Drohnen zur automatisierten Inventur: Im Vorüberfliegen

Drohnen zur automatisierten Inventur

Im Vorüberfliegen

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Die Lagerinventur ist ein obligatorischer und unverzichtbarer Geschäftsprozess. Allerdings ist er aufwendig, teuer und fehlerträchtig. Fortan sollen verstärkt Drohnen automatisch Palettenlabel in der Logistik finden, Personal entlasten und zudem für höhere Qualität in der Bestandsführung sorgen.

Die Lager- und Bestandsführung möglichst zu automatisieren, ist für Logistiker ein wichtiger Wettbewerbsvorteil. Zudem bietet sich die Chance, Digitalisierung innerhalb des Unternehmens und entlang der Lieferkette zu beschleunigen sowie Informationen transparent zu gestalten. Um Palettenlabel automatisiert zu erfassen, können beispielsweise Drohnen eingesetzt werden. Der autonome Flug einer Drohne gepaart mit der Fähigkeit, Daten in wichtigen Bereichen manueller Speicherstrukturen mit einer Vielzahl von Flugsensoren zu erfassen, ist durchaus ein Novum in der Logistik.
In acht Pilotprojekten mit insgesamt 25 Drohnen bereits realisiert, sollen ab Anfang kommenden Jahres spezielle Inventurdrohnen – über die Nullserie hinaus – verkauft werden. Das vor etwa eineinhalb Jahren als Spin-off des Fraunhofer-Instituts für Materialfluss und Logistik IML in Dortmund gegründete Start-up Doks Innovation verspricht Anwendern, mit seiner eigens für die Logistik entwickelten Drohne, vor allem Zeit und Geld zu sparen.
Unternehmen, die das System einsetzen, könnten zudem eine tiefergehende und eigenständige Vernetzung von Maschinen vorantreiben und zusätzliche Dienstleistungen anbieten, die sich aus den neuen Möglichkeiten der Warenerfassung ergeben.

Manuelles Scannen ade

Anstatt mit zwei Mitarbeitern und einem Gabelstapler zu arbeiten, soll das Inventairy-System automatisiert im Lager fliegen, um Daten für die Bestandsführung und Inventur zu sammeln. Die Inventur einer Regalzeile mit drei Ebenen hat beispielsweise bei einem Pilotkunden in Flörsheim am Main bisher etwa 45 min gedauert – das Ganze mit insgesamt zwei Personen im Stapler und Fahrkorb. Die Drohne schafft den Gang auf beiden Regalseiten und auf allen Ebenen in einer halben Stunde, ohne dass nachgearbeitet werden muss. Mit einer Akkuladung kann im konkreten Fall ein Gang in unter 30 min abgeflogen werden. Die maximal mögliche Flugzeit der Drohnen liegt derzeit bei 35 min.
Bis zu 80 Prozent Prozesszeitersparnis für die Inventur sollen insgesamt drin sein – und bis zu 90 Prozent Kostenersparnis im Vergleich zu manuellen Prozessen. Vor allem aber sollen die zahlreich erfassten Daten die Planungsprozesse verbessern und weiterreichende Informationen zu Temperatur, Verpackungsqualität, Palettenqualität oder generell Schäden an der Ware liefern.
Visuelle Eindrücke in Form von Bildern sollen sowohl für die Mustererkennung als auch für weitreichende Inspektionsaufgaben nutzbar sein. In Echtzeit sollen sich Waren lokalisieren und Lagerprozesse via Drohnen überwachen lassen.

Physikalische und inhaltliche Erfassung

Die Inventurdrohne ist als ein cyber-physisches System einzustufen, das sowohl die physische Bestandserfassung vor Ort durchführt als auch im digitalen Sinne ein Abbild der realen Welt als Dienstleistung anbietet. Als Basis dienen Methoden der Software-Architekturentwicklung sowie diverse Vernetzungstechnologien. Mithilfe von Bildverarbeitung und Machine Learning wird dem Flugroboter beigebracht, in Bilddaten gewünschte Informationen zu finden. Welche Informationen das genau sind, wird per initialem und konstant folgendem Training im Betrieb beschrieben.
Das System wird durch die verwendete Sensorik in die Lage versetzt, die Umgebung selbstständig wahrzunehmen und zu analysieren, um darauf basierend durch ein Lager zu navigieren, logistische Objekte zu erfassen und eine Inventur durchzuführen. Sind Labels einmal nicht lesbar, weil sie beispielsweise beschädigt sind, wird auf jeden Fall ein Bild von der Palette gemacht. Das heißt, der Logistiker kann sich für den Stellplatz ergänzend ein hochauflösendes Bild ansehen. Außerdem wird ein Soll-Ist-Abgleich gefahren. Aus dem System des Logistikers stehen Daten bereit, die mit den Ist-Daten abgeglichen werden. Befindet sich also an einem Stellplatz keine Palette, fliegt die Drohne nach kurzer Zeit weiter und macht ein Bild vom leeren Stellplatz. In der Software ist ein Ampelsystem sichtbar, das sagt, inwiefern die Labels stimmen.

„Eine Herausforderung in der Entwicklung der Drohnen ist die Vielfalt des Logistikumfelds mit reflektierenden Folien, Belüftungssystemen und verschiedenen Beleuchtungsszenarien gewesen“, sagt Sebastian Federmann, CEO bei Doks Innovation. An diese Umstände hätten die Ingenieure das Hardwarekonzept sowie die Prozesse der Datenanalyse im Laufe der Entwicklung angepasst.
Das Besondere der Sensor-Technologie ist zum einen das Zielen des Scannermoduls auf das richtige Label. Zum anderen ist es der Umgang mit der Bewegung des Flugroboters. Diese macht eine Anpassung des Zielens an die aktuelle Flugrichtung und -geschwindigkeit notwendig, was aufgrund der Scannermodul-Robotik gelingt. Des Weiteren gelingt mit dieser Technologie die Reaktion auf verschiedene Label.

Operator steuert autonomen Flug

Die Drohnen sind speziell für den Innenbereich ausgelegt. Ihr Rahmen entspricht einem Quadrocopter mit dreiblättrigen Rotoren. Ausgeliefert werden sie mit Leitstand in Form eines Notebooks. Ein Leitstand kann für vier bis fünf Drohnen verwendet werden, um diese parallel ansteuern zu können. Gesteuert wird das System durch einen sogenannten Operator, der beim Anwender befähigt wird, das System einzusetzen. Eine ständige manuelle Steuerung des Fluges über die Fernbedienung ist aber nicht vorgesehen, da es ineffizient wäre. Der Operator kann für mehrere Drohnen verantwortlich sein, indem er die Flüge der Systeme über ein Display verfolgt. Über ein Dashboard erhalten Lagerleiter die Inventurergebnisse auf einem Bildschirm. Ein- und ausgehende Informationen sind überwachbar und Kapazitäten werden als transparente Information aufbereitet. Das dient sowohl der Beweissicherung als auch als prospektives Planungstool.

Mehrwert der Daten und Analyse

Momentan erkennen Logistiker mithilfe der Drohnendaten leere und volle Stellplätze. Gleichzeitig wird die Technologie dahingehend weiterentwickelt, dass die Temperatur der zu erfassenden Objekte gemessen werden kann und produktspezifische Defekte erkannt werden können. Darüber hinaus sollen die Drohnen künftig Objekte auf einer Palette zählen.
Des Weiteren werden die gesammelten Informationen über intelligente Schnittstellen und Dienste an Drittsysteme wie Warenwirtschaftssysteme übertragen. Dies ermöglicht die unmittelbare Weitergabe ausgewählter kontextbezogener Informationen. Die Daten werden in einem ersten Schritt übers Gateway von mehreren Drohnen gesammelt, zu denen es mehrere Schnittstellen gibt. Hier bestehen unterschiedliche Übertragungsmöglichkeiten. Die Daten können über Nahfunk per 868 beziehungsweise 900 MHz übermittelt werden. Auch die Übermittlung via WLAN ist möglich. Diese beiden Optionen erlauben die simultane Datenübertragung, müssen jedoch vom Kunden genehmigt werden.
Tatsächlich entscheiden sich derzeit die meisten der Pilotkunden für die Offline-Möglichkeit, bei der die Daten per USB-Stick übertragen werden. Die Daten können dann an dem verbundenen Leitstand eingesehen und verarbeitet werden. Im folgenden Schritt wird das Ergebnis in Warenwirtschaftssysteme wie SAP, Sage oder Oracle übertragen oder es wird im Lagerverwaltungssystem (WMS) des Kunden verarbeitet. Dies ist je nach Integrationstiefe und -möglichkeit per Upload auf Netzwerkfreigabe durchführbar – mit abgestimmtem Dateiformat (CSV) oder per USB-Stick.

Vorerst getrennt: Mensch und Maschine

Während die Drohne im Gang arbeitet, werden Mensch und Maschine im Moment noch getrennt. Das Szenario ist zu neu. Zukünftig sollen Mensch und Maschine zusammen
arbeiten können. Im Moment wird die Sicherheit vorangestellt. Und es hat auch mit Abstimmungen mit den Berufsgenossenschaften zu tun, dass die Drohnen im Moment noch getrennt von den Mitarbeitern agieren. Es existiert derzeit keine Norm für den Einsatz von Flugrobotern in Innenräumen. So finden aktuell Gespräche mit Berufsgenossenschaften, Arbeitssicherheitsexperten und Arbeitnehmervertretern statt. Außerdem laufen Gespräche mit DIN, Dekra und TÜV, um die Normierung voranzutreiben. Anlehnungen könnten aus dem Bereich fahrerloser Transportsysteme kommen.
Mit Logistikern beispielsweise sollen nach und nach Szenarien abgestimmt und Erfahrungen gesammelt werden, um die Trennung aufzulösen. Dahinter stecken vor allem Fragen der Dynamik. Also wer hat beispielsweise Vorrang – Stapler oder Drohne? Und was macht die Drohne, wenn plötzlich ein Stapler auftaucht? Zum anderen sind Drohnen noch recht aufsehenerregend, sodass Prozesse gestört werden könnten.

Herausforderungen und Perspektive

Aufgrund der verfügbaren Akkuleistung ist die Flugzeit der Drohne ausbaufähig. Die Multicopter können sich derzeit 35 min autonom bewegen. Diesen Zeitraum möchten die Entwickler ausdehnen. „Aber das ist ohne die Entwicklung eines kompakteren Akkus mit einer höheren Kapazität nicht möglich“, sagt CTO Martin Fiedler.
Darüber hinaus mussten die Entwickler bei der Komponentenauswahl Leistung und Fähigkeiten den Kosten für den Kauf beziehungsweise für das Leasing der Drohne sowie ihrem Gewicht gegenüberstellen. Theoretisch betrachtet kann die Drohne mit mehr Equipment ausgestattet werden, aber das würde sowohl ihr Gewicht als auch ihre Kosten in die Höhe treiben.
Teils stünden Kunden dem Einsatz von Drohnen noch skeptisch gegenüber, räumt Fiedler ein: „Derzeit stehen wir ohnehin einer zögerlichen Nutzerakzeptanz von autonomen Systemen gegenüber. Eine Drohne kennen die meisten Nutzer bereits aus dem privaten Umfeld. Der Einsatz im Lager ist für den Nutzer etwas Neues, vor allem wenn die direkte Kontrolle abgegeben wird. Hier muss eine gewisse Umgewöhnung stattfinden.“

Vertrieb und Kosten-Nutzen-Sicht

Das Drohnensystem soll ab Anfang kommenden Jahres in größerer Serie zum Kauf, Leasing oder zur Miete angeboten werden. Ergänzend dazu gibt es Service-Level-Verträge. Aktuell haben sich sieben der acht Pilotkunden für ein Leasing über 24 Monate entschieden. Das System kostet zwischen 40.000 und 45.000 Euro. Für die reine Inventur sind Drohnen auch mietbar. Ein Einsatz kostet dann rund 6500 Euro, was laut Hersteller bei etwa 40 Prozent der Kosten läge, die üblicherweise anfallen.
Konkurrenzfähige Produkte gibt es laut CEO Benjamin Federmann derzeit nicht: „Die uns derzeit bekannten Systeme der Mitbewerber basieren zunächst auf reinen Prototypen, die demnach von einer Serienreife entfernt sind. Wir denken, dass wir die Logistikprozesse und die damit verbundenen Anforderungen auf der Kundenseite etwas besser verstanden haben.“

Über die Inventur hinaus kann die Drohne weiteren Nutzen bieten, wodurch sich das System rechnen kann. Es entlastet die Mitarbeiter und bringt vor allem Service und Qualität durch die Genauigkeit, die es bietet. Diese Genauigkeit kann wiederum zum Marktvorteil für einen Logistiker werden, wenn Logistiker eben dauerhaft ihren Bestand überprüfen können. Nur noch einlagern und dann via Drohne verorten lassen, könnte die Zukunft sein.


Nico Schröder
Korrespondent Beschaffung aktuell

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