Industrie 4.0 in der Logistik: Der Mensch denkt, der Rechner lenkt

Natürlich spielt die Informations-Logistik bei der Digitalisierung eine entscheidende Rolle: von der unternehmensübergreifenden Echtzeitinformation bis hin zur Prozess-Abwicklung und Prozess-Optimierung. Sie sind aber „nur“ das Informations-Rückgrat physischer Logistik-Prozesse. Dazu zählen zum Beispiel die Warenströme zum, im und vom Unternehmen, sprich Beschaffungs-Logistik, Produktions-Logistik und Distributions-Logistik. Während diese bisher eher prozessorientiert aufgebaut sind, werden die weiteren Bereiche Lager-Logistik und Transport-Logistik oft noch als eigenständige Bereiche definiert. Damit wird klar: Es gibt nicht „die“ Logistik im Industrie 4.0-Umfeld, vielmehr ein Konglomerat unterschiedlicher Prozesse und Institutionen. Sie zu integrieren ist mindestens so anspruchsvoll – und erfolgsrelevant – wie die eigentliche Digitalisierung selbst.

Im Endausbau einer Logistik 4.0 ist die Supply Chain in zwei Dimensionen vernetzt: erstens vertikal vom Lieferanten über das Unternehmen bis hin zum Kunden, zweitens horizontal in Form kollaborativer Produktions-Netzwerke. Das Ziel dabei: die Implementierung selbststeuernder Logistik-Prozesse. Die erste große Herausforderung besteht dabei allerdings nicht in der Definition und Finanzierung entsprechender Strukturen, sondern in der Normung und der Qualität der Material- und Kunden-Stammdaten aller beteiligten Betriebe. Hier sind abweichende Standards im Aufbau wie auch in der Qualität eher die Regel als die Ausnahme. Vor der Einführung Industrie 4.0-konformer Logistikprozesse steht deshalb zwingend ein professionelles Stammdatenmanagement – am besten im Rahmen allgemein gültiger Standards. Die aber gibt es noch nicht flächendeckend.

Große Erwartungen werden in diesem Zusammenhang mit RAMI 4.0 verknüpft. Dieses Modell ist eine vom VDE, VDI und ZVEI entwickelte Referenzarchitektur für die Digitalisierung industrieller Wertschöpfungsketten. Eine zentrale Rolle spielen dabei die Einführung einer gemeinsamen Cloud-Plattform, über die sämtliche Beteiligten des Workflows eingebunden sind und ebenso medienbruchfrei wie sicher Daten austauschen können. Integrierte, vernetzte und automatisierte Logistikketten mit dezentralen Entscheidungsstrukturen sind allerdings meist noch Vision. Insellösungen aber ebenso oft schon Realität. Langfristig werden sie zusammenwachsen. Laut „VDMA IT-Report 2016 für den Maschinen- und Anlagenbau“ stehen Investitionen in Logistikprozesse immerhin auf Platz Drei bei der Planung von Industrie 4.0 Projekten – hinter den Bereichen Services/Instandhaltung sowie der Produktion-Optimierung.

Zu den technischen Wegbereitern zählen im Bereich Intra-Logistik zum Beispiel Behälter in bandnahen Supermärkten, die ihre Bestände selbständig messen und gegebenenfalls Bestellungen automatisiert per Funk auslösen. Würth hat mit iBin ein Behältersystem vorgestellt, das den Füllstand der Artikel per integrierter Kamera erfasst und die Bestellinformationen über RFID-Technologie automatisiert an das Warenwirtschaftssystem übermittelt. Darüber hinaus ersetzen heute Smart Glasses in der Produktion Scanner und Papierdokumente in der Lagerkommissionierung, reduzieren Fehler und helfen dem Bediener, den stets gefüllten Behälter schneller und fehlerfrei zu finden. Nach Untersuchungen des Fraunhofer Institutes helfen solche Smart Devices, die Fehlerraten zu halbieren und die Durchlaufzeiten um etwa ein Drittel zu verkürzen. Ebenfalls zur Intra-Logistik gehören flexible und fahrerlose Routenzüge, die sich mit 3D- Scannern und Kameras im Raum orientieren und so autonome Milkruns ermöglichen. In diesem Zusammenhang hat das BIBA – das Bremer Institut für Produktion und Logistik – ein Forschungsprojekt realisiert. Schon die ersten Simulationen zeigten, dass die Digitalisierung des Materialflusses und die bessere Vernetzung den Aufwand gegenüber herkömmlichen Systemen um bis zu 30 % reduziert. In die Praxis wurde das Konzept dann beim süddeutschen Maschinenbauer Wittenstein getestet. Statt wie bisher regelmäßig zu schauen, wo was fehlt, werden jetzt die Materialflüsse anhand der Produktionsdaten im virtuellen Abbild der Fabrik IT-seitig verfolgt und gesteuert. Holt der Milkrun Teile aus einem Lager oder aus der Fertigung, erkennt das System automatisch jede Bestandsveränderung. Durch Barcodes an den jeweiligen Chargen sowie an jeder Station werden alle Anlieferungen oder Abholungen registriert und im virtuellen Abbild der Fabrik am Computer dokumentiert. Zusammen mit den Daten aus der Produktion lässt sich so der Materialfluss in der Fabrik genau nachvollziehen.

Einen anderen Ansatz verfolgen das Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik in Dortmund und das Karlsruher Institut für Technologie mit sogenannten FTF-Schwärmen. Dabei navigieren eine Vielzahl von Fahrerlosen Transportfahrzeugen selbständig durch ein Hochregallager. Erhält der Schwarm einen Auftrag, wird über WLAN-Kommunikation zuerst ausgehandelt, welcher Transportroboter den jeweiligen Auftrag erhält – abhängig von der Position, dem Akkustand und eventuellen Staus auf dem Weg. Das bestimmte FTF navigiert dann selbständig zum Regalplatz, entnimmt die Teile und fährt diese zum Bestimmungsort. Mit 50 Fahrzeugen ist das Projekt das größte seiner Art. Aber auch hier sind bei weitem noch nicht alle Probleme gelöst. Derzeit arbeiten die Forscher an einer Optimierung der Mensch-Maschine-Kollaboration. Denn wie so oft: der Mensch stört. Er taucht überraschend auf, läuft quer durch die Gänge, stellt Paletten in die Fahrwege. Diese „Störparameter“ sollen sukzessive erkannt und im lernenden Speicher der Schwarmintelligenz abgelegt werden.

Die zentralen Vorteile der Digitalisierung – Transparenz, kleine Losgrößen, Lean Management oder auch dezentral gesteuerte Prozesse können nicht allein in der Produktion realisiert werden. Für deren Umsetzung braucht es ein neues Verständnis von Logistik entlang der gesamten Supply Chain – eingeschlossen die Beschaffungs- und die Distributions-Logistik. Diese Erkenntnis hat sich noch nicht flächendeckend durchgesetzt, wie die aktuelle BME-Studie „Digitalisierung, Vernetzung, Industrie 4.0 in Einkauf & Supply Chain Management – heute und morgen“ belegt. An dieser Befragung nahmen bis Februar 2017 insgesamt 262 Unternehmen aus Industrie, Dienstleistungsgewerbe, Handel und öffentlichen Institutionen teil. Dr. Silvius Grobosch, Mitglied im geschäftsführenden Bundesvorstand des BME, zum zentralen Ergebnis: „Die Studie zeigt, dass sich vor allem mittelständische Betriebe mit der Nutzung digitaler Prozesse im Geschäftsalltag noch schwertun. Hier können Einkauf und Supply Chain Management helfen, Industrie 4.0 zum Durchbruch zu verhelfen“. Prof. Dr. Holger Müller, Professor für Betriebswirtschaftslehre an der HTWK Leipzig, ergänzt: „Der Durchschnitt der Unternehmen schätzt aktuell die Auswirkungen auf die zukünftige Arbeitsweise des Einkaufs durch die voranschreitende Digitalisierung eher gering bis mittel ein“. Das dürfte sich ändern.

In einer weiteren Studie aus dem Jahr 2016 „Einkauf 4.0 – Digitalisierung des Einkaufs“ prognostizieren das Fraunhofer IML und der BME: „Der Einkauf wird in Zukunft vollkommen anders aussehen – es gibt keinen traditionellen Einkäufer mehr. Der Einkäufer wird zum Schnittstellenmanager intern und extern. Er muss ein hohes technisches Verständnis aufweisen, da er sich auch mehr und mehr zum Produktentwickler wandelt. Die Entwicklung zum Datenanalysten ist bereits gesetzt.“ Ziel ist die dezentrale Selbststeuerung der Produktion statt der bisherigen zentralen Steuerung. Die weitere Entwicklung bleibt spannend. Dies belegt auch ein Zitat aus der Einkauf 4.0-Studie: „Wie sich die Rolle des Menschen im Einkauf 4.0 entwickeln wird, lässt sich noch nicht eindeutig sagen. Auf der einen Seite liegt die Vermutung nahe, dass der Einkauf schrumpfen wird, weil die operativen Prozesse autonom ablaufen werden und die Rolle des Menschen dadurch an Bedeutung verliert. Auf der anderen Seite werden dem strategischen Einkauf so viele neue Aufgaben abverlangt, dass hier gegebenenfalls zusätzliche Mitarbeiter benötigt werden. Ob der Einkauf als Ganzes also tatsächlich schrumpfen wird und welche Rolle der Faktor Mensch im Einkauf 4.0 am Ende spielt, lässt sich heute noch nicht abschließend beantworten.“

Hier zeichnen sich zwei Mega-Trends ab: die Vernetzung aller Informationsstraßen sowie der fahrerlose Transport. Als Beispiel für IT-seitige Vernetzung hat Thyssenkrupp Steel Europe Anfang 2017 ein Informationssystem für die Lkw-Logistik eingeführt. Bei dem Unternehmen fahren jeden Monat rund 20 000 Lkw auf den Hof. 30 Minuten stehen für das Be- und Entladen jeweils zur Verfügung. Verzögert sich die Ankunft eines Trucks, kommt schnell die gesamte Planung durcheinander. Die Lösung: Eintreffende Lkw melden vorab kontinuierlich via App ihren Standort. Anhand der Positions- und Verkehrsdaten sowie der empfohlenen Routen erkennt ein Algorithmus in Echtzeit, ob sich ein Transport verzögert. Die IT schlägt dem verspäteten Lkw dann ein neues Zeitfenster vor.

Auch wenn der fahrerlose Truck noch Zukunftsmusik ist: Er wird kommen. Im April 2017 haben Daimler und Bosch eine Entwicklungskooperation für autonome Fahrsysteme ins Leben gerufen. Längst sind selbstfahrende LKWs auf unseren Straßen unterwegs. Freilich immer noch mit Fahrer und nur auf ausgewiesenen Strecken. In der Roland Berger Studie „Automated Trucks“ halten es die Berater aber für möglich, dass sich die Rollen innerhalb der Logistikketten grundlegend ändern. Sie erwarten neue Geschäftsmodelle, bei denen sich zum Beispiel Platooning-Dienstleister durchsetzen. Die Studie sagt voraus, dass mit der Zunahme autonomer LKWs die Sicherheit wächst und die Anzahl der LKW-Unfälle bis 2040 um 90 % sinken wird.

Wir begleiten Sie auf dem Weg zur Digitalisierung: In dieser Ausgabe beleuchten wir das Thema Logistik im Industrie 4.0-Umfeld. Wenn Sie tiefer in die Materie einsteigen möchten, finden Sie in unserer Schwesterzeitschrift „Elektro Automation“ ergänzende Informationen.