Pictures of the Future    Herbst 2006

Sicher ans Ziel

Dass Briefe und Pakete schnell ihren Bestimmungsort erreichen, liegt vor allem an leistungsfähigen Scannern und Leseverfahren. Die erfassen bis zu 60 000 Postsendungen in der Stunde und verstehen inzwischen sogar Arabisch und Chinesisch. Doch nicht nur die Post, auch Auto- und Flugzeugkonzerne setzen auf zuverlässige Lesegeräte und fälschungssichere Markierungen – zum Schutz ihrer Produkte.

Irgendwie sehen sie aus wie eine Mischung aus Aktenschrank und Fotokopierer, die jemand in die Länge gezogen hat. 40 m weit erstrecken sich die blaugrauen Maschinenmonster, und bei jeder Postkarte und jedem Brief macht es leise Klack-Klack – 60 000 Mal pro Stunde. Die riesigen Briefsortierer rattern in einer Halle von der Größe eines Einkaufszentrums bei Siemens Postal Automation (PA, Bereich Industrial Solutions and Services) in Konstanz – hier werden sie gebaut und getestet. Mit einer Geschwindigkeit von 4 m/s sausen die Umschläge durch den Bauch der Förderanlagen, so schnell, dass man statt einzelner Briefe nur ein unendliches weißes Band erkennt.

Pro Sekunde erfassen die Anlagen mit ihren Scanner-Augen nicht nur die Adresse, sondern auch die Bilder von 17 Umschlägen. Das ist Weltrekord. Sie werfen die Briefe nach Städten, Straßen und Hausnummern geordnet in das richtige Sortierfach. Nur für die Fütterung mit neuen Briefen ist der Mensch noch zuständig. Den Rest erledigt der gigantische Automat. Egal, ob eine Briefmarke verkehrt aufgeklebt oder eine Adresse unleserlich oder auf arabisch geschrieben ist.

Udo Miletzki ist einer der Entwickler, denen die Maschinen ihre Intelligenz verdanken. Seit mehr als 30 Jahren tüftelt er an immer schlaueren Erkennungsmethoden. "Bevor neue Anlagen in alle Welt geliefert werden, werden sie bei uns als Referenzanlage aufgebaut und nach dem Testen exakt genauso beim Kunden installiert", erzählt Miletzki, der das Sortiergeschäft wie kein anderer kennt und es von Anfang an miterlebt hat. So auch 1973, als das Unternehmen den ersten großen Auftrag von der Deutschen Bundespost für den Bau eines automatischen Anschriftenlesers erhielt. 1978 ging diese weltweit erste Anlage in Betrieb und konnte bereits damals handgeschriebene Postleitzahlen erfassen – 36 000 Mal pro Stunde.

Heute werden Briefe in Deutschland in so genannte Eingangspostämter gebracht und von Maschinen wie denen in Konstanz eingelesen. Die Anschrift wird registriert und als rosarotes Strichmuster – der Barcode – auf den Brief gedruckt. Dann geht es auf die Reise zum Empfangsort. Dank Code muss die Adresse dort kein zweites Mal eingelesen werden. Er enthält alle nötigen Adressinformationen und leitet den Brief sicher durch die Feinverteilanlage. Beim Einsortieren wird sogar die Strecke berücksichtigt, die der Briefträger später gehen wird.

Absolut neu ist das Erkennungsverfahren ARTRead. Anders als bisher lassen sich damit viele verschiedene Poststücke lesen: Briefe, Päckchen oder Hochglanzmagazine. ARTRead nutzt spezielle Hochleistungsscanner von Siemens mit einer für diese Geschwindigkeitsklasse noch nicht dagewesenen Auflösung bis 300 dpi. Damit kann die Software selbst schwer lesbare Textaufdrucke erkennen. Zudem beherrscht das System viele Sprachen und Adressformate. Vor allem in Ländern, in denen verschiedene Alphabete gemischt auftauchen – etwa lateinische und kyrillische – ist ARTRead hilfreich. Es gibt keine Schriftsprache, die mit dem in Konstanz entwickelten Verfahren nicht lesbar wäre.

Digitaler Fingerabdruck. Damit das bunte Sammelsurium aus Zeitungen, Päckchen oder Briefen sicher und schnell die Empfänger erreicht, haben Miletzki und seine Kollegen ein "Fingerprint"-Verfahren entwickelt, das ab 2007 bei einem großen europäischen Postdienstleister als Pilotprojekt startet und den Versand von Großbriefen – wie Umschläge, wattierte Sendungen oder in Folie verschweißte Magazine – erleichtern soll. "Es ist z.B. sehr schwierig, Barcode-Etiketten auf rutschige Folien zu kleben, oder Folien mit Barcodes zu bedrucken", erklärt Miletzki. Darüber hinaus machen spezielle Geräte und Unmengen Tinte den Barcode teuer.

Mit dem Fingerprint ist das alles Schnee von gestern. Die Anlage erfasst die Vorderseite des Briefumschlags als digitales Bild, das so individuell wie ein Fingerabdruck ist. Aus jedem Brief werden unverwechselbare Merkmale extrahiert und der Sendung als binärer Zahlencode zugeordnet. Dieses Bild wird zusammen mit der Adressinformation in einer zentralen Datenbank gespeichert. Am Empfangsort wird der Brief erneut gescannt und sein "Fingerabdruck" an die Zentrale geschickt. Die schickt in Sekundenbruchteilen die dazugehörige, bereits zuvor gelesene, Adressinformation zurück. Damit alles gelingt, werden die Merkmale von hochauflösenden Scannern erfasst und von einer Software wie ARTRead analysiert, die mit Tausenden von Adressmustern, Buchstaben oder Handschriftentypen trainiert wurde. Mit Hilfe von statistischen Verfahren ermittelt die Software dann, welchem Symbol ein Zeichen oder ein handschriftliches Wort am meisten ähnelt.

Umleitung für Milliarden. Mit 66 % Marktanteil bei den installierten Systemen führt die Siemens PA weltweit mit Abstand den Markt für Postsortieranlagen an. Die bedeutendsten Neuentwicklungen basieren dabei auf einer intelligenten Verknüpfung von Erkennungstechnik mit Informationssystemen. Dazu zählt auch das PARS-System – Postal Automated Redirection System –, das seit einigen Jahren in den USA im Einsatz ist (siehe Pictures of the Future, Herbst 2003,  Briefverteilung). "Jährlich wechseln 17 % der US-Bevölkerung ihren Wohnort", sagt Rudolf Klink, Marketing-Manager in Konstanz. "Milliarden Sendungen werden dadurch zu Irrläufern – ein enormer Aufwand für die US-Post USPS."

PARS verhindert, dass Briefe mit veralteter Anschrift an den ehemaligen Wohnort geschickt werden. Zieht eine Person um, werden die Briefe gleich mit umgelenkt. Das geschieht so: Eine Datenbank speichert die alte und neue Adresse. Wird im Eingangspostamt ein Brief mit alter Adresse erfasst, leitet ihn PARS trotz falscher Aufschrift an den neuen Bestimmungsort weiter. Damit hat das System die Zustellung deutlich beschleunigt, die Zahl falsch zugestellter Briefe erheblich reduziert, und für USPS Einsparungen im Wert von mehreren hundert Millionen Dollar pro Jahr möglich gemacht. Auch in Deutschland, Dänemark und der Schweiz ist ein solches, leicht abgewandeltes Nachsendesystem inzwischen im Einsatz. Der PARS-Auftrag von USPS mit einem Wert von 460 Mio. € war der bislang größte, den die PA in ihrer über 50-jährigen Geschichte an Land gezogen hat.

Das Ziel für immer ausgefeiltere Sortieranlagen ist klar: Die Verteilung soll noch schneller und günstiger werden. Auch bei der Schweizer Post, die den Versand künftig in drei großen Postverteilanlagen zentralisieren will. Bislang werden Briefe, deren Anschriften schlecht leserlich sind, videocodiert. Das Bild wird an Computerarbeitsplätze geschickt, an denen Mitarbeiter die richtigen Daten ablesen und die Adresse vollständig ins System eintippen. Diese Videocodierung ist zwar bereits etabliert, aber zeitraubend.

Jetzt kommt ein neues System zum Einsatz, in das die Adresse nicht mehr komplett eingetippt werden muss. Der Mitarbeiter muss nur noch jene Angaben ergänzen, die die Maschine nicht lesen konnte. Das Verblüffende am Schweizer Modell: Die Videocodierung findet weitab der Verteilzentren statt. Die Briefsortieranlagen senden die Bilder in Bruchteilen von Sekunden an den entsprechenden Arbeitsplatz. Noch während sich der Brief in der Maschine befindet, wird die Adresse dort komplettiert und zurückgeschickt. Der Brief verlässt die Maschine mit dem richtigen Bestimmungsort.

Dank Fingerprint-Methode und ARTRead-System wird man nach Einschätzung von Miletzki in absehbarer Zukunft sogar ganz auf die Videocodierung verzichten können. Für die PA-Experten geht es indes nicht nur ums Tempo, sondern auch um Qualität und Sicherheit – und Schutz vor Betrug. Dafür haben sie ein System erdacht, das kontrolliert, ob Briefe korrekt frankiert sind. Das "Revenue Protection System" erkennt etwa, ob der Aufdruck einer Frankiermaschine legitim ist oder von einer gestohlenen Maschine stammt – wiederum dank Kopplung an eine Datenbank.

Seit mehr als fünf Jahrzehnten perfektionieren die Konstanzer den Postversand, Ideen gehen ihnen trotzdem nicht aus. Derzeit arbeiten sie in einem Kooperationsprojekt mit verschiedenen Unternehmen und dem Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz in Kaiserslautern an einem Lesegerät der Zukunft, das semantische Informationen versteht – also Wörter in ihrem Sinnzusammenhang begreift.

Denn ein Wort wie "Konstanz" kann in einer Anschrift durchaus öfter auftreten – im Städte-, Straßen- oder Firmennamen – und das bringt heute auch das ausgetüfteltste Sortiersystem gelegentlich durcheinander. Die automatische semantische Erfassung von Text dürfte die Sortiermaschinen noch intelligenter machen und zudem neue Web-Dienste zur besseren Bewältigung der täglichen Mail-Kommunikation ermöglichen.

Code für Schiffsmotoren. Bereits seit mehreren Jahren ist beim Postversand eine weitere Technik etabliert – der Data-Matrix-Code (DMC) oder auch "2D-Code" – ein Quadrat, das mit einem Punktmuster gefüllt ist und einige Vorteile hat: Anders als der Barcode kann der DMC aus allen Winkeln gescannt werden und benötigt bis zu 100-mal weniger Platz für denselben Informationsgehalt. Darüber hinaus kann man ihn noch lesen, wenn kleine Bereiche zerkratzt sind. Die Post vergibt die Codes – ähnlich den Nummern beim Internet-Banking – aus einer zentralen Datenbank. Das macht den DMC zusätzlich fälschungssicher.

Dass dafür leistungsstarke Lesegeräte nötig sind, liegt auf der Hand. Diese modernen Scanner stammen von Siemens Automation and Drives (A&D) in Nürnberg, für deren Scanner-Spezialisten das Lesen und Verifizieren individueller und fälschungssicherer Markierungen alltägliches Geschäft ist. Bei ihnen geht es aber nicht nur um Briefe, sondern um Leiterplatten, Flugzeugbauteile oder Schiffsmotoren. Denn etliche Industriebetriebe – allen voran Autohersteller und Luftfahrtunternehmen – haben die Vorteile des DMC erkannt und kennzeichnen damit bereits viele ihrer Produkte. Das Besondere: Die Punkte des 2D-Codes lassen sich einfach und direkt auf das Bauteil auftragen, leichter als die Striche eines Barcodes. Je nach Material wird das Punktmuster per Laser eingebrannt, ins Metall genadelt oder mit Spezialtinte aufgedruckt. Experten sprechen vom Direct-Part-Marking (DPM – direkte Bauteil-Markierung).

Thomas Beck, Produktmanager bei A&D, sagt, dass "wir uns beim 2D-Code derzeit erst am Beginn einer Wachstumskurve befinden". Mit der heutigen Scanner-Technologie sind schon bis zu 1 800 Lesevorgänge pro Minute möglich. Weniger als 100 ms dauert das Lesen und Auswerten eines Codes mit den Geräten der Reihe Simatic HawkEye, die über eine sehr gute Optik und eine leistungsfähige Software verfügen. Damit können die Punktmuster selbst bei störenden Reflexionen der Bauteile, bei geringem Kontrast und wechselnden Lichtbedingungen ausgelesen werden. Beck: "Die Anforderungen betreffen überwiegend die Performance und Lesesicherheit der Lesegeräte. Die Geräte haben in dieser Beziehung einen großen Sprung nach vorn gemacht." A&D hat sich zudem im Oktober 2005 mit dem Kauf der US-Firma Acuity CiMatrix, dem Weltmarktführer für Matrix-Code-Lesegeräte und -Bildverarbeitungssysteme, verstärkt.

Weltweite Authentifizierung. Eine weitere Herausforderung besteht darin, die Geräte in unterschiedlichste Produktionslinien zu integrieren. Dafür unterhält Siemens ein Solution-Partner-Programm für Machine Vision, zu dem auch die Firma ISW aus Kölln-Reisiek bei Hamburg gehört. Das Unternehmen ist führend bei der Entwicklung maßgeschneiderter Data-Matrix-Systeme für verschiedenste Branchen.

"Zum einen testen wir für den Kunden, mit welcher DPM-Methode sich seine Produkte oder Bauteile am besten markieren lassen", sagt Ulrich van Groningen, kaufmännischer Mitarbeiter der norddeutschen Firma. "Zum anderen analysieren wir, wie sich die Geräte in die laufende Produktion integrieren lassen." So untersuchen die ISW-Mitarbeiter direkt in ihren Labors an Bauteilen der Kunden, welche Markierungsart sich für das jeweilige Material eignet und welches Lesesystem für die Applikation das beste ist. Für die Lufthansa entwickelte die Firma kürzlich ein Data-Matrix-System für die Kennzeichnung von Turbinenschaufeln.

Bei der Wartung werden die Triebwerke komplett demontiert und einzelne Schaufeln überarbeitet oder bei Beschädigung ausgetauscht. Um sicherzugehen, dass jede der wertvollen Schaufeln später wieder an derselben Stelle montiert wird, markiert man sie einzeln mit dem 2D-Code. "Der Code schützt zudem vor Plagiaten oder alten Bauteilen, die falsch deklariert auf den Markt gebracht werden", betont Thomas Beck – und das gelte nicht nur für Flugzeugbauteile.

Auch in dieser Hinsicht beginnt sich der 2D-Code erst jetzt so richtig zu etablieren. Denn Voraussetzung für ein solches Überwachungssystem sind leistungsfähige Kommunikationsnetze, die die zentral beim Hersteller gespeicherten DPM-Daten in Sekundenschnelle an jeden Ort der Welt schicken. Ein Beispiel sind Flugzeughersteller, die ihre Bauteile mit DPM fälschungssicher markieren. Wechselt ein Kunde irgendwann einmal eine Komponente, wird der Code des Ersatzteils eingelesen und via Internet beim Hersteller authentifiziert. Mit der Etablierung leistungsfähiger zentraler Datenspeicher und daran gekoppelter DPM-Lesesysteme wird der 2D-Code, da ist sich Beck sicher, künftig nicht nur in der Flugzeugindustrie zu einem Höhenflug ansetzen.
                                                                                                                     Tim Schröder