Unmanned Cargo mit microdrones: Schnelle Drohnen-Lieferung.

microdrones im Logistik-Bereich


Phantasie oder ein faszinierende Neuerung für den zukünftigen Alltag? Manche zweifeln, dass es demnächst an unseren Himmel von unbemannten Flugobjekten nur so wimmelt. Andere hingegen sehen in dieser Lösung die nahe Zukunft. Auf unterschiedliche Weise sind beide Meinungen nah an der Wahrheit.

Dieser Bericht liefert einen fundierten Einblick in die Rolle von microdrones in der nahen Zukunft. Er behandelt aktuelle Möglichkeiten und Bedingungen, ergründet das positive Potenzial, ebenso wie existierende Grenzen der »Unmanned Aerial Vehicles« (UAVs) und untersucht die Auswirkungen der UAVs für die Logistikindustrie.

Während viele Einsatzgebiete von unbemannten Flugsystemen (z.B. bei Film- und Fotoaufnahmen oder Gefahrenabwehr und Polizei) heutzutage durchaus üblich sind, stehen die Anwendungen im Logistikbereich gerade am Anfang. Die nachfolgenden Anwendungsbeispiele sind also als visionär anzusehen; die Absicht ist es, sich inspirieren zu lassen und Diskussionen anzuregen. Die Anwendungsbeispiele aus dem Logistikbereich beanspruchen nicht, die zukünftigen Entwicklungen exakt vorherzusagen.

Elektrische Multicopter (welche sich durch senkrechten Start und Landung auszeichnen) scheinen die vielversprechendste Lösung für die Logistikindustrie zu sein. Aus diesem Grund konzentrieren wir uns mit den Anwendungsbeispielen auf Tätigkeiten, die über kurze anstatt über lange Distanzen möglich sind. Der Bericht unterscheidet die Anwendungsbeispiele für die Logistikindustrie in vier Kategorien: Urbane First- und Last-Mile-Lösungen, Lieferungen in ländlichen Gebieten, Überwachung der Infrastruktur und Intralogistik.


Urbane First- und
Last-Mile-Lösungen

Die schnelle Urbanisierung ist einer der Megatrends in den vergangenen Jahren und in der nahen Zukunft, insbesondere in aufstrebenden Märkten. Das Versicherungsunternehmen Swiss RE sagt voraus, dass die globale urbane Bevölkerung zwischen 2011 und 2030 um 1, 4 Milliarden auf 5 Milliarden Menschen wächst. 90 Prozent des Wachstums findet demnach in den aufstrebenden Märkten statt. Negative Auswirkungen dieses Trends spiegeln sich in überlasteten Straßen, Umweltverschmutzung und sinkender Effizienz aufgrund von Verspätungen bei der Beförderung von Menschen und Gütern wider. Für Stadtplaner ist es oftmals schwierig mit der Geschwindigkeit der Urbanisierung und des Bevölkerungswachstums Schritt zu halten. In vielen Fällen verschaffen Infrastrukturprojekte nur kurzfristig Erleichterungen. Ein Teil des Problems ist die urbane First- und Last-Mile-Lieferung und dass der Bedarf dafür sehr wahrscheinlich steigt, da sich das Volumen von E-Commerce erhöht. China beeindruckte mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate für den E-Tailing-Bereich (Verbraucherorientierte E-Commerce-Geschäfte außer Finanzservices, Jobsuche und Reisen) von 120 Prozent zwischen 2003 und 2011 (»China’s e-tail revolution: Online shopping as a catalyst for growth«, McKinsey Global Institute, March 2013). Selbst wenn die Wachstumsraten wahrscheinlich sinken werden, sind zukünftige Erhöhungen immer noch erheblich. UAVs können für Innenstädte große Erleichterungen sein, indem sie den Verkehr auf den Straßen reduzieren und diesen am Himmel abbilden. Bislang sind Nutzlasten begrenzt, aber ein Netzwerk von Drohnen könnte trotzdem First- und Last-Mile Logistiknetzwerke unterstützen.

Ein luftgestütztes First- und Last-Mile-Netzwerk könnte folgendermaßen aussehen: Lieferungen, die außerhalb der städtischen Grenzen ankommen, werden in bestehenden Einrichtungen sortiert (Hubs, Lagerhallen, Cross-Docking-Standorte), und Lieferungen, die bestimmte Bedingungen erfüllen, werden automatisch getrennt. Zusätzlich zu Größe, Gewicht und zeitlich kritischen Terminen könnten diese Bedingungen auch dynamische Kriterien enthalten (z.B. aktuelle Verkehrslage, Luftverschmutzung und Netzbelastung). Jedes UAS (Unmanned Aircraft System) nimmt automatisch die vorgesehene Lieferung von einem Förderband auf und startet. Auf dem Rückweg zum Hub könnte das UAV Punkt-zu-Punkt-Lieferungen durchführen, die auf der Route liegen.

Die Routen wären immer dynamisch, so dass ein intelligentes Netzwerk die Ressourcen in Echtzeit bedarfsgerecht neu verteilt, basierend auf der Last und Dringlichkeit der einzelnen Lieferungen. Wenn ein Auftrag für einen Notfalltransport durchgeführt werden muss (z.B. zeitkritische Blutlieferungen von einer Blutbank), ändert sich die Priorisierung automatisch. Endkunden können per App nachverfolgen, wo sich in der Nähe Quadrokopter befinden und diese mit einer dynamischen Abholung beauftragen. Dazu würde das System GPS Daten vom Smartphone des Kunden benutzen und diesen immer dort antreffen, wo er sich gerade befindet, selbst wenn er nach Abgabe seines Auftrags den Ort gewechselt hat. Gleichzeitig würde es dieselbe Flexibilität für Lieferungen geben. Sobald der Kunde eine Benachrichtigung sendet, verlässt ein UAV den Hub und liefert die Ware direkt am Standort des Kunden aus oder holt im Falle einer Rücknahme innerhalb der ersten Meile die Ware vom Kunden ab.

Die ersten und letzten Meter des Lieferprozesses sind wahrscheinlich eine technisch besondere Herausforderung. Falls der Kunde sich draußen befindet und sich bewegt, kann das UAS ihn ausfindig machen und die Lieferung übergeben, nachdem der Kunde sich über NFC oder QR-Code per Smartphone identifizieren konnte. Falls der Kunde sich jedoch zu Hause befindet, wird es schwieriger. Wenn es einen Garten oder einen Balkon gibt, könnte das UAV das Paket dort abliefern. Bei größeren Gebäuden oder Wolkenkratzern kann das UAV auf dem Dach landen. Die problematischste Lieferung wäre eine an mittelgroße Gebäude mit Spitzdächern, wie sie hauptsächlich in Europa vorkommen. Hier müsste ein alternativer Lieferpunkt gefunden werden, eventuell eine Art Sammelstelle. Das existierende Netzwerk an DHL Packstationen oder Paketkästen könnte diesbezüglich erweitert werden, um die Lieferung zu ermöglichen.

Das urbane First- und Last-Mile-Anwendungsbeispiel ist wahrscheinlich das am meisten greifbare und spektakulärste in der Logistikindustrie. Aber es ist vermutlich auch das mit den größten Hindernissen, weil Datenschutz- und Sicherheitsbedenken sich in dicht bevölkerten städtischen Umgebungen multiplizieren. Außerdem ist es besonders herausfordernd in Bezug auf regulatorische Rahmenbedingungen und Infrastruktur – insbesondere die Integration in bestehende städtische Infrastrukturen.


Lieferungen in
ländliche Gebiete

Das Potential der Quadrokopter-Technologie ist auch in ländlichen Gegenden offensichtlich, in denen es nur eine schlechte Infrastruktur oder schwierige geografische Bedingungen gibt. George Barbastathis von der Fakultät für Gesundheitswissenschaften und Technologie der Universitäten Harvard und MIT untersuchte das Potential von UAVs, um schnell Impfstoffe in ländliche Gegenden zu transportieren sowie First- und Last-Mile-Lieferprobleme zu bewältigen. Außerdem sollten Kosten, Qualität und die Versorgung mit Impfstoffen generell verbessert werden. Für die Logistikindustrie ist die Lieferung in ländliche Gebiete durch Drohnen nicht nur bei Notfallsituationen attraktiv, da abgelegene Orte mit geringem Volumen ein kostenintensiver Bestandteil des normalen Netzwerks sind. Darüber hinaus benötigen diese typischerweise eine spezifische Infrastruktur, welche sich den regionalen Bedürfnissen anpasst (z.B. Gebirgsregionen oder Lieferungen auf Inseln).

Für abgelegene Inseln könnte eine mögliche Lösung die Lieferung von Paketen per Unmanned Aerial Vehicles sein, wodurch entweder bestehende und komplexe Prozesse mit Autos, Booten und Postboten ersetzt oder neue, zusätzliche Services angeboten werden. Diese könnten zum Beispiel Lieferservices beinhalten, die vom Festland starten oder spezielle Express-Services umfassen (z.B. für Medikamententransporte). Damit wertvolle Einblicke in eine vergleichbare Anwendung gewonnen werden können, kooperierte die Deutsche Post DHL mit dem UAV-Hersteller microdrones im Dezember 2013, um Medikamente an die Mitarbeiter im DHL-Hauptsitz in Deutschland zu liefern. Dieses gemeinsame Projekt fand in Bonn statt, aber die Gegebenheiten waren vergleichbar mit einer ländlichen Gegend, da die microdrone über den Rhein flog und es sowohl bei Start und Landung als auch in der Flugbahn keine Gebäude gab.
Dies ist wichtig, da es maßgeblich den Flug und die Lieferung erleichtert. Gebäude beeinflussen sowohl Windverhältnisse als auch die Stärke des GPS-Signals und erschweren dadurch die Lieferung im Vergleich zu einfachen Ablademöglichkeiten, wie sie in ländlichen Gegenden möglich sind.
Ein UAS namens »DHL Paketkopter« wurde jederzeit händisch von einem Betreiber gesteuert, um rechtliche Anforderungen zu erfüllen. Technisch gesehen hätte das UAV aber komplett automatisch betrieben werden können, indem es GPS-Wegpunkte folgt. Das Flugobjekt war mit einem Entriegelungsmechanismus ausgestattet, welches es ermöglichte das Paket per Fernsteuerung oder vorprogrammiertem Befehl abzuwerfen.


Basierend auf den Testflügen vom Dezember verfolgte DHL das Projekt im September 2014 weiter und bietet seitdem reguläre Lieferdienste von der norddeutschen Stadt Norden auf die Insel Juist an. Ziel ist es Medikamente und andere dringend benötigte Produkte schnell und flexibel zu liefern. Mehr als 12 Kilometer werden durch eine microdrone autonom abgedeckt – ohne jeden Eingriff eines Piloten. Besonders bemerkenswert ist es, dass das System zum ersten Mal außer Sicht eines menschlichen Betreibers arbeitet (BVLOS – Beyond Visual Line Of Sight) und wahrscheinlich eines der ersten Systeme ist, welches diese Mission mit offizieller Genehmigung durchführen darf.




Das Projekt unterstreicht die Durchführbarkeit von UAV-basierten Lieferungen in einem realen Umfeld. Eine umfassende Nutzung benötigt jedoch noch Zeit. Quadrokopter besitzen einen großen Vorteil in Infrastrukturen, die schwach ausgebaut oder kaum existierend sind. Zum Beispiel in ländlichen europäischen Gegenden könnten Luftlieferungen per Multikopter-Netzwerk die Liefergeschwindigkeit erhöhen und den Service verbessern. Im ländlichen Afrika könnte das komplette Logistiksystem revolutioniert werden. Abgelegene Gemeinschaften in Entwicklungsländern haben häufig kaum Zugang zu gut ausgebauten Straßen und Zuglinien. Durch UAS Liefernetzwerke könnten diese Dörfer an der Weltwirtschaft teilhaben und deutlich schneller dringend benötigte Güter erhalten. Dies würde im Gegenzug die wirtschaftliche Entwicklung fördern, da zu einem gewissen Teil die Nutzung von UAVs den teuren und zeitintensiven Aufbau von Infrastruktur obsolet macht.


Überwachung von Infrastruktur

Genau wie in anderen Industrien müssen auch Organisationen in der Logistikindustrie ihre Infrastruktur genau beobachten. UAVs können dabei mit Sicherheitsüberwachungen in großräumigen Anlagen wie Lagerhäusern, Höfen, Docks oder sogar Pipelines helfen. Zudem können sie dabei helfen mehrere Projekte zu leiten (z.B. den Verkehr von Lkws und Gabelstaplern auf dem Gelände). Die wahrscheinlich vielversprechendste Anwendung ist die Unterstützung von Kunden durch Drohnen mit Value-added-Services, zum Beispiel auf Ölfeldern. Das britische multinationale Öl- und Gasunternehmen BP, wird demnächst standardmäßig UAVS benutzen, um ihre Ölfelder in Alaska zu patrouillieren. Dies ist die erste genehmigte kommerzielle Nutzung von Unmanned Aerial Vehicles in den USA. Die Drohnen werden genutzt, um spezielle Instandhaltungsarbeiten an Straßen, Öl-Pipelines und anderen Infrastrukturen in der weiten und potenziell gefährlichen arktischen Umgebung von Nordalaska zu überwachen. Es wird geschätzt, dass die BP Mitarbeiter am Boden bis zu einer Woche benötigen, um einen Zwei-Meilen-Abschnitt einer Pipeline zu untersuchen. Laut Curt Smith, Technology Director bei BP, können UAVs diesen Abschnitt innerhalb von 30 Minuten untersuchen.
In einem ersten Schritt bedeutet die Überwachung der Infrastruktur, dass Logistikunternehmen ihre eigenen Betriebe und Assets selbst überwachen müssen. Dadurch kann gewährleistet werden, dass diese voll ausgelastet und geschützt sind (z.B. durch Diebstahlreduzierung von besonders wertvollen Gegenständen in Lagerhäusern). Der Status der Infrastruktur kann aus der Luft beurteilt und der Schaden (z.B. am Lagerdach) bewertet werden. In der Zukunft könnte es zudem möglich sein, dass UAVs selbst kleinere Reparaturarbeiten an schwer zu erreichenden Teilen von Gebäuden und der Infrastruktur durchführen.

In einem zweiten Schritt beinhaltet die Überwachung der Infrastruktur das Angebot von UAV-Services für die Kunden. Ein mögliches Beispiel ist ein Energieunternehmen, das über ein sehr großes Betriebsgelände verfügt und dessen Vermögenswerte teuer und schwer nachzuweisen sind. Falls nun ein Asset nicht auffindbar ist und Stunden danach gesucht wird, könnten Zollstrafen für jedes importierte Produkt, was momentan nicht auffindbar ist, die Situation verschlimmern. Zudem wird der Energiekunde wahrscheinlich kontinuierlich mit Themen aus den Bereichen Gesundheit, Sicherheit und Umwelt konfrontiert. Es ist nicht einfach, lückenlose Sicherheitsstatistiken in der rauen Umgebung von Ölfeldern und Abbaugebieten aufrecht zu erhalten. DHL unterstützt bereits Energiekunden bei der Nachverfolgung ihrer Assets und Verbesserung im Bereich der Gesundheits-, Sicherheits- und Umweltschutz-Statistiken. Um das nächste Level der Optimierung betrieblicher Prozesse zu erreichen, müssen Logistikunternehmen und ihre Kunden in der Zukunft UAVs nutzen, damit Tätigkeiten, wie die Nachverfolgung von Assets, Überwachung von Risikofaktoren und Aufspüren von vermissten Angestellten, unterstützt werden können.


Intralogistik

UAVs können in der Intralogistik eine entscheidende Rolle spielen. Zum Beispiel in der Automobilindustrie mit ihren riesigen Produktionsstätten, just-in-time-Prozessen und unfassbaren Kosten von unausgelasteten Produktionsanlagen. Drohnen könnten den innerbetrieblichen Transport ebenso wie Notfall-Lieferservices vom Lieferanten zum Werk unterstützen, die aktuell normalerweise von Helikoptern durchgeführt werden. Große Bergbauregionen könnte ebenfalls von Expresslieferungen profitieren, welche die Zustellung von Produkten beinhalten, die absolut notwendig für die Aufrechterhaltung des Betriebes sind (z.B. Lieferungen von Werkzeug, Maschinenteilen und Schmierstoffen).
UAVs sind leicht einzusetzen und können vorabdefinierte Flugrouten abfliegen, so dass es keinen Bedarf an speziell ausgebildetem Personal gibt, um die Quadrokopter zu starten und zu fliegen. Solange der Systembetrieb auf private Flächen beschränkt ist, müssen die Organisationen nur mit minimalen rechtlichen Schranken und Bedenken bezüglich der Privatsphäre rechnen (Themen, die sonst so schwerwiegend sind, dass sie andere Anwendungsmöglichkeiten unmöglich machen können.)
Die signifikanteste Hürde für Intralogistik ist wahrscheinlich die Nutzlast. Kleinere, bezahlbare UAVs sind immer noch teuer, und große unbemannte Helikopter stehen ihren bemannten Vorbildern in punkto Kosten, Instandhaltung und Infrastrukturanforderungen nicht wirklich nach und eliminieren dadurch ihre größten Vorteile.

Eine weitere vorstellbare Anwendung in der Intralogistik wäre der Gebrauch von UAVs in der Lagerumgebung, um flexiblere und zugängliche Hochregallager zu ermöglichen. Ein Fraunhofer IML Forschungsprojekt untersucht zum Beispiel den Gebrauch von UAS-Plattformen für Innen- und Außenflüge. Das Konzept basiert auf dem Internet of Things, und fokussiert sich auf die Selbstorganisation von Maschinen und die Interaktion zwischen System. Die Sensoren ermöglichen es dem System unabhängig die Umgebung zu beobachten und zu analysieren, so dass das Unmanned Aerial Vehicle in der Lage ist durch das Lager zu navigieren, logistische Objekte zu finden und den Warenbestand zu prüfen. Die gesammelten Informationen könnten über intelligente Schnittstellen und Services auch externen Systemen zur Verfügung gestellt werden.


Schlussfolgerung
und Ausblick

Es ist offensichtlich, dass grundlegende Herausforderungen auf die UAVs warten, insbesondere was rechtliche Anforderungen, Bedenken bezüglich der Privatsphäre sowie die Integration in bestehende Netzwerke angeht. Es ist wahrscheinlich, dass eine gewisse Zeit und viele Anstrengungen benötigt werden, um diese Herausforderungen zu meistern und dass sogar viele Niederlassungen in der Logistikindustrie regulär nie UAVs nutzen werden.
Dennoch zeigt dieser Bericht, dass bei spezifischen Anwendungen UAVs bereits heute erfolgreich sind. Dies beinhaltet Anwendungen, die die Liefergeschwindigkeit und den Kundenservice verbessern, Kosten reduzieren und in manchen Fällen sogar Leben retten.

Aus der heutigen Sicht sind die zwei vielversprechendsten Gebiete in der Logistikindustrie bezüglich des Geschäftspotenzials:

  • Dringliche Expresslieferungen in stark bevölkerten Megastädten: Dadurch können Liefergeschwindigkeiten, Netzwerkflexibilität und möglicherweise sogar die Umweltbilanzen verbessert werden
  • Lieferungen in ländlichen Gebieten, in denen es an adäquater Infrastruktur mangelt (z.B. in Afrika): Dadurch können Menschen in abgelegenen Regionen mit dem globalen Handel verbunden werden.

Dieses Thema wird in den nächsten Jahren von großem Interesse sein, insbesondere wenn die technologische Entwicklung und gesetzliche Änderungen die Verbreitung von UAVs beschleunigen.

microdrones lädt Sie auf diese aufregende Reise in die Zukunft ein!


Ein besonderer Dank geht an Dr. Markus Kückelhaus, DHL Trend Research. Textausschnitte wurden entnommen aus: »UNMANNED AERIAL VEHICLE IN LOGISTICS – A DHL perspective on implications and use cases for the logistics industry – 2014«, DHL Trend Research