Potentiale und Hindernisse zwischenbetrieblicher Kooperation in der Distribution

Im Zuge der Globalisierung sind Unternehmen einem intensiven Kostendruck ausgesetzt. Zur Bewältigung marktgegebener Brisanz findet die wertschöpfungsstufenübergreifende Abstimmung im Sinne des Supply Chain Managements intensive Beachtung. Hierbei kommt es nicht nur darauf an, die Prozesse wertschöpfungsstufenübergreifend zu harmonisieren, geeignete EDV zur Umsetzungsgestaltung zu nutzen, sondern vor allem kooperative Bündnisse mit Lieferanten und Produzenten gewinnbringend umzusetzen. Eine gewinnbringende Umsetzung hat die wettbewerbsfördernden Potentiale erkannt und Hindernisse eingedämmt oder eleminiert. Hindernisse können sich vor allem im Informationsaustauschprozess und Machtgefüge der Wertschöpfungsstufen ergeben. Im Sinne eines funktionierenden und erfolgreichen Supply Chain Managements sind die Gleichrangigkeit der Partner und ein entsprechender Informationsaustausch notwendiges Mittel. Anhand von in Fachzeitschriften veröffentlichten Modellen wird die Abstimmung der Wertschöpfungsstufen unter den Aspekten der Verhandlungsmacht und Informationsaustauschsituation mathematisch formuliert. Durch die Einführung von Koordinationsmechanismen erfolgt die Regulierung zum Supply Chain Optimum. Dabei werden Extremfälle im Sinne eines reinen Top-Down-Ansatzes mit dem Idealfall eines komplett eingebundenen Partners gegenübergestellt. Auch wenn auf mathematische Beispiele verzichtet worden ist, wird anhand der mathematischen Formulierungen der Koordinationsaufwand deutlich. Er gibt Spielraum, um die Kosten-Nutzen-Relation im Zuge einer Zusammenarbeit zu berücksichtigen und macht deutlich, dass die intensivste Form der Zusammenarbeit ein Optimum zum Wohle aller Parteien erzielen kann

In-situ-Fabrikation

Die technischen Anforderungen zukünftiger Bauprozesse werden immer komplexer und erfordern maßgeschneiderte Lösungen. Computergesteuerte Produktionsmethoden ermöglichen die Herstellung individuell gestalteter Bauteile ohne erhöhten Kosten- und Zeitaufwand. Im Gegensatz zu stationären Maschinen können mobile Einheiten direkt auf einer bestehenden Baustelle eingesetzt werden und die Leistungsfähigkeit digital beschriebener Elemente produktiv mit einer In-situ-Bauweise vereinen. Der direkte Einsatz von Industrierobotern in der Architektur und die roboterbasierte Fertigung im Maßstab 1 : 1 sind Kernthemen dieser Arbeit. Mobile Robotersysteme müssen die gebaute Umgebung wahrnehmen und auf veränderte Bedingungen reaktiv eingehen können. Als Grundlage für die Dissertation dient die erforderliche Untersuchung des neuartigen Zusammenschlusses der roboterbasierten digitalen Fabrikation mit kognitiven Fähigkeiten. Der experimentelle Schwerpunkt dieser Forschungsarbeit liegt daher ebenso auf der digitalen Ansteuerung und Durchführung maschineller Bauprozesse wie auf der Entwicklung einer mobilen Robotereinheit und von erweiterten Rückkopplungs- und Lokalisierungstechniken durch Sensorik. Der Synergieeffekt zwischen den Forschungsbereichen Architektur und Experimentelle Informatik ist angesichts dieser interdisziplinären Themenbereiche von zentraler Bedeutung.The technical demands of future construction processes are becoming increasingly complex and require customised solutions. Computercontrolled production methods allow for the manufacture of individually designed building components without increasing outlay in terms of costs or time. In contrast to stationary machines, mobile units can be deployed directly on an existing building site and thus combine the capabilities of digitally defined elements with an in-situ construction technique. The core themes of this dissertation are the direct use of industrial robots in architecture and robot- assisted in-situ fabrication on a 1 : 1 scale. Mobile robotic systems must be able to perceive the constructed environment and respond to changing conditions. The necessary investigation of the innovative fusion of robot-based digital fabrication and cognitive abilities forms the basis of this research. Thus, the experimental focus of this research is on the development of a mobile robotic unit and advanced feedback and localisation techniques, as well as the digital management and implementation of mechanical construction processes. Due to the interdisciplinary nature of this subject area, the synergetic effect between the research areas of architecture and experimental computer science is of central importance

Agentenbasiertes Auftragsmanagement für die Multiressourcen-Montage

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Agentenbasierter Programmassistent zur Verwaltung von NC-Informationen in Produktionssystemen mit Kommunikationsnetzwerken

In den letzten Jahren hat sich die rapide Entwicklung der Elektrotechnik ebenso wie die der Softwaretechnologie auf die numerischen Steuerungen in den heutigen CNC-Maschinen groß ausgewirkt. Diese numerischen Steuerungen sind sowohl intelligenter und flexibler als auch mit größerer Internspeicherkapazität ausgerüstet. Dies führt zu einer Änderung der Art und Weise, wie DNC-Systeme zu etablieren sind, besonders solcher, die auf bisher verfügbaren, aber ungleichartigen DNC-Systemen basieren. In einem solch heterogenen DNC-System wird Datenspeicherungsfähigkeit stärker verteilt angeordnet, d.h., sie ist nicht nur in einem zentralen DNC-Server vorhanden, sondern auch in Terminals oder Steuerungen selbst angelagert. Diese Änderung des Archivierungsmittels benötigt neue DNC-Software, die die DNC-Grundfunktionen voll realisiert. Zudem sollte sie auch den neuen spezifischen Softwareanforderungen entsprechen und erlauben, neue Funktionen, z.B. Maschinendatenerfassung, Betriebsdatenerfassung usw., als Module hinzuzufügen. Derzeit wird die Agententechnologie bzw. ein MAS (Multiagentensystem) als ein aussichtsreicher Ansatz angesehen, um die Probleme der heutigen komplexen Softwaresysteme, wie ungleichartige Systemumgebungen und verteilte Strukturen, zu lösen. Die vorliegende Arbeit stellt die Idee zum Aufbau eines heterogenen DNC-Systems und die Konzipierung zur Gestaltung der agentenbasierten DNC-Software vor. Ausgehend von dem vorgestellten Lösungskonzept wird zudem der Programmassistent als erster Modul der agentenbasierten DNC-Software präsentiert.In the network-based DNC systems and especially heterogeneous DNC systems data get more distributed due to the ability to store not only in the DNC Server but also in the CNC controller or CNC Terminal. This leads a challenge to the DNC software in the implementation of its basic functions. The agent-based DNC software with assistants (ADNC) is suggested to solve the above problem. Its tasks are to collect distributed NC information and transfer data safely as well as performing other extended functions, i.e. NC program generation, machine data collection, production data collection, control machines in system, etc. The present work presented the concept to develop the ADNC and its first prototype. This prototype was developed in a process using a framework of agent-based assistants, called AgentAP. It is applicable on distributed manufacturing data and had been implemented on the agent platform JADE. The module Program Assistant, one of these prototype modules, which is responsible for management, bidirectional transfer, and monitoring change of NC programs, is also discussed

Stand und Perspektiven der militärischen Nutzung unbemannter Systeme. Endbericht zum TA-Projekt

Unbemannte Systeme (UMS) haben sich in vielen Streitkräften umfassend und fest etabliert. Sie eröffnen in wichtigen Dimensionen des militärischen Fähigkeitsspektrums Kosten-, Effektivitätsund Sicherheitsvorteile oder erschließen neuartige Optionen auf dem Gefechtsfeld. Dazu gehören beispielsweise länger andauernde Einsätze im Vergleich zu bemannten Systemen, reduzierte Gefährdung der Soldaten oder die Möglichkeit zu einer umfassenden Aufklärung in hochriskanten Einsatzumgebungen. Die Entwicklung von UMS steht im Zusammenhang mit Fortschritten in zahlreichen Technologiefeldern und eröffnet ökonomische Potenziale, die über den militärischen Bereich hinausgehen. Spätestens seit dem tausendfachen Einsatz luftgestützter bewaffneter Drohnen im Irak und in Afghanistan verbinden sich mit UMS aber auch sicherheits-, rüstungskontrollpolitische und völkerrechtliche Herausforderungen. Der TAB-Bericht beschreibt den Stand der Entwicklung und militärischen Nutzung unbemannter Systeme zu Luft, Land und See im nationalen und internationalen Kontext und gibt eine Übersicht heutiger und künftiger Schlüsseltechnologien für die Entwicklung von UMS. Darüber hinaus thematisiert er die ökonomische Dimension unbemannter Systeme im wehrtechnischen und zivilen Teilmarkt des nationalen und internationalen Wirtschaftssystems, um darauf aufbauend die zivilen Innovations- und Einsatzpotenziale von UMS zu analysieren. Der Bericht ordnet unbemannte Systeme auch in den durch Rüstungs- und Rüstungsexportkontrollverträge sowie völkerrechtliche Normen gespannten Rechtsrahmen ein und nimmt eine Bestandsaufnahme der geltenden Verträge im Hinblick auf ihre Relevanz für UMS vor, um abschließend den politischen wie gesellschaftlichen Informations- und Diskussionsbedarf aufzuzeigen. INHALT ZUSAMMENFASSUNG 5 I. EINLEITUNG 19 1. Beauftragung 20 2. Aufbau des Berichts 20 3. Zusammenarbeit mit Gutachtern 23 II. UNBEMANNTE SYSTEME: EIN ÜBERBLICK 25 1. Definition und Abgrenzung 25 2. Kategorien 28 3. Unbemannte fliegende Systeme 32 3.1 UAVs in Deutschland 34 3.2 Weitere UAV-Aktivitäten 44 3.3 UAVs in den USA 46 4. Unbemannte Bodensysteme 49 4.1 UGVs in Deutschland 50 4.2 UGVs in den USA 54 5. Unbemannte Systeme zu Wasser 59 5.1 USVs/UUVs in Deutschland 62 5.2 UUVs/USVs in den USA 64 III. UNBEMANNTE SYSTEME IN DER BUNDESWEHR: KONZEPTE, EINSATZSZENARIEN, FÄHIGKEITEN 69 1. Bundeswehrgemeinsame Konzepte 70 1.1 Konzeptioneller Rahmen 70 1.2 Einsatzhintergründe und Ziele 72 2. Unbemannte Systeme der Streitkräftebasis 75 2.1 Konzepte 75 2.2 Einsatzhintergründe 75 2.3 Fähigkeiten und Systeme 76 3. Unbemannte Systeme im Heer 77 3.1 Konzepte 77 3.2 Einsatzhintergründe und Fähigkeiten 77 3.3 Systeme 81 4. Unbemannte Systeme der Marine 84 4.1 Konzepte 85 4.2 Einsatzhintergründe 86 4.3 Fähigkeiten und Systeme 89 5. Unbemannte Systeme der Luftwaffe 90 5.1 Konzepte 90 5.2 Einsatzhintergründe 92 5.3 Fähigkeiten und Systeme 95 IV. TECHNOLOGIEN UND SYSTEME 99 1. Technologien 99 1.1 Antrieb und Energieversorgung 100 1.2 Leitsysteme 106 1.3 Navigation 108 1.4 Planungssysteme 109 1.5 Datenübertragung/Kommunikation 111 1.6 Nutzsensorik 113 1.7 Autonomie 116 2. Querschnittstechnologien 120 2.1 Informationstechnologie und Elektronik 120 2.2 Neue Materialien 122 2.3 Biotechnologie und Biomimetik 124 2.4 Nanotechnologie/Mikrosystemtechnik 124 2.5 Zukunftsperspektiven von Querschnittstechnologien 125 3. Einsatzszenarien und Systementwicklungen in der Zukunft – ein Ausblick 126 3.1 Komplexität von Missionen und Systemen 126 3.2 Zukünftige Systeme in ausgewählten Szenarien 128 V. ÖKONOMISCHE ASPEKTE UNBEMANNTER SYSTEME 141 1. Märkte 141 2. Kosten und Kostenvergleiche 147 2.1 Anmerkungen zu Kostenarten und Kostenelementen 147 2.2 Beispielhafte Einsatz- und Kostenvergleiche 150 3. Perspektiven ziviler Anwendungen 156 4. Unbemannte Systeme als Innovationen 161 4.2 Innovationsblockaden und -perspektiven 164 4.3 Unbemannte Systeme und nationale wehrtechnische Fähigkeiten 170 VI. UNBEMANNTE SYSTEME IM LICHT VORBEUGENDER RÜSTUNGSKONTROLLE 175 1. Rüstungs- und Exportkontrollverträge und ihre Relevanz für unbemannte Systeme 177 1.1 Rüstungskontrollverträge 177 1.2 Multilaterale Vereinbarungen zur Exportkontrolle 187 2. Völkerrechtliche Aspekte des Einsatzes von unbemannten Systemen im bewaffneten Konflikt 193 2.1 Prüfungspflicht (Artikel 36 ZP I) 194 2.2 Einsatz von unbemannten Systemen für Aufklärungszwecke 195 2.3 Bewaffnete unbemannte Systeme 196 3. Sicherheits- und rüstungskontrollpolitische Folgen einer breiten Einführung von unbemannten Systemen 207 3.1 Gründe für eine rüstungskontrollpolitische Bewertung 207 3.2 Beurteilung unter Stabilitätsaspekten 208 3.3 Nutzung durch substaatliche Akteure 213 3.4 Exkurs: unbemannte fliegende Systeme und konventionelle Bomben 215 VII. INFORMATIONS- UND DISKUSSIONSBEDARF, HANDLUNGSFELDER 217 LITERATURVERZEICHNIS 229 1. In Auftrag gegebene Gutachten 229 2. Weitere Literatur 22

Ein Beitrag zur Steuerung von mobilen Systemen auf Grundlage der Bioorientierten Adaptiven Autonomie

Zusammenfassung: Die Forschung im Bereich mobiler Systeme hat in den letzten Jahren ständig an Bedeutung gewonnen. Als Ziel steht häufig das Erlangen von Autonomie im Vordergrund. Unterschiedliche Vorstellungen von „Autonomie“ erschweren dabei eine notwendige interdisziplinäre Zusammenarbeit von Spezialisten unterschiedlicher Fachrichtungen. Die vorliegende Dissertation schlägt mit der Bioorientierten Adaptiven Autonomie ein neuartiges Autonomie-Konzept vor. Indem Autonomie als variabler Zustand in einem Spektrum zwischen vollautonom und teleoperiert betrachtet wird, lassen sich alle vorhandenen Vorstellungen von Autonomie einordnen. Auch beschreibt das Konzept die Möglichkeit, den Autonomiegrad von Systemen durch einen Softwareadapter ständig den aktuellen Gegebenheiten anzupassen. Damit kann ein autonomes System auf Daten oder Rechenkapazitäten von außerhalb zugreifen. Auch kann ein Mensch in die Missionsausführung autonomer Systeme eingebunden werden, da die juristische Verantwortung immer bei einem Menschen liegen muss. Es wird herausgearbeitet, dass nicht das Erlangen eines möglichst hohen Autonomiegrades das Ziel sein sollte, sondern eines optimal angepassten. Besonders effizient ist das neuartige Autonomiekonzept bei der Realisierung von Teams aus unbemannten Systemen. Hier stehen die Zielstellungen ‚Autonomie’ und ‚Kooperation’ im klaren Widerspruch zueinander. Durch das Senken der einzelnen Autonomiegrade kann auf verschiedene Weisen Teamverhalten erzeugt werden. Im Rahmen dieser Arbeit werden unterschiedliche Umsetzungen von Teams aus mobilen Systemen beschrieben. Es werden verschiedene wissenschaftliche Methoden angewandt und verglichen. Als neuartig wird ein hybrider Ansatz mit analytischen, regel- und zustandsbasierten Umsetzungen angegeben und mit stochastikorientierten Verfahren sowie einem aus der Literatur entnommenen analytischen Ansatz verglichen. Ein wertender Vergleich der unterschiedlichen Realisierungsmöglichkeiten wird besonders im Hinblick auf praxistaugliche Anwendungen vorgenommen. Die vorgestellten Aussagen werden durch verschiedene Simulationen veranschaulicht, welche auch zur Verdeutlichung des Vergleichs der unterschiedlichen Teamstrategien herangezogen werden. Als Ausblick wird auf verschiedene Anwendungsmöglichkeiten hingewiesen, bei welchen gegenwärtig unter Mitarbeit des Autors das beschriebene Autonomiekonzept in die Praxis übertragen wird

Kognitive Automation zur kooperativen UAV-Flugführung

Sowohl Menschen als auch Maschinen müssen sich in immer komplexer werdenden Arbeitsumgebungen zurechtfinden und dabei insbesondere auch mit anderen Menschen und/oder Maschinen zusammenwirken, um die zu bearbeitenden Aufgabenstellungen erfolgreich meistern zu können. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, zunächst maschinelle Fähigkeiten zur Kooperation auf wissensbasierter Verhaltensebene umzusetzen, um damit die Grundlage für Mensch-Maschine Kooperation auf Basis eines umfassenden Verständnisses der Gesamtsituation zu schaffen. Hierbei spielt insbesondere die Repräsentation expliziter Handlungsziele eine zentrale Rolle, die es ermöglicht, auch dann sinnvolles Verhalten zu zeigen, wenn für die aktuelle Situation keine vordefinierten Verhaltensregeln zur Verfügung stehen. Ausgangspunkt für die weiteren Betrachtungen ist eine Arbeitssystem-Konfiguration im Anwendungsgebiet der Führung mehrerer UAVs, in der ein menschlicher Operateur einem Team aus UAVs Teilaufträge zuweisen kann, die diese eigenständig in Kooperation bearbeiten. Dabei wird jedes UAV von einer so genannten künstlichen kognitiven Einheit mit kooperativen Fähigkeiten geführt. Im Hinblick auf eine Integration menschlicher Teammitglieder in das maschinelle Team wird für die Umsetzung rationalen, zielgerichteten Verhaltens im Rechner, d.h. die künstlichen kognitiven Einheiten, der Theorieansatz des Kognitiven Prozesses zugrunde gelegt. Dieser unterstützt insbesondere die Nachbildung der wissensbasierten Verhaltensebene des Menschen auf Basis einer expliziten Repräsentation von Handlungszielen. Den zweiten Teil des Konzepts bilden Methoden zur Kooperation, wobei vor allem die Teilaspekte der Koordination und Kommunikation im Team von Interesse sind. Die Konzeptanteile amp;quot;künstliche Kognitionamp;quot; und amp;quot;Kooperationamp;quot; werden zusammengeführt, indem Kooperation hinsichtlich der Merkmale analysiert wird, die gemäß dem Kognitiven Prozess notwendig sind, um wissensbasiertes Verhalten darzustellen. Wesentlich ist hierbei vor allem die Identifikation von Zielen von Kooperation wie zum Beispiel das Vermeiden redundanter Aufgabenbearbeitung durch mehrere Teammitglieder. Die Implementierung eines Funktionsprototyps, d.h. konkret einer künstlichen kognitiven Einheit mit kooperativen Fähigkeiten, erfolgt auf Grundlage der kognitiven Systemarchitektur COSA und der Programmiersprache CPL. Erstere stellt applikationsunabhängige Anteile des Kognitiven Prozesses in einem Framework zur Verfügung, während die Programmiersprache CPL die Modellierung von Wissen auf Basis mentaler Begriffe wie zum Beispiel Zielen erlaubt. Abschließend wird der implementierte Funktionsprototyp anhand eines Anwendungsbeispiels evaluiert. Hierbei handelt es sich um eine kooperative SEAD-/Attack-Mission, bei der fünf UAVs gemeinsam ein Ziel bekämpfen sollen. In einem ersten Schritt wird dabei nachgewiesen, dass die geforderte Funktionalität mit dem gewählten Ansatz abgebildet werden kann. In einem zweiten Schritt werden die Errungenschaften im Hinblick auf die Realisierung von Kooperation auf wissensbasierter Verhaltensebene dargestellt. Schließlich erfolgt eine Bewertung der für maschinelle Kooperation ausgelegten künstlichen kognitiven Einheiten hinsichtlich deren Eignung für Mensch-Maschine Kooperation