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Schwarmintelligenz – Internet der Dinge

Ein Vergleich des Verhaltens von Ameisen innerhalb ihrer Population mit den Konzepten moderner Logistik

Hausarbeit 2012 31 Seiten

BWL - Beschaffung, Produktion, Logistik

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Zusammenfassung

1. Einleitung
1.1. Zielsetzung
1.2. Aufbau der Hausarbeit

2. Verhalten von Ameisen innerhalb ihrer Population
2.1. Hierarchie innerhalb einer Ameisenpopulation
2.1.1. Aufgabenverteilung
2.2. Kommunikation und Orientierung
2.2.1. Bewältigung von Störungen
2.3. Schwarmintelligenz bei Ameisen

3. Internet der Dinge
3.1. RFID-Technologie
3.1.1. Beispiel Container Terminal Altenwerder (СТА)
3.2. Internet-Protokoll Version 6
3.3. Verwendung in der Logistik
3.4. Vorteile des Internet der Dinge in der modernen Logistik

4. Vergleich des Verhaltens von Ameisen innerhalb ihrer Population mit dem Internet der Dinge in der modernen Logistik
4.1. Standardisierung
4.2. Dezentralisierung, Selbstorganisation und Autonomie

Fazit

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abb. 1: Pheromonausschüttung (Quelle: Kirchner, 2001, S. 73)

Abb. 2: Wegsuche der Ameisen (Quelle: http://www.activevb.de/tutorials/tut_antalgo/tut_antalgo.html)

Abb. 3: Arbeitsweise eines passiven RFID-Systems (Quelle: ten Hompel & Büchter & Franzke, 2008, S. 104)

Abb. 4: „Herkömmliche Materialflusssteuerung vs. Internet der Dinge “ (Quelle: Günthner & Chisu & Kuzmany, 2010, S. 45)

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Zusammenfassung

Diese Hausarbeit befasst sich mit dem Thema „Schwarmintelligenz - Internet der Dinge“ in Form eines Vergleiches des Verhaltens von Ameisen innerhalb ihrer Population mit den Konzepten moderner Logistik.

Um den künftigen Anforderungen in der modernen Logistik gerecht zu werden, muss ein hochflexibles, sich selbstorganisierendes Materialflusssystem auf Basis von autonomen, selbststeuernden Objekten realisiert werden. Dies ist u.a. durch eine dezentrale Steuerung in Verbindung mit fahrerlosen Transportfahrzeugen und der Selbststeuerung von Materialflussanlagen möglich. (Nettsträter, 2010) Als Vorbild hierfür dient die Schwarmintelligenz bei Tieren (Fischen, Vögeln und Insekten), dies ist insbesondere beim Verhalten der Ameisen gut beobachten. (Albrecht, 2011, S. 17)

Zuerst wird das Verhalten der Ameisen innerhalb ihrer Population betrachtet und anschließend das „Internet der Dinge“ erläutert. Im Anschluss erfolgt der Vergleich mit Hervorhebung der Parallelen in Dezentralisierung, Standardisierung, Flexibilität und Eigenständigkeit.

Zur Informationserlangung diente einschlägige Literatur. Um die Aktualität zu wahren, erfolgten zudem ausführliche Recherchearbeiten im Internet.

1. Einleitung

Heutige Logistiksysteme stehen erheblich steigenden Anforderungen gegenüber. Auslöser der neuen Herausforderung sind die immer umfangreicher werdenden Kundenwünsche sowie die zunehmende Globalisierung, u.a. bedingt durch intensiveren E-Commerce und Kommunikation. Durch diese Entwicklung kommen zu den derzeit in Deutschland transportierten Sendungen jährlich etwa 100 Millionen Pakete hinzu. Die Kapazitätsgrenze wird bald erreicht sein. Zukünftige Logistikprozesse werden dynamischer und umfangreicher sein und sich ein Logistiksystem anpassen können. Dies ist mit den bisherigen Organisationsformen nicht mehr möglich. (Günthner & et ah, 2010 a)

Weiter ist anzumerken, dass die Realisierung der heutigen Logistiksysteme zu viel Zeit in Anspruch nimmt.

„ So haben Geschäftsmodelle und -Strategien in Industrie und Handel derzeit eine typischen Lebenszyklus von zwei bis drei Jahren. Die Modellierung adäquater (logistischer) Geschäftsprozesse beansprucht jedoch eine Realisierungszeit von nicht selten sechs bis zehn Monaten. Muss zusätzlich eine neue, leistungsfähige IT (Informationstechnologie)-Lösung zur Erbringung der gewünschten logistischen Leistung implementiert werden, so verlängert sich die Realisierungszeit auf typisch zwölf bis 24 Monate. Die folgende Nutzzeit (typisch drei bis fünf Jahre) ist für strategische Investitionen der beauftragenden Unternehmen ebenfalls zu kurz. “ (Günthner & et ah, 2010 a)

Um diesen neuen und steigenden Anforderungen gerecht zu werden wurde das Verhalten von Ameisen (und auch der Honigbienen und Fische) zum Vorbild genommen. Insbesondere der Untersuchung und Analyse der Schwarmintelligenz kommt hier eine zentrale Rolle zu. Auf Basis dieser Informationen wurde ein neues Konzept geschaffen - das

Internet der Dinge. Mit der Hilfe des Internet der Dinge sollen die zukünftigen Logistikanforderungen bewältigt und so flexibler auf Veränderungen reagiert werden können. (Albrecht, 2011, S. 13; Günthner & et ab, 2010 a; Pintscher, o.D.)

1.1. Zielsetzung

Das Internet der Dinge basiert auf der in der Natur vorkommenden Schwarmintelligenz (im Folgenden am Beispiel der Ameisen dargestellt). Seine Entwicklung ist nötig um die immer größer werdenden Anforderungen an die Logistiksysteme in Zukunft bewältigen zu können. Das Ziel dieser Hausarbeit ist der Vergleich des Verhaltens von Ameisen innerhalb ihrer Population mit modernen Logistiksystemen.

1.2. Auftau der Hausarbeit

Der Einleitung in Kapitel 1. folgen die Kapitel 1.1 mit der Zielsetzung und 1.2. mit dem Aufbau der Hausarbeit.

Im 2. Kapitel wird das Verhalten von Ameisen innerhalb ihrer Population betrachtet. In den Unterkapiteln dieses Kapitels werden Hierarchie, Aufgabenverteilung, Kommunikation und Orientierung sowie die Schwarmintelligenz näher betrachtet.

Das „Internet der Dinge“ wird Kapitel 3 vorgestellt und erläutert. Hierzu werden die Themen RFID-Technologie, Internet-Protokoll Version 6, Verwendung in der Logistik und die Vorteile in den zugehörigen Unterkapiteln vorgestellt.

Der Vergleich des Verhaltens eines Ameisenvolks mit den modernen Logistiksystemen, angelehnt an das “Internet der Dinge“, wird in Kapitel 4 gewidmet.

Diese Hausarbeit schließt mit einem Fazit ab.

2. Verhalten von Ameisen innerhalb ihrer Population

Ameisen zählen zur Gattung der Hautflügler. Es gibt auf dieser Erde zwischen 12000 und 15000 verschiedene Ameisenarten von denen ca. 110 in Deutschland heimisch sind. (o.V., o.D. a)

Ameisen besitzen eine sehr gute Anpassungsfähigkeit und sind daher in nahezu allen Teilen der Welt zu finden. Gemäß ihrer Anpassung an verschiedenste klimatische und regionale Gegebenheiten unterscheiden sich Armeisenarten voneinander in Aussehen, Verhalten und Gewohnheiten. (o.V., o.D. a)

Ameisenpopulationen leben nicht immer an festen Orten. Auch unter ihnen gibt es Arten die als Nomaden leben. Ein Grund hierfür ist u.a. der hohe Nahrungsbedarf. Sobald ein Gebiet den Nahrungsbedarf nicht mehr decken kann, ist die Ameisenkolonie gezwungen dieses zu verlassen und einen neuen Ort aufzusuchen. Dieses Verhalten trifft aber nur auf wenige Ameisenarten zu. Der Großteil der Ameisenpopulationen hingegen ist sesshaft. Sie errichten schützende Dauernester. (Kirchner, 2001, Kapitel III)

Es gibt sehr unterschiedliche Arten des Nestbaus, hier einige Beispiele: Erdnester, Nesthügel aus Pflanzenmaterial, Nester unter Steinen oder im Holz, papierähnliche Kartonnester, aus Blättern gewebte Nester, Nester in Schneckenhäusern oder Eicheln. Ziel ist es immer die König(innen) und die Brut zu schützen. (Kirchner, 2001, Kapitel III; o.V., o.D. a)

Bei der Nahrungssuche gibt es verschiedene Strategien. Einige Ameisenarten jagen Insekten und sammeln Honigtau, andere melken Blattläuse und wieder andere züchten in ihrem Nest einen Pilz von dem sie sich ernähren (Blattschneideameisen). Auch gibt es Ameisenarten, die Larven und Puppen aus anderen Ameisennestern stehlen und diese für sich arbeiten lassen. (o.V., o.D. a)

Dies sind einige Punkte um zu zeigen, wie unterschiedlich die einzelnen Ameisenarten zueinander sind.

Trotz dieser Unterschiede gibt es eine wichtige Gemeinsamkeit bei allen Ameisenarten: Das kollektive Verhalten innerhalb ihrer Population. Keine Ameise würde alleine ohne Ihr Volk überleben. Hierauf wird im Folgenden eingegangen.

2.1. Hierarchie innerhalb einer Ameisenpopulation

„Man unterscheidet die Ameisen eines Staates in sogenannte Kasten. Das sind erstens die flügellosen Arbeiterinnen, die eine Vielzahl von Aufgaben für das Volk erfüllen, und zweitens natürlich die Königinnen. Die beim sogenannten Schwarmflug auftretenden geflügelten Männchen bilden die dritte Kaste. Die Männer dienen ausschließlich der Begattung der Jungköniginnen und sterben kurze Zeit später. “ (o.V., o.D. a)

Ein Ameisenstaat ist selbstorganisiert, dass bedeutet, es gibt kein einzelnes Individuum, welches den Überblick über die komplette Kolonie hat und ggf. die Aufgaben verteilt. Der Begriff „Königin“ ist daher irreführend. Sie ist nicht, wie in einem menschlichen Staatsgebilde Führerin/Organisatorin des Staates, sondern hat ausschließlich die Aufgabe für nachkommen zu sorgen. Es gibt Ameisenkolonien die nur eine Königin haben, andere verfügen über mehrere tausend Königinnen. Insofern wird in einem Ameisenstaat strikt zwischen fruchtbaren (Königin(nen) und Männchen) und sterilen Tieren (Arbeiterinnen) unterschieden.

Aus den vorangehenden Ausführungen ergibt sich, dass es in einer Ameisenpopulation keine Hierarchie gibt.

(Kirchner, 2001, S. 10 & S. 13 & Kapitel VI, 1; Pintscher, o.D.; o.V., o.D. a)

„Die „Gesetze“, welche das Handeln der Ameisen bestimmen, sind für viele Situationen (sicher nicht für alle) in den Erbanlagen dieser Tiere verankert. Durch die Gene wird vieles von dem, was eine Ameise tut, vorgegeben, z.B. die Ernährungsweise, die Art des Nestbaues, der Zeitpunkt der Brutaufzucht und des Hochzeitsfluges, nicht zuletzt der Handlungsspielraum, wie bestimmte Umweltreize beantM’ortet werden. “ (Kirchner, 2001, S. 66)

Jede Ameise hat ihre bestimmte Aufgabe. Angefangen bei der Königin, bzw. den Königinnen, die dafür verantwortlich sind immer genügend Nachwuchs für die Kolonie zu erzeugen. Weiter geht es mit den Männchen, deren Aufgabe sich ausschließlich auf die Begattung der Königin(nen) beschränkt. Und dann gibt es noch die Arbeiterinnen. Jede Arbeiterin hat eine individuelle Aufgabe der sie nachgeht. Diese Aufgaben unterteilen sich z.B. in das Füttern der Königin(nen), das Kümmern um den Nachwuchs, das Sammeln von Nahrung, das Nestbauen und die Verteidigung gegen Feinde. (o.V.,o.D. a)

„ Ein Ameisenvolk kann nur existieren durch eine gut funktionierende Arbeitsteilung. Die dafür erforderliche Vielfalt an Berufen wird gewährleistet

- durch einen altersbedingten Wechsel der Tätigkeit vom Innendienst zum Außendienst;
- durch die morphologische Spezialisierung bestimmter Individuen, die sie in die Lage versetzen, bestimmte Aufgaben besonders gut zu erfüllen;
- durch die unterschiedliche genetische Ausstattung der Individuen eines Volkes, die sich in verschieden starken Neigungen zur Ausübung einer bestimmten Tätigkeit äußert;
- und durch die Fähigkeit der Arbeiterinnen, den jeweiligen Bedürfnissen eines Volkes entsprechend die Tätigkeiten zu wechseln. “ (Kirchner, 2001, S. 69-70)

Erst durch das Zusammenspiel der verschiedenen Handlungen einzelner Ameisen kommt es zu einem organisierten Staat. (Kirchner, 2001, Kapitel VI)

2.2. Kommunikation und Orientierung

Die Ameise hat unterschiedliche Sinnesorgane, die ihr Orientierung und Kommunikation ermöglichen. Hierzu zählen die Lichtsinnesorgane (5 Augen -> Komplexaugen & Stirnaugen, (allerdings mit schwächerer Sehleistung als der des Menschen), die Antennen, die mit vielen kleinen Tasthärchen sowie mit Chemorezeptoren zum Wahrnehmen gasförmiger Stoffe ausgestattet sind, und die Sinnesborsten an verschiedenen Bein- und Fühlergelenken, der Halsregion und des Hinterleibstielchens zur Wahrnehmung der Schwerkraft). (Kirchner, 2001, S. 51-57)

Ameisen kommunizieren untereinander mit Hilfe von Berührungen und Düften (Pheromonen). (Kirchner, 2001, S. 51; o.V., o.D. a)

„ Pheromone sind Signalsubstanzen, die von einem Individuum nach außen abgegeben werden und bei anderen Individuen der gleichen Art spezifische, vorprogrammierte Reaktionen auslösen. “ (Müller & Frings, 2007, S. 594)

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Details

Seiten
31
Jahr
2012
ISBN (eBook)
9783656264514
ISBN (Buch)
9783656264897
Dateigröße
9.8 MB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v200309
Institution / Hochschule
Europäische Fernhochschule Hamburg
Note
1,7
Schlagworte
Schwarmintelligenz Internet der Dinge Logistik Planung und Steuerung von Logistiksystemen

Autor

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