Standards sichern Verbreitung

Die Standardisierung von Tags wird wesentlich durch das europäisch-amerikanische Konsortium EPCglobal bestimmt, getragen von UCC (Uniform Code Council) und EAN (European Article Number), die in Deutschland durch GS1 vertreten sind. Ein wichtiges Ergebnis dieser, als notwendig erkannten Standardisierung, ist der nunmehr in der zweiten Generation verfügbare und seit Mitte 2005 in Erprobung befindliche 256 Bit breite Electronic Product Code (EPC). Dieser Chip speichert neben den Herstellerangaben, Land und Artikelcode weitere Informationen über Chargen oder Seriennummern. Mit diesen 256 Bit ist es möglich, jedes einzelne Warenstück eindeutig zu kennzeichnen. Über 100 Auslesungen pro Sekunde sind möglich und die Tags können außerdem beschrieben werden. Mit diesen Tags der Generationen I und II wird die Verbreitung von RFID im Handel durch Unternehmen wie Wal Mart oder Metro bereits eingeleitet.

Die Route auf dem Chip

Über den EPC hinaus lassen sich auf einem Tag zusätzlich der Zielort und dynamisch änderbare Zwischenziele eines Objektes ablegen. Beginnend am Wareneingang werden in alle logistischen Objekte, z.B. mit Tags ausgestattete Behälter, die nächsten Zielinformationen geschrieben. Entscheidungsstellen, an denen diese Information ausgelesen wird, können mit vorliegenden - lokalen - Informationen die Behälter autonom zum Ziel steuern. Für den Fall von Störungen sind auch alternative Wege (Routings) auf dem Tag gespeichert. So kann ein Behälter auf verschiedenen Wegen zum Ziel finden und dabei ggf. auch andere Transportmittel, etwa einen Stapler, anfordern. Diese einfache und sehr zuverlässige Materialflusssteuerung verbindet die Zielinformation und Routings fest mit dem Objekt. Ein Datenverlust ist dadurch praktisch ausgeschlossen, Material und Informationsfluss bleiben so stets synchron. Zusätzlich ergeben sich die typischen Vorteile der RFID-Technik, wie z. B.:

• Artikelsicherung
• Rückverfolgbarkeit
• Automatisierte Retourenabwicklung
• Vereinfachtes Mehrwegbehältermanagement

Autonomie durch Agenten

Müssen neben der Routenfindung z. B. Reihenfolgen gebildet oder Ressourcen optimal disponiert werden, brauchen die Dinge zusätzliche Intelligenz. Hierzu werden kleine Programme, die »mobilen Software-Agenten«, in die Tags eingespeichert. Sie sorgen dafür, dass Weichen, Sorter, Puffer usw. in geeigneter Weise angesteuert werden. Dazu kommunizieren sie untereinander und mit der Umgebung, in der sie sich bewegen.

Diese Ausprägung der künstlichen Intelligenz ist seit einigen Jahren bekannt und theoretisch weit entwickelt. Ansätze der Selbstorganisation mobiler Agentengruppen wie beispielsweise Ameisen- oder Schwarmalgorithmen finden durch das "Internet der Dinge" erstmalig eine praktische Umsetzung. Entscheidungen werden damit vor Ort und echtzeitnah auf die autonomen Objekten verlagert.

Systemtechnik: Offenheit und Standards

Die Leistungsfähigkeit der Steuerungstechnik steigt unvermindert an. Schnellere Zykluszeiten, mehr Speicher und leistungsfähigere Programmbausteine ermöglichen immer weiter integrierte Steuerungslogik. Offene Standards aus dem Netzwerkbereich wie Ethernet und TCP/IP etablieren sich auch für speicherprogrammierbare Steuerungen und Antriebe. Neben den weit verbreiteten CAN- und Profibusschnittstellen erobert das Internet die Welt der echtzeitnahen Steuerung. Diese Entwicklung ist die Grundlage offener, selbstgesteuerter Systeme.

Im Forschungsprojekt "Internet der Dinge" wird deshalb konsequent auf offenen Standards aufgesetzt. Auch wird der Schulterschluss zu Gremien und Verbänden gesucht, um das Thema weiter zu fördern. Ein Beispiel ist der Arbeitskreis Systemarchitektur für die Intralogistik des VDMA, der eine dezentrale funktionsorientierte Steuerungsarchitektur diskutiert.

Die Hauptidee des aktuellen Forschungsvorhabens ist die Realisierung hochflexibler, selbstorganisierender logistischer Systeme auf Basis von autonomen, selbststeuernden Objekten. Das logistische Objekt (Paket, Behälter, Palette, etc.) wird durch eingebettete Intelligenz seinen Weg autonom durch inner- und außerbetriebliche Netze finden und die dazu notwendigen Ressourcen selbstständig anfordern. Diese Selbststeuerung von Distributions- und Transportsystemen durch autonome Objekte wird damit eine der ersten physischen Umsetzungen künstlicher Intelligenz im industriellen Maßstab sein.

In diesem Themenfeld sind wesentliche IT-Anwendungen adressiert, die sowohl die Lenkung als auch die Verfolgung als Bestandteil der Steuerung von Gütern umsetzen und maßgeblich Prinzipien wie Dezentralität, Autonomie und Adaptivität beinhalten. Auf diese Weise werden aktuelle und mittelfristig umsetzbare Technologien wie mobiele Informationsträger (RFID, Sensornetzwerke), Kleinststeuerungen und intelligente Kommunikationsinfrastrukturen (bspw. Multi-Agenten-Systeme – MAS) gebündelt.

Das Internet der Dinge funktioniert!

Es ist dem Konsortium als wichtigstes Ergebnis gelungen, die technische Machbarkeit des Leitgedankens nachvollziehbar auch für große Anlagen zu belegen. Dazu wurden parallel an mehreren Demonstrationsanlagen unterschiedliche Aspekte des Internet der Dinge untersucht.

Diese umfassten zunächst steuerungstechnischen Aspekte wie die Auswahl von Hardwarekomponenten und Definition von Softwarestrukturen. Im Ergebnis konnten robuste, dezentrale Steuerungssysteme für vorhandene fördertechnische Demonstrationsanlagen kleineren Maßstabs realisiert werden.

Begleitend wurde durch die Simulation eines existierenden Großflughafens, in der die vorhandenen zentralen Strategien durch eine einfache Agentenlogik ersetzt wurde, gezeigt, dass bereits mit einer äußerst geringen Programmkomplexität der Agenten die Leistungsfähigkeit heutiger Anlagen annähernd erreicht wird. Die physischen Versuchsanlagen wurden ebenfalls durch Simulationsmodelle emuliert. Dies erlaubt die Kopplung von Simulationsmodell und dem die Anlage steuernden Multiagentensystem. Durch einen Vergleich der Ergebnisse zwischen dem Verhalten der simulierten und realen Anlage konnte deduktiv ein erster Nachweis erbracht werden, dass das Prinzip auch für einen Flughafen im großen Maßstab funktioniert. Weitergehende Untersuchungen werden nun auf dieser Grundlage durchgeführt.