FlowPro - Automatisierte Transporte für die SAP Logistik von Morgen

 

FlowPro

Automatisierte Transporte für die SAP Logistik von Morgen
 


Seit Juli 2020 nimmt die Flexus AG am Forschungsprojekt FlowPro teil, welches vom  Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur bzw. der Forschungsinitiative mFUND gefördert wird. Unter der Leitung der Emqopter GmbH, dem Drohnenhersteller aus Würzburg, beteiligen sich bundesweit ansässige und agierende Firmen beziehungsweise Hochschulen am Projekt.

Kurzgesagt ist es Ziel des Projektes, ein Logistik-Framework für boden- und luftgebundene fahrerlose Transportsysteme (FTS) zu schaffen, indem diese organisch miteinander interagieren können.

Hierbei sind die ASTI Mobile Robotics GmbH, ein Hersteller von fahrerlosen Transportsystemen, und Emqopter die Verantwortlichen für die Stellung der beteiligten Agenten (der FTS). Beide werden im Folgenden noch genauer vorgestellt. KI und Security-Komponenten werden maßgeblich von der FHWS gestaltet, der Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg-Schweinfurt. Die zweite beteiligte Hochschule, die htw saar, entwickelt die Kommunikationsarchitektur und steuert ein 5G-Testfeld in Merzig, sowie Erfahrung im Bereich der Durchführung von Anwendungsfällen bei. Als größtes beteiligtes Unternehmen trägt die Siemens AG mit ihrem Know-How im Bereich IoT bei und ist die treibende Kraft hinter der Architektur des zugrundeliegenden Agentensystems. Die Flexus sorgt im Projekt für die Anwendbarkeit. Der Fokus liegt dabei auf der Schnittstelle zum ERP-System, um das FlowPro-System gerade für die Intralogistik fit zu machen.

Automatisierte Transporte für die Logistik von morgen – unter diesem Gesichtspunkt möchten wir Ihnen gemeinsam mit den Projektpartnern Emqopter und ASTI Mobile Robotics einen spannenden Einblick bieten, wie sowohl luftgebundene als auch bodengebundene fahrerlose Transportsysteme in der Zukunft eingesetzt werden.

Emqopter - Der Projektpartner für luftgebundene fahrerlose Transportsysteme & Drohnen

emqopter Flugrobotertechnologie für industrielle und zivile Anwendungen

Emqopter ist ein Entwickler und Provider von unbemannter Flugrobotertechnologie für industrielle und zivile Anwendungen. Die Kernkompetenz des Unternehmens liegt im Einbetten von Intelligenz in autonome Systeme in Form von komplementärer Sensorik (Sensorfusion) und effizienten Softwarealgorithmen zur präzisen Situationserfassung. Das Portfolio innovativer Produkte von Emqopter umfasst einerseits ein Schulungssystem, das an Universitäten und weiterführenden Schulen weltweit in Lehre, Forschung und Entwicklung eingesetzt wird. Außerdem können komplementäre Plug-n-Play Sensormodule für Drohnen zur Hinderniserkennung, Kollisionsvermeidung, aktiver Abstandsregelung, Objekterkennung und / oder automatischer Landeplatzdetektion angebunden werden.

Durch komplette unbemannte Flugsystemen wie die Lieferdrohnen, die ersten ihrer Art im deutschen Luftraum und dem Quanipulator, einer Drohne mit modularem Greifarm, hat Emqopter weitere Produkte im Portfolio, die die Logistik zukünftig und langfristig optimieren sollen. Des Weiteren bietet der Drohnenhersteller die Entwicklung von Individualsystemen nach einem Baukasten-Prinzip an. Aufbauend auf dieser Expertise veranstaltet Emqopter das anstehende Drone-MEET-Up, dieses setzt sich mit der Integration von Drohnen in bestehende Infrastruktur auseinander. In dem interaktiven Workshop-Format stehen dabei insbesondere regulatorische Rahmenbedingungen, die Anwender-/Prozessperspektive sowie technische Aspekte im Vordergrund. Bei Interesse finden Sie weitere Informationen zur Veranstaltung unter https://www.emqopter.de/de/featured/dmu2021/.

ASTI Mobile Robotics - Projektpartner für bodengebundene fahrerlose Transportsysteme

ASTI repräsentiert eine internationale Gruppe von Unternehmen der mobilen Robotik, die es sich zum Ziel gesetzt hat, ihren Kunden zu mehr Wettbewerbsfähigkeit zu verhelfen. Sie entwickeln, produzieren, installieren und warten ein breites Sortiment an fahrerlosen Intralogistiksystemen, die Materialien und Produkte innerhalb von Industrieanlagen selbstständig bewegen. Das Ergebnis sind Systeme wie etwa das duale Leitsystem für fahrerlose Transportfahrzeuge oder die EasyBot-Modellreihe. Die Plattform-Modellreihe kann aufgrund der hervorragenden Manövrierbarkeit, dem kompakten Design und der omnidirektionalen Bewegungen auf der Stelle wenden.

ASTI FTS

Diese innovative Roboter-Kollektion erfüllt geschäftliche Anforderungen was betriebliche Flexibilität, Reaktionsfähigkeit, Bedarfsspitzen, Produktivität und Sicherheit betrifft und liefert Regale, Träger, Kartons oder hängende Waren in engen Räumen und schmalen Gängen. Dank smarter Navigationstechnologie und intelligenter Software bewältigen diese fahrerlosen Transportfahrzeuge von ASTI Aufträge mit mehreren Quellen und Destinationen, um den hohen Anforderungen Ihrer logistischen Abläufe zu entsprechen. Bei Interesse finden sie weitere Informationen unter https://www.astimobilerobotics.com/de/

Herausforderungen und Ansatzpunkte im Projekt

Ziel ist es, die Mikromobilität der Zukunft mitzugestalten. Hierbei fehlt es den Projektpartnern nicht an guten Ansatzpunkten. Diese möchten wir Ihnen im Folgenden näher vorstellen:

Moderne Produktion

Moderne Produkte sind immer kleinteiliger und komplizierter. Zudem diversifizieren sich die Vertriebswege immer stärker, zum Teil liefert die Industrie sogar direkt an den Endkunden aus. Gleichzeitig muss die Qualität gehalten und eine hohe Liefertreue gewährleistet werden. Deshalb gewinnen kleine Losgrößen in der modernen Logistik immer mehr an Bedeutung. Natürlich sind Lieferungen kleiner Losgrößen auch für die Produktion selbst immer essenzieller - Stichwort „Notfalllieferung“. Es kommt immer häufiger vor, dass fast leere Lkws oder gar Taxis mit für die Produktion kritischen Teilen beladen werden. Hier schlägt die Dringlichkeit eindeutig die Ökonomie des Transports.
Auch die werksinternen Lieferungen verlangen aufgrund der Modularisierung der Fertigungsstufen eine agilere und zunehmend flexiblere Beschickung der Fertigungseinheiten untereinander. Dies kann unter anderem durch den Einsatz von FTS umgesetzt werden.

 

Verkehrsnetzentlastung bzw. Erweiterung

Ein weiterer Gesichtspunkt ist das Erschließen von neuen Lieferwegen im rein örtlichen Sinne. Bei größeren Produktionskomplexen wie zum Beispiel dem Audi Werk in Ingolstadt, ist die vorhandene Infrastruktur bereits so überlastet, dass nach neuen Wegen gesucht wird, Ware in das Werk hinein und aus dem Werk heraus zu liefern. Auch hier macht es Sinn, das Transportmittel der Losgröße entsprechend zu wählen, um die Zufahrten nicht mit Lkws zu verstopfen, die je nur ein Päckchen transportieren. Zudem kann man gerade für kleine Losgrößen den Luftraum als Lieferweg mit autonomen Drohnen erobern. Dies wurde sogar bereits innerhalb von Werkshallen getestet. [Q1] Aber auch der Einsatz bodengebundener FTS entlastet bei hoher Frequentierung die internen Verkehrswege durch permanente und in der Regel fehlerfreie Transporte. Mögliche Unfälle oder Staus durch den Einsatz von Gabelstaplern können so vermieden werden.

Klimawandel

Der überwiegende Anteil an Warenlieferungen wird immer noch mit dem Lkw zugestellt. Hierbei spielen nicht nur die immer steigenden Spritkosten eine Rolle, sondern auch die Umweltbelastung. So fährt ein Lkw klassischerweise mit Diesel, was eine hohe Feinstaubbelastung für Anwohner bedeutet. Genauso stößt er jedoch auch Unmengen an CO2 aus, laut Umweltbundesamt sind es bei einem mit dem Gewicht von einer Tonne beladenen Lkw 113 Gramm Treibhausgasse pro gefahrenem Kilometer. [Q2] Überschlagen auf eine 100 Kilometer Strecke ergibt dies zehn Kilogramm oder circa sechs Kubikmeter an Treibhausgasen. Wenn man sich vor Augen führt, dass mehr als jede dritte Fahrt eines Lkws eine Leerfahrt ist, kann man sich vorstellen, welches monetäre und klimatechnische Einsparvermögen existiert. [Q3] Dazu kommen Fahrten, die nicht leer sind, dafür aber nur kleine Losgrößen liefern. Wegeoptimierungen, Vermeidung von Leerfahrten, Mitnahme auf dem Weg und ein intelligente Batteriemanagementsystem reduzieren den Energieverbrauch und helfen, wertvolle Ressourcen sinnvoll einzusetzen.

 

Bedeutung für die Intralogistik

Das Augenmerk von FlowPro liegt zwar auf der Intralogistik, allerdings verschwimmen die Grenzen zur Logistik außerhalb von Werken zunehmend, sodass die genannten Aspekte auch hier immer mehr an Bedeutung gewinnen. Durch die dichte Bebauung und die Urbanisierung liegen heute oft Fabriken und Werke, die einst am Stadtrand anzutreffen waren, mitten in der Innenstadt oder sind von Straßen umschlossen. Somit bleibt als Expansionsmöglichkeit oft nur die Eröffnung einer weiteren Werkshalle auf der anderen Straßenseite oder gar erst am heutigen Stadtrand.

Ebenso sind manche Werke wie zum Beispiel der des Audi Standortes in Ingolstadt über die Jahre stark gewachsen und besitzen wegen ihrer schieren Größe eigene Postleitzahlen. Technisch zählen die Warenbewegungen innerhalb des Werkes immer noch zur Intralogistik, allerdings werden diese auch oft mit Lkws durchgeführt.

Als Mischung der Ideen der vorigen Absätze kann man die sogenannten „Ship to line“ Prozesse ansehen. Hierbei stellt der Lieferant den Werkstoff direkt der Produktion zur Verfügung, wodurch das Zwischenlager eingespart werden kann. [Q4] Idealerweise wird dieser Prozess nur bei zur Produktion nahegelegener Lieferanten genutzt, um Schwankungen in der Lieferzeit (z.B. Baustellen, Unfälle) und Reaktionszeiten bei Zusatzbedarf niedrig zu halten. Aufgrund dieser geografischen Nähe zwischen Zulieferer und Produktion sowie der starken Verflechtung beider, kann man hier schon von einer Quasi-Intralogistik sprechen.

FlowPro – dezentrales (Intra-) Logistiknetzwerk mit autonomen Transporteinheiten

Mit dem FlowPro-Netzwerk soll eine kostengünstige und umweltfreundliche Lösung für die oben beschriebenen Herausforderungen bereitgestellt werden. Hierbei ist zu erwähnen, dass bereits jetzt immer mehr autonome Transporteinheiten in der Industrie eingesetzt werden. Momentan sind diese normalerweise bodengebunden, allerdings bietet die aufstrebende Forschung an Flugdrohnen (sogar für Langstrecken) in absehbarer Zeit eine gern gesehene Ergänzung. Diese würden sich besonders für Notfalltransporte anbieten, da sie ihre eigene Infrastruktur benutzen und nicht die bereits überfüllten Weg bzw. Straßen.

Zentrales Netzwerk

Zentrales Netzwerk

Dezentrales Netzwerk

Dezentrales Netzwerk

Innerhalb von FlowPro wird es keine zentrale Identität geben, die Transportaufgaben verteilt und somit die Lieferplanung übernimmt. Stattdessen wird ein Transportauftrag in das FlowPro-Netzwerk gestellt, wo sich die Transporteinheiten um die Aufgabe bewerben, indem sie ein Gebot abgeben. Dieses Gebot spiegelt wiederum wider, wie effizient das jeweilige FTS den Transport ausführen kann. Hierbei können sich verschiedene FTS absprechen und einen Transport zusammen ausführen, bei dem jeder eine Teilstrecke übernimmt. Dies kann zum Beispiel sogar durch die gegebenen Reichweitenlimitierungen der einzelnen FTS notwendig sein.

Das Fehlen einer zentralen Managementstelle macht das System widerstandsfähiger gegenüber Störungen. Zwar können immer noch einzelne Transporteinheiten ausfallen, die Übrigen können allerdings weitestgehend normal mit der Arbeit fortfahren. Zudem können die übrigen Transporteinheiten einen Ausfall schnell ausgleichen. Hierbei ist keine Neuplanung des Gesamtsystems notwendig, sondern nur eine lokale Reorganisation.

Genauso wie der Ausfall von Transporteinheiten in einem dezentralen System leicht abgefangen werden kann, ist auch die Integration von weiteren Teilnehmern bzw. im Allgemeinen das Skalieren des Systems nicht sehr aufwendig. Egal, ob eine weitere Fabrik oder auch nur einzelne FTS hinzugenommen werden soll, müssen diese im Wesentlichen nur in das Netzwerk aufgenommen werden. Eine Anpassung der Logik bzw. des Programmcodes von FlowPro ist nicht notwendig.

Die Dezentralisierung bedingt auch eine Aufteilung der Rechenlast, d.h. es muss nicht ein zentraler Server die gesamte Logistik stemmen, sondern die Rechenlast wird auf die Systemteilnehmer aufgeteilt. Zudem wird nicht nur die Berechnung des Gebots der jeweiligen Transporteinheit überlassen, sondern auch die Art der Berechnung (natürlich innerhalb gewisser Spielregeln). Somit ist der betrachtete Detailgrad, der in das Gebot einfließt, individuell für die Transporteinheit festgelegt. Eine Drohne muss beispielsweise die Windgeschwindigkeit berücksichtigen, ein bodengebundenes FTS eher weniger.

Anfang Juli 2021 jährte sich der Projektstart bereits zum ersten Mal. Mittlerweile nehmen die ersten Überlegungen für einen Demonstrator Gestalt an. Genauere Informationen dazu und zu weiteren Aspekten von FlowPro werden in nachfolgenden Beiträgen ausgearbeitet.

Autor - Dominik Grasser
Autor - Dominik GrasserKI Entwickler
Im Rahmen seiner Tätigkeit bei Flexus optimiert er mit den passenden Optimierungsalgorithmen die Intralogistik unserer Kunden. Dies findet vor allem Anwendung bei der Optimierung von Staplern, Routenzuglogiken und der effizienten Steuerung von AGVs.

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