Loadrunner® - Digitale Infrastruktur für Autonome Fahrzeugschwärme

Schwärme autonomer Fahrzeuge sind das Sinnbild der Logistik 4.0. Sie symbolisieren hochverteilte Künstliche Intelligenz und die Flexibilisierung der Logistik in Zeiten der vierten industriellen Revolution. Sie sind Vertreter einer neuen Technologie, die in naher Zukunft selbstständig handeln und verhandeln werden. Fahrzeugschwärme werden sich selbst organisieren und mit Menschen, anderen Schwärmen und Plattformen verbinden, um ihre Mission zu erfüllen. Fahrzeugschwärme des innerbetrieblichen Verkehrs finden zugleich ihre logische Fortsetzung in der globalen Gestaltung von Warenströmen auf Basis intelligenter Systeme und Geräte – so die zentrale Hypothese.

Der zukünftige Betrieb einer solchen Entwicklung kann nicht im »luftleeren« Raum stattfinden. Es bedarf einer intelligenten, digitalen Infrastruktur, in der Schwärme sicher mit ihrer Umgebung interagieren können. Dies erfordert ein adäquates digitales, offenes und föderales Ökosystem im Sinne einer »Silicon Economy«. Fahrzeugschwärme sind ein nahezu idealer Eintrittspunkt für den Aufbau einer digitalen Infrastruktur jenseits vom Kabel im Boden, da es sich um sich selbstständig bewegende Elemente handelt, die im Einzelnen und als Ganzes vollständige Aufträge verhandeln, disponieren und erfüllen können. Eine adäquate Infrastruktur muss eine Vielzahl (autonomer) cyberphysischer und IoT Devices (Internet of Things) zugleich und teilweise in Echtzeit unterstützen.

Gegenstand und Ziel des interdisziplinären Forschungs- und Entwicklungsprojektes war deshalb der Aufbau einer korrespondierenden digitalen Infrastruktur für die Logistik. Dabei wurde in weiten Teilen auf bereits vorhandene Technologien aufgebaut, die im Rahmen des Projektes zu einem offenen (Open Source) Ökosystem zusammengeführt wurde. Insbesondere kleinen und mittleren Unternehmen soll so der Zugang zu neuen Technologien ermöglicht und deren Eintrittsschwelle minimiert werden. Hierdurch sollen neue Entwicklungen motiviert und die Position Deutschlands als führender Logistikstandort – auch im digitalen Bereich – sichergestellt werden.

Die Arbeiten im Projekt waren in drei Schwerpunkte aufgeteilt und wurden von interdisziplinären Teams des Fraunhofer IML und ISST bearbeitet. Im ersten Arbeitsschwerpunkt wurde ein Konzept für eine Open Source Plattform zur übergeordneten Steuerung eines Fahrzeugschwarms entwickelt. Die Anbindung des Fahrzeugschwarms an externe Systeme, also als Auftragsportal bzw. zur Abrechnung von erbrachten Leistungen des Schwarms war ein weiterer Entwicklungsschwerpunkt. Hierzu zählte besonders die Wahrung der Datensouveränität bei der gemeinsamen Nutzung von Daten durch die Implementierung des Referenzarchitektur der International Data Spaces und die Verwendung bzw. Adaption von IDS Connectoren. Dritter Arbeitsschwerpunkt war die Entwicklung bzw. wesentliche Erweiterung der Fahrzeugplattform LoadRunner® selber. Hierzu zählte sowohl die mechanische (maschinenbauliche) Umsetzung von Chassis, Fahrwerk, und Ladungsgutaufnahme als auch Sensorik und Aktorik (Antriebe) inklusive der Steuerung. Ebenfalls in diesem Arbeitsschwerpunkt wurden Konzepte für kooperatives Fahren, Lokalisierung und Kommunikation entwickelt. Im Rahmen eines Demonstrators wurden die Arbeiten zusammengeführt, die grundsätzliche Machbarkeit der Konzepte evaluiert und anhand von mehreren Anwendungsszenarien Einsatzmöglichketen aufgezeigt.

Hochdynamischer Sortierschwarm

Dieses Szenario betrachtet den Einsatz der LoadRunner® -Fahrzeuge als High-Speed-Sortier-Schwarm für Pakete. Besonderes Merkmal ist neben der hohen Geschwindigkeit und der freien Navigation auf der Fläche, die trägheitsbasierte Abgabe der Pakete.

Produktionsversorgung

In diesem Anwendungsszenario übernehmen die LoadRunner®-Fahrzeuge die Ver- und Entsorgung von Maschinen mit Rohstoffen, Halbzeugen oder Bauteilen. Die Transporte können dabei von einzelnen Fahrzeugen aber insbesondere für größere Objekte auch kollaborativ mit mehreren Fahrzeugen durchgeführt werden.

Gepäckhandling

Im dritten Szenario wurde das Gepäckhandling an Flughäfen und die Notwendigkeit Gepäckstücke zeitlich zwischen zu puffern. Die frei-navigierenden LoadRunner®-Fahrzeuge können dabei herkömmliche Stetigfördertechnik (z.B. Förderbänder) ersetzen oder ergänzen. Durch das An- und Abkoppelns mehrerer Anhänger an ein Fahrzeug kann eine Pufferfunktion ermöglicht werden.

Der vertrauensvolle Umgang mit Daten ist auch für den Einsatz von autonomen Systemen von großer Bedeutung. Für die Anbindung von externen Systemen an ein Autonomes Systems wurde am Beispiel des LoadRunner® im Projekt die Referenzarchitektur der International Data Spaces implementiert und IDS Connectoren eingesetzt bzw. adaptiert. Der Mehrwert dieses Ansatzes ist die Wahrung der Datensouveränität bei der gemeinsamen Nutzung von Daten, der Übermittlung von Aufträgen und dem Abruf von Bearbeitungsfortschritten durch externe Systeme. Die Softwareplattform kombiniert diesen Ansatz mit der Verwendung einer Blockchain für eine Teilnehmer- und eine Auftragsverwaltung von autonomen Systemen.