Auf eigene Faust 14.06.2020, 13:47 Uhr

Wie autonome Fahrzeuge die Logistik bewegen

Eine Logistik ohne autonom fahrende Fahrzeuge wird schon sehr bald undenkbar sein. Die technologische Entwicklung verläuft in diesem Bereich rasant, wie der folgende Überblick zeigt.

Logistik ohne autonom fahrende Fahrzeuge wird schon bald nicht mehr vorstellbar sein. Foto: PantherMedia/Alexander Kirch

Logistik ohne autonom fahrende Fahrzeuge wird schon bald nicht mehr vorstellbar sein.

Foto: PantherMedia/Alexander Kirch

„Ich bin in einer Kleinstadt in den USA aufgewachsen. Dort – auf dem Land – hatte ich einige Freunde, die in der Landwirtschaft tätig waren. Ich erinnere mich, dass sie jedes Jahr von ihren neumodischen Mähdreschern erzählten, die mit GPS fuhren: ‚Ich sitze da einfach in der klimatisierten Fahrerkabine und spiele auf dem Handy, während der Mähdrescher seine Runden dreht.‘ Das ist mittlerweile schon Jahre her. Selbstfahrende Mähdrescher galten als absoluter Luxus, während andere landwirtschaftliche Tätigkeiten immer noch anstrengend und schwierig waren“, erinnert sich Matthew Wittemeier, der bei dem Aachener Softwareunternehmen INFORM das Marketing im Geschäftsbereich Logistik verantwortet.

Investitionen in autonome Technologien steigen drastisch

Was vor einigen Jahren noch futuristisch und neu geklungen haben mag, gehört heute vielerorts zum Alltag: Autonom navigierende Fahrzeuge, seien es Drohnen oder Roboter, halten zunehmend Einzug in gegenwärtige Arbeitsumgebungen. Um in der geschilderten Szenerie zu bleiben: Fahrerhäuser dürften bald komplett überflüssig sein, sodass der zuständige Landwirt nur noch seinen Laptop, sein Tablet oder sein Smartphone braucht, um seinen Mähdrescher zu steuern.

Vor diesem Hintergrund ist zu erwarten, dass die Investitionen in Drohnen, Roboter und andere Geräte auch in der Logistik drastisch steigen werden. Denn gerade dieser Sektor sieht sich in jüngster Zeit mit wachsenden Herausforderungen konfrontiert: Der grassierende Fachkräftemangel, der wachsende Versandhandel sowie der Kundenwunsch nach immer kürzeren Lieferzeiten machen Logistik-Dienstleistern schon länger zu schaffen und sorgen regelmäßig für Gesprächsstoff. Hinzu kommt die zunehmende Vernetzung der Fertigungsumgebungen im Sinne einer Industrie 4.0, bei der Roboter und KI-Technologien Prozesse zum Zwecke der Effizienzsteigerung automatisieren. INFORM veröffentlichte daher bereits 2017 eine Reihe von Blogposts unter dem Titel „Drohnen, Roboter und selbstfahrende Fahrzeuge“, die 2018 auch in dem Buch „Exploring New Frontiers: Reshaping the Postal Industry“ erschien. Heute, drei Jahre später, rückt das Unternehmen diese Technologien erneut in den Fokus und möchte Antworten auf Fragen finden: Was hat sich seit 2017 getan? Wie entwickeln sich die Technologien in naher Zukunft? Dabei richtet das Aachener Softwarehaus den Fokus auch seiner aktuellen Betrachtung auf die folgenden drei Kategorien fahrerloser Transportfahrzeuge:

  • unbemannte Luftfahrzeuge (auch bekannt als Drohnen)
  • landgestützte Kleinfahrzeuge (Roboter)
  • und autonome Kraftfahrzeuge

Drohnen

Das Beratungshaus PwC schätzte 2017, dass das Marktvolumen für zivil genutzte Drohnentechnologie bis 2020 auf 127 Mrd. US-Dollar wachsen dürfte. Seitdem haben zuständige Behörden wie die US-Bundesluftfahrtbehörde den Regulierungsprozess vorangetrieben. Auch die Europäische Agentur für Flugsicherheit (EASA) veröffentlichte im Sommer 2019 Bestimmungen, um die Drohnennutzung in den EU-Staaten einheitlich zu regulieren und für gewerbliche Zwecke zu erleichtern. Immer mehr Unternehmen integrieren Drohnen in ihre Arbeitsprozesse, wo sie dank kontinuierlicher Verbesserungen in Bildverarbeitung, Akkulaufzeit und Sensorik verstärkt Fuß fassen. So haben beispielsweise die Telekom und die Deutsche Flugsicherung das Gemeinschaftsunternehmen Droniq gegründet, um den Drohneneinsatz auszuweiten. Droniq stellt eine technische Plattform zur Verfügung, die es ermöglicht, Drohnen über das Mobilfunknetz zu orten und so auch außerhalb der Sichtweite des Piloten fliegen zu lassen. Letzteres ist in Deutschland laut Drohnenverordnung des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur erforderlich. Auch ein Bericht des Marktforschungsunternehmens CBInsights listet neben Marktgrößen wie Amazon, FedEX, DHL oder UPS weitere Unternehmen außerhalb des Logistik-Sektors auf, die Drohnen nutzen – darunter IBM, Apple oder die BBC.

Entwicklung verläuft schleppend

Unter den genannten Logistik-Unternehmen zählt Amazon nach wie vor zu den stärksten Befürwortern des kommerziellen Drohneneinsatzes und greift bei verschiedenen Dienstleistungen bereits selbst darauf zurück. 2019 hat das Unternehmen zum Beispiel immer mehr Pakete mithilfe seines Drohnen-gestützten „Prime Air Service“ ausgeliefert. Dieser verspricht, in einem 24 km-Radius rund um Washington, D.C. Pakete unter 2,25 kg innerhalb von nur einer halben Stunde auszuliefern. Im selben Jahr hat DHL erstmals vollautomatische Paket-Auslieferungen per Drohne in Guangzhou, China angekündigt. In unserer damaligen Blogserie hatten wir außerdem darüber berichtet, dass UPS seine LKWs als mobile Landeflächen für Drohnen nutzen will, um Pakete so noch effizienter zustellen zu können. Heute ist UPS als erstes Logistikunternehmen in den USA von der zuständigen Luftfahrtbundesbehörde vollständig zur kommerziellen Drohnennutzung zugelassen.

Angesichts der vielfältigen Herausforderungen, die mit dem Einsatz der Drohnentechnologie einhergehen, entwickelt sich diese noch vergleichsweise langsam. Dies hängt unter anderem mit den Schwierigkeiten des Fliegens, kontinuierlichen Innovationen, der sich gerade erst entwickelnden Normenlage und den Implementierungskosten zusammen. Jedoch scheint sich die Geschäftswelt der Vorteile des Drohneneinsatzes zunehmend bewusst zu werden, sodass bald mehr Unternehmen auf den Geschmack kommen dürften. Mit Blick auf das vielfältige Einsatzspektrum scheint es nur noch eine Frage der Zeit, bis Drohnen irgendwann auch kleinteiligere Dienstleistungen übernehmen und beispielsweise Pizza ausliefern.

Roboter

Im Gegensatz zu Drohnen haben Roboter ihr Können in den letzten Jahren schon vielfach unter Beweis gestellt. Da sie meist am Boden agieren und dadurch belastbarer sind als Drohnen, bieten sie Anwendern ein wesentlich breiteres Spektrum an Einsatzmöglichkeiten. Unabhängig von allen Industrie 4.0-Bestrebungen ist es vor allem der weltweite Fachkräftemangel, der Robotern aller Formen und Größen Chancen für den Einsatz in der Logistik eröffnet – sei es in der Herstellung, der Auftragsabwicklung oder bei Lagerprozessen.

Seit 2017 lassen sich rasante Entwicklungen mit Blick auf den neuen Mobilfunkstandard 5G, die Navigation via SLAM (Simultaneous Localizing and Mapping) sowie Lagerverwaltungs- und -betriebssysteme feststellen. Roboter können nun Seite an Seite mit dem Menschen arbeiten, um Auftragsabwicklung und Bestandsmanagement über das gesamte Produkt- und Leistungsportfolio eines Unternehmens hinweg zu optimieren. Mittlerweile besteht ein nahtloser Datenfluss zwischen Händler und Verbraucher, was erlaubt, die Bestellbearbeitung zu optimieren und den Weg eines Roboters durch das Lager in Echtzeit zu verfolgen. In einigen Fällen lösen Roboter den Menschen sogar vollständig ab, beispielsweise bei Kommissionierungsaufgaben oder beim kontinuierlichen Auffüllen der Bestände. So lässt sich die Lagerfläche effizienter nutzen.

Markt für Logistikroboter wächst um 18 % per Anno

Immer wieder entflammt die Diskussion darüber, inwiefern Roboter Arbeitsplätze kosten. Ein Blick in die Praxis zeigt jedoch, dass Roboter eher bei Tätigkeiten zum Einsatz kommen, die der Mensch auf Dauer nicht mit der nötigen Präzision ausüben kann. Einer Studie der kalifornischen Universität Berkeley zufolge werden Roboter die menschliche Arbeitskraft über Branchen hinweg zwar unterschiedlich beeinflussen, mit drastischen Einschnitten ist zumindest kurz- bis mittelfristig jedoch nicht zu rechnen. Im Gegenteil prognostiziert die Studie sogar, dass Roboter das Arbeitspensum langfristig erhöhen könnten, da sie gängigen Abläufe optimieren und die Auftragsabwicklung dadurch effizienter gestalten.

Die Autoren der Berkeley-Studie erwarten zudem, dass die Gesamtbeschäftigung in der Lagerwirtschaft bei anhaltend steigender Nachfrage während der nächsten fünf bis zehn Jahre kontinuierlich wachsen dürfte. Arbeitssparende Maßnahmen wie mobile Roboter, automatisierte Verpackungsmaschinen, Sensorik oder RFID-Etiketten könnten das Beschäftigungswachstum jedoch drosseln. Der Elektronikkonzern Honeywell zum Beispiel hat robotergestützte Entlademaschinen entwickelt, die parallel zu den Mitarbeitern eingesetzt werden und den Prozess beschleunigen.

Der Markt für Logistikroboter soll durchschnittlich um 18 % jährlich wachsen, was einem Verkauf von etwa 485.000 Robotern zwischen 2019 und 2021 entspricht. Neben Firmen, die Roboter kaufen, wächst auch das Angebot an Unternehmen, die Robotik als Dienstleistung („Robots as a service“, kurz: RaaS) anbieten. Dies umfasst, dass ein Unternehmen Roboter programmiert und wie Leihwagen an Lagerhausbetreiber oder Fertigungsbetriebe vermietet. Davon profitieren vor allem Unternehmen, die Roboter für saisonale Bedarfsspitzen benötigen oder nicht über genügend Kapital verfügen, um in eigene Roboter zu investieren.

Autonome Fahrzeuge

Sicherheit ist ein treibender Faktor bei der Entwicklung automatisierter Fahrtechnologien, selbstfahrende Fahrzeuge eingeschlossen. Die US-Bundesbehörde für Straßen- und Fahrzeugsicherheit schätzt, dass allein 2017 in rund 91.000 Unfällen übermüdete Fahrer am Steuer saßen. 50.000 Verletzte und fast 800 Tote waren die Folge. Die Behörde konstatiert, dass es einen breiten Konsens zwischen Verkehrssicherheit, Schlafforschung und öffentlichen Gesundheitsbehörden darüber gibt, dass die Risiken durch Autofahren bei Übermüdung unterschätzt werden. Auch in Deutschland steigt die Zahl der Unfälle mit Personenschaden, die durch Übermüdung verursacht wurden, seit Jahren.

Der Fachkräftemangel ist ein weiterer Faktor, der die Entwicklung autonomer Fahrzeuge vorantreibt. So steigt etwa das Durchschnittsalter von Lkw-Fahrern weltweit. In Europa liegt es mittlerweile bei 44, in den USA bei 45 Jahren. Doch Alter ist nicht das einzige Problem: Lkw-Fahrer gilt nur wenigen als Traumberuf, sodass die Rekrutierung dringend benötigten Personals oft schleppend verläuft. Nach einem Bericht des Berufsverbandes amerikanischer Lkw-Fahrer gibt es in den USA aktuell mehr Fahrer denn je. Trotzdem sind es nicht genug, um der Nachfrage gerecht zu werden. In Europa können sogar 20 % des Bedarfs an Fahrern nicht gedeckt werden, ein Anteil, der sich in den nächsten Jahren verdoppeln dürfte. Bei einer 2019 veröffentlichten Studie des Personaldienstleisters Manpower Group landeten Fahrerjobs für Lkw und Baumaschinen bei den am schwierigsten zu besetzenden Stellen auf dem zweiten Platz.

Platooning als Erfolgsmodell

Bedenkt man, dass die Transportkosten rund 45 bis 55 % der Gesamtkosten der Supply Chain ausmachen, ist es unmöglich auszublenden, welche Schwierigkeiten dies für die Logistik-Branche mit sich bringt. Hier sind effiziente Lösungen vonnöten. In den USA überlegt man daher, das Mindestalter zum Fahren von Lkws auf 18 Jahre zu senken. Zugleich bilden diese Herausforderungen einen starken Anreiz für Hersteller wie MAN, Volvo, Daimler oder Scania, technische Lösungen wie autonomes Fahren oder Platooning (also digital miteinander gekoppelte Lkw-Kolonnen; Platoon = Kolonne) zur Marktreife zu bringen.

Doch es sind nicht nur Kraftfahrzeughersteller, die in dieser Hinsicht Lösungen entwickeln: Mitte 2019 hat die US-Post begonnen, auf der Strecke zwischen Phoenix und Dallas testweise autonome Fahrzeuge einzusetzen. Dabei stellte sie fest, dass sich damit sowohl Prozesskosten sparen als auch Sicherheit und Effizienz verbessern ließen. Zu diesem Ergebnis gelangte auch ein gemeinsames Pilotprojekt von MAN, DB Schenker und der Hochschule Fresenius, bei dem zwei vernetzte Lkws sieben Monate lang auf der A9 zwischen München und Nürnberg unterwegs waren. Die Technologie erwies sich als äußerst zuverlässig: Bei insgesamt 35.000 gefahrenen Kilometern mussten die Fahrer nur einmal pro 2.000 Kilometern eingreifen. DB Schenker geht davon aus, dass sich mit über Platooning fahrenden Lkws rund 40 % der in Europa zurückgelegten Transportkilometer abdecken ließen.

Autonome Lastwagen in der Hoflogistik

Unter den meisten Herstellern herrscht Konsens darüber, dass völlig autonome Fahrzeuge erst mittelfristig auf öffentlichen Straßen unterwegs sein werden – und dass es dafür kontinuierlichen Entwicklungsfortschritt sowie anhaltende Investitionen in die Technologie braucht. Vor diesem Hintergrund eignet sich der Einsatz in der überwachten, internen Hoflogistik ideal, um autonome Fahrzeuge in das Logistikgeschehen einzuführen. Tatsächlich war die Intralogistik eines der ersten Einsatzfelder autonomer Fahrzeuge.

Das Delta/Seeland-Container-Terminal im Hafen von Rotterdam nutzt bereits seit 1993 fahrerlose Transportsysteme (FTS). Im Zuge umfassender Automatisierungsmaßnahmen haben seitdem Containerhäfen weltweit diese Technologie umgesetzt, die dadurch ausgefeilter und günstiger geworden ist. In den letzten drei Jahren hat sich der entsprechende Markt rasant entwickelt. Erst 2018 haben zwei große Marktteilnehmer angekündigt, autonome Laster für die Hoflogistik auf den Markt zu bringen; daneben gibt es in Europa zahlreiche weitere Unternehmen, die an entsprechenden Lösungen arbeiten. So hat ZF 2018 mit seinem ZF Innovation Truck einen Lastwagen gelauncht, der unbemannt über Betriebshöfe manövriert. Nach der Einfahrt in den Hof kann der Fahrer aussteigen und den autonomen Fahrmodus aktivieren. Der Truck fährt dann eigenständig zu seiner Zielposition, setzt die eventuell bereits geladene Wechselbrücke autonom ab und nimmt einen neuen Container auf, während der Fahrer seine Pausenzeiten einhalten kann. Volvo stellte indes sein futuristisch anmutendes, vollständig elektrisch betriebenes Modell Volvo Vera vor, das Schwerlastanhänger automatisiert befördert.

Beide Modelle sind speziell für den Einsatz in Vertriebs- und Produktionshöfen konzipiert. Zudem sind beide zu Preisen erhältlich, die einen schnellen Return on Investment ermöglichen. In Dortmund testen Dachser und das Fraunhofer Institut gemeinsam eine Lösung, und auch die Österreichische Post und die Technische Universität Graz arbeiten zusammen an autonomen Technologien, um nur einige weitere Unternehmen zu nennen.

Autonome Schiffe

Rolls Royce Marine und die japanische Reederei Nippon Yusen haben angekündigt, bereits dieses Jahr unbemannte Schiffe für den Frachtverkehr einsetzen zu wollen. Die meisten Havarien geschehen infolge menschlicher Fehler. Die europäische Schifffahrt-Fachzeitschrift „Maritime Journal“ schrieb 2017, dass sich sogar 75 bis 96 % aller Schiffsunglücke darauf zurückführen ließen. Genau wie bei Fahrzeugen zu Land dürfte auch der Schiffsverkehr ohne den Faktor Mensch sicherer werden.

Die Kosten für den Abtransport von Wracks, die Umweltschäden und Haftungskosten gegenüber Crew und anderen Schiffen sind hoch. Entsprechend stark ist die Motivation, eine Lösung zu finden, die die Risiken maritimen Gütertransports minimiert. Anstatt Schiffe jedoch völlig autonom fahren zu lassen, herrscht Einigkeit darüber, dass eine hybride Lösung aus bedarfsgerechter Fernsteuerung und am Schiff angebrachter Sensorik nötig ist. Jede Reederei dürfte in Zukunft über ein eigenes Team zur Kontrolle des Verkehrs verfügen, das ein Schiff bei Bedarf übernimmt. War die Besatzung zuvor an Bord des Schiffes selbst, wird sie das Geschehen zukünftig vom PC aus steuern.

Unsere Industrie neu gestalten

Auf dem Weg in die vierte industrielle Revolution scheinen die Versprechen der Automatisierung nahezu omnipräsent. Für Logistikverantwortliche ist es wichtig, ihre Erfahrungswerte zu berücksichtigen, wenn sie in die Thematik einsteigen. INFORM arbeitet seit über zwanzig Jahren mit automatisierten Häfen zusammen und konnte in dieser Zeit viel Expertise sammeln. Wir von INFORM sind Teil einer Industrie, die immer noch dazulernt, wenn es darum geht, Automatisierung bestmöglich für sich zu nutzen. All unser Wissen und unsere Erfahrung steckt in der Softwarelösung SyncroTESS.

Vertriebszentren sowie Post- und Paketdienstleistern bietet SyncroTESS ein leistungsstarkes System zum Intralogistik-Management, das voll- und halbautomatisierte Höfe binnen kürzester Zeit effektiv unterstützt. Dank effizienter KI-Komponenten ergänzt das System automatisierte Hardwarelösungen um eine intelligente Software, die ihre intralogistischen Prozesse verschlankt und sich schnell amortisiert. Eine Software, die mitdenkt – so wie das GPS damals für die Mähdrescher.

Von Eva Savelsberg, Markus Sekula und Matthew Wittemeier

Priv.-Doz. Dr.-Ing. Eva Savelsberg, Mitglied der Geschäftsleitung der INFORM GmbH und Leiterin des Geschäftsbereichs Logistik; Markus Sekula, Key Accounts Manager, und Matthew Wittemeier, Marketing Manager bei der INFORM GmbH

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