Verfolgung entlang der Wertschöpfungskette sowie zur Prozessüberwachung und -steuerung vereinzelt eingesetzt. Jedoch erfolgt die heutige Identifikation und Bereitstellung von Informationen über Produkte bzw. Artikel weitgehend durch weitverbreitete Barcodesysteme. Allerdings sind diese Systeme aufgrund ihrer geringen Speicherfähigkeit sowie der Unmöglichkeit der Wiederbeschreibung für heutige und zukünftige Anforderungen nicht mehr ausreichend.[3] Die RFID-Technologie bietet hierbei enorme Vorteile und ist keineswegs nur ein Ersatz für Barcodesysteme, sondern sie ermöglicht darüber hinausgehende Funktionen und damit Einsatzmöglichkeiten wie beispielhaft das automatische Aktivieren von Prozessen.

Aufbauend auf dieser Technologie und der Weiterentwicklung bestehender Logistiktechnologien lassen sich in Zukunft dezentrale Materialflusssysteme nach dem Vorbild des Internets aufbauen.[4] So wie die Datenpakete durch ein äußerst komplexes und sich ständig veränderndes Netzwerk zum Ziel transportiert werden, so sollen auch die Transporteinheiten ihren Weg zum Bestimmungsort selber finden. Demnach werden Transporteinheiten durch diese Technologien intelligent und kennen ihre Zielbestimmung. In Kombination mit intelligenten Förderstrecken und Fahrzeugen erreicht eine Transporteinheit ihr vorbestimmtes Ziel autonom und schnellstmöglich. Alle am Materialfluss beteiligten Einheiten reagieren auf ihre Umgebung und verhalten sich intelligent. Dadurch sind sie in der Lage, sich bei Systemausfällen neu zu organisieren. Diese Prozesse laufen schnell und autonom ohne eine zentrale Instanz so wie das Internet ab, dadurch lässt sich eine hochflexible Materialflusssteuerung realisieren. Die Vorteile und Veränderungen, die dieser neue Denkansatz mit sich bringt, betreffen den gesamten Lebenszyklus einer Logistikanlage und bieten zahlreiche technologische und auch wirtschaftliche Vorteile.

In der folgenden Arbeit wird eine mögliche Systemarchitektur nach dem Vorbild des Internets aufgezeigt. Im Einzelnen wird nach dem Vorwort im Kapitel 2 der Begriff „Internet der Dinge“ näher betrachtet, definiert und speziell für die Logistikanwendung abgegrenzt. Des Weiteren werden die Bedeutung und mögliche Perspektiven dieser neuen Architektur für den Logistiksektor aufgezeigt und im letzten Teil des Kapitels werden die Entwicklung und Grenzen der heutigen zentralen Informationssysteme vereinfacht wiedergegeben. Im anschließenden Kapitel 3 wird auf die Bausteine des „Internet der Dinge“ eingegangen. Hierbei wird bewusst explizit auf die RFID-Technologie fokussiert, denn sie bildet die wichtigste Basistechnologie für eine Anwendung des „Internet der Dinge“ in der Logistik. In diesem Zusammenhang werden der Aufbau, die Funktionsweise sowie unterschiedliche RFID-Systeme aufgezeigt. Zudem werden die technische Entwicklung und Anwendungsmöglichkeiten des RFID-Systems erläutert. Im nächsten Abschnitt wird eine Modularisierung der Bausteine, welche sich nicht nur auf die Mechanik beschränkt, sondern auch die Steuerungslogik miteinbezieht, kurz beschrieben. Es erlaubt, einen umfassenden Baukasten für ein „Internet der Dinge“ in der Logistik zu schaffen. Anhand eines Beispiels werden der Aufbau und eine mögliche Anwendung einer modularisierten Materialflussanlage anhand eines Beispiels aufgezeigt. Mit der Zusammenfassung im Kapitel 4 schließt diese vorliegende Arbeit ab.

2 Das „Internet der Dinge“

2.1 Definition und Abgrenzung für den Logistikbereich

Der Begriff „Internet of Things“ bzw. „Internet der Dinge“ lässt sich auf Kevin Ashton, den damaligen Mitbegründer und Geschäftsführer des Auto-ID Centers des Massachusetts Institute of Technology, zurückführen.[5] Im Jahr 1999 beschrieb er eine Vision über ein informationstechnisch vernetztes System. Es erlaubt den autonomen interagierenden Gegenständen und Prozessen, durch die zunehmende Selbstorganisation sich mit der digitalen Welt des Internets zu vereinen.

Während der deutschen EU-Ratspräsidentschaft wurde im Jahre 2007 das „Internet der Dinge“ als eine technische Vision definiert.[6] Mit dessen Hilfe ist es möglich, Objekte jeder Art in ein universales digitales Netz zu integrieren. Innerhalb des Netzes lassen sich die Objekte jederzeit eindeutig identifizieren und weisen eine Verbindung zwischen der physischen Welt der Dinge und der virtuellen Welt der Daten auf. Bisher verfügen überwiegend der Computer und andere Netzwerkgeräte über eine Identität in der virtuellen Welt des Internets. In naher Zukunft sollen Alltagsgegenstände über das Internet angesteuert werden und über dieses selbstständig kommunizieren können. Dies wird durch die modernen Kommunikations-, Sensor- und Identifikationstechnologien ermöglicht.

Allgemein betrachtet, skizziert die Vorstellung des „Internet der Dinge“ das Verständnis von Marc Weiser.[7] In dem Artikel „The Computer for the 21st Century“ aus dem Jahr 1991 beschrieb Weiser den Begriff des Ubiquitous Computing. Er umfasst einen allgegenwärtigen Computer, der dem Menschen überall unsichtbar und unaufdringlich dient und ihn bei seinem ständigen Handeln unterstützt. Die Industrie prägte den Begriff „Pervasive Computing“ als Synonym zu dem Ubiquitous Computing.[8] Wobei die unaufdringliche, humanzentrierte Technikvision von Weiser als eine fernere Zukunft aufgefasst wird und das Pervasive Computing mit der verfügbaren Technik im Rahmen von electronic commerce-Szenarien und webbasierten Geschäftsprozessen schon jetzt realisiert werden kann.[9] Die Bezeichnung des „Internet of Things“ hat sich bis heute im angelsächsischen Raum nicht durchgesetzt, stattdessen werden die Begriffe „Ubiquitous Computing“ bzw. „Pervasive Computing“ als wesentliche Synonyme zum „Internet der Dinge“ aufgefasst und verbreitet.[10] In jüngster Zeit wird jedoch der Begriff des „Internet der Dinge“ in Europa im Rahmen der Prozess- und Programmbeschreibung der F&E-Aktivitäten durch die Industrie und öffentliche Institutionen zunehmend verwendet und verbreitet.

Allgemein betrachtet, ist das „Internet der Dinge“ kein geschlossenes oder eigenständiges System. Es umfasst vielmehr eine Vielzahl von einzelnen Technologien, im Wesentlichen aus den Bereichen RFID bzw. Smart Label, Funknetze, Sensoren/Sensornetze, Mikroprozessoren, Tracking, Agenten-systeme.[11] Speziell in der Logistik wird das weltumspannende Netzwerk, kurz das Internet, als ein Vorbild aufgefasst. [12] Dieses Netzwerk aus Netzwerken bewegt täglich viele Milliarden Transporteinheiten in Form von Datenpaketen und verzichtet dabei auf eine zentrale Steuerungsinstanz. Wird bei dieser Betrachtung die zunehmende Leistungssteigerung und Funktionserweiterung außer Acht gelassen, dann wird deutlich, dass sich die Kommunikationsprotokolle und -technologie seit der Entstehung des Internets kaum verändert haben. Das Prinzip des Internets in Hinblick auf die dezentrale und hierarchielose, autonome Transportfunktion der Datenpakete will sich die Logistik der Zukunft aneignen. Denn gerade, weil das Internet von keiner zentralen Instanz abhängt, weist es eine hochgradig robust und skalierbar Organisationsstruktur auf. Entsprechend dem Prinzip werden die logistischen Objekte autonom und sind in der Lage, sich selbstständig bis zum Ziel zu steuern. Dies wird durch die Basistechnologien oder kommerzielle Anwendungen, die das „Internet der Dinge“ umfasst, realisiert. Vor allem auf Basis der RFID-Technologie lassen sich die Steuerungssoftware, Entscheidungskompetenz sowie auch die Datenhaltung dezentralisieren. Förderstrecken, Fahrzeuge und Transporteinheiten erhalten durch die „Internet der Dinge“-Technologie eine Intelligenz, die es ihnen erlaubt, mit ihrer Umgebung zu kommunizieren und zu reagieren. Damit ist das Netzwerk in der Lage, sich an schwankende Auftragslasten oder sogar Ausfälle völlig autonom anzupassen.

Im Sinne der Zielführung der vorliegenden Ausarbeitung wird eine Definition des Fraunhofer Instituts zugrunde gelegt.[13] Demnach bezeichnet die dort enger auf den Logistikbereich abgestimmte Definition das „Internet der Dinge“ als den autonomen, selbstgesteuerten Transportfluss logistischer Objekte von der Quelle bis zum Ziel.

2.2 Chancen für Logistik

2.2.1 Stellenwert der Logistik in Deutschland

Für den Wirtschaftsstandort Deutschland hat die Logistikbranche eine beachtliche Bedeutung.[14] Im Jahr 2012 erzielte die Branche mit 2,85 Mio. Erwerbstätigen, die direkt in der Logistikwirtschaft tätig sind, ein Umsatzvolumen von 225 Mrd. Euro. Wird nur der Umsatz betrachtet, zählt der Logistiksektor in Deutschland zum drittgrößten Wirtschaftsbereich neben dem Automobilbereich und dem Handel.

Zudem besitzt Deutschland mit einem Marktanteil von 20 Prozent an dem europäischen Logistikmarkt, der im Jahr 2011 ein Marktvolumen von 950 Mrd. Euro aufwies, einen europaweit einzigartigen Marktanteil.[15]

2.2.2 Perspektiven für den Logistiksektor

In den kommenden Jahren steht die Logistik auf Grund der fortschreitenden Globalisierung, des weltweit zunehmenden Warentransports und des ansteigenden Konkurrenzdrucks vor gewaltigen Herausforderungen.[16] Um diese Herausforderungen und gleichzeitig die aufkommenden Trends zu werthaltigen Dienstleistungen, individualisierten Produkten und auftragsbezogener Fertigung zu meistern, erfordert es einen verstärkten Einsatz neuer Technologien und eine Optimierung der logistischen Prozesse. Vielversprechende Perspektiven bietet dabei das „Internet der Dinge“ für die Logistik. Die aus dem Bereich des „Internet der Dinge“ resultierende Technologie kennzeichnet neuartige Lösungsansätze, die es erlauben, die zunehmend komplexen logistischen Prozesse effizient zu organisieren. Als eine vielversprechende und weitreichende Technologie wird in der Logistik insbesondere das RFID angesehen. Es ermöglicht beispielhaft die eindeutige Identifikation von einzelnen Produkten aus einer Warengruppe.

In der Logistik kennzeichnet diese Technologie einen Paradigmenwechsel.[17] Vor diesem Hintergrund wird seit Jahren intensiv an der Weiterentwicklung geeigneter RFID-Technologien für den Logistikbereich gearbeitet. Bereits heute wird die Technologie des „Internet der Dinge“ teilweise eingesetzt und bietet schon jetzt erhebliche Vorteile.

Klassisch wird RFID nur zur Identifikation einzelner Transporteinheiten verwendet.

Durch die Anwendung von RFID-Systemen lassen sich zeitaufwendige Such- und Erfassvorgänge von Gütern, Paletten, Transportbehältern oder allgemein von logistischen Objekten effizienter gestalten. Zudem wird durch den kontinuierlichen Abgleich der Daten eine hohe Aktualität der Informationen geschaffen. Beispielhaft nutzt die Firma Hellmann Worldwide Logistics die RFID-Technologie, um die Temperatur der Ware entlang der Kühlkette zu protokollieren.[18]

Das „Internet der Dinge“ umfasst im Logistiksektor mehr als die flächendeckende Anwendung der RFID-Technologie, sondern, wie schon in der Einführung angedeutet, beinhaltet das „Internet der Dinge“ eine Vielzahl einzelner bewährter Technologien. Eine allgemeine oder globale Auflistung, welche Technologien als Teil-Technologien des „Internet der Dinge“ – sogenannte IdD-Technologien – anzusehen sind, ist nicht abschließend möglich.

Damit lassen sich im Bereich Logistik zahlreiche Prozesse des Waren- und Bestandsmanagements effizient gestalten[19], insbesondere im Hinblick auf die Aufgaben, in denen logistische Objekte bewegt, erfasst, kommissioniert und lokalisiert werden müssen. Letztendlich sorgt die gezielte Anwendung dieser Technologie dafür, dass stets eine hohe Verfügbarkeit von Waren und Ressourcen in allen Segmenten der Logistik vorliegt.

Die „Internet der Dinge“-Technologie erlaubt eine Zusammenführung des Materialflusses mit der digitalen Welt der Information. Damit lassen sich nicht nur Prozesse effizient gestalten, sondern ebenfalls bestehende unternehmerische Problemstellungen, welche sich bisher nur unbefriedigend lösen ließen, weitgehend reduzieren.[20] So lässt sich die Differenz zwischen dem physischen und digitalen Lagerbestand eliminieren, was 30 Prozent der Produkte entspricht. Die Kosten aus den Diebstählen, die sich allein in den USA auf 33 Mrd. USD belaufen, lassen sich weitgehend eingrenzen. Der Handel mit gefälschten Produkten nimmt einen Anteil von 5 bis 7 Prozent des Welthandelsvolumens ein. Auch er kann ebenfalls effizient mit Hilfe der neuen Technologie bekämpft werden.

2.3 Die herkömmlichen Informationssysteme

2.3.1 Historische Entwicklung

An Hand einiger Schritte lässt sich in einfacher Form die Entwicklung der Informationsverarbeitung darstellen.[21] In der Anfangsphase unterstützten die Informationssysteme einzelne Geschäftsprozesse wie z. B. die Fakturierung. Im darauf folgenden Schritt war das System durch die Informatisierung der Unternehmensbereiche in der Lage, Geschäftsfunktionsbereiche zu integrieren. Erst das Enterprise Resource Planning-System (ERP) erlaubte die Abbildung einer internen durchgängigen Wertschöpfungskette von der Auftragsbearbeitung bis zur Rechnungserstellung. Darauf aufbauend entwickelten sich die Electronic Data Interchange (EDI), basierend auf komplexen Relationen zwischen Unternehmen, Kunden und Lieferanten. Die Entstehung des Käufermarktes forderte neue, kundenorientierte Ansätze. Diese Forderung wurde durch das Supply Chain Management und E-Commerce befriedigt. Damit war eine überbetriebliche Integration von Informationen und Prozessen durch die n:m Kardinalität möglich. Dadurch war ein Unternehme imstande, seine eigenen Prozesse und Dienstleistungen nach den Prozessen des Kunden auszurichten. Aktuell wird in die Informationssysteme die automatische Integration der physischen Objekte mit Hilfe der Echtzeitmanagementsysteme auf Basis der RFID-Technologie implementiert.

[...]


[1] Vgl. hierzu und im Folgenden: Brand, L./ Hülser, T./ Grimm, V./ Zweck, A. [Perspektiven in der Logistik 2009], S. 105

[2] Günthner, W./ ten Hompel, M./ Chisu, R./ Nettsträter, A./ Roidl, M. [Wandelungsfähigkeit 2010]. S. 146

[3] Vgl. Finkenzeller, K. [Funktechnik 2002], S. 1

[4] Vgl. hierzu und im Folgenden: Günthner, W./ ten Hompel, M./ Chisu, R./ Nettsträter, A./ Roidl, M. [Wandelungsfähigkeit 2010]. S. 146 f.

[5] Vgl. hierzu und im Folgenden: http://www.rfidjournal.com/articles/view?4986 (30.07.2013)

[6] Vgl. hierzu und im Folgenden: http://www.bundestag.de/dokumente/analysen/2012/-Internet_der_Dinge.pdf (20.07.2013)

[7] Vgl. http://www.ubiq.com/hypertext/weiser/UbiCACM.html (30.07.2013)

[8] Vgl. Burkhardt, J./ Henn, H./ Heppner, St./ Rindtorff, K./ Schäck, T. [Computing 2001], S. 34

[9] Vgl. http://www.vs.inf.ethz.ch/publ/papers/UbiPvCSchlagwort.pdf (21.07.2013)

[10] Vgl. hierzu und im Folgenden: Brand, L./ Hülser, T./ Grimm, V./ Zweck, A. [Perspektiven in der Logistik 2009], S. 14

[11] Vgl. Abicht, L./ Spöttl, G. [Trends Logistik 2012], S. 28

[12] Vgl. hierzu und im Folgenden: Willibald, G. [Intralogistik 2010], S. 43 f.

[13] Vgl. http://www.iml.fraunhofer.de/media/mediaposter.php?-mediaId=2420 (31.07.2013)

[14] Vgl. hierzu und im Folgenden: http://www.logistik-heute.de/Logistik-News-Logistik-Nachrichten/Markt-News/10404/Rund-225-Mrd-Euro-Umsatz-erzielt-Wirtschaftsbereich-Logistik-Geschaeft-waech (21.07.2013)

[15] Vgl. http://www.tag-der-logistik.de/logistik-ist-mehr/bedeutung-fuer-deutschland (20.07.2013)

[16] Vgl. hierzu und im Folgenden: Brand, L./ Hülser, T./ Grimm, V./ Zweck, A. [Perspektiven in der Logistik 2009], S. 105 f.

[17] Vgl. hierzu und im Folgenden: Brand, L./ Hülser, T./ Grimm, V./ Zweck, A. [Perspektiven in der Logistik 2009], S. 14 ff.

[18] Vgl. http://www.logistik-heute.de/sites/default/files/logistik-heute/fachforen/03_lnc_01.pdf (30.07.20013)

[19] Vgl. hierzu und im Folgenden: Brand, L./ Hülser, T./ Grimm, V./ Zweck, A. [Perspektiven in der Logistik 2009], S. 105

[20] Vgl. hierzu und im Folgenden: Fleisch, E. [Internet 2005], S. 3 ff.

[21] Vgl. hierzu und im Folgenden: Fleisch, E. [Internet 2005], S. 5 ff.

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Titel: Internet der Dinge in der Logistik