Führerlose Taxis auf dem schnellsten Weg

(mf) «Die Zukunft der Intralogistik wird im optimalen Fall aus viel leerem Raum bestehen.» Mit dieser These wagt sich Professor Michael ten Hompel, der geschäftsführende Leiter des Fraunhofer- Instituts für Materialfluss und Logistik (IML) in Dortmund, nicht auf das Feld der Spekulationen, sondern reflektiert Erfahrungen aus seiner Forschungs- und Entwicklungstätigkeit. Eine vom IML entwickelte und vom Offenbacher Intralogistikanbieter Dematic produzierte kleine Demonstrationsanlage zeigte im Mai 2011 einem interessierten Fachpublikum an der Messe Cemat in Hannover, wie eine Gruppe intelligenter und autonomer Fahrzeuge Behälter aus den Regalen befördern und zurückbringen kann.

Schwarmlogistik

Ende Juni 2011 ging in einer Halle auf dem Gelände des Dortmunder Instituts eine auf 1000 Quadratmeter dimensionierte Testanlage in Betrieb: Ein ganzer Schwarm von rund 50 autonomen Transportfahrzeugen, die sogenannten Multishuttle Moves, übernimmt dort fast alle Aufgaben der klassischen Materialflusstechnik. Denn im Unterschied zu klassischen Lager- und Transportsystemen sind die bisher üblichen Stetigförderer wie Rollbahnen oder Gurtförderbahnen nicht mehr nötig.

Die «zellulare Fördertechnik» ist somit das innerbetriebliche Transportsystem der neusten Generation. Die Shuttles steuern ihre Ziele direkt an und sind nicht mehr einer starren Linienführung unterworfen. Die unbemannten, mit einem Lagerbehälter beladenen Fahrzeuge wählen den direkten Weg zwischen dem Regalstellplatz und dem Zielort, beispielsweise der Kommissionierzone, und zwar ohne dass ein Übergabevorgang zwischen zwei Fördermitteln nötig wäre, etwa mithilfe eines Gabelstaplers. Die autonomen Fahrzeuge basieren auf den Komponenten eines 2004 vorgestellten und preisgekrönten Vorgängermodells, das noch als regalgebundenes System konzipiert worden ist.

Künstliche Intelligenz im Fahrzeug

Das Bahnbrechende der Versuchsanlage erschliesst sich erst auf den zweiten Blick: Die Shuttles kommunizieren und koordinieren die anstehenden Aufgaben untereinander. Die Fahrzeuge können sich quasi einig werden, wer «den Job machen» kann; ein wenig ist das mit einer Taxizentrale zu vergleichen, welche gleichzeitig allen Taxifahrern im Dienst die Aufträge durchgibt, dann aber nicht weiter eingreift, sondern erlaubt, dass die einzelnen Fahrer den Auftrag je nach Lokalisation selbst auswählen. Die Koordination der im Einsatz befindlichen Fahrzeuge geschieht deshalb nicht über eine zentrale Steuerung, sondern über eine speziell für die Versuchsanlage entwickelte Multi-Agenten- Software.

Diese basiert auf dem sogenannten Ameisenalgorithmus, der vom italienischen Mathematiker Marco Dorigo erfunden wurde. Die auf Schwarmintelligenz beruhende zelluläre Intralogistik bietet manchen Vorteil: Dank Funkortung, Abstands- und Inertialsensoren kann sich ein Shuttle völlig frei und ohne Leitlinien auf dem Flur bewegen, dynamisch auf seine Umgebung reagieren und auftauchenden Hindernissen ausweichen. Die Selbststeuerung dieser Logistiklösung macht es zudem möglich, dass die Gesamtleistung des Systems durch einfaches Hinzufügen oder Weglassen von autonom agierenden Fahrzeugen frei skalierbar ist.

Wer sich hier in einem Science-Fiction- Film glaubt, denkt folgerichtig an die voll automatisierte Industriewelt, wo das Zutun des Menschen nicht mehr benötigt wird. «Wir wollen den Menschen nicht ersetzen. Es geht darum, Energie zu sparen, Prozesse sicherer zu gestalten und bei der Dimensionierung von Lagern weniger Platz zu benötigen als bisher. An den Kommissionierstationen arbeiten nach wie vor Menschen», betont der Institutsleiter. Tatsächlich benötigt das System weniger Platz, da fest installierte Förderanlagen wegfallen. Bei Neuentwicklungen in der Intralogistik sei es auch Absicht, die Arbeitsplätze beispielsweise an den Kommissionierplätzen ergonomisch zu optimieren, um den Bedürfnissen einer zunehmend altern- den Belegschaft gerecht zu werden. Und schliesslich spielt auch der Faktor Zeit eine Rolle: Gemäss den Entwicklern «finden» die autonom handelnden Fahrzeuge Wege, die deutlich kürzer sind als wenn Ware über herkömmliche Förderanlagen transportiert wird.

Weniger Platz, weniger verpuffte Energie

Ein weiteres Ziel des Pilotprojekts ist die Reduzierung des Energieverbrauchs. In heutigen Logistikzentren laufen oft grosse Fliessbandanlagen den ganzen Tag – weil es zu lange dauern würde, sie anzuhalten und wieder zu starten. Gleichzeitig sind diese Anlagen sehr grosszügig geplant, um auch den grössten Nachfragespitzen des Jahres oder der kommenden Jahre gerecht zu werden. «Ein Spielwaren- Produzent muss seine Anlage beispielsweise auf die Weihnachtszeit auslegen, benötigt aber den Rest des Jahres eigentlich keine derartig grosse Kapazität», erläutert ten Hompel. Die zellulare Fördertechnik ermöglicht es, nur jene Fahrzeuge einzusetzen, die momentan gebraucht werden. Alle anderen können abgestellt werden, womit Strom gespart wird.

Die Multishuttle-Anlagen sind also für Branchen interessant, deren Materialfluss im Laufe des Jahres stark schwankt. Oft stehen Logistikunternehmen auch vor der Ausgangslage, dass eine Halle zwar bereits besteht, aber keine optimale Fläche für das Einrichten von Förderstrecken vorhanden ist. «Sie sind überall da von Vorteil, wo Flexibilität und Wandelbarkeit gefragt sind», fasst ten Hompel die Anforderungen zusammen, die für eine Multishuttle- Lösung sprechen.

Die vom IML gebaute Anlage gilt als der grösste Versuch mit künstlicher Intelligenz, der jemals im Bereich der Logistik unternommen wurde. «Es ist sehr spannend, das Wirken autonomer Agentensysteme in dreidimensionaler Wirklichkeit zu verfolgen», begeistert sich Institutsleiter Michael ten Hompel für sein Werk. Der Versuchsbetrieb bringe immer wieder Überraschungen an den Tag, so letzthin bei einer Führung mit Interessenten durch die Versuchsanlage: Fahrzeuge hätten den Anschein erweckt, dass sie frontal aufeinander zufahren, aber im letzten Moment noch abgedreht und so den Zusammenstoss verhindert. «Das hatte die Ästhetik eine Ballett-Aufführung», kommentiert der IML-Leiter. Die Fahrzeuge mussten auch lernen, passgenau in die Schienen des Aufzugs zu fahren, um sich so in die Regaletagen und -gassen zu bringen.

Fahrzeuge flexibel hinzumieten

Michael ten Hompel lässt keinen Zweifel offen, dass die zellulare Fördertechnik bald eine sinnvolle Alternative zur klassischen Materialflusstechnik sein wird, vor allem bei Distributionszentren mittlerer Leistung. Zwar verfügt schon eine Vielzahl von Anbietern über Shuttle-Systeme, und diese bereiten sich auch auf die Zukunft vor. Allerdings sind herkömmliche Shuttles nicht in der Lage, ihre Fahrschienen zu verlassen. Was die Anwendung der zellularen Fördertechnik betrifft, sucht das IML zusammen mit dem Fahrzeugbauer einen Pilotkunden, der das System in seinem Lager einsetzen will. Für das Multishuttle-System interessiere sich gemäss ten Hompel auch die produzierende Industrie, die nicht nur die Absicht habe, Lagerhaltung und Produktion einfach zu verknüpfen, sondern auch diverse Arbeitsvorgänge untereinander zu verketten.

Generell sei das Interesse der Industrie an kostengünstiger, flexibel anpassbarer Intralogistik hoch. Der geschäftsführende Leiter des IML schätzt, dass beim Industriepartner Dematic die ersten Bestellungen für das Multishuttle- System noch dieses Jahr eintreffen werden, zumal ein seriennaher Prototyp jüngst überarbeitet worden ist. Allerdings sind dem Shuttle-System auch Grenzen gesetzt. Werden sehr grosse Volumina umgeschlagen, ist die Anzahl Regalstellplätze sehr hoch, wird ferner das Gewicht der Waren nur von Paletten getragen, soll die konventionelle Materialflusstechnik gegenüber der revolutionären Neuentwicklung noch immer überlegen sein. Doch die Tüftler am Dortmunder IML lassen sich von neuen Herausforderungen nicht abschrecken.