Ein volldigitalisiertes Kanban-System soll die analogen Schwächen der Kanban-Karte beseitigen.

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Umfassende Transparenz steigert Effizienz der Intralogistik Kanban voll digitalisiert

01.09.2020

Das Kanban-System hat sich bei der effizienten Steuerung von Produktionsprozessen in zahllosen Betrieben bewährt. Das neue Produkt „Neoception floww“ schafft nun die Voraussetzungen, um Kanban vollständig zu digitalisieren. Damit kann die Effizienz noch weiter steigen. Zugleich entsteht ein umfassendes Echtzeit-Abbild von Materialfluss und Warenbestand. Die Komplexität der Feldebene wird eingekapselt, die Anbindung an ERP, Cloud und IIoT-Lösungen benötigt nur eine einzige Interaktionsschnittstelle.

1947 entwickelte Taiichi Ohno das Kanban-System, um die Produktionsabläufe bei Toyota effizienter zu machen. Bis heute wird es seinen ursprünglichen Prinzipien folgend verwendet, inzwischen auf der ganzen Welt. Die produktbegleitende Karte (japanisch: kanban) ist nach wie vor das zentrale Element des Systems. Ihre Übermittlung löst den Nachschub aus und steuert die Intralogistik.

Sie ist aber auch eine Schwachstelle, denn in der Praxis geht sie gelegentlich verloren. Die händische Weitergabe oder das Einscannen eines auf der Karte aufgedruckten Barcodes erfordern bewusste, individuelle Aktionen. Diese werden nicht selten auf das Schichtende verschoben. Der eigentlich gewünschte stete Warenfluss wird nicht selten unterbrochen oder gestaut, größere Puffer und damit Kapitalbindung werden nötig. Zudem kann das Auffüllen der Ware bei großen Regalen längere Suchzeiten erfordern.

Analoge Schwächen beseitigen

Wie könnte ein volldigitalisiertes Kanban-System diese Schwächen beseitigen und die Transparenz sowie Effizienz in der Intralogistik steigern? Mit dieser Frage trat vor zwei Jahren ein großes deutsches Industrieunternehmen an die Pepperl+Fuchs-Tochter Neoception heran. Folgende Ziele wurden für das Projekt definiert:

  • Automatische Registrierung der Boxenbewegung

  • Mehr Transparenz im Materialfluss

  • Reduzierung der Materialpuffer

  • Fehlervermeidung

  • Reduzierung des Inventuraufwands

  • Leichte Installation mit Retrofit-Option

Die naheliegende Grundidee war von Anfang an, RFID zur Identifizierung der Boxen einzusetzen. Diese wurden mit Transpondern ausgestattet, welche die Information über den Inhalt bereithalten. An den Regalen sind auf der Entnahme- sowie der Nachfüllseite Leseköpfe montiert. Sie identifizieren die Box während der Vorgänge.

Bei der Nachfüllung wird das Signal an ein LED-Modul weitergeleitet, welches das richtige Fach optisch anzeigt, bzw. bei falscher Ablage ein Warnsignal ausgibt (put to light). Dieselbe Reaktion erfolgt, wenn eine nichtregistrierte Box ins Fach geschoben wird. Ein zusätzlicher RFID-Lesekopf kann auch als Armband getragen werden, sodass die Transponder gleich bei der manuellen Handhabung erfasst werden.

Die Bewegung der Box und die vorhandenen Boxen werden von einer ins Regalfach integrierten Sensorleiste erkannt, die eigens für diese Anwendung entwickelt wurde und in verschiedenen Längen zur Verfügung steht. Sie enthält eine Reihe von Reflexionslichttastern mit Hintergrundausblendung, die jeweils ein 0/1-Signal ausgeben.

Die intelligente Auswertung des kontinuierlichen Datenstroms aus den Sensoren erlaubt die korrekte Interpretation der prozessrelevanten Events durch eine algorithmische Mustererkennung. So wird ein versehentliches, kurzes Abdecken von Sensoren etwa durch einen Arm oder einen hineinragenden Gegenstand herausgefiltert. Eine Signalleuchte zeigt die korrekte Funktion des Systems sowie Fehlerzustände an. Somit können eine fehlerhafte Konfiguration, Probleme bei der Verbindung mit übergeordneten Systemen oder Fehler im aktuellen Bestand unmittelbar erkannt werden. Die Kombination von Identifikation und Registrieren der Bewegung ist ein Alleinstellungsmerkmal von Neoception floww.

Komplexität eingekapselt

Ein Rack-Controller pro Regalfach bündelt die Daten und gibt sie an den Maincontroller des Regals weiter. Dieser ist als intelligente Einheit für die lokale Sensordatenaggregation und die Datenverarbeitung zuständig. Er erledigt zudem die Ansteuerung der Regalfach-LED sowie der Statusleuchte und kommuniziert mit dem Business Layer. Die Verkabelung ist dank ASi-konformer Klemmtechnik ebenso einfach wie flexibel. Die Komponenten können daher mit geringem Aufwand auch in bestehende Kanban-Regalsysteme integriert werden.

Die Hardwarekomponenten schaffen die physische Grundlage für die minutiöse Erfassung der intralogistischen Vorgänge. Das Software-Konzept von Neoception floww sorgt für die umfassende Verwertbarkeit der Daten und die Anbindung an übergeordnete sowie kooperierende Einheiten. Prozessereignisse können auf der Feldebene zwischengespeichert werden, um unnötige Interaktionen mit dem ERP oder dem Warehouse Management zu vermeiden.

Für die Verbindung zu diesen Systemen stehen standardisierte Schnittstellen zur Verfügung. Sie erlauben die einfache Integration in die jeweilige Business-Software, wie etwa das Bosch Nexeed Intralogistics Execution System oder ERP-Systeme von SAP wie S/4Hana. Neoception floww eignet sich aber auch als Standalone-Lösung.

Die Komplexität der Feldebene bleibt dabei in der Architektur von Neoception floww eingekapselt. Sie koordiniert Sensorik, Connectivity, Bussystem, Main Controller und Middleware eigenständig. Die Business Software kommuniziert mit einer einzigen Interaktionsschnittstelle. Eine gesonderte Integration von Komponenten und Zwischenebenen entfällt.

Cloudgestützte Microservices

Neoception floww schafft die Voraussetzungen für die Implementierung einer cloudgestützten Microservices-Architektur. Anwendungen, die verteilte Dienste nutzen, sind in hohem Maße verfügbar und stabilisieren das Umfeld der Produktionssteuerung. Sie ermöglichen zudem eine schnelle horizontale Skalierung etwa bei einer Ausweitung der Produktion. Da alle Dienste in der Cloud durch Web-Interfaces zugänglich sind, werden weder Software-Installation noch Updates auf eigenen Endgeräten benötigt. Die Dienste stehen immer in der jeweils aktuellen Version bereit.

Die Gesamtarchitektur sichert auf diese Weise nicht nur einen sehr hohen Grad an Automatisierung aller Anwendungen inklusive der eigentlichen Infrastruktur, sondern schafft auch die Basis für eine Reproduzierbarkeit des Systems. Es lässt sich problemlos auf andere Standorte übertragen; zusätzliche Umgebungen für Tests oder spezifisch abweichende Konfigurationen sind leicht zu implementieren.

Abgesicherte Container

Die Sensorik wird durch eigene Edge Gateways mit integrierten sicheren Elementen (Secure Elements) an die Cloud-Dienste angebunden, einschließlich kryptografischer Identität und passwortloser Authentifizierung. Die Angriffsfläche des Basis-Betriebssystems des Gateways bleibt minimiert. Zudem werden die Dienste auf beiden Seiten als unveränderliche und signierte Docker-Images bereitgestellt.

Alle Berechtigungen sind auf abgesicherte Container beschränkt, die in Echtzeit überwacht werden. Kafka dient als zentraler Message-Broker für eine ereignisgestützte Architektur, was eine schnelle und einfache Anpassung oder Erweiterung der Anwendungen erlaubt. Als sauber und sicher erkannte Events stehen ohne Performance-Verlust für nachgelagerte Dienste zur Verfügung, so zum Beispiel für eine zentrale Rohdatenerfassung oder die direkte Weiterverarbeitung zu Business-Events.

Umfassende Transparenz

Neoception floww erlaubt die vollständige Digitalisierung von Kanban-gesteuerten Wertschöpfungsketten und schafft die Grundlage für flexiblere, schlankere IT-Systeme in der Produktion. Es stellt die umfassende Transparenz des gesamten Materialflusses in Echtzeit her, bis hin zur Überwachung der einzelnen Regalfächer.

Mit der manuellen Buchung entfällt die entscheidende Fehlerquelle. Die automatische und verzögerungsfreie Weitergabe der Informationen spart Arbeitszeit, beschleunigt die Wiederbeschaffung und reduziert den Pufferbedarf. Die Mitarbeiter können sich ganz auf ihre eigentliche Arbeit konzentrieren, während die Prozessqualität aufgrund der im Hintergrund laufenden automatisierten Abläufe steigt.

Bildergalerie

  • Das Software-Konzept von Neoception floww sorgt für die umfassende Verwertbarkeit der Daten und die Anbindung an übergeordnete sowie kooperierende Einheiten.

    Bild: Pepperl+Fuchs

  • An den Regalen sind auf der Entnahme- sowie der Nachfüllseite RFID-Leseköpfe montiert. Sie identifizieren die Box während der Vorgänge.

    Bild: Pepperl+Fuchs

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