Praktische Anwendungen von KI in der Logistik

Walter Maderner | April 19, 2018

Die Produktion war der erste Anwendungsbereich der Robotik. In den Produktionslinien integriert, mussten die Roboter genau definierte und abgezirkelte Bewegungen meist ohne Ortswechsel durchführen. Logistik Aufgaben wie Materialtransporte, Kommissionierung und Verpackung galten lang als zu komplex.

Dort sind autonomes Bewegen, Objekterkennung und taktile Objekt Manipulation Voraussetzung. Mit Hilfe von KI werden nun erstmals leistungsfähige Roboter entwickelt, die in der Lage sind die Aufgaben der stationären Logistik weiter zu automatisieren. Dabei gibt es durchwegs unterschiedliche Ansätze welche Aktivitäten automatisiert werden und wie die Schnittstelle von Mensch und Maschine ausgestaltet werden kann.

Die Lösungen für eine Automatisierung der letzten Meile, sei es über selbstfahrende Zustellroboter, Minivans oder Drohnen, sind in Erprobung. Wie vollständig diese sein wird, wird davon abhängen wie schnell sich das fahrerlose autonome Fahren durchsetzt und wie die Übergabe der Sendung am Point of Delivery ohne Paketboten organisiert werden kann. Und last but not least wird auch hier der Rechenstift entscheiden, ob die Performance- und Effizienzgewinne das Investment in diese Technologie rechtfertigt.

 

Robotik und KI automatisiert die stationäre Logistik

Amazon ist Vorreiter in der Automatisierung in der Supply Chain. Mit Amazon Robotics, der 2012 akquirierten Roboterschmiede Kiva Systems werden inhouse innovative Automatisierungslösungen entwickelt und im Unternehmen seit 2014 konsequent eingesetzt. Ein anschauliches Beispiel über den Stand der Technik für Lagerung und Kommissionierung liefert das Amazon Logistikzentrum in New Jersey. Dort werden die nicht wertschöpfenden Arbeiten von Robotern übernommen.

Eingehende Ware von hoher Stückzahl wird von Entladerobotern in kleinere Einheiten für die Bestückung anderer Logistikzentren automatisch heruntergebrochen. Für die eigenen Aufträge des Logistikzentrums bringt eine Armee von intelligenten und KI gesteuerten Robotern die chaotisch bestückten Lagerregale zu den menschlichen Kommissionierern, die dann an einem Display angezeigte Kundenaufträge in Trays kommissionieren. Die Verwendung von Robotern hat den Vorteil, dass die Kommissionierer keine Wege mehr zurücklegen müssen, und dass die Lagerfläche um 50% effizienter genutzt werden kann, weil die Lagerregale extrem kompakt gestaut werden können.

Das 2014 gegründete Münchner Startup magazino hat einen Lagerroboter TORU Cube entwickelt, der KI gesteuert über WLAN seine Aufträge erhält, und selbstständig mittels Lasersensoren im Lager navigiert. Über Kameras und eine Bilderkennungssoftware erkennt er die zu komissionierenden Gegenstände und pickt diese mit Hilfe seiner Greifarme.

Der deutsche Logistikkonzern DHL testet ab sofort die in 2015 entwickelten kollaborativen Robotermodelle Baxter und Sawyer in seinen Logistikzentren. Die Roboter kommissionieren und verpacken, montieren und konfektionieren. Dabei agieren die Robotermodelle innerhalb Ihrer Aufträge vollständig autonom. Der wesentliche Unterschied zu den in der Produktion eingesetzten Industrierobotern ist die quasi menschliche Flexibilität mit der auf Veränderungen reagiert werden kann.

Einen gänzlich anderen hochgradig originellen Ansatz verfolgt Hitachi. Das Unternehmen hat 2015 eine KI als „Lagerleiter“ in einer Anzahl ihrer Distributionszentren eingesetzt. Aufgabe des KI Bosses war es die Arbeitsaufträge den Arbeitern zuzuteilen. Die KI analysierte auch die Arbeitsabläufe nach den Regeln des KAIZEN und brachte Vorschläge zur Verbesserung der Prozesse. Gegenübern den nicht KI geführten Distributionszentren verbesserte sich die Produktivität schon nach kurzer Zeit um rund 8%.

Materiallogistik und Lagerwirtschaft sind vollständig automatisierbar. Autonome KI gesteuerte Roboter machen Fördertechnik obsolet. In einer ersten Welle werden, wie am Beispiel Amazon illustriert, die monotonen und nicht wertschöpfenden Tätigkeiten automatisiert werden. Wie sehr sich die Schnittstelle in Richtung Robotik verschiebt ist letztlich eine Kosten-Nutzen-Betrachtung.

 

Echtzeit KI gesteuerte Transporte und Automatisierung der letzten Meile

Das logistische Management der Warenströme, das Ausnutzen von Frachtraum, die Entscheidung über die Transportmoden und die Optimierung der Transportroute im Hinblick auf Weg, Zeit und Kosten auf der letzten Meile ist eine komplexe und hochdimensionale mathematische Optimierungsaufgabe. Die Komplexität der Aufgabe hat es mit sich gebracht, dass die meisten Transportnetzwerke meist um ein statisches Mengenszenario herum optimiert werden.

Findige Disponenten managen dann tagtäglich die Abweichungen. Mit KI Methoden, Big Data aus den Daten, Stati der Kundenbelieferungen und der Computing Power der neuen Rechnergenerationen ist es jetzt nicht nur möglich in Echtzeit Frachtraum zu optimieren und die Touren dynamisch zu planen, sondern Robotik und autonomes Fahren dazu zu nutzen auch die Zustellung auf der letzten Meile weitestgehend zu automatisieren.

Das Hamburger Startup Cargonexx hat eine neue Ära des LKW Transportes durch seinen One Klick-Trucking Service eingeleitet. Als Frachtplattform hat Cargonexx keine eigenen Fahrzeuge, sondern vermittelt Cargonexx Transporte mit Hilfe KI „Hanni“. Hanni ermittelt die richtigen Spotmarktpreise die automatisch auf die LKW der Frachtführer verteilt werden. Das intelligente Matching von Frachten und Frachtführern optimiert die Margen der Frachtführer, verringert das Verkehrsaufkommen und senkt die Kosten der Verlader.

Das 2014 gegründete britische Robotics Startup Starship hat einen autonom fahrenden Paket Zustellroboter entwickelt, der vom deutschen Paketdienst Hermes 2016 bereits in einem Pilotversuch getestet wurde. Ausgestattet mit Kameras, GPS und Gyroskopen navigiert der Roboter mit etwa 6,4 km/h selbstständig durch die Innenstädte. In Zukunft sieht Hermes diese Zustelloption vor allem in den Innenstädten, wo es für Zustellfahrzeuge extrem schwer ist geeignete Parkplätze zu finden und Zusteller so überflüssige Wegstrecken zurücklegen müssen.

Im September 2014 startete DHL ein Pilotversuch einer Arzneimittelzustellung per Drohne zur Nordseeinsel Juist. Erstmals in Europa wurde ein unbemanntes Luftfahrzeug ohne direkten Sichtkontakt eines Piloten in einem echten Anwendungsfall betrieben. Bis zur Insel Juist legt er rund 12 km für einen Weg zurück. Der Flug findet dabei erstmals vollständig autonom statt. Das heißt, in keiner Flugphase ist das Eingreifen eines Piloten erforderlich. Damit der DHL Paketkopter zuverlässig, sicher fliegt und stets punktgenau landet, wurde ein Autopilot mit automatischer Start- und Landefunktion entwickelt

2016 stellte Daimler den Vison Van vor, einen vollautomatischen und vollständig in die digitale Lieferkette integrierten Transporter. Der elektrisch angetriebene Transporter verfügt über einen voll automatischen Laderaum, über zwei autonom fliegende Transportdrohnen. Kommissionierung und Verladung der Packstücke, Laderaummanagement und Routenplanung für Fahrzeug und Zustelldrohnen werden KI unterstützt. Obwohl das Fahrzeug nicht autonom fährt, hat man die nicht wertschöpfenden Tätigkeiten weitestgehend automatisiert.

Ab 2018 wird das deutsche Logistikunternehmen DPDHL seine leichten, elektrisch betriebenen Lieferfahrzeuge in Zusammenarbeit mit ZF Friedrichshafen und NVIDA mit der KI-fähigen Steuerbox ZF ProAI ausstatten, um so Pakettransport und Zustellung weiter zu automatisieren. Die 3.400 Street-Scooter lernen über Sensorik und KI ihre Umgebung zu „verstehen“ und können selbstständig Ihre Route planen, optimieren und das Fahrzeug selbstständig parken.

Dabei ist das System adaptiv und kann auf kurzfristige Einflussfaktoren wie Staus oder dringliche Pick Ups flexibel und schnell reagieren. Da Online Shopping weiter stark zunehmen wird, die Anzahl der Fahrer aber begrenzt ist, kommt den KI fähigen autonomen Fahrzeugen eine Schlüsselstellung in der Logistik der letzten Meile zu.

Fazit: KI wird erheblichen Einfluss auf alle existierenden, und aktuell möglicherweise auch gut funktionierenden, Business Modelle haben. Um weiterhin erfolgreich am Markt auftreten zu können ist ein rechtzeitiges Auf- und Vorbereiten der anstehenden Entwicklungen unerlässlich. 

 

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Über den Autor

Walter Maderner

Dr. - Partner, Wien

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