Produktfertigung und Logistik sind aktuell von umfangreichen technischen Veränderungen geprägt. Früher bedeutete Logistik, dass Mitarbeiter:innen Waren lagern und sie dann von A nach B transportieren. Mittlerweile sind viele Bereiche in der Logistik automatisiert: Intelligente Sensoren und eine lernfähige Software sind mit dem Industrial Internet of Things (IIoT) verbunden. Sie ermöglichen es Unternehmen, Versand und Lagerung weitestgehend zu automatisieren. Diese technische Weiterentwicklung bezeichnet die Fachliteratur als Logistik 4.0.
Was genau Logistik 4.0 ist, wie sie funktioniert und wie Ihr Unternehmen davon profitieren kann, erfahren Sie in diesem Beitrag.
Was ist Logistik 4.0?
Expert:innen bezeichnen Logistik 4.0 als ein zentrales Anwendungsgebiet der sogenannten Industrie 4.0. Logistik 4.0 vernetzt und integriert Prozesse, Objekte, Lieferanten, Händler, Hersteller und Kunden. Die Grundlage von Logistik 4.0 sind smarte Sensortechnik und eine cloudbasierte Datenverarbeitung. Alle an einem logistischen Prozess beteiligten Geräte kommunizieren selbstständig miteinander. Ohne eine Digitalisierung der Logistik funktioniert auch die fortlaufende Digitalisierung der übrigen Unternehmensbereiche nicht.
Was sind die Ziele von Logistik 4.0?
Vernetzte Logistik schafft durch die Digitalisierung der Daten mehr Transparenz zwischen Unternehmen, Zulieferern und Kunden. Dadurch sollen alle Teilbereiche einer Lieferkette effektiver und effizienter gestaltet werden. Expert:innen sprechen in diesem Zusammenhang von den „sechs R der Logistik“.
- Richtiges Produkt
- Richtige Qualität
- Richtige Zeit
- Richtiger Ort
- Richtige Menge
- Richtige Kosten
Ziel der Logistik 4.0 ist ein optimierter Lieferprozess im Sinne der „sechs R“. Dies erfordert eine selbstdenkende und lernfähige Logistik, die autonom Entscheidungen trifft. Im Optimalfall muss der Mensch in den laufenden Prozess nicht eingreifen – dank sogenannter Cyber-Physical-Systems (CPS). Sie erkennen und lösen Probleme selbstständig.
Logistik 4.0: So funktioniert die Technik
Was ist ein Cyber-Physical-System?
Der Begriff Cyber-Physical-System (CPS) beschreibt Komponenten innerhalb eines Logistiksystems, die mithilfe von Software, Elektronik und Mechanik miteinander verknüpft sind. Expert:innen sprechen auch von einer cyber-physischen Infrastruktur. Teile eines CPS sind zum Beispiel Maschinen, Roboter und andere miteinander vernetzte Einzelkomponenten wie Rechner, smarte Sensoren und Antriebselemente. Der Informationsaustausch sowie Kontrolle und Steuerung finden automatisch und im Millisekundentakt statt.
Ein CPS verarbeitet mithilfe von Sensoren Informationen aus der physischen Welt und projiziert sie auf die digitale Ebene. Alle an ein firmeninternes Netz angeschlossenen Komponenten können auf die digitalisierten Informationen zugreifen. Ein Beispiel: Wenn Sensoren eine Störung an einer Stelle Ihrer Produktionsstraße feststellen, erkennt das CPS die Meldung. Die Steuerelemente der Fließbänder erhalten dann den Befehl, die Geschwindigkeit zu drosseln. Daten auf der Cyber-Ebene haben in einem CPS also einen direkten Einfluss auf die physische Ebene – und umgekehrt. Die wichtigsten Bestandteile eines Cyber-Physical-System stellen wir Ihnen im folgenden Abschnitt vor.
Smarte Sensorik
Sensoren mit Zugriff auf das IIoT innerhalb einer Logistik-4.0.-Struktur identifizieren und orten Objekte. Darüber hinaus erfassen sie Zustände wie Temperatur, Druck, Füllstand und Energieverbrauch. Häufig ist die Sensorik in Fertigungs- oder Transportmaschinen eingebettet.
Wenn beispielsweise die Sensoren eines Montageroboters zu große Abweichungen bei einem Werkstück feststellen, kann der Roboter selbst die nötigen Maßnahmen ergreifen und sich abschalten sowie das Steuerungssystem informieren. Die Kommunikation mit den anderen Komponenten der Fertigungsanlage erfolgt drahtlos direkt vom Sensor aus.
In einer Logistik-4.0-Anlage kann ein smarter Sensor selbstständig agieren: Er speichert seine individuellen Kalibrierdaten oder führt eigenständig Berechnungen durch und meldet vorausschauend mögliche Fehler. Diese Selbstständigkeit und die damit verbundene Datenmenge stellen die Datenübertragung Ihres Unternehmens unter Umständen vor eine Herausforderung: Die wachsende Anzahl von IIoT-Sensoren führt zu einer immer größeren Datenmenge. Nur mit einer modernen Datenübertragungs- und Verarbeitungstechnik kann Ihre Firmen-IT diese „Informationsflut“ verarbeiten. Hier spielt 5G-Übertragungstechnik eine wichtige Rolle.
Cloud-Computing
Moderne Datenbanken müssen Daten möglichst schnell speichern und abrufbar machen. Um den immer größer werdenden Datenmengen gerecht zu werden, sind physische Server für viele Unternehmen zunehmend unattraktiv. Die Lösung: die Auslagerung der Firmen-IT in die Cloud. In einem Logistikprozess fallen große Datenmengen an. Hunderte Sensoren an Fertigungsmaschinen, Scannern oder Transportfahrzeugen melden und empfangen nahezu ununterbrochen Daten. Die Ansprüche an eine Unternehmens-IT sind also sehr hoch. Nur ein schnelles und schnell skalierbares Cloud-System kann diese Datenmengen bewältigen. Expert:innen sehen daher Cloud-Computing als das Rückgrat der Logistik 4.0.
Big-Data-Analyse
In der Logistik 4.0 spielen Big-Data-Analysen eine weitere wichtige Rolle. Viele Unternehmen analysieren bereits heute große Datenmengen, um die einzelnen Teilbereiche ihrer Lieferkette zu optimieren. Zu jeder Ware liegen Daten vor: Um welches Material handelt es sich? Wo wird das Bauteil gelagert? Wohin soll das Bauteil geliefert werden? Zu welchem Endprodukt wird das Bauteil mit anderen Bauteilen zusammengefügt?
Mögliche Datenquellen in der Logistik 4.0 sind:
Informationen aus dem Fuhrpark: IIoT-Sensoren und Lokalisierungssysteme wie zum Beispiel GPS ermöglichen es, neue Routen festzulegen und dadurch den Kraftstoffverbrauch zu optimieren.
Verkehrsinformationen: Daten über Staus und andere Behinderungen im Straßenverkehr können automatisch in die Routenplanung einfließen. Logistikunternehmen können so geplante Lieferzeiten einhalten und Lücken in der Lieferkette vermeiden.
Wetterdaten: Wenn Unternehmen meteorologische Daten in der Routenplanung berücksichtigen, können sie mögliche Verkehrsbehinderungen aufgrund extremer Wetterbedingungen rechtzeitig erkennen und einplanen.
Nutzerverhalten im Webstore: Beispielsweise vor Weihnachten rechnen bestimmte Unternehmen mit stark erhöhter Nachfrage. Je nach gemessenem Einkaufsverhalten können die Firmen bestimmte Waren in erhöhten Stückzahlen lagern, um Lieferengpässe zu vermeiden. Im Onlineshop kann eine Analyse des Klickmusters Aufschluss darüber geben, welches Kaufverhalten zu erwarten ist.
Warenbestand in den Verkaufsstellen: Informationen über Bestände an Verkaufsstellen sorgen dafür, dass nachgeforderte Waren rechtzeitig für den Versand zu den Groß- und Einzelhändlern vorbereitet werden können. Im Optimalfall erkennen die Logistik-Mitarbeiter:innen in den Verteilstellen bereits vor dem Verkaufspersonal, wann eine bestimmte Ware im Laden nicht mehr vorrätig ist.
Blockchain-Technologie
Durch die Globalisierung sind weltweite Lieferketten immer komplexer geworden. Unternehmen beziehen Materialien von Zulieferern aus der ganzen Welt. Lieferanten speichern Informationen über die jeweiligen Produkte in der Regel auf verschiedenen Speichermedien.
Eine durchgängige Einsicht in die Herkunft einzelner Produkte sowie deren Komponenten ist im Nachhinein häufig nicht mehr möglich. Dadurch wird die Produktrückverfolgbarkeit erschwert. Die Lösung: die Blockchain (Deutsch: Blockkette) als dezentrales, verteiltes Netzwerk.
Der Vorteil von Blockchain-Systemen: Durch die dezentrale Verteilung der Daten benötigen sie keinen zentralen Server. Dies erschwert Manipulationen innerhalb der Lieferkette enorm. Die Blockchain speichert alle Informationen über ein Produkt und legt gleichzeitig eine Kopie dieser Informationen bei jeder beteiligten Partei ab. Die Informationen werden für den ganzen Lebenszyklus eines Produktes festgehalten. Alle Beteiligten eines Blockchain-Systems können Änderungen am Datensatz erkennen und so nachvollziehen, wer wo und wann diese Änderungen vorgenommen hat. So entsteht ein sicherer und verteilter Informationsfluss.
Vereinfacht gesagt ist eine Blockchain eine dezentrale Datenbank, die eine Vielzahl von Informationen linear speichert. Wenn ein Block seine maximale Speicherkapazität aufgenommen hat, wird die Information auf dem nächsten Block weitergeschrieben. Eine Prüfsumme sichert jeden Block. Dadurch können keine Daten verloren gehen.
In Blockchain-Systemen verteilen sogenannte Distributed Ledger Datensätze auf verschiedene Computer. Ein Ledger ähnelt einem digitalen Register. Das Ledger wird ständig aktualisiert und die Informationen auf allen beteiligten Rechnern werden miteinander verglichen. Darüber hinaus werden sämtliche Änderungen der Datensätze protokolliert.
Optimierung der Logistik mit Digital Twins
Ein sogenannter Digital Twin (Deutsch: digitaler Zwilling) ist die virtuelle Darstellung eines Objekts oder Systems. Mithilfe spezieller Software können Sie zum Beispiel Ihre gesamte Produktionskette digital darstellen und einer umfassenden Analyse unterziehen. Häufig bestehen moderne Produktionsanlagen aus einer Vielzahl miteinander interagierender Maschinen, Roboter und Steuerungselemente. Hier bietet das Digital-Twin-Verfahren in Kombination mit IIoT-Technik eine Vielzahl von Möglichkeiten, Abfolgen in der Logistik zu optimieren.
IIoT-Sensoren übertragen mittels 5G-Mobilfunk und SD-WAN-Technologie laufend Daten in Ihre Cloud. Dort wertet eine Software alle empfangenen Daten aus und erstellt daraus einen digitalen Zwilling Ihrer Produktions- und Logistikabläufe. Der Algorithmus fragt unter anderem: An welchem Punkt der Produktion befindet sich die Ware? Wie viele zur Montage benötigte Teile sind noch vorrätig? Kommt es an bestimmten Punkten der Lieferkette zu Verzögerungen? Ermöglicht die aktuelle Produktionsgeschwindigkeit das Einhalten der zugesagten Liefertermine?
Abweichungen vom normalen Betriebsverhalten des Systems werden umgehend identifiziert und gegebenenfalls adressiert, bevor eine weitreichende Störung entsteht. Außerdem lassen sich Optimierungsansätze mit wenig Aufwand ausprobieren und deren Auswirkungen am Modell beobachten. Mit Ihrem Team können Sie geplante Neuerungen diskutieren: Was verändert sich, wenn beispielsweise Lagerbestände näher an die Produktionshalle „herangeholt“ werden? An welcher Stelle der Lieferkette können Übergaben vielleicht effektiver erfolgen? Mithilfe eines Digital Twin können Sie diese Szenarien durchspielen.
Aktuelle Trends in der Logistik 4.0
Pick-by-Voice
Pick-by-Voice (Deutsch: Sprachkommissionierung) ist ein Kommissionierverfahren, bei dem die Kommunikation zwischen Kommissioniersystem und Mitarbeiter:innen über menschliche Sprache erfolgt. Denn das System kommt ohne klassische Kommissionierlisten auf Papier oder Datenfunkterminals aus. Die Kommissionierer:innen steuern logistische Abläufe mithilfe von Sprachkommandos über Headsets. Das Lagerverwaltungssystem sendet die Aufträge über Funk. Ist ein Auftrag ausgeführt, bestätigen die Mitarbeiter:innen dies per Spracheingabe, indem sie eine Prüfnummer nennen. Entspricht diese Nummer der Vorgabe des Logistiksystems, erfasst die Software den Auftrag als „erfolgt“.
Pick-by-Vision
Bei Pick-by-Vision (Deutsch: optische Kommissionierung) tragen die Kommissionierer:innen eine Datenbrille bzw. Augmented-Reality-Brille. Diese zeigt den Träger:innen in Echtzeit relevante Daten zum aktuellen Auftrag. Die Anweisungen auf der Datenbrille leiten die Träger:innen schrittweise durch den Auftrag. Eine Navigationsfunktion führt die jeweiligen Mitarbeiter:innen direkt zum Lagerort des zu kommissionierenden Artikels. Dort zeigt die AR-Brille alle nötigen Daten zur Warenentnahme, zum Beispiel die Anzahl der zu entnehmenden Teile.
Lagerlogistik mit Drohnen
Hochregale sind in der Logistik ein effizientes und raumsparendes Lagersystem für eine Vielzahl von Warenarten. Sie kommen vor allem dort zum Einsatz, wo kleine Warenmengen und große Artikelvielfalt aufeinandertreffen.
Eine besondere Herausforderung ist die gesetzliche Verpflichtung zur jährlichen Inventur. Anders als im Einzelhandel – mit seinen meist inventurfreundlich überschaubaren Regalmaßen – erreichen die größten Hochregallager mittlerweile Höhen von bis zu 50 Metern. Auch das Auffinden falsch abgestellter Paletten ist ein wichtiges Thema für die Lagerlogistik. Inventur und Fehlerkorrektur erfordern eine regelmäßige Durchsicht und Kontrolle aller vorhandenen Palettenstellplätze auf allen Ebenen.
Unabhängig voneinander haben deshalb zwei Unternehmen eigene Drohnenlösungen entwickelt: der Gabelstaplerhersteller Linde Material Handling (ehemals Linde plc, heute Kion-Gruppe) sowie Fiege Logistik.
Beide Systeme kombinieren Drohnen mit autonomen Laser-Guided-Vehicles (LGV) oder Automated-Guided-Vehicles (AGV). Die Fluggeräte steigen bei der langsamen Durchfahrt durch das gesamte Lager an jeder Regalposition vom Fahrzeug auf und scannen vertikal alle Palettenstellplätze bis unter die Hallendecke. Die Fahrzeuge sorgen dabei auch für die Stromversorgung der Drohnen.
Die mit Kameras bestückten Drohnen fotografieren Stellplätze, erfassen zugleich sichtbare Barcodes und lesen sie ein. Im Ergebnis können das Lagerverwaltungssystem (LVS) und das Warehouse-Management-System (WMS) alle Palettenpositionen zwischen Soll und Ist abgleichen. Dank der Kopplung mit den autonomen Fahrzeugen ist die Energieversorgung auch im stundenlangen Betrieb kein Problem. Selbst große Lager können so in nur einem Tag oder einer Nacht komplett abfotografiert und erfasst werden.
Herausforderungen einer digitalisierten Logistik
Durch den zunehmenden Einsatz smarter Sensoren in der Logistik 4.0 entstehen immer größere Datenmengen. Dies stellt die Industrie besonders im Hinblick auf den Datenschutz vor Herausforderungen. Umfangreiche Investitionen in Cybersecurity-Maßnahmen werden für viele Unternehmen unumgänglich, denn: Eine mit dem Internet vernetzte Logistik rückt ins sprichwörtliche Fadenkreuz von Cyberkriminellen.
Sie sollten deshalb Ihre Mitarbeiter:innen durch regelmäßige Schulungen in die Lage versetzen, die Anforderungen einer komplexen IIoT-gestützten Logistik zu meistern. Dies fördert darüber hinaus die Akzeptanz der neuen Technik innerhalb Ihrer Belegschaft.
Logistik 4.0: eine Zusammenfassung
- Die Logistik 4.0 ist ein essenzielles Element der sogenannten Industrie 4.0 und vernetzt Prozesse, Objekte, Lieferanten, Händler, Hersteller und Kunden miteinander.
- Das Herzstück jeder Logistik-4.0-Anlage ist ein autonom agierendes Cyber-Physical-System (CPS).
- Ein CPS verarbeitet mithilfe von Sensoren Daten aus Produktion und Logistik und ermöglicht allen an das firmeninterne Netz angeschlossenen Komponenten den Zugriff auf die digitalisierten Informationen.
- IIoT-Sensoren identifizieren und orten Objekte oder erfassen Zustände wie Temperatur, Druck, Füllstand und Energieverbrauch. Die Sensoren übermitteln ihre Daten an das CPS.
- Die wachsende Anzahl von Sensoren sorgt auch für größere Datenmengen. Physische Server sind jedoch teuer. Viele Unternehmen lagern ihre Firmen-IT daher in die Cloud aus.
- Mithilfe von Big-Data-Analysen werten Unternehmen große Datenmengen aus. Dadurch können sie immer mehr Teilbereiche ihrer Lieferkette optimieren.
- Mit einem Digital Twin kann Ihr Unternehmen die gesamte Produktionskette virtuell darstellen und umfassend analysieren.
- Aktuell nutzen immer mehr Unternehmen moderne Pick-by-Voice-, Pick-by-Vision- sowie smarte Drohnensysteme, um ihre logistischen Prozesse zu optimieren.
Quelle:
https://www.vodafone.de/business/featured/digitaler-ausblick/logistik-trends-der-zukunft-on-demand-delivery-und-vorausplanung/