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Drohnen ergänzen Smart Manufacturing

Drohnen ergänzen Smart Manufacturing
Industrie 4.0: Drohnen ergänzen Smart Manufacturing

Drohnen sind die Roboter der Zukunft: Sie übernehmen gefährliche und monotone Arbeiten, können abweichend von ihren stationären Vorgängern in die Luft gehen und dreidimensional agieren. Das qualifiziert sie vor allem für Inspektions-, Sicherheits- und Logistikaufgaben.

» Michael Grupp, freier Journalist in Stuttgart

Mit wachsenden Aufgaben steigt auch die Anzahl der Anbieter: Gemäß einer Studie des Berliner Verbands unbemannte Luftfahrt arbeiteten 2021 in Deutschland rund 15.000 Mitarbeiter in der Drohnen-Branche. Das entspricht einem Plus von annähernd 30 % im Vergleich zum Jahr 2019. In Deutschland fliegen derzeit nach einer Schätzung des Bundesverbands der Deutschen Luftverkehrswirtschaft (BDL) rund 650.000 Drohnen, die überwiegende Mehrzahl (rund 93 %) davon gehören privaten Nutzern. Während der Markt für Privatanwender langsam erste Sättigungserscheinungen zeigt, wächst der industrielle Sektor in Deutschland dagegen pro Jahr zweistellig.

Die Renaissance der Rotoren

Im internationalen Drohnen-Ländervergleich liegt Deutschland nach den USA, China und Japan auf dem vierten Platz. Dies gilt aber nur für die Gesamtanzahl aller Drohnen. Im Ranking von „Drohne pro Arbeitnehmer“ erreicht Deutschland nur den mittelmäßigen 17. Platz. Haupteinsatzbereiche von professionell genutzten Drohnen sind aktuell die Bereiche Vermessung (rund 50 %) und Inspektion (rund 30 %).

Das wird sich jedoch ändern: Die meisten Gelder für die Drohnen-Forschung und -Entwicklung fließen derzeit in Richtung Lufttaxis sowie in unbemannte Logistik-Prozesse. In Summe werden dafür weltweit jährlich rund 26 Mrd. US-Dollar, in Europa knapp 10 Mrd. US-Dollar ausgegeben.

Die notwendigen Investitionen pro fliegender Einheit hängen stark vom späteren Einsatzgebiet ab. So kostet eine professionelle Drohne für 3D-Kartierungssysteme mit einer millimetergenauen Vermessung des Bodens mehr als 300.000 US-Dollar – dazu kommen maßgeschneiderte Software-Anwendungen sowie Schulungen. Einfachere Transport-Drohnen mit manueller Steuerung bewegen sich dagegen in einem Preisrahmen unterhalb von 10.000 US-Dollar. Die Flugzeit ist auch bei großen Drohnen beschränkt – und beträgt von wenigen Minuten bis zu maximal einer Stunde.

Gegenwind für Amazon

Bis sich Investitionen in Logistikdrohnen auszahlen, werden allerdings Jahre ins Land gehen. Die Gründe dafür sind vielfältig und drehen sich primär um technische Herausforderungen sowie um Sicherheitsbedenken. Bereits 2013 kündigte Amazon-CEO Jeff Bezos an, innerhalb von fünf Jahren einen großen Teil seiner Lieferungen mithilfe von Drohnen umzusetzen. Daraus wurde bekanntermaßen nichts.

Die konkreten Umsetzungen scheiterten an omnipräsenten Problemen wie Sturmböen und Hochspannungsleitungen, aber auch an technischen Herausforderungen wie die autonome KI-basierte Steuerung oder das Verhältnis von Nutzlast und Akku-Kapazität. In Folge gab es Abstürze mit Sachschäden und manchmal sogar mit Bränden. Laut einer aktuellen Einschätzung des amerikanischen Medienunternehmens Bloomberg dürfte es deshalb noch Jahre dauern, bis die US-Luftfahrtbehörde flächendeckende kommerzielle Drohnenlieferungen genehmigt. Amazon entwickelt indes weiter und startet Ende 2022 eine weiteren Testphase in Kalifornien.

Industrieller Einsatz von Drohnen

Als zweites gewinnversprechendes Anwendungsgebiet für Drohnen lockt der Bereich Urban Air Mobility, sprich unbemannte Lufttaxis. Mit am Start ist hier das deutsche Unternehmen Volocopter, das in Südkorea und Saudi Arabien Pilotprojekte vorantreibt. Auch die Global Players spielen mit: Airbus beispielsweise will mit dem City Airbus ein Stück vom Kuchen. Immerhin prognostiziert die Unternehmensberatung Roland Berger bis 2050 weltweit 160.000 kommerziell genutzte Passagierdrohnen.

Drohnen spielen bis dato im Industrie-4.0-Umfeld außerhalb der erwähnten Einsatzbereiche Vermessung und Inspektion nur eine untergeordnete Rolle. Das wird sich aber ändern: Der Bundesverband der Deutschen Luft- und Raumfahrtindustrie (BDLI) erwartet für industrielle Anwendungen einen Zuwachs um 560 % bis zum Jahr 2030. Aktuell setzen vor allem die großen Energieversorger für die Inspektion ihrer Leitungsstrecken und Windkraftanlagen sowie die Deutsche Bahn auf Inspektions-Drohnen.

Viele Start-ups spezialisieren sich auf Drohnen

Industrie und Mittelstand greifen bei Interesse oder Bedarf meist auf bestehende Dienstleister zurück. Rund vierhundert Unternehmen, viele davon Start-ups, bieten derzeit professionelle Hilfe bei hochfliegenden Plänen an. Sie sind auf unterschiedliche Einsatzbereiche spezialisiert: zum Beispiel auf die Inspektion von Gebäuden und Anlagen oder auf die Dokumentation von Baufortschritten. Es ist einfacher, schneller, ungefährlicher und auch wirtschaftlicher, einen Gebäudekomplex beziehungsweise einen Schornstein via Drohne zu untersuchen als Spezialisten in das Innere oder auf die Spitze zu schicken. Es entfallen dabei eventuelle Gerüst- und Ausfallkosten und die hochauflösenden Bilder stehen langfristig für die Analyse und Dokumentation zur Verfügung.

Neben Infrastruktureinrichtungen sind Drohnen bereits auch in Containerterminals sowie im Tagebau im Einsatz. Je nach Aufgabenstellung kommen dabei sehr unterschiedliche Fluggeräte mit jeweils maßgeschneiderten Instrumenten zum Einsatz; zum Beispiel mit optischen, Laser-, Radar- oder Ultraschallsensoren für unterschiedliche Messaufgaben. Die Messung erfolgt in überlappenden senkrechten beziehungsweise waagrechten Streifen, sodass Schadstellen mehrfach abgebildet und damit leichter detektiert werden können.

Unterschiedliche Drohne für unterschiedliche Einsatzbereiche

Ergänzend zur Prüfung der eigentlichen Bausubstanz kann darüber hinaus (und auch gleichzeitig) ein umfangreiches Condition-Monitoring durchgeführt werden, das auch Schweißnähte, Schrauben, Bolzen und eventuelle Korrosionsstellen umfasst. Die relativ niedrigen Gesamtkosten unterstützen dabei präventive statt reaktive Instandhaltungskonzepte. Sprich: Lieber vorbeugend öfter fliegen und nachschauen als später einmal kostenintensiv bereits entstandene Schäden reparieren.

Die Inneninspektion von Gebäuden, Silos, Tanks oder Türmen erfordert den Einsatz spezieller Drohnen, die mit den typisch beengten Verhältnissen zurechtkommen. Des Weiteren müssen sie in Innenräumen ohne satellitengestütztes GPS-Signal auskommen. Der Schutz des Fluggeräts erfolgt dann über automatisierte Steuerungsprozeduren beziehungsweise auch durch Schutzgitter rund um die empfindlichen Rotoren. Noch in den Kinderschuhen steckt die Bildanalyse der Drohnen mithilfe künstlicher Intelligenz. Erst im Zusammenspiel mit KI-Plattformen wird die Technologie zukünftig ihre volle Stärke ausspielen.

Losgröße eins erfordert Transportmenge eins

Wohin die Reise geht, zeigen die Entwicklungsschwerpunkte von Industrie und Forschung. In diesem Zusammenhang spielt die Mikro-Logistik eine zunehmend größere Rolle. Sie soll zukünftig klassische Logistikkonzepte zumindest ergänzen. Die Vorteile liegen auf der Hand: Autonome Drohnenflotten agieren schneller als bodengebundene Transporteinheiten. Das Bundesministerium fördert beispielsweise das Forschungsprojekt „Flow-Pro“. Neben dem Projektkoordinator Emqopter aus Würzburg untersuchen unter diesem Dach mehrere Forschungspartner wie Siemens, Flexus und Insystems den Aufbau und Betrieb eines unternehmensübergreifenden und sich selbst optimierenden Logistiknetzwerkes mit boden- und luftgebundenen Transporteinheiten. Neben der Kollaboration von fahrerlosen Transportsystemen mit den sogenannten Multikoptern sind auch die Einbeziehung eines ERP-Systems sowie die End-to-End-Security wesentliche Aspekte des Projekts.

Ein bisher nur verhalten genutzter Anwendungsbereich von Drohnen besteht in der Überwachung von Grundstücken und Anlagen. Die autonome Überwachung aus der Luft schließt zuverlässig und wirtschaftlich Sicherheitslücken und sichert mit Videoaufzeichnungen automatisch auch noch Beweismaterial.

Höher, schneller, sicher: Vorschriften für Drohnen

Beim Einsatz von Drohnen sind umfangreiche Sicherheitsvorschriften zu beachten. Nachdem mehrmals unbemannte Flugobjekte in die Sicherheitsbereiche von Flughäfen eingedrungen sind, hat die EU umfangreiche Vorschriften festgelegt. So muss jede professionell betriebene Drohne eine Art Nummernschild besitzen und analog zum Auto muss der Pilot einen Führerschein bei einer zertifizierten Prüfstelle machen (den großen EU-Drohnenführerschein). Zudem ist eine entsprechende Multicopter-Kaskoversicherung vorgeschrieben. Natürlich greifen auch alle Regelungen des Urheberrechts sowie des Schutzes von Persönlichkeitsrechten. Neben den gesetzlichen Regelungen des Luftverkehrsgesetzes (LuftVG) gelten in Innenräumen auch entsprechende Aspekte des Arbeitsschutzes.


Überblick

Drohnen sind ein Zukunftsmarkt. Sie werden die Mikro-Logistik auf ein neues Level heben.

Industrieanzeiger
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