Echtzeitfähigkeit setzt die Reaktion eines Systems auf ein äußeres Ereignis in vorbestimmbarer Zeit voraus. Die Notwendigkeit zur Betrachtung von Materialflusssystemen und deren Steuerungen unter Echtzeitaspekten leitet sich insbesondere aus der stetig zunehmenden Vernetzung und Komplexität logistischer Systeme ab. Gleichzeitig mit der wachsenden Systemkomplexität und -größe besteht ein, durch steigende Anforderungen der Systemnutzer bedingter, hochdynamischer Leistungsbedarf. Unter diesen Bedingungen spielen zeitnahe Erfassung, Aufbereitung und Verarbeitung von Prozessdaten in Steuereinrichtungen sowie rechtzeitige Reaktion auf Änderung der Systemlasten eine besondere Rolle.

Zu den wesentlichen Merkmalen zukunftsorientierter Materialflusssteuerungen zählen Skalierbarkeit, Anpassungsfähigkeit, und Fehlertoleranz. Steuerungssysteme mit diesen Eigenschaften können durch den Einsatz einer agentenorientierten Systementwicklung, unterstützt durch eine hinreichende algorithmische Basis, realisiert werden. Für die Entscheidungsstrategien in solchen verteilten Steuerungssystemen gilt, dass sie entweder optimierte Entscheidungen in Hinblick auf die Systemleistung bei einem gleichzeitig ungewissen Zeitverhalten ermöglichen oder ein definiertes Zeitverhalten aufweisen, bei dem der Durchsatz möglicherweise suboptimal ist. Naheliegende wissenschaftliche Fragestellungen sind hierbei, bis zu welchem Grad sich der Durchsatz eines Materialflusssystems durch Modifikation der Entscheidungsstrategien innerhalb der Steuerung erhöhen lässt und inwieweit diese Optimierung durch vorliegende Echtzeitanforderungen begrenzt ist.

Als Fernziel des Teilprojekts gilt die Erstellung einer Methodik für die Planung der Entscheidungsstrategien in verteilten, agentenbasierten Steuerungen für intralogistische Materialflusssysteme. Dabei soll eine Optimierung des Systemdurchsatzes unter Berücksichtigung zeitlicher Restriktionen sowohl auf der Prozess- als auch auf der Leitebene ermöglicht werden.

Ein wesentlicher Bestandteil dieser Planungsmethodik ist ein simulationsgestütztes Verfahren, mit dem Materialflusssysteme und die dort hinterlegten Entscheidungsstrategien durch elementare Knotenelemente modelliert werden können. Die Spezifikation dieser Knotenelemente und ein Vorgehensmodell zur Erstellung komplexer Systeme sowie für anschließende Untersuchungen an diesem Modell sind Gegenstand der Arbeiten im Rahmen des Teilprojekts C5, in seiner ersten Forschungsphase.

Im Rahmen der ersten Projektphase wurde eine werkzeuggestützte Methode zur Untersuchung des zeitlichen Verhaltens logistischer Systeme entwickelt. Die Methode ermöglicht eine frühzeitige Erkennung zeitlicher „Flaschenhälse“ im Steuerungsverhalten und unterstützt somit die Bewertung der Steuerungsleistung in der Planungsphase. Eine Korrektur der Steuerungsimplementierung, der eingesetzten Automatisierungsgeräte und deren Installation ist somit sowohl im Forschungs- als auch im Industrieumfeld möglich.

Die wesentlichen Bestandteile der entwickelten Methode sind ein modellbasiertes Konzept für die einheitliche Beschreibung von zeitlichen Faktoren in der Fördertechnik und deren Steuerung sowie eine Methode zur Erfassung des Zeitverhaltens der Steuerung. Die Anwendung der Methode erfolgt in zwei Schritten.

Im ersten Schritt werden alle signifikanten statischen Zeitfaktoren sowie deren Zusammenhang ermittelt und in ein Modell zur Analyse der Wechselwirkung von Zeitfaktoren namens Realtime-Logistics-Modell (kurz: RTL-Modell) eingetragen. Dieses entspricht einer makroskopischen Systemsicht und bildet die physikalischen Eigenschaften der Fördertechnik ab, wie z. B. Länge, Fördergeschwindigkeit oder die aktuelle Auslastung. Eine Kopplung zur Materialflusssteuerung erfolgt dadurch, dass das Zeitverhalten der Materialflusstechnik, der Steuerungstechnik und der Steuerungslogik mit allen relevanten Zeitgrößen in einem einheitlichen Konzept der Zeiterzeuger und Zeitverbraucher (ZEZV-Konzept) abgebildet werden. Als Zeiterzeuger werden dabei alle zeitlichen Parameter der Fördertechnik betrachtet, die das Zeitlimit für die Steuerung vorgeben. Diese legen einen Zeitraum fest, in dem sich ein Fördergut auf dem entsprechenden Förderabschnitt aufhält und geben damit eine maximal verfügbare Zeit für die Steuerungsentscheidung vor. In die Gruppe der Zeitverbraucher fallen die zeitlichen Parameter der Automatisierungs- und Steuerungstechnik, die zu einer Verringerung der Zeitschranke für die Steuerungsentscheidungsdauer führen (z.B.: Schaltzeiten, Latenzzeiten, usw.).

Im zweiten Schritt werden dynamische Zeitfaktoren der Steuerung mittels einer Simulation gemessen bzw. anhand einer direkten Messung in einer zu untersuchenden Anlage ermittelt. Im Fall einer simulativen Untersuchung wird das Emulationsmodel einer Förderanlage an einer Agentensteuerung mithilfe einer selbstentwickelter Software gekoppelt. Die Visualisierung des zeitlichen Steuerungsverhaltens in der selbstentwickelten Simulationsumgebung ermöglicht dabei Aussagen über die Erfüllung der Echtzeitanforderung für eine bestimmte Steuerungsstrategie und bestehende dezentrale Systemarchitektur. Im Fall einer direkten Messung wird eine ebenso selbstentwickelte Monitoringssoftware verwendet, die die Erfassung und eine statistische Auswertung von Messdaten unterstützt.

Basierend auf den ersten Ergebnissen sind weitere Arbeitsschritte denkbar. Dazu gehören die Spezifikation des RTL-Modells für typische Geräteinstallationen und Betriebsszenarien, die Durchführung von Simulationsläufen für vorhandene Demoanlagen und industrielle Systeme, sowie eine Integration des RTL-Modells in marktübliche Emulatoren.