Automatisiertes Fahren in der Hafenlogistik

Die Hafenterminals sind zentrale Knotenpunkte für die Logistik im deutschen Fahrzeugbau. Allein die Volkswagen-Konzernlogistik verschifft jedes Jahr rund 2,4 Millionen Autos von rund 40 Häfen. Der größte Hafen in diesem Netzwerk ist Emden.

Die Betreiber der Terminals stehen dabei vor vielen Herausforderungen: Es gibt immer mehr Autos zu verschiffen, aber nicht genug Fachleute für die Abwicklung der Logistikprozesse. Zudem ist der Platz in den Terminals begrenzt und die Erwartungen an Flexibilität und Effizienz steigen. Deshalb wird jetzt getestet, wie automatisiertes Fahren helfen kann, die Prozesse in der Fahrzeuglogistik besser, sicherer und umweltfreundlicher zu machen sowie dem zunehmenden Mangel an Fachkräften entgegenzuwirken.

Digitaler Zwilling

Die Prozesse eines Automobilterminals befassen sich im Wesentlichen mit dem Umschlag von Fahrzeugen für den Weitertransport auf verschiedenen Verkehrsträgern (Bahn, LKW, Schiff). Die Abwicklung der Fahrzeuge auf dem Automobilterminal erfordert dabei eine große Anzahl von Fachkräften, um die Fahrbewegungen der Fahrzeuge sowie die Shuttle-Transporte der Fahrer zum nächsten Fahrauftrag durchzuführen. Jährlich werden in Emden so mehr als 1 Mio. Fahrzeuge umgeschlagen – u.a. als Import aus Übersee-Standorten sowie als Export für die Versorgung weltweiter Zielmärkte.

Für das Projekt „AutoLog“ versorgt die Telekom die Logistikfläche im Hafen von Emden flächendeckend mit 5G. Das Volkswagen Werk in Emden ist direkt mit dem Hafen verbunden. So können verschiedene Verkehrssituationen, wie zum Beispiel der Mischbetrieb von manuell und automatisiert gefahrenen Fahrzeugen, getestet werden. Das Testfeld umfasst Parkflächen für Autos, mehrere Fahrwege und einen stark genutzten Kreisverkehr.

Für dieses Testfeld wird ein digitaler Zwilling der Parkflächen mit LiDAR-Sensoren erstellt, die im Hafen von Emden installiert werden. Die Abkürzung LiDAR steht für Light imaging, detection and ranging und bezeichnet eine Technik, die Licht nutzt, um Abstände und Geschwindigkeiten zu messen. Diese Sensoren können sehr kleine Details sehr genau und in Echtzeit erfassen. Sie nehmen alles wahr, was sich bewegt oder stillsteht – wie Menschen, Fahrzeuge und Gegenstände. Die Sensoren weisen eine hohe Zuverlässigkeit bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen und bei schlechten Wetterbedingungen auf.

5G Netzwerk-APIs

Das Software-Unternehmen Unikie liefert das System für die automatische Steuerung der Fahrzeuge, ein sogenanntes „Marshalling System“. Der digitale Nachbau der Parkflächen ist ein wesentlicher Bestandteil des Systems. Die Unikie Marshalling Solution (UMS) soll dafür sorgen, dass die Fahrzeuge genau und sicher gesteuert werden können, selbst in dicht befahrenen oder beengten Bereichen.

Die Kommunikation zu den Fahrzeugen erfolgt dabei über das öffentliche 5G Netz. Auch die LiDAR-Sensoren nutzen zukünftig Mobilfunk, um sich mit der UMS zu verbinden. Das spart eine aufwendige Verkabelung. Die Datenübertragung erfolgt über eine spezielle Schnittstelle (Quality on Demand Network API) ins 5G-Netz der Telekom. Ziel ist eine stets gleichbleibende Qualität und Zuverlässigkeit der Verbindung.

Die Telekom betreibt das UMS auf einem sogenannten Edge Data Center. Dessen Kernaufgabe ist es, eine sichere Kommunikation zwischen dem Marshalling System und dem Fahrzeug zu gewährleisten. Anders als beim traditionellen Cloud Computing, das auf zentralen Rechenzentren basiert, sind diese Ressourcen beim Edge-Cloud Computing an dezentralen Stellen am Rand des Netzes. Sie befinden sich genau dort, wo die Daten entstehen und genutzt werden. Das erlaubt eine Datenverarbeitung in Echtzeit und ermöglicht schnellere Reaktionen auf Anfragen von Nutzern.

Eckdaten zum Projekt AutoLog

Das Verbundprojekt AutoLog (Entwicklung automatisierter Fahrprozesse und dynamischer Lager- und Logistikkonzepte auf Automobilterminals) läuft über 3 Jahre und hat ein Gesamtvolumen von 5,8 Millionen Euro. Es wird durch das Programm für Innovative Hafentechnologien (IHATEC II) des Bundesministeriums für Digitales und Verkehr (BMDV) insgesamt mit 3,2 Millionen Euro gefördert und vom TÜV Rheinland betreut.

Mit dieser Förderung will der Bund innovative Technologien in deutschen See- und Binnenhäfen fördern und so ihre Wettbewerbsfähigkeit erhöhen. Partner in dem Projekt sind die Volkswagen Konzernlogistik sowie das BIBA – Bremer Institut für Produktion und Logistik an der Universität Bremen. Assoziierte Partner sind die Deutsche Telekom und Unikie (München). Die wissenschaftlichen Ergebnisse aus diesem Projekt sollen auch für künftige Forschungen verwendet werden. Die Entwicklungen aus dem Projekt sollen auf viele Terminals übertragbar sein.

Auf dem Testfeld im Emdener Hafen wollen die Partner herausfinden, welche Voraussetzungen für Prozesse und Infrastruktur auf Automobilterminals geschaffen werden müssen. Sie wollen auch klären, wie die technische Infrastruktur für eine sichere Fahrzeugsteuerung gestaltet werden muss. Außerdem wollen sie Möglichkeiten zur Verbesserung der Lager- und Logistikprozesse finden. Eine große Herausforderung ist es, gleichzeitig automatisch und manuell gesteuerte Fahrzeuge sowie Fußgänger sicher zu koordinieren.

Das Projekt „AutoLog“ soll zeigen, dass die Automatisierung der Hafenlogistik an Automobilterminals viele Vorteile hat. Sie kann zum Beispiel dabei helfen, den Mangel an Personal auszugleichen, die Sicherheit bei der Arbeit zu erhöhen und die Prozesse effizienter zu machen. Die Partner sehen auch großes Potenzial beim Thema Nachhaltigkeit: So können die Flächen auf dem Automobilterminal um etwa 20 Prozent effizienter genutzt werden. Außerdem kann eine reduzierte Anzahl an Shuttle-Fahrten die gefahrenen Kilometer und somit auch die CO2-Emmisionen der Shuttles um bis zu 25 Prozent reduzieren.