Arbeitsbienen für die Lagerverwaltung

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Drohnen - Fliegende Helfer für die Logistik? Die Anwendungsmöglichkeiten für Drohnen reichen vom Transport von kleinen, leichtgewichtigen Gütern bis hin zur autonomen Bestandsaufnahme und Prüfung der Lagerplatzbelegung. Sie können helfen, Zeit, Arbeit und Kosten zu reduzieren. Lesen Sie hier, was in der Logistik schon heute möglich ist. Text: Laura Blankmeister, Anja Seemann

07. November 2018
© doks.innovation
(Bild: doks.innovation)

Biologisch betrachtet sind »Drohnen« die männlichen Bienen eines Bienenvolkes. Sie haben nur eine einzige Aufgabe: die Paarung der jungen Königinnen. Die Arbeit im Stock und das Sammeln von Nektar und Pollen wird von mehreren Tausend weiblichen Arbeitsbienen verrichtet. Die als unbemanntes Fluggerät mit Kameras ausgestatteten Drohnen in der Logistik haben mit ihren tierischen Namensgebern allerdings wenig gemein. 

Drohnen als Experimentierfeld

Seit einigen Jahren erfreuen sich die Flugobjekte im Hobby- und Profi-Bereich immer größerer Beliebtheit. So werden sie etwa für die Inspektion von Stromleitungen oder Dächern, zur Vermessung oder Überwachung, aber auch zur Suche und Rettung eingesetzt. In der Logistik hat die Technik anfänglich mit der utopisch anmutenden Idee, Pakete per Drohne an die Haustür zu liefern, für großes Medienecho gesorgt.

Der Onlineriese Amazon sowie Zustelldienste wie DHL und DPD als auch Forschungseinrichtungen und zahlreiche Start-ups haben in diesem Bereich viel experimentiert. Vieles ist daher heute keine Zukunftsmusik mehr, sondern mit innovativen technischen Entwicklungen bereits einsetzbar. Beispielsweise fliegen Drohnen von Amazon und der Paketkopter von DHL bereits in verschiedenen Praxis-Tests und Pilotanwendungen.

Die Vorteile liegen vor allem in der enormen Zeitersparnis, zudem benötigt diese Form der Zustellung kein Transportfahrzeug mit Fahrer und keine herkömmliche Verkehrsinfrastruktur. Trotzdem wird es in naher Zukunft zu keiner flächendeckenden Paketlieferung via Drohne kommen, da die geltenden Luftfahrtverordnungen und -gesetze und zahlreiche Einschränkungen der nationalen Flugbehörden den Drohneneinsatz zur Sicherheit im öffentlichen Luftraum reglementieren.

Ein weiteres Problem – vor allem in dicht besiedelten Großstädten – sind die fehlenden Möglichkeiten für die Landung und den Start der Drohne. Dafür müssten erst Paketsammelstationen mit entsprechenden Zustell- und Abholmöglichkeiten installiert werden. In entlegenen Regionen, auf Inseln oder in den Bergen eröffnen Paketdrohnen jedoch neue Möglichkeiten, insbesondere in der Medizinversorgung oder bei der Lieferung lebenswichtiger Ressourcen in Katastrophengebiete. Die Ausbreitung von Viruserkrankungen wie zum Beispiel Ebola ließe sich damit frühzeitig bekämpfen. 

Ein weiteres Anwendungsgebiet von Lieferdrohnen ist der innerbetriebliche Transport auf Werksgeländen. Auf diese Weise könnten dringend benötigte Teile in kürzester Zeit auf dem Luftweg ans Fertigungsband gebracht werden. Das könnte Stillstandzeiten von Maschinen und Produktionsausfälle auf ein Minimum reduzieren und helfen, Kosten zu sparen. 

Audi testet den Einsatz

Der Autobauer Audi hat in seinem Werk Ingolstadt bereits vor zwei Jahren die ersten erfolgreichen Testflüge unternommen. Der Sicherheit galt dabei größtes Augenmerk. Die definierte Versuchsstrecke der elektrisch angetriebenen UAV (unmanned aerial vehicles) führte nach zuvor programmierten Flugmanövern durch die Halle der Audi A3/Q2-Produktion.

Die eingesetzten Drohnen transportierten dabei zu Testzwecken ein Lenkrad. »Wir sehen in den Drohnen die Chance, die dritte Dimension der Logistik zu erschließen«, erklärte Simon Pierschinski, der das Projekt bei der Audi AG leitete. Am Boden der Fabrikhalle gäbe es schon so viel Lieferverkehr, dass der direkte Weg durch die Luft eine schnelle Alternative sei.

Neben dem Transport eilig benötigter Bauteile sieht der Autobauer weitere Szenarien für den Einsatz von Drohnen bei kamerabasierten Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten, in einer »Follow-me«Funktion als Lkw-Leitsystem auf dem Werkgelände oder zum Hochgeschwindigkeitstransport von eilig benötigten Utensilien, beispielsweise eines Defibrillators bei Erste-Hilfe-Einsätzen.

Führen derartige Tests zum Erfolg, könnten Drohnen in naher Zukunft ein alternatives Transport- und Hilfsmittel auf Werksgeländen darstellen. Doch ganz trivial ist der Einsatz nicht: Unter freiem Himmel mit einem stabilen GPSSignal wären die kurzen Flüge keine große technische Herausforderung, in den Hallen müssen sich Drohnen vornehmlich mit Laser-, Ultraschall- und anderen Sensoren orientieren, die sich via WLAN mit der Softwaresteuerung verbinden. Außerdem herrschen hier strenge Sicherheitsregeln.

Vorreiter: Fraunhofer IML

In der Drohnen-Forschung hat sich besonders das Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik (IML) in Dortmund einen Namen gemacht und verschiedene Drohnen und Einsatzszenarien entwickelt: Von Drohnen zur reinen Identifikation via Kamera und verschiedener Sensoren über eine Drohne, an die ein Lastaufnahmemodul angebracht werden kann, bis hin zu einer rollenden und fliegenden Drohne mit integriertem Lastaufnahmemodul.

Im Projekt »DelivAIRy« wollen die Forscher eine handelsübliche Drohne zu einer Transportdrohne umfunktionieren und entwickeln ein Lastaufnahmemodul, welches sich an beliebige Drohnen anbringen lassen soll. Beim Projekt »Bin:Gohaben die Forscher eine Transportdrohne entwickelt, die sich sowohl rollend als auch fliegend fortbewegen kann.

Diese flurgebundene Fortbewegung bietet zum ersten Mal die Möglichkeit, Arbeiter und Drohnen in ein und demselben Bereich nebeneinander arbeiten zu lassen. Der kugelförmige Käfig bietet Schutz für Personen, die sich in der näheren Umgebung der Drohne befinden. Außerdem ist diese »Rolldrohne« im Vergleich zu einer reinen Flugdrohne in der Lage, größere Reichweiten zu erreichen, da sie deutlich energieeffizienter ist.

Drohne überprüft Lagerbestände

Ein weiteres Projekt ist »InventAIRy«, welches ein autonomes Flugrobotersystem für die Intralogistik ermöglicht. Die Lagerinventur ist ein obligatorischer und unverzichtbarer Geschäftsprozess. Die manuelle Bestandsaufnahme ist jedoch aufwendig, personalintensiv und zudem noch fehlerträchtig und teuer. Die Lager- und Bestandsführung zu automatisieren, ist für Logistiker daher ein wichtiger Wettbewerbsvorteil.

Mit dieser vielversprechenden Idee gründete sich das Start-up doks.innovation als Spin-off des Fraunhofer-Instituts IML und stellte Ende Juli 2018 – nur ein Jahr nach der Gründung – ein marktreifes Produkt vor, mit dem Unternehmen in die Lage versetzt werden, eine automatisierte Inventur durchzuführen, fehlerhafte Bestandsinformationen zeitsparend zu identifizieren, Leerplätze zu entdecken oder Fehleinlagerungen aufzuspüren. 

Konkrete Ergebnisse

Durch die Kombination aus einer automatisiert fliegenden Drohne, einer hochpräzisen Sensorik und einer leistungsstarken Software werden die Bestandsinformationen von Unternehmen in für das Management relevante Informationen überführt. Das »inventAIRy«-System visualisiert und archiviert hierfür die Ist-Bestandsinformationen, die wiederum die Basis für etwaige Abweichungen bilden und somit als wichtige Entscheidungsgrundlagen dienen.

Mittels 1D- und 2D-Codes oder RFID-Tags identifizieren Unternehmen verloren gegangene Packstücke und erhalten zusätzlich wertvolle Metadaten zur Temperatur und Luftfeuchtigkeit der Bestände. Die Drohnen sind speziell für den Innenbereich ausgelegt. Eine ständige manuelle Steuerung des Fluges über Fernbedienung ist nicht vorgesehen, da sie ineffizient wäre.

Das System soll über einen sogenannten Operator gesteuert werden, welcher für mehrere Drohnen verantwortlich sein kann, indem er die Flüge über ein Display verfolgt. Über ein Dashboard erhalten Lagerleiter die Inventurergebnisse auf einen Bildschirm. »Wir sind uns sicher, dass wir mit unserem Produkt gerade für inventurintensive Branchen, zum Beispiel die Lebensmittelbranche, einen erheblichen Mehrwert an Zeit- und Kostenersparnis schaffen und die Digitalisierungsbemühungen unserer Kunden entscheidend mitprägen können«, sagt Benjamin Federmann, CEO und Mitbegründer von doks.innovation.

»In der Entwicklungszeit von inventAIRy haben wir daher unser Produkt durch den intensiven Austausch mit unseren Pilotkunden kontinuierlich weiterentwickelt und somit an die operativen Bedürfnisse bis zur jetzigen Serienreife angepasst.« In acht Pilotprojekten wurden insgesamt 25 Drohnen eingesetzt. Einer der Pilotkunden, die »inventAIRy« bereits in Kooperation mit dem Lebensmittelunternehmen Mars GmbH einsetzen, ist die Rigterink Logistikgruppe mit Sitz in Nordhorn.

»Die manuelle Inventur konventioneller Regalsysteme ist sehr zeit- und kostenintensiv. Gerade Fehler in der Erfassung von Beständen erfordern einen zusätzlichen Aufwand in der Nachbereitung und der finalen Kontrolle. Mit inventAIRy sind wir zuversichtlich, dass wir alle Prozesse rund um die Bestandserfassung deutlich optimieren und dadurch auch die Fehlerrate reduzieren können«, sagt Arne Rigterink, Standortleiter der Rigterink Logistikgruppe in Flörsheim am Main.

Bis zu 90 Prozent Kostenersparnis 

Die Inventur einer Regalzeile mit drei Ebenen durch zwei Personen im Gabelstapler und Fahrkorb hat beispielsweise bisher etwa 45 Minuten gedauert. Die Drohne schafft den Gang auf beiden Regalseiten und auf allen Ebenen in einer halben Stunde, ohne dass nachgearbeitet werden muss, wobei hierbei mit einer Akkuladung ein Gang in 27 bis 30 Minuten abgeflogen werden kann.

Die bisherige maximale mögliche Flugzeit der Drohne liegt derzeit bei 35 Minuten, ist somit also noch ausbaufähig. Insgesamt sollen mit dem »InventAIRy«- Projekt bis zu 80 Prozent Prozessersparnis für die Inventur und bis zu 90 Prozent Kostenersparnis im direkten Vergleich zu den manuellen Prozessen erreicht werden. Der Vorteil ist, dass in Echtzeit Ware lokalisiert werden kann und die Überwachung der Lagerprozesse möglich ist.

Die Kamerafunktionen der Drohne liefern visuelle Eindrücke in Form von Bildern und sind somit für die Mustererkennung als auch für Inspektionsaufgaben nutzbar. Michael Brandt, Availability & Distribution Manager der Mars GmbH, sieht weitere Vorteile: »Durch den Einsatz der inventAIRy-Lösung und der Kooperation mit Rigterink möchten wir aktiv am technologischen Wandel innerhalb der Logistikbranche teilnehmen und von diesem technischen Fortschritt profitieren. Neben wichtigen Informationen und Kennzahlen zur Vollständigkeit unserer Ladeeinheiten legen wir einen besonderen Fokus auf die zeitliche und körperliche Entlastung der Mitarbeiter von Rigterink.«

Wo liegen die Hindernisse?

Generell sollte – wie bei allen neuen Technologien – zunächst eine Akzeptanz bei den Mitarbeitern und allen Beteiligten geschaffen werden. Dazu sind Aufklärung und Wissensvermittlung nötig. Weiterhin gilt es, betriebliche Sicherheits- und Unfallverhütungsvorschriften sowie Datenschutz- und Brandschutzvorschriften einzuhalten. Aber auch die digitale Infrastruktur im Lager kann ein Hindernis für den Drohneneinsatz in der Halle sein, da große Datenvolumen verarbeitet werden müssen.

Ist die vorhandene Netzwerkbandbreite zu gering, können die von der Drohne erfassten Daten alternativ auch via USB-Stick von einem Mitarbeiter auf einen Rechner übertragen und daraufhin erst geprüft werden. Aber auch die Flugkörper selbst befinden sich noch in der Entwicklung und müssen vor allem in Hinsicht auf die Akku-Kapazität und -Leistung verbessert werden.

Außerdem ist die Entwicklung einer autonomen Aufladestation (Dockingstation) essenziell, da zur Zeit Drohnen noch von Mitarbeitern zum Laden ihres Akkus an eine Ladestation an und wieder abgeschlossen werden müssen. Zukünftig sollte dieser Prozess ebenfalls automatisiert werden. Hierbei können die Forscher vielleicht von der Natur lernen: So eine Aufladestation in Bienenstockoptik mit einzelnen Waben für die Akkus würde jedenfalls rein optisch gut aussehen.

Philipp Wrycza, Teamleiter AutoID-Technologien am Fraunhofer-IML, über den Einsatz von Drohnen in der Intralogistik und die rechtlichen Rahmenbedingungen. 

Drohnen revolutionieren viele Logistikprozesse. Wo sehen Sie Anwendungsfelder – aktuell und in Zukunft?

Im Prinzip handelt es sich bei einer Drohne um eine Plattform, die sich frei in drei Dimensionen bewegen kann. Dadurch benötigt man im Vergleich zu bestehenden (Intra-)Logistiklösungen keine Infrastruktur, und man kann Orte erreichen, die man heute nicht oder nur aufwendig erreicht. Genau dabei spielt dann eine Drohne ihre Stärken aus, und daher liegen die wirtschaftlichen Anwendungsfälle heute vor allem im Bereich der Inspektion, Bestandsaufnahme und dem Transport zwischen Teilen eines Standortes, etwa in der Automobilindustrie.

Ein spannender Anwendungsfall ist dabei die Inventur beziehungsweise Bestandsaufnahme, welche mit einer Drohne täglich erfolgen kann. Dabei fliegt die Drohne autonom, zum Beispiel nachts, durch ein Lager und nimmt alle Güter anhand ihres Barcodelabels auf. Quasi als Abfallprodukt entsteht dabei zusätzlich ein Foto, welches den Zustand der Ware zum Zeitpunkt X dokumentiert.

Welche rechtlichen Vorgaben müssen beachtet werden?

Hierbei muss man klar zwischen dem Einsatz indoor und outdoor unterscheiden. Indoor gelten für Drohnen dieselben Regeln wie für andere Automatisierungstechnik auch, also Regelungen der Arbeitssicherheit, des Daten- und Brandschutzes. Möchte man eine Drohne außerhalb geschlossener Gebäudestrukturen einsetzen, betritt man damit den öffentlichen Luftraum und es gelten somit zusätzlich die Luftfahrtverordnungen und -gesetze. 

Wie findet man den richtigen Anbieter?

Es ist zugegeben schwierig, bei der Vielzahl an Herstellern einen guten Marktüberblick zu bekommen. Wichtig ist es, sich im Vorfeld detailliert Gedanken zu machen, welche Anforderungen an die Drohne gestellt werden: etwa Zuladung, Flugdauer und -geschwindigkeit, Ladekonzept, Abmaße. Anschließend kann man den Marktüberblick neutraler Partner oder auch uns nutzen.

Erschienen in Ausgabe: 06/2018

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