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Drohnen und fahrerlose Transportfahrzeuge

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Autonome Vehikel surren und schwirren durch die Lagerhallen der Zukunft.

Das „Innovationslabor Hybride Dienstleistungen in der Logistik“ ist ein Gemeinschaftsprojekt des Fraunhofer IML und der Technischen Universität Dortmund. In dem 570 Quadratmeter großen Forschungszentrum werden verschiedene Referenzsysteme eingesetzt, wie z. B. ein Laserprojektionssystem bestehend aus acht „Kvant“-Lasern. Das Leitliniensystem für Mensch und Roboter kann beispielsweise mit Laserpfeilen den Weg vorgeben. Ein optisches Referenzsystem, welches das größte seiner Art in Europa ist, ermöglicht zusätzlich durch 38 Hightech-Kameras die Echtzeitlokalisierung von Objekten und Menschen, die mit einem Marker ausgestattet sind. Damit können bis zu 100 Objekte gleichzeitig getrackt werden. Auf diese Weise lassen sich nicht nur am Boden befindliche Objekte tracken, sondern auch solche, die in der Luft sind – zum Beispiel Drohnen.

Drohnen, sogar ganze Schwärme, spielen dabei eine entscheidende Rolle. „Wir nutzen den Drohnenschwarm, um Algorithmen zu entwickeln, mit denen wir autonome Fahrzeuge und Maschinen untereinander und in Interaktion mit dem Menschen steuern“, erklärt Prof. Dr. Dr. h. c. Michael ten Hompel, geschäftsführender Institutsleiter des Fraunhofer IML. „Drohnen sind gut geeignet, da wir praktisch beliebige Szenarien im industriellen Maßstab dreidimensional und hochdynamisch abbilden können.“

Eine der autonom fliegenden Drohnen ist aus dem Forschungsprojekt „InventAIRy“ hervorgegangen. Sie ist in der Lage, durch ein Lager zu navigieren und logistische Objekte zu erfassen. Dadurch kann sie die Belegung der Stellplätze im Lager dokumentieren – Inventur auf Knopfdruck.

„Neben Drohnen kommen auch fahrerlose Transportfahrzeuge (FTF) zum Einsatz. Sie bewegen Waren automatisiert durch die Lagerhallen.“

Neben Drohnen kommen auch fahrerlose Transportfahrzeuge (FTF) zum Einsatz. Sie bewegen Waren automatisiert durch die Lagerhallen. Der Transportroboter TORU beispielsweise kann selbstständig durch das Lager navigieren und Picklisten abarbeiten. Dabei kann er Objekte aus einer Höhe von bis zu 1,75 Metern greifen und diese nach Beendigung des Auftrags zur Kommissionierstation bringen. Bei Zalando in Erfurt ist der von der Magazino GmbH entwickelte Roboter jetzt im Praxistest.

Abb. 1: Laserlicht leitet Transportroboter

EMILI (Ergonomischer, mobiler, interaktiver Ladungsträger für die Intralogistik) ist sogar das erste autonome FTF, das eine intuitive Kommunikation zwischen Mensch und Maschine ermöglicht. Sie lässt sich in Verbindung mit Wearables über Gesten, Sprache oder Smartphones, Tablets und AR-Brillen steuern. Über ein integriertes Display an ihrer Front kann sie sich den Menschen in ihrer Umgebung mitteilen: Lächelt ihr Gesicht, funktioniert sie einwandfrei und kann beladen werden. Hat sie einen eher unzufriedenen Gesichtsausdruck, ist etwas nicht in Ordnung. Wie ihr geholfen werden kann, erklärt sie selbst; zum Beispiel mithilfe eines Tablets, das eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Fehlerbehebung anzeigt.

Abb. 2: Transportroboter EMILI teilt seinen Betriebszustand direkt auf einem Display mit.

Dabei ist ein Roboter wie EMILI nur ein erster Schritt beim Rennen um künstliche Intelligenz. „Ein Robotersystem wirklich intelligent zu machen“, bedeutet für ten Hompel, „dass das System mit seiner Umgebung kooperiert, die Umgebung wahrnimmt, mit anderen Robotern und dem Menschen kooperiert – und auf diese Weise lernt und sich weiterentwickelt“.

Sicherheit

Wollen Mensch und Maschine in Zukunft wirklich zusammen sicher kooperieren können, müssen zunächst sichere Rahmenbedingungen gewährleistet werden. Die beteiligten Teams des EU-Projekts „SafeLog“ entwickeln eine Systemlösung, die von vornherein Zusammenstöße zwischen Mensch und Maschine bei ihren Touren durch die Lagerhallen vermeiden soll. Dabei könnten künftig auch Roboter eingesetzt werden, die besonders schnell sind oder besonders schwere Lasten heben, ohne den Menschen zu gefährden. Ein speziell entwickeltes Flottenmanagementsystem verteilt Aufgaben für Mensch und Maschine so, dass ein Kreuzen der Wege minimiert wird. Zusätzlich schickt eine speziell entwickelte Warnweste für menschliche Mitarbeiter ein Signal an fahrerlose Transportfahrzeuge, die sich in der Nähe aufhalten. Diese drosseln dann ihr Tempo oder stoppen ganz – denn der Werker hat immer „Vorfahrt“. //

Quelle: Logistik entdecken #19 – Magazin des Fraunhofer-Instituts für Materialfluss und Logistik IML Dortmund

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Von Robotik und Automation

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Lange verdammt, unentwegt einfachste Handlungen zu verrichten, mutieren Roboter zu autonom agierenden „Kollegen“ mit flexiblen Aufgaben.

von Andreas Fuhrich

Automatisierung ist ein maßgeblicher Erfolgsfaktor des produzierenden Gewerbes. Durch sie lassen sich Kosten senken und dennoch höchste Qualitätsansprüche realisieren. Bezahlbare und leistungsfähige Produkte, vom Smartphone bis zur Sicherheitstechnik im Auto, sind ohne sie nicht denkbar.

War das Thema Automatisierung bis vor einigen Jahren noch den „großen“ Unternehmen vorbehalten, gehen mittlerweile mehr und mehr kleine und mittelständische Betriebe dazu über, ihre Fertigung zu automatisieren.(1)

Roboter, als wesentliche Bausteine der Automatisierung, dienen dabei vermehrt als persönliche Produktionsassistenten, die direkt mit dem Werker in gemeinsamer Arbeitsumgebung ohne trennende Schutzzäune interagieren. Innovative Sicherheitskonzepte verbunden mit dem vermehrten Einsatz von Sensorik, Software und Bildverarbeitungstechnologie bilden die ausschlaggebende Basis der hierfür notwendigen erhöhten Sicherheit.(2)

China ist mit der größte Produzent von Industrierobotern und produzierte laut einer Schätzung der International Federation of Robotics 2017 115 000 Einheiten. Dahinter folgen Südkorea (44 000), Japan (42 000) und USA (36 000). Auf Platz fünf rangiert Deutschland (21 000)(3), wo die Branche 2017 erstmals einen Umsatz von über 14 Mrd. Euro erwirtschaftete.(4)

IoRT – Das Internet of Robotic Things

Während Roboter ursprünglich dazu angedacht waren, einfache repetitive Aufgaben unentwegt auszuüben, sind sie heute in der Lage, mit ihrer Umwelt zu interagieren und intelligentes Verhalten zu zeigen. Ein Roboter mit einer Verbindung zum Internet verfügt dabei über eine immense Informationsquelle, die ihm bei Entscheidungsfindungen und Interaktionen hilft. Vernetzen sich diese Roboter zusätzlich auch untereinander, entsteht eine gemeinsame Intelligenz, die für alle betreffenden Geräte die günstigsten Handlungsabläufe ermitteln kann. Das Konzept der Einbindung von Teams aus Robotern in das IoT wird als das „Internet of Robotic Things“ oder das „IoRT“ bezeichnet.

Autonome Roboter-Schwärme

Derart vernetzte Schwarm-Drohnen werden bald in Gruppen zu Hunderten oder Tausenden um uns schwirren, in Formationen wie bei Vogelschwärmen. In Zukunft könnten solche Schwärme etwa kostengünstig Pipelines, Hochspannungsleitungen und Industrieanlagen inspizieren oder in der Landwirtschaft Pestizide und Herbizide versprühen, und zwar exakt dosiert an den erforderlichen Stellen.

Die Grundlagen der Robotik – Erfassung, Bewegung, Mobilität, Manipulation, Autonomie und Intelligenz – werden durch das Internet of Things auf eine neue Stufe gehoben. Roboter müssen nicht länger selbst mit kognitiven Fähigkeiten ausgerüstet sein, denn schließlich stellt das IoT mit all seinen Sensordaten wiederverwendbare und offen verfügbare Informationen bereit, auf die sie zur Erfüllung ihrer Aufgaben zugreifen können. Dies ermöglicht eine Miniaturisierung vernetzter Roboter-Schwärme bis auf Nano-Ebene, wodurch ganz neue Möglichkeiten eröffnet werden.(5)

Abt. Produktion & Fertigung

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Erst die Vielzahl an Daten erweckt das (I)IoT zum Leben.

von Andreas Fuhrich

Unter dem Begriff Industrie 4.0 subsumiert die Bundesregierung diverse technologische Trends wie Maschine-zu-Maschine-Kommunikation und das Internet der Dinge. Sie erwartet, dass die Organisation und Steuerung der gesamten Wertschöpfungskette über den kompletten Lebenszyklus hinweg sich durch den Einzug neuer Technologien verändern wird. Grundlage bildet dabei die Verfügbarkeit aller notwendigen Informationen in Echtzeit, durch die Vernetzung aller beteiligten Instanzen.(1) Die 5G-Technologie ist hierfür eine Grundvoraussetzung.

Der Trend geht dabei weg von standardisierten hin zu individuellen, auf den Kunden zugeschnittenen Produkten. Durch die Möglichkeiten des 3-D-Drucks und sogenannter Smart Factories kann der Endkunde jetzt selbst unmittelbar Einfluss auf die Fertigung des Produkts nehmen, etwa über eine einfach zu nutzende CAD-Software, welche ihm kostenlos zum Download bereitgestellt wird.

Cyber-physische Fertigungseinheiten kommunizieren über das Internet der Dinge in Echtzeit sowohl miteinander als auch mit der Fertigungsanlage. Auf diese Weise werden die miteinander vernetzten Produktionsbestandteile in die Lage versetzt, jederzeit auf Veränderungen zu reagieren, ohne dass die Produktionskette hierfür unterbrochen werden muss. Individuelle Kundenwünsche können so kosteneffizient umgesetzt werden.

www.plattform-i40.de
2013 haben Bitkom, vdma und zvei in einer Kooperationsvereinbarung beschlossen, in Form einer ideellen thematischen Zusammenarbeit über Verbandsgrenzen hinweg die Plattform Industrie 4.0 zu betreiben, denn in der Industrie 4.0 werden Informations- und Kommunikations-, Automatisierungs- und Produktionstechnologien stärker denn je miteinander verzahnt. Ziel ist es, den traditionellen Kern der deutschen Industrie mit seiner international herausragenden Position zu verteidigen und auszubauen. www.plattform-i40.de

Die Struktur der Vernetzung kann jedoch auch über einzelne Fertigungsanlagen hinaus erweitert werden, sodass ganze selbst organisierende, unternehmensübergreifende Wertschöpfungsnetzwerke entstehen. Diese Netzwerke lassen sich beispielsweise nach Kriterien wie Kosten, Verfügbarkeit oder Ressourcenverbrauch optimieren. Die Fähigkeit, die Datenmenge der cyber-physischen Systeme (Big Data) effektiv zu analysieren und daraus Optimierungsschritte abzuleiten, wird in diesem Zusammenhang immer wichtiger. Aufgabenbereiche von traditionellen Produktionsmitarbeitern und Wissensarbeitern, wie z. B. Datenanalysten, werden weiter zusammenwachsen.

Die Erfahrung der Produktionsmitarbeiter kann in Kombination mit Big Data dazu genutzt werden, Produkte weiterzuentwickeln oder neue Produkte zu fertigen. Zusätzlich können selbstlernende Systeme die in der Wertschöpfungskette entstehenden Daten laufend analysieren und darauf aufbauend die Prozesse optimieren. Unwirtschaftliche Fertigungsschritte werden durch die Analysemöglichkeiten besser erkannt und immer häufiger aufgelöst bzw. durch externe Zulieferer ersetzt. Der Komplexitätsgrad eines Unternehmens wird weiter steigen und die Vernetzung von Unternehmen nimmt zu. Auf Plattformen entstehen bereits branchenspezifische Eco-Systems mit sich ergänzenden Dienstleistungen unterschiedlicher Unternehmen. Die Fertigungstiefe innerhalb des Unternehmens nimmt ab, dafür steigt der Aufwand, die Zulieferer zu steuern und zu kontrollieren.

Entscheidend wird daher in Zukunft der Umgang mit kurzzyklischen Schwankungen der Märkte sein. Diese resultieren auch aus dem wichtigsten zukünftigen Erfolgsfaktor: Durch Vernetzung und Echtzeitanalyse sind Produktionsunternehmen in der Lage und gewissermaßen verpflichtet, schnell auf sich ändernde Kundenanforderungen zu reagieren.(2)

Die zunehmende Automatisierung von Produktion und Fertigung sowie das Internet der Dinge bieten auch in puncto Nachhaltigkeit ein enormes Potenzial. Maschinen laufen nur dann, wenn sie wirklich benötigt werden, intelligente Heiz- und Kühlsysteme regulieren die Temperatur bei höchster Ressourceneffizienz und mittels Bodensensoren kann jeder einzelne Fleck eines Feldes optimal gedüngt und bewässert werden, um nur einige Beispiele zu nennen.

Tipp: Durch die Ersparnis an Rohstoffen und Energiekosten können sich Ausgaben in solche Technologien schon nach kurzer Zeit amortisieren.

Abteilung Einkauf & Beschaffung

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Die Automatisierung stellt neue Anforderungen an das Procurement.

Die ständig wachsenden Herausforderungen und die Digitalisierung auf den globalen Märkten führen dazu, dass die Beschaffung immer mehr an Bedeutung gewinnt. Die Beschaffungsoptimierung hat direkte Auswirkungen auf den Gewinn des Unternehmens. Im Vergleich zu traditionellen Beschaffungsstrukturen, die sich durch Ineffizienz kennzeichnen, ermöglicht die konsequente Integration von E-Procurement-Systemen eine Vielzahl von Vorteilen zur Prozessverbesserung und Kosteneinsparung. Das Ziel von E-Procurement ist, die strategische, aber auch die operative Beschaffung durch elektronische Hilfsmittel zu unterstützen. Das passiert in der Praxis durch den Einsatz verschiedener E-Procurement-Werkzeuge.

Das Katalogmanagement spielt dabei eine wichtige Rolle. Produktkataloge können der Auswahl und Beschaffung von Produkten auf Kundenseite, Lieferseite oder auf Marktplätzen dienen. Neue Technologien, rasante Digitalisierung und massiv geänderte Kundenerwartungen stellen die bisherige Einkaufsorganisation auf den Prüfstand. Die Entwicklungen im Zusammenhang mit der Digitalisierung sollten nicht losgelöst voneinander betrachtet werden. So spielt der CPO („Chief Procurement Officer“) im Einkauf und damit bei der Umsetzung von Industrie 4.0 in Zukunft eine zentrale Rolle. Er muss die Technologien und Innovationen mit dem CDO und der Geschäftsleitung ins Unternehmen bringen, damit es die vierte industrielle Revolution erfolgreich meistern kann. In diesem Kontext ist Einkauf 4.0 nicht nur ein Buzzword. Künstliche Intelligenz und kognitive Systeme werden in Zukunft das Lager mit der Produktion und dem Einkauf verbinden. Die digitale Konvergenz zieht sich durch: nicht nur durch den kompletten Lebenszyklus eines Produktes, sondern auch durch die komplette Produktwertschöpfungskette.

Die Digitalisierung ist damit auch der Treiber für das Next-Level-Procurement, bei dem neue Anforderungen wie Agilität, Kollaboration und Analytik gefragt sind. Zu deren Umsetzung ist die Prozesskompetenz und Marktexpertise des CPOs und des CDOs unverzichtbar.

Mit der vierten industriellen Revolution bietet sich dem Einkauf die Chance, eine neue strategische Rolle im Unternehmen einzunehmen und damit der zunehmenden Automatisierung zu entgehen. Je digitaler und vor allem autonomer und effizienter die Einkaufsprozesse werden, desto eher kann sich der Einkauf auf seine strategischen Aufgaben konzentrieren.

Die Digitalisierung des Einkaufs und dessen enge Vernetzung nach innen und außen bieten die Möglichkeit, dass innovative Erfolgsstrategien für das gesamte Unternehmen entwickelt werden.

Die Lagerhaltung der Zukunft wird ohne die momentan gebräuchlichen Scanner auskommen und mit innovativer Kamera- und Sensortechnik sowie deren Analyseverfahren Echtzeitinformationen zur Verfügung stellen. Mit Location-based Services lassen sich schon heute Inhouse-Warenströme in Echtzeit analysieren, um Ware sicher bis auf die Verkaufsflächen nachzuverfolgen.

Alles was sich auf einer Palette befindet, die sich durch das Lager bewegt, kann durch moderne Funk-Technologie in Realtime getrackt werden. Kameras und Sensoren identifizieren zum Beispiel (autonome) Transportfahrzeuge und ihre Bewegung. Es lässt sich so verfolgen, ob Fahrzeuge Lasten aufgenommen oder abgegeben haben. Stellplätze und Lagerflächen werden effizient überwacht, damit weitere Lagerhaltungsprozesse angestoßen werden können.

Daten im Kontext aller logistischen Vorgänge wie z. B. der Ein- oder Auslagerungen sind in Echtzeit abrufbar und werden automatisch mit dem ERP- oder Lagerverwaltungssystem abgeglichen. Die Anzahl der Mitarbeiter im Einkauf, sowohl im operativen als auch im strategischen Bereich, wird sich dadurch verringern. Der operative Einkäufer wird aussterben und der komplette operative und administrative Bereich wird digitalisiert sein.

Durch den Wandel brauchen die Einkäufer zukünftig viele neue Fähigkeiten:

  • Der Einkauf agiert als Koordinator, Multi-Talent, Controller, Vertragsmanager.
  • Der Einkauf wird zum Berater.
  • Der Einkäufer entwickelt sich immer mehr zum Produktentwickler.
  • Der Einkäufer wird zum Datenanalysten.
  • Der Einkäufer wird Manager der Rahmenbedingungen.
  • Der Einkäufer wird noch mehr zum Schnittstellenmanager.

Der Mensch wird weiterhin eine zentrale Rolle beim Einkaufen behalten, da der persönliche Kontakt und die „Chemie“ wichtig für Verhandlungen und Lieferantenbeziehungen bleiben. Es sind also seine Fähigkeiten als Netzwerker, die im Vergleich zur Maschine noch einen Mehrwert für Unternehmen bieten. Dadurch, dass es im strategischen Einkauf weniger Einkäufer geben wird, diese aber komplexere Aufgaben bewältigen müssen, erfordert dies ein höheres Qualifikationsniveau.

Die Digitalisierung des Einkaufs und dessen enge Vernetzung nach innen und außen bieten die Möglichkeit, dass innovative Erfolgsstrategien für das gesamte Unternehmen entwickelt werden. In Zukunft bedeutet Einkauf Mehrwert, der durch Digitalisierung und Automation der Supply Chain erzeugt wird. Deswegen geht der Einkauf 4.0 über das E-Procurement und E-Sourcing hinaus. Zulieferer und Einkauf werden in Zukunft auch enger aneinander angebunden sein, damit im Idealfall die Warenbestände automatisiert sind und in Echtzeit diese abgefragt und angefordert werden können.

Durch Verträge abgesicherte Allianzen und Partnerschaften werden nötig sein, um kundenspezifische Lösungen zu realisieren, denn herkömmliche Produkte werden intelligent und somit zu einer Kernkomponente der Industrie 4.0. Dies macht die Prozesskompetenz und Marktexpertise des Einkaufs unverzichtbar, um das Internet der Dinge und Dienste umzusetzen. Ziel soll sein, eine voll integrierte Steuerung der Lieferkette über mehrere Unternehmen hinweg zu haben und je nach Marktentwicklung die besten Gewinnaussichten oder niedrigsten Kosten zu haben.

Einkauf und die Logistik stehen im Zentrum der Digitalisierung der Wirtschaft, denn ohne Einkauf und organisierte Supply Chain kann das Internet der Dinge nicht stattfinden. Durch gutes Knowledge-Management und die Nutzung von E-Tools kann aber das Hoheitswissen, über welches ein strategischer Einkäufer verfügt, einfacher übertragen werden.

Unternehmen werden sich daher in Zukunft die Frage stellen, wo der Einkauf stattfinden wird, da die Einkaufsabteilung, wie andere Serviceprozesse auch (Human Resource, Buchhaltung, Logistik), in Shared-Service-Centern gebündelt und gegebenenfalls komplett outgesourct werden kann. Der Einkauf muss durch permanente Innovation und neue Wertbeiträge einen dauerhaften positiven ROSMA („Return on Supply Management Assets“) generieren. //

Namensnennung – Weitergabe unter gleichen Bedingungen 3.0 Deutschland (CC BY-SA 3.0 DE)

Dies ist eine allgemeinverständliche Zusammenfassung der Lizenz (die diese nicht ersetzt).

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Der Lizenzgeber kann diese Freiheiten nicht widerrufen solange Sie sich an die Lizenzbedingungen halten.

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Namensnennung — Sie müssen angemessene Urheber- und Rechteangaben machen, einen Link zur Lizenz beifügen und angeben, ob Änderungen vorgenommen wurden. Diese Angaben dürfen in jeder angemessenen Art und Weise gemacht werden, allerdings nicht so, dass der Eindruck entsteht, der Lizenzgeber unterstütze gerade Sie oder Ihre Nutzung besonders.

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Bild von athree23 auf Pixabay