Robots learn to behave: improving human-robot collaboration in flexible manufacturing applications

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Safe navigation and human-robot interaction in assistant robotic applications

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The Digital Transformation of Logistics from a Human-Centred Perspective

Die vorliegende kumulative Dissertation befasst sich mit der digitalen Transformation in der Logistik unter besonderer Berücksichtigung der Auswirkungen des Transformationsprozesses auf die Beschäftigten in dieser Branche. Ziel der kumulativen Dissertation ist es, ein tiefergehendes Verständnis der Entwicklungen zu bekommen, die unter dem Begriff Logistik 4.0 verstanden werden können und zu untersuchen, welche Auswirkungen dies für die zukünftige Arbeit in der Logistik, insbesondere im Lager, haben wird. Die kumulative Dissertation besteht aus fünf Artikeln, die in wissenschaftlichen Fachzeitschriften veröffentlicht bzw. eingereicht wurden und kann grob in drei Teile untergliedert werden: Im ersten Teil der kumulativen Dissertation, der aus dem ersten Artikel besteht, wird der inhaltliche Kern, Logistik 4.0, aufbauend auf dem Begriff und der Forschung zum Thema Industrie 4.0 definiert und auf breiter Basis der aktuelle Forschungsstand dargestellt. Dies bildet die inhaltliche und thematische Grundlage für die nachfolgenden Untersuchungen. Der zweite Teil der kumulativen Dissertation fokussiert auf empirische Grundlagen und einen methodischen Beitrag zur Untersuchung der Menschen-zentrierten Gestaltung der Logistik 4.0, indem zunächst die Auswirkungen der Entwicklung zur Logistik 4.0 auf die Beschäftigten in der Intralogistik, genauer auf ihre Arbeitsplatzmerkmale, untersucht werden. Dies dient dazu, die konkret wahrgenommenen Veränderungen zu erfassen, die Bedeutung des Transformationsprozesses zu verifizieren und den Einfluss seiner technischen Bestandteile auf die Veränderungen der Arbeitsplatzmerkmale zu analysieren. Wenngleich in diesem zweiten Artikel der kumulativen Dissertation deutliche Veränderungen der Arbeitsplatzmerkmale in der Logistik 4.0 aufgezeigt werden konnten, zeigte eine quantitative Analyse von Forschungsarbeiten im dritten Artikel dieser kumulativen Dissertation auf, dass die Forschung sich bei der Gestaltung von Industrie 4.0 auf technische Änderungen fokussiert. Daher wird abschließend im dritten Kapitel ein allgemein anwendbares, theoriebasiertes, systematisches Analysewerkzeug entwickelt, das es ermöglicht, die Auswirkungen der Einführung von Industrie 4.0 und Logistik 4.0 Elementen auf die involvierten Menschen zu untersuchen und die möglichen Folgen für das Gesamtsystem zu antizipieren. Im abschließenden dritten Teil dieser kumulativen Dissertation erfolgt ein genauerer Blick auf die Auswirkungen der Entwicklung zur Logistik 4.0 auf die Kommissionierung als einen zentralen, zumeist arbeitsintensiven Prozess in der logistischen Kette. In Artikel 4 wird daher zunächst das Feld einer Kommissionierung 4.0 strukturiert, um darauf aufbauend zu untersuchen, welche technischen und prozessualen Lösungen die Wissenschaft für eine gleichermaßen menschengerechte und ökonomische Kommissionierung unter den sich wandelnden Anforderungen betrachtet hat. Es zeigt sich, dass ein aus ökonomischer und sozialer Perspektive vielversprechendes Kommissioniersystem, die hybride Kommissionierung, bislang kaum untersucht wurde. Dies erfolgt daher im abschließenden fünften Artikel dieser kumulativen Dissertation, in dem ein Beispiel für ein kollaboratives, hybrides Kommissioniersystem untersucht wird, in dem Menschen und autonome Roboter gemeinsam im selben Lagerbereich Aufträge kommissionieren. Die Artikel greifen zur Untersuchung der Themenschwerpunkte auf verschiedene Methoden unterschiedlicher Disziplinen zurück und stützen sich auf ein breites theoretisches Fundament. Methodisch wird in Artikel 1, der die konzeptionelle Grundlage der Logistik 4.0 behandelt, zunächst ein konzeptioneller Ordnungsrahmen entwickelt, mit dem der Begriff und die Bestandteile des Konzepts Logistik 4.0 abgeleitet werden. Hierbei werden insbesondere zwei Einflussfaktoren berücksichtigt: Neue Anforderungen an die Logistik sowie neue technologische Möglichkeiten. Anschließend wird mittels eines systematischen Literaturüberblicks der aktuelle Stand der Forschung zu Logistik 4.0 strukturiert untersucht. Der Fokus liegt hierbei auf den technologischen Anwendungen in der Logistik und wie diese die Logistik verändern. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse werden der Ordnungsrahmen zu Logistik 4.0 detailliert und zukünftige Forschungsperspektiven herausgearbeitet – es wird gezeigt, dass die Auswirkungen der Transformation auf menschliche Faktoren nur in geringem Maße in der analysierten Literatur diskutiert wurden. Im methodischen Fokus von Artikel 2 der vorliegenden kumulativen Dissertation steht daher die Durchführung und Auswertung von teil-strukturierten Interviews, die mit Beschäftigten aus sieben Unternehmen geführt wurden, um die Ausprägungen und Zusammenhänge zwischen Arbeitsplatzmerkmalen und der Intralogistik 4.0-Reife zu untersuchen. Auf der Grundlage des Work Design Questionnaire wurden die Interviews in Bezug auf 21 Arbeitsplatzmerkmale mit 16 Angestellten in der Intralogistik geführt und zusätzlich die Intralogistik 4.0 Reife der Arbeitsplätze bewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass Logistik 4.0 signifikanten Einfluss auf die Arbeitsplatzmerkmale hat und die Effekte sowohl positiv als auch negativ in Bezug auf Arbeitszufriedenheit und Motivation sein können. Im Wesentlichen ist die Art und Intensität des Einflusses in den zumeist manuellen Prozessen abhängig von der Art der genutzten Technologien, Automatisierung oder Digitalisierung. In Artikel 3 wird zunächst eine quantitative Inhaltsanalyse durchgeführt, in der die Themenschwerpunkte bisheriger Forschung zu Industrie 4.0 nachgewiesen werden. Die Ergebnisse zeigen, dass zwar unterschiedliche Rollen von Menschen identifiziert werden, menschliche Faktoren im Vergleich zu technischen Faktoren jedoch eine deutlich untergeordnete Rolle in der Forschung erhalten. Anschließend wird auf Basis von fünf Theorie-Bausteinen ein methodisches Vorgehensmodell zur Analyse der Einflüsse von Industrie 4.0-induzierten Änderungen auf ein bestehendes Arbeitssystems abgeleitet. Anhand zweier Beispiele wird die Methodik veranschaulicht und die Praxistauglichkeit exemplarisch aufgezeigt. Artikel 4 und 5 fokussieren daraufhin den Kommissionierprozess im Zusammenhang mit Logistik 4.0 und untersuchen zunächst in Artikel 4 mittels eines konzeptionellen Ordnungsrahmens und eines systematischen Literaturüberblicks den aktuellen Stand der Forschung in diesem Bereich. Der Ordnungsrahmen unterscheidet nach substituierenden technischen Systemen im Kommissionierprozess und unterstützenden Technologien und stuft diese qualitativ basierend auf dem Grad der Automatisierung ab. Darauf aufbauend werden vier verschiedene Kommissioniersysteme klassifiziert und drei von ihnen in einem systematischen Literaturüberblick analysiert. Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Unterrepräsentierung hybrider Kommissioniersysteme, obwohl diese aus einer soziotechnischen Perspektive vielversprechende Möglichkeiten bieten. Hierauf aufbauend wird in Artikel 5 ein hybrides Kommissioniersystem bestehend aus menschlichen Kommissionierern und Kommissionierrobotern, die innerhalb eines Arbeitsbereichs kommissionieren, abgeleitet, das aufbauend auf den ökonomischen und sozialen Zielen vielversprechend erscheint. In einer agentenbasierten Simulationsstudie – die besonders geeignet ist um das Verhalten eines Systems basierend auf den Interaktionen verschiedener Akteure aufgrund individueller Verhaltensregeln zu analysieren - werden die Interaktion der technischen und menschlichen Teilsysteme untersucht und der Einfluss von Routenstrategien genauer betrachtet. In einer kritischen Diskussion der Annahmen des idealisierten Systems der Simulationsstudie wird aufgezeigt, dass hybride Systeme vielversprechende Ergebnisse für reale Anwendungen darstellen und geeignet sind, sowohl die Systemeffizienz, als auch die Arbeit der menschlichen Kommissionierer zu verbessern

Development of a framework to evaluate the practicality of 5G for intralogistics use cases in standalone non-public networks

Industrial Engineerin

A framework for the implementation of drones in German automotive OEM logistics operations

Intralogistics operations in automotive OEMs increasingly confront problems of overcomplexity caused by a customer-centred production that requires customisation and, thus, high product variability, short-notice changes in orders and the handling of an overwhelming number of parts. To alleviate the pressure on intralogistics without sacrificing performance objectives, the speed and flexibility of logistical operations have to be increased. One approach to this is to utilise three-dimensional space through drone technology. This doctoral thesis aims at establishing a framework for implementing aerial drones in automotive OEM logistic operations. As of yet, there is no research on implementing drones in automotive OEM logistic operations. To contribute to filling this gap, this thesis develops a framework for Drone Implementation in Automotive Logistics Operations (DIALOOP) that allows for a close interaction between the strategic and the operative level and can lead automotive companies through a decision and selection process regarding drone technology. A preliminary version of the framework was developed on a theoretical basis and was then revised using qualitative-empirical data from semi-structured interviews with two groups of experts, i.e. drone experts and automotive experts. The drone expert interviews contributed a current overview of drone capabilities. The automotive experts interview were used to identify intralogistics operations in which drones can be implemented along with the performance measures that can be improved by drone usage. Furthermore, all interviews explored developments and changes with a foreseeable influence on drone implementation. The revised framework was then validated using participant validation interviews with automotive experts. The finalised framework defines a step-by-step process leading from strategic decisions and considerations over the identification of logistics processes suitable for drone implementation and the relevant performance measures to the choice of appropriate drone types based on a drone classification specifically developed in this thesis for an automotive context

An artificial intelligence-based collaboration approach in industrial IoT manufacturing : key concepts, architectural extensions and potential applications

The digitization of manufacturing industry has led to leaner and more efficient production, under the Industry 4.0 concept. Nowadays, datasets collected from shop floor assets and information technology (IT) systems are used in data-driven analytics efforts to support more informed business intelligence decisions. However, these results are currently only used in isolated and dispersed parts of the production process. At the same time, full integration of artificial intelligence (AI) in all parts of manufacturing systems is currently lacking. In this context, the goal of this manuscript is to present a more holistic integration of AI by promoting collaboration. To this end, collaboration is understood as a multi-dimensional conceptual term that covers all important enablers for AI adoption in manufacturing contexts and is promoted in terms of business intelligence optimization, human-in-the-loop and secure federation across manufacturing sites. To address these challenges, the proposed architectural approach builds on three technical pillars: (1) components that extend the functionality of the existing layers in the Reference Architectural Model for Industry 4.0; (2) definition of new layers for collaboration by means of human-in-the-loop and federation; (3) security concerns with AI-powered mechanisms. In addition, system implementation aspects are discussed and potential applications in industrial environments, as well as business impacts, are presented

Proceedings of the Conference on Production Systems and Logistics: CPSL 2022

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Implementing Industry 4.0 in SMEs

This open access book addresses the practical challenges that Industry 4.0 presents for SMEs. While large companies are already responding to the changes resulting from the fourth industrial revolution , small businesses are in danger of falling behind due to the lack of examples, best practices and established methods and tools. Following on from the publication of the previous book ‘Industry 4.0 for SMEs: Challenges, Opportunities and Requirements’, the authors offer in this new book innovative results from research on smart manufacturing, smart logistics and managerial models for SMEs. Based on a large scale EU-funded research project involving seven academic institutions from three continents and a network of over fifty small and medium sized enterprises, the book reveals the methods and tools required to support the successful implementation of Industry 4.0 along with practical examples

Robotix-Academy Conference for Industrial Robotics (RACIR) 2019

Robotix-Academy Conference for Industrial Robotics (RACIR) is held in University of Liège, Belgium, during June 05, 2019. The topics concerned by RACIR are: robot design, robot kinematics/dynamics/control, system integration, sensor/ actuator networks, distributed and cloud robotics, bio-inspired systems, service robots, robotics in automation, biomedical applications, autonomous vehicles (land, sea and air), robot perception, manipulation with multi-finger hands, micro/nano systems, sensor information, robot vision, multimodal interface and human-robot interaction.