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Proceedings

Development of an Experimental Environment to Study the Challenges in Cyber-Physical Intralogistics Systems

Entwicklung einer Versuchsumgebung zur Untersuchung der Herausforderungen in cyber-physischen Intralogistiksystemen

  1. M.Sc. Constantin Enke Institute for Material Handling and Logistics (IFL), Karlsruhe Institute of Technology (KIT)
  2. M.Sc. Jan-Felix Klein Institute for Material Handling and Logistics (IFL), Karlsruhe Institute of Technology (KIT)
  3. M.Eng. Marvin Sperling Institute for Material Handling and Logistics (IFL), Karlsruhe Institute of Technology (KIT)
  4. M.Sc. Benchun Zhou Institute for Material Handling and Logistics (IFL), Karlsruhe Institute of Technology (KIT)
  5. Prof. Dr.-Ing. Kai Furmans Institute for Material Handling and Logistics (IFL), Karlsruhe Institute of Technology (KIT)

Abstracts

The trend towards heterogeneous, decentral systems in intralogistics results in the need for a concept to describe and virtualize assets to enable their interaction. The multi-layer concept of Cyber-Physical Intralogistics Systems (CPIS) is introduced. The system description (descriptive layer) defines the structure of the digital twins and the communication (virtual layer) of physical (robots, periphery) and logical assets (control systems, simulations). To implement this concept, an experimental environment was developed at the Institute for Material Handling and Logistics and the Karlsruhe Institute of Technology. It consists of physical components, such as models of mobile robots or manipulators, and further periphery, such as racks and charging stations. The environment is supplemented by simulations and control software. Use cases for CPIS are to be implemented and tested in this environment. Due to the easily accessible hardware components and the possible scaling of the systems in the simulation, implementation cycles can be reduced, and results can be achieved quickly without requiring a real-world intralogistics system. CPIS can be used to initialize an automated charging process or to exchange perceived position data of system participants. The primary goal is to enable a modular system, add new participants through plug-and-play, and make systems easily changeable.

Der Trend zu heterogenen, dezentralen Systemen in der Intralogistik erfordert ein Konzept zur Beschreibung und Virtualisierung von Assets, um deren Interaktion zu ermöglichen. Das mehrschichtige Konzept der Cyber-Physical Intralogistics Systems wird eingeführt. Die Systembeschreibung (Descriptive Layer) definiert die Struktur der digitalen Zwillinge und der Kommunikation (Virtual Layer) von physischen (Roboter, Peripherie) und logischen Assets (Steuerungssysteme, Simulationen). Zur Umsetzung dieses Konzepts wurde am Institut für Fördertechnik und Logistiksysteme des Karlsruher Instituts für Technologie eine Versuchsumgebung entwickelt. Sie besteht aus physischen Komponenten, wie den Modellen mobiler Roboter oder Manipulatoren, und anderen intralogistischen Komponenten, wie Regalen und Ladestationen. Ergänzt wird die Umgebung durch Simulationen und Steuerungssoftware. In dieser Umgebung sollen Anwendungsfälle für CPIS implementiert und getestet werden. Durch die leicht zugänglichen Hardwarekomponenten und die mögliche Skalierung der Systeme in der Simulation können Implementierungszyklen verkürzt und Ergebnisse schnell erzielt werden, ohne dass eine reales Intralogistiksystem benötigt wird. CPIS können zur Initialisierung eines automatisierten Ladevorgangs oder zum Austausch von Positionsdaten aufgenommen durch Systemteilnehmer genutzt werden. Das primäre Ziel ist es, ein modulares System zu ermöglichen, neue Teilnehmer durch Plug-and-Play hinzuzufügen und Systeme wandelbar zu machen.

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