Pictures of the Future Herbst 2003
Logistik – Warenlager
Herrscher über das Kistenchaos
In Warenlagern herrscht immer Hochbetrieb. Täglich gehen von dort aus Tausende von Produkten und Hunderte von Kartons auf die Reise. Moderne Roboter- und Computersysteme orten Container, stapeln Kisten exakt auf Paletten und passen auf, dass nichts verloren geht.
Mit der Augsburger Firma Kuka Roboter hat Siemens ein System entwickelt, bei dem Roboter vollautomatisch unterschiedlichste Kartons optimal auf Paletten zusammenstellen – bislang ein Knochenjob für menschliche Arbeiter
Wer schon des Öfteren seinen Wohnort gewechselt hat, weiß, was es heißt, den gesamten Hausstand in einer Unzahl gleicher Kartons zu verpacken – und wie lange es dauert, bis endlich wieder alle Gegenstände an ihrem angestammten Platz sind. Wehe, die Pappkisten sind nur halbherzig beschriftet: Der Flaschenöffner bleibt verschwunden oder die letzte Schraube fürs Kinderbett. Bei einigen Hundert Gegenständen verliert der Normalsterbliche den Überblick.
Ganz anders sieht es bei jenen aus, die tagtäglich mit Tausenden von Artikeln in Hunderten von Kartons, Kisten oder Containern zu tun haben – den Experten in Warenlagern. Sie beherrschen das Chaos, nicht zuletzt, weil sie zunehmend von komplexen Computerprogrammen und Lagerautomaten unterstützt werden. In haushohen Hochregalen sausen Fahrstühle auf und ab. Nach der Choreographie eines Rechners verstauen sie Kleidungsstücke, Schrauben oder sogar Großgeräte wie etwa Waschmaschinen auf Paletten und in Fächern. Der Computer merkt sich, wo er was platziert hat. Je nach Bedarf lagert er nach anderen Kriterien ein. Waren, die häufig nachgefragt werden, lässt der Rechner so aufbewahren, dass sie sehr schnell greifbar sind. Moderne Versandhäuser wie Otto oder Klingel lagern bis zu fünf Millionen Artikel ein, packen pro Stunde 5 000 Päckchen, die auf die Reise zu 5 000 verschiedenen Empfängern gehen. Und selten landet eines bei der falschen Adresse.
Lückenlose Ortung und Verfolgung. Eine solche logistische Perfektion ist letztlich erst durch den massenhaften Einsatz von Barcodes möglich geworden. Jedes Produkt, jeder Karton und jede Palette erhalten eine individuelle Strichmarkierung. Diese beinhaltet Produktinformationen, Chargen-Nummern oder sogar Adressdaten. An Weichen und Kreuzungen von Fließbändern oder auch am Warenein- und Warenausgang wird der Code automatisch per Laserscanner abgelesen, ähnlich einer Kasse im Supermarkt. So lassen sich Pullis oder Oberhemden auf einem Fließband einem bestimmten Kundenauftrag zuordnen oder der Brief in einem Postverteilzentrum einem Postleitzahlenbereich.
In den modernsten Warenlagern und an Umschlagplätzen wurde der Barcode auf den Produkten inzwischen von so genannten Transpondern abgelöst (siehe Beitrag Transponder in Pictures of the Future, Herbst 2002). Anders als Barcodes benötigen die via Funk auslesbaren Etiketten keine Sichtverbindung. Zudem sind sie viel unempfindlicher gegen mechanische Beschädigung und Schmutz. Gegenstände melden sich sogar von allein zu Wort, um nicht verloren zu gehen. Zu diesem Zweck haben Siemens-Experten spezielle Mini-Sender zur schnellen Ortung entwickelt. Moby-R heißt das System. Die dafür eingesetzten Transponder bestehen aus einem kleinen Datenchip, einer winzigen Antenne und einer Batterie. In regelmäßigen Abständen senden sie ein individuelles Funksignal auf einer Mikrowellenfrequenz maximal mehrere Hundert Meter weit an Empfangsantennen in der Umgebung.
Chaotische Containerlagerung.Durch Berechnung der Laufzeit des Signals kann der Zentralrechner automatisch erkennen, wo sich der Gegenstand befindet – z.B. ein Container in einem riesigen Hafengelände. Etwa alle fünf Minuten aktualisiert der Computer auf einem Monitor das Lagebild sämtlicher Container. "Dadurch wird es möglich, Container nach dem chaotischen Prinzip eines Hochregallagers aufzubewahren", sagt Heinrich Stricker, Chef des Business Development für das Moby-System bei Siemens Automation and Drives. Der Computer weiß stets, wo die jeweilige Ware ist. Interessant wird das überall dort, wo Waren schnell kommen und gehen, wo Gabelstapler Container ständig verschieben, um Platz für neue Lieferungen zu schaffen. Dank Transponder entfällt die zeitraubende Suche nach verloren gegangenen Containern. Auch gegen Diebstahl soll das neue System besser schützen.
Wie Hosen den richtigen Karton finden
Waren- und Hochregallager mögen noch so ausgeklügelt und automatisiert sein: Wenn es ans Packen geht, ist doch wieder der Mensch gefragt. In den meisten Versandhäusern landen Waren auf Packtischen, an denen Mitarbeiter Kartons falten und Stück für Stück per Hand Socken, Hosen oder Röcke hineinlegen, bis der Auftrag komplett ist. Dabei kommen durchaus Fehlwürfe vor und Reklamationen sind programmiert. Doch es geht auch anders – etwa in der vollautomatischen Versandlinie, die Siemens Dematic vor kurzem gemeinsam mit dem Versandhaus Klingel und dem Hamburger Unternehmen Pierau Planung in Pforzheim fertig gestellt hat.
Automatisches Packen. Mussten bisher Frauen und Männer die Pappkartons falten, so übernimmt das jetzt ein Automat, der die Kisten anschließend auf ein Fließband schiebt. Jedem Karton folgen wie eine Entenfamilie Hemden und Pullover auf demselben Fließband nach. An der so genannten Hubstation schließlich gelangt die Konfektionsware in den Karton. 100 dieser Hubstationen reihen sich wie Garageneinfahrten an einer Straße am Förderband auf. Zunächst wird der Pappkarton in die Hubstation bugsiert und mit einer kleinen Hebebühne abgesenkt. Dann folgen Hemden oder Hosen. Dank der Barcode-Kennzeichnung weiß das System, welcher Artikel in welchem Karton landen muss. Ist die Pappkiste gefüllt, wird sie eine Etage tiefer auf einem zweiten Fließband weiterbefördert. Kataloge, Geschenkartikel und die in Sekundenschnelle gedruckte Rechnung werden dazugelegt. Schließlich wird automatisch der Deckel auf das Paket geklebt, der Karton mit einem Barcode versehen und mit einem Adressaufkleber bestückt. Unabhängig davon, in welcher Reihenfolge die Kisten über die Bänder rollen, kann der Computer sie mittels Barcode identifizieren.
Perfektes Zusammenspiel. Bis zu 30 000 Pakete verlassen täglich die neue Packstraße – insgesamt etwa 100 000 Artikel. "Die Herausforderung bei der Umsetzung des neuen Systems lag vor allem darin, die verschiedenen Komponenten miteinander zu verknüpfen", sagt Wilfried Lampe, der den Mail Order- und den E-Commerce-Bereich bei Siemens Dematic in Offenbach leitet. Immerhin müssen die automatischen Kartonfalter, die Kartonidentifizierer und -verschließer sowie der Rechnungsdruck perfekt zusammenspielen, damit am Ende ein korrekt gepackter und frankierter Karton herauskommt. 800 bis 900 Informationshäppchen müssen zwischen den einzelnen Stationen ausgetauscht werden, bis ein Päckchen gepackt ist – und das in Echtzeit.
Noch aber sind Transponder vergleichsweise teuer. Derzeit beherrschen bei reinen Identifikationsanwendungen daher Barcodes die Lagerwelt. Experten gehen davon aus, dass das auch in den nächsten Jahren noch so bleiben wird, obgleich Funktechnologien in vielen Branchen stark auf dem Vormarsch sind (siehe Beitrag Transponder). Denn um Barcode-Etiketten zu drucken und aufzukleben, genügen ein wenig Folie und Papier.
Roboter als Hochstapler. Auch die Entwickler von Siemens Dematic in Offenbach setzen auf den omnipräsenten Strichcode. Gemeinsam mit der Augsburger Kuka Roboter GmbH haben sie eine Pilotanlage entwickelt, die Kartons fein säuberlich auf Paletten stapelt. Diese ist bislang einzigartig. Zur Zeit setzt Siemens Dematic das Konzept mit verschiedenen Kunden in erste Anwendungen um.
Der Palettier-Automat soll künftig in jenen Lagern zum Einsatz kommen, in denen es darum geht, Waren von einer Palette oder aus einem Hochregallager auf einer nach Kundenwunsch gemischten Palette zusammenzustellen. Das ist z.B. in Zwischenlagern für Supermärkte der Fall. Dort wird ständig Ware von vielen Herstellern angeliefert. Und die muss täglich aufs Neue individuell für jeden Supermarkt zu bunt gemischten Paletten zusammengestellt werden. Zwar funktioniert das Hochregallager zumeist vollautomatisch. Um aber eine Vielzahl verschiedener Kartons zu einer stabilen und dicht gepackten Kundenpalette zusammenzufügen, sind bisher das geschulte Auge und die Flexibilität eines menschlichen Palettierers nötig. "Ein Knochenjob", sagt Gregor Baumeister, als Leiter Robotic Picking Systems bei Siemens Dematic zuständig für die Entwicklung der vollautomatischen Palettier-Anlage. "Ein Arbeiter hebt am Tag mehrere Tonnen Ware um und packt sie vom Fließband auf die Kundenpalette." Ein guter Grund, den Prozess zu automatisieren.
Die neue Anlage ist ein komplexes Zusammenspiel aus Robotern, Fließbändern und einer aufwändigen Steuerungstechnik. Das Prinzip: Ein Roboter greift nacheinander verschiedene Kartons von der Palette des Zulieferers und packt diese auf ein Fließband. Eine zweite Roboterstation nimmt die Pakete auf und positioniert sie gemäß Bestellung auf der Kundenpalette; egal ob kleine oder große Kisten, am Ende ist die Palette dicht und stabil gepackt – so, wie es bisher nur Menschen konnten.
Was simpel klingt, ist tatsächlich ausgesprochen kompliziert. Mit einer Kamera muss der Roboter zunächst die Lage der Kartons auf der Lieferantenpalette erkennen, um sie nacheinander abgreifen zu können. Eine besondere Herausforderung für die Entwickler war die Programmierung der Software. Immerhin muss diese in der Lage sein, ein simples Kamerabild in Positionsdaten für den Grei- fer umzusetzen. Um Pappkisten verschiedener Größe zu schnappen, muss zudem innerhalb weniger Sekunden das Greifwerkzeug ausgetauscht werden können. Dabei handelt es sich um Metallplatten mit Spezialbeschichtung, die sich per Vakuum auf den Kartons festsaugen. Kartons, die gegriffen werden, erhalten automatisch ein Barcode-Etikett. Der Palettier-Roboter schließlich muss die Kartons nach intelligenten und flexiblen Rechenvorschriften so zusammenstellen, dass das Palettenvolumen möglichst vollständig ausgenutzt wird. Neue Kartonformate werden am Wareneingang ins System eingelesen und später vom Roboter wiedererkannt.
Inzwischen erreicht der Apparat Packungsdichten von deutlich mehr als 80 %. Ein professioneller menschlicher Packer bringt es auf höchstens 75 bis 80 %. Schaut man dem pferdegroßen Roboter zu, staunt man über seine scheinbare Intelligenz. Zuerst positioniert er große Kisten in den Ecken der Palette, danach füllt er den Innenraum. Hohlräume pflastert er zum Schluss mit kleinen Kartons zu. Bis zu 350 Kisten pro Stunde kann das Gerät derzeit platzieren – völlig fehlerfrei und ganz ohne Bandscheibenvorfall. Durch Optimierung der verschiedenen Prozessschritte soll sich die Zahl noch deutlich erhöhen.
Je nach Einsatzfall und Wirtschaftlichkeit wird künftig jeweils eine etwas anders gestaltete Anlage zum Einsatz kommen, sagt Baumeister. "So werden eher einzelne Module unserer Pilotanlage in verschiedenen Lagern Einzug halten" – z.B. nur die Greifeinheit, die Paletten abräumt und aufs Fließband packt oder der schlaue Palettierer. "Letztlich zeichnet sich Siemens Dematic ja gerade dadurch aus, individuelle Lösungen zu finden."
Ein Roboter greift sich in Sekundenschnelle das richtige Werkzeug, um Kartons unterschiedlicher Größe anheben zu können
Roboter mit Navigationssystem. Einen Roboter ganz anderer Art haben Siemens-Experten von Corporate Technology (CT) entwickelt. Das MobMan (Mobiler Manipulator) genannte und auf Rädern gelagerte Gefährt ist mit einem Greifarm ausgestattet. In Lagern könnte er eingesetzt werden, um Artikel aus einem Regal zu holen, auf ein Fließband zu packen oder seinem menschlichen Kollegen in die Hand zu drücken. Das spart Wege und Zeit.
Der MobMan ist mit dem komplexen Navigationssystem SINAS (siehe Beitrag Der elektronische Saubermann in Pictures of the Future, Herbst 2002) ausgestattet, mit dem er sich selbständig orientieren kann. Zudem besitzt der Greifarm lasergesteuerte Näherungssensoren, mit denen er seinen Arm zielsicher auf ein Objekt zusteuern kann. Tastsensoren ermitteln, mit welcher Kraft der Greifer zudrücken muss, um den Gegenstand festzuhalten, ihn aber nicht zu zerquetschen. Ob dereinst Hunderte von MobMan durch die Lagerhallen sausen werden, will der Leiter des Robotik-Teams Dr. Gisbert Lawitzky derzeit nicht voraussagen. "Denn am Ende ist entscheidend, ob sich die aufwändigen Apparate wirtschaftlich einsetzen lassen." So wird eine einfachere Version der Assistenzroboter möglicherweise zunächst in wohlhabenden Privathaushalten umherschwirren – als einer der ersten elektronischen Butler.
Agenten in der Logistik. Auch Dr. Michael Berger beschäftigt sich mit digitalen Assistenten. Anders als der MobMan bestehen diese aber nicht aus Blech und Kabel, sondern aus Bits und Bytes. Berger ist Spezialist für digitale Agenten. Dabei handelt es sich um Computerprogramme, die z.B. im Internet Aufgaben für den Menschen übernehmen. Nach diesem Prinzip funktionieren heute die Auktionen bei Internet-Börsen wie eBay. Der Interessent nennt lediglich sein Angebot. Eine Software führt die Verhandlung. In der Welt der Warenlager könnten derartige Assistenten künftig für reibungslose und pünktliche Lieferungen sorgen. Die Agenten könnten etwa mit Spediteuren Frachtkonditionen aushandeln oder sich nach dem billigsten Anbieter umschauen. Noch mag es manch einen befremden, einem Computer so viel Vertrauen zu schenken. Berger ist sich aber sicher, dass sich die Agententechnik in kleinen Schritten in diese Richtung entwickelt.
"Zurzeit bringen wir mit einem Software-Hersteller ein Projekt auf den Weg, bei dem es zunächst darum geht, einen Lieferauftrag besser zu verfolgen", sagt der Projektmanager für "Intelligente Autonome Systeme" bei CT in München. "Damit lässt sich schneller und genauer feststellen, ob die Ware verloren gegangen ist, gestohlen wurde oder zu spät eintreffen wird." Da die Ware sowohl beim Hersteller als auch beim Spediteur, im Lager und beim Kunden gescannt wird, lässt sich theoretisch jederzeit feststellen, wo sie sich gerade befindet.
Das Problem derzeit ist aber, dass nicht alle Beteiligten an der Logistikkette dieselben Datenverarbeitungssysteme benutzen. Ein unübersichtlicher Kommunikations-Wirrwarr aus Faxen, Anrufen oder E-Mails ist häufig die Folge. Dem Agenten kommt deshalb zunächst vor allem die Aufgabe zu, mit allen Systemen zu kommunizieren und so die relevanten Transport-Daten herauszufiltern. Zudem ist es für einen Sachbearbeiter derzeit fast unmöglich, Tausende von Sendungen gleichzeitig zu verfolgen. Ein Agent schafft das. Für Lageristen sind diese Informationen entscheidend, um rechtzeitig Alternativen planen zu können, falls die Ware nicht wie verabredet eintreffen sollte.
Selbst die Planung von Krisenmaßnahmen und Transportalternativen soll künftig Aufgabe der Agenten sein. Ihr Ziel ist es letztlich, die Abläufe in der gesamten Logistikkette zu perfektionieren. So sollen Lagerbestände niedrig gehalten werden, um wenig Kapital zu binden, aber die Regale dennoch gut bestückt sein. Die Zukunft wird zeigen, ob ein Lager dereinst tatsächlich nur noch von virtuellen Agenten geführt und von Robotern in Bewegung gehalten wird.
Tim Schröder