Unter dem Namen „Zellulare Fördertechnik“ wird erprobt, wie Fahrzeuge per WLAN untereinander kommunizieren können. (Foto: ZFT)

Schwarmintelligenz in der Logistik

Sie unterhalten sich, bieten per Auktion um Aufträge und geben sich gegenseitig Stauwarnungen weiter: Autonome Kommissionierwägen, die per WLAN kommunizieren und sich organisieren, sind noch Zukunftsmusik für die Logistik – doch in Forschungsprojekten fahren die Roboter mit eigenem Kopf bereits.

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Kommissionierwägen fahren selbstbestimmt durch den Raum, unterhalten sich miteinander, besprechen, wer den nächsten Auftrag annimmt, und klettern selbständig in Lagerregale. Was sich anhört wie Science-Fiction, ist zwar noch nicht Realität in der Logistik, aber gerade Gegenstand mehrerer Forschungsprojekte. Schwarmintelligenz – das Wissen der Masse, wie es die Ameisen nutzen – ist die Grundlage für solche Konzepte, die künftig die Logistik revolutionieren könnten. Am Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik in Dortmund und am Karlsruher Institut für Technologie wird derzeit in diesem Bereich geforscht.

Die 50 kleinen gelben Fahrzeuge in Dortmund sind Teil des europaweit größten Projekts zu künstlicher Intelligenz in der Logistik. Unter dem Namen „Zellulare Fördertechnik“ wird hier erprobt, wie Fahrzeuge per WLAN untereinander kommunizieren können. Wird ein Auftrag erteilt, unterhalten sich die Fahrzeuge untereinander: Wer hat den kürzesten Weg dorthin? „Derjenige macht es aber eventuell doch nicht, wenn sein Akku leer ist. Er gibt dann die Information an den nächsten: Ich muss in fünf Minuten an die Akkustation, mach du das lieber“, sagt der technische Projektleiter Jonas Stenzel.

Es gibt keine zentrale Steuerung und keine Schienen oder Leitlinien auf dem Boden der 1.000 Quadratmeter großen Halle, Kollisionen werden durch ein intelligentes Sensorkonzept und Vorfahrtsregeln wie im Luftverkehr vermieden. Soll ein Fahrzeug ein bestimmtes Produkt aus einem der Hochregale an den Seiten der Halle holen, beschafft es sich selbständig einen Lift, lässt sich zum entsprechenden Fach hochfahren, fährt wieder herunter und dann zu seinem Bestimmungsort.

Das System ist sehr flexibel

Entstanden ist die Idee, als einige Forscher zusammensaßen, die Ersatz für die klassische starre Fördertechnik in Logistikzentren finden wollten. Sie saßen so lange vor einem leeren Blatt Papier, dass sie auf die geniale wie einfache Idee kamen: Der ideale logistische Raum ist leer. So konstruierten sie die Fahrzeuge, die seit 2011 selbständig durch die Halle fahren. „Das tolle ist, dass das System flexibel ist. Man kann auf saisonale Schwankungen wie auf das Weihnachtsgeschäft reagieren und dann einfach mehr Fahrzeuge einsetzen“, so Stenzel. Bislang verwendete starre Stetigfördersysteme müssten dagegen prinzipiell immer überdimensioniert sein, um Bedarfsspitzen auffangen zu können.

Die Anwendungsmöglichkeiten seien vielfältig, so könnten die Fahrzeuge in der Produktion wie klassische Kommissionierwagen selbstbestimmt gewisse Teile zur richtigen Zeit an den richtigen Ort bringen. In einem Bestellzentrum könnten verschiedene Waren von den Fahrzeugen zusammengesucht und dann von Mensch oder Maschine verpackt werden.

In Größe und Umfang sehr unterschiedliche Produkte zusammenzustellen, ist laut Stenzel jedoch sehr schwierig, da der Wagen ja immer nur eine Standardgröße an Container transportieren kann: „Beim Versand würde es sich zum Beispiel für einen Bücherhändler oder eine Versandapotheke anbieten“, so Stenzel. Und noch sind die Fahrzeuge sehr teuer: „Eines kostet so viel wie ein Kleinwagen“, sagt Stenzel.

Da es mit 50 Fahrzeugen das größte seiner Art und somit auch sehr teuer ist, wird das Projekt noch weiterlaufen: Gerade arbeiten die Forscher um Jonas Stenzel daran, dass die Fahrzeuge noch besser zusammen mit Menschen arbeiten können. Sie erkennen ihn zwar bereits als Hindernis und fahren ihm nicht über die Füße. Nun sollen sie aber auch lernen, zu erkennen, was genau der Mensch tut, und welche Folgen das für ihre Fahrwege und Koordination hat. Ein Beispiel: Wenn ein Mitarbeiter eine Palette hinstellt und Hauptfahrwege versperrt, teilt es das Fahrzeug, das die Palette als erstes sieht, den anderen mit: „Die berechnen das dann in ihre Wegeplanung ein, wie das Navi bei einer Staumeldung“, sagt Stenzel.

Hermes nutzt fahrerlose Transportsysteme in Haldensleben

Die Firma SSI Schäfer hat den so genannten Weasel entwickelt, ein fahrerloses Transportsystem, das kleine Transporteinheiten wie Behälter, Kartons oder Hängeware befördert. Bei Hermes Fulfilment in Haldensleben im Südhafen werden die Wagen seit 2015 in der Praxis eingesetzt. Zunächst wurden die Weasel in einer einjährigen Pilotphase in der ersten Etage des Standortes eingesetzt.

Aktuell wird der Betrieb auf zwei weitere Etagen ausgeweitet. Entsprechende Leistungs- und Verfügbarkeitstests werden aktuell vorgenommen. „Und im Frühjahr dieses Jahres wird noch ein so genannter Weasel-Lift eingebaut, der es ermöglicht, die Weasel über verschiedene Etagen zu verschieben“, sagt Harald Wolff, Projektleiter Weasel in Haldensleben. Die Weasel werden mit einem Kamerasystem gesteuert. Sie fahren auf im Boden versenkten Informationspunkten. „Inzwischen verläuft die gesamte Trasse kreuzungsfrei, was noch einmal zu einem Kapazitätsvorsprung geführt hat“, sagt Wolff. Gegenüber der herkömmlichen Fördertechnik sind sie außerdem flexibler einsetzbar und günstiger.

Noch werden die Wagen an dem Standort ergänzend eingesetzt. Denn für Hermes Fulfilment ist es wichtig, dass das System auch im Normalbetrieb möglichst stabil und wartungsfrei läuft. Die allerneueste Entwicklung ist für die Praxis zu riskant, doch die Geschäftsführung ist offen für Innovationen. „Vielleicht kann man in naher Zukunft mit Weaseln komplett kommissionieren, ohne an einer Stelle noch manuell einzugreifen. Aktuell ist das allerdings noch Zukunftsmusik“, sagt Wolff.

Wie bei einer Auktion: Das Fahrzeug mit dem besten Angebot gewinnt

Wenn es nach den ambitionierten Forschungsprojekten geht, aber nicht mehr lange. Im Institut für Fördertechnik und Logistiksysteme in Karlsruhe machen die Fahrzeuge, was sie wollen. Hier tauschen sich in dem Projekt „Karis Pro“ zehn würfelähnliche Fahrzeuge ständig über Fahrwege und ihre Positionen aus. „Sie bestehen wie eine Fußballmannschaft aus einzelnen leistungsfähigen Spielern, die in einer bestimmten Situation im Zusammenspiel einen passenden Spielzug entwickeln und so das bestmögliche Ergebnis erreichen“, sagt Projektleiter Andreas Trenkle.

Speist ein Mensch oder eine Maschine einen Auftrag ins System, verhandeln die Fahrzeuge untereinander, wer den Auftrag bekommt: „Das ist wie bei einer Auktion – der mit dem besten Gebot gewinnt. Die Höhe des Gebots hängt von mehreren Faktoren ab, wie zum Beispiel der Entfernung zum Ziel oder dem Akkustand“, so Trenkle. Die Fahrzeuge planen dann selbstständig den Weg zum Ziel und weichen Hindernissen aus.

Bei „Karis Pro“ ist das Basisfahrzeug erweiterbar: Je nach Aufsatz können damit auch Paletten, Kisten oder Regale transportiert werden. „Wenn eine Palette zu befördern ist, schließen sich die vier Gewinner der Auktion zusammen und transportieren sie gemeinsam von A nach B“, sagt Trenkle. Im Rahmen des Forschungsprojektes gibt es bereits Pilotanwendungen. Beim Automobilzulieferer Bosch Diesel Systems transportieren die Fahrzeuge Teile aus der Produktion zu der Abteilung, in der sie vermessen werden, dann kommen sie selbständig wieder zurück zu dem Ort, wo sie weiterverarbeitet werden.

Früher fuhr ein Routenzug zwischen den Abteilungen hin und her. Der Vorteil von „Karis Pro“ ist, dass die Ware in den benötigten Mengen genau dort hinkomme, wo sie gebraucht wird: „Früher ließ es sich mit einem Busverkehr vergleichen, der feste Linien und Haltestellen hat. Jetzt haben wir quasi ein Taxi, das zur richtigen Zeit von Tür zu Tür fährt. Damit entfallen Wartezeiten“, sagt Trenkle. Der größte Einsatzbereich ist laut dem Projektleiter in Produktionsstätten, „aber es gibt auch Prozesse in Lagerlogistik, die man abbilden könnte.“

Laut Trenkle gibt es noch interessante Aufgaben zu erledigen: „Wir möchten dahin kommen, dass ein Fahrzeug nicht erst nach einem erteilten Auftrag losfährt, sondern dass es selbständig Daten sammelt, verschiedene Indizien auswertet und so vor dem Menschen weiß, dass es in zehn Minuten einen Auftrag geben könnte: Dann kann es schon mal losfahren.“