Die digitale Transformation der Fördertechnik in der Logistik. Wettbewerbsfähige Visionen und ihre Skizzierung

Inhaltsverzeichnis

Zusammenfassung

Abstract

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1. Einleitung
1.1 Relevanz der Thematik
1.2 Fragestellung und Zielsetzung der Arbeit
1.3 Vorgehensweise der Recherche

2. Grundlagen der Fördertechnik
2.1 Fördertechnik in der Logistik
2.1.1 Fördertechnik in der Intralogistik
2.1.2 Fördertechnik im Transportwesen
2.1.2.1 Fördertechnik im innerbetrieblichen Transport
2.1.2.2 Fördertechnik im außerbetrieblichen Transport
2.3 Zusammenfassung

3. Digitale technologische Entwicklungen
3.1 Industrie 4.0 – Eine Vision vom Internet of Things (IoT)
3.2 Relevante digitale Basistechnologien
3.2.1 Funktechnologien
3.2.2 Big Data & Cloud-Computing
3.2.3 Sensorik & Cyber-physische Systeme
3.2.4 IT-Systeme & Software
3.2.5 Künstliche Intelligenz & Maschinelles Lernen
3.2.6 Antriebstechnologien
3.3 Anwendung digitaler Basistechnologien in der Intralogistik und im Transport
3.3.1 Plug & Play-Fördertechnik
3.3.2 Fahrerlose Transportsysteme (FTS)
3.3.3 Autonomes Fahren
3.3.4 Robotik / Robotertechnik
3.3.5 Kamerabasierte Gestensteuerung mit unterstützender Sprachsteuerung
3.4 Zusammenfassung

4. Digitale Transformation der Transportsysteme
4.1 Die erste Phase der Transportsysteme
4.2 Die zweite Phase der Transportsysteme
4.3 Die dritte Phase der Transportsysteme
4.4 Die vierte Phase der Transportsysteme
4.5 Zusammenfassung

5. Entwicklung wettbewerbsfähiger Konzeptideen
5.1 Vorstellung aktueller Beispiele von Fördersystemen in der Logistik
5.2 Optimierung durch Implementierung verbesserter Basistechnologien
5.3 Zusammenfassung

6. Diskussion und Ausblick

Literaturverzeichnis

Anhang

Zusammenfassung

Die zunehmende Komplexität von Produktionsprozessen erfordert eine stetige Entwicklung technologischer Automatisierungspotentiale in der Fördertechnik zur Bewältigung neuer Herausforderungen. Im Rahmen von Industrie 4.0 lassen sich herkömmliche Fördersysteme mit eingebetteter Sensorik und Aktorik als cyber-physische Systeme verstehen. Hierbei stellen fahrerlose Transportsysteme (FTS) typische Beispiele für komplexe Produktionselemente dar. Die Ausschöpfung der vollen Flexibilität von Automatisierungssystemen erfordert einerseits eine vollständige Integration dieser Systeme in Produktionsanlagen und andererseits eine Erhöhung des Autonomiegrades. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf technologische Optimierungsmöglichkeiten in der Förderlogistik. Hierzu wurden sieben Konzeptideen zur Erhöhung der Automatisierung und Optimierung innerbetrieblicher sowie außerbetrieblicher Fördersysteme durch den Einsatz von innovativen Technologien wie beispielsweise Funk-, Navigations- sowie Antriebstechnologien, Robotik, Sensorik entwickelt und im Hinblick auf verschiedene Aspekte diskutiert.

Abstract

The increasing complexity of production processes requires a constant development of technological automation potentials in conveyor technology to cope with new challenges. Within the framework of Industry 4.0, conventional conveyor systems with embedded sensors and actuators can be understood as cyber-physical systems. Driverless transport systems (DTS) are typical examples of complex production elements. The exhaustion of the full flexibility of automation systems requires on the one hand a complete integration of these systems into production plants and on the other hand an increase of the degree of autonomy. This paper concentrates on technological optimization possibilities in conveyor logistics. To this end, seven concept ideas for increasing the automation and optimization of internal and external conveyor systems by using innovative technologies such as radio, navigation and drive technologies, robotics and sensor technology were developed and discussed with regard to various aspects.

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Abgrenzung Fördertechnik, Materialflusstechnik und Logistik

Abbildung 2: Stetigförderer nach der Art des Transportguts

Abbildung 3: Systematik der Unstetigförderer

Abbildung 4: Zusammenhang zwischen IoT und digitale Basistechnologien in der Logistik

Abbildung 5: Das 4V-Modell

Abbildung 6: Der Zusammenhang zwischen Sensoren und Aktoren

Abbildung 7: Klassifikation von Anwendungs- und Systemsoftware

Abbildung 8: Relevante Logistik-IT-Lösungen

Abbildung 9: Die Entwicklung der Automatisierung von Fahrzeugen

Abbildung 10: Unterschiedliche Begriffserklärungen des Roboters

Abbildung 11: Entwicklungsphasen der industriellen Revolution

Abbildung 12: Der FlexFörderer

Abbildung 13: Das intelligente Steuermodul

Abbildung 14: Das „KARIS PRO“

Abbildung 15: Der automatisierte Hochhubwagen „Typ ERC 213a“

Abbildung 17: Der automatisierte Niederhubwagen „ERE 225a“

Abbildung 16: Der Elektro-Vertikalkommissionierer „EKS 215a"

Abbildung 18: Der automatisierte Schlepper „EZS 350a"

Abbildung 19: Der autonome Kommissionierstapler „iGo neo CX 20"

Abbildung 20: Das autonome Fahrzeug „Mercedes-Benz Future Truck 2025"

Abbildung 21: Der autonome Pickroboter „TORU"

Abbildung 22: Das Rucksackregal von TORU

Abbildung 23: Das gestengesteuerte Transportfahrzeug „FiFi"

Abbildung 24: Die Funktionsweise des maschinellen Lernens (ML)

Abbildung 25: FlexFörderer - Übersicht

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Vor- und Nachteile des Cloud-Computings

Tabelle 2: Vor- und Nachteile der Brennstoffzellentechnik

Tabelle 3: Konzept für einen intelligenten, flexiblen und mobilen FlexFörderer

Tabelle 4: Konzept für autonomes, selbstlernendes, kommunikationsfähiges und dezentral gesteuertes Transportsystem

Tabelle 5: Konzept für die Konzipierung eines Transformers durch die Verschmelzung von vier Modelltypen

Tabelle 6: Konzept für kamerabasierten, gestengesteuerten autonomen Kommissionsstapler mit unterstützender Sprachsteuerungsfunktion

Tabelle 7: Konzept für autonome und umweltschonende Beförderung von Transportgütern

Tabelle 8: Konzept für autonomen Kommissionsroboter mit der Kompetenz des Treppensteigens

Tabelle 9: Konzept für das gestengesteuerte und Plug & Play-fähige Transportfahrzeug FiFi

Abkürzungsverzeichnis

3G Dritte Generation

4G Vierte Generation

5G Fünfte Generation

ACC Adaptive Cruise Control

BGV Berufsgenossenschaftliche Vorschriften

cps Cyber-physische Systeme

DGUV Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung

DTS Driverless transport system

EPC Electronic Product Code

ERP Enterprise-Resource-Planning

FTF Fahrerlose Transportfahrzeuge

FTS Fahrerlose Transportsysteme

Gbit Gigabit

GPRS General Packet Radio Service

GPS Global Positioning System

GSM Global System for Mobile Communication

HF High Frequency

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers

IFL Institut für Fördertechnik und Logistiksysteme

IoT Internet of Things

IP Internet Protocol

Kbit Kilobit

KEP Kurier-, Express- und Paketdienste

KI Künstliche Intelligenz

LF Low Frequency

LHM Ladehilfsmittel

LKAS Lane Keeping Assistent System

LTE Long Term Evolution

LVS Lagerverwaltungssystem

M2M Maschinen und Anwendungen

Mbit Megabit

MF Materialfluss

MFS Materialflusssteuerungssystem

MIMO Multiple Input Multiple Output

ML Maschinelles Lernen

MW Microwave

NFC Near Field Communication

PcW PricewaterhouseCoopers

PPS Produktionsplanungssystem

RBG Regalbediengeräte

RFID Radio-Frequency Identification

RTLS Real-Time Locating System

SAE Society of Automotive Engineers

SEE Selten-Erd-Elemente

SLAM Simultaneous Localization and Maping

SPS Speicherprogrammierbare Steuerung

SQL Structured Query Language

STR Unterlagerte Steuerung

TCP Transmission Control Protocol

UHF Ultra High Frequency

UMTS Universal Mobile Telecommunications System

UWB Ultra Wide Band

VDI Verein Deutscher Ingenieure

WISA Wireless Interface for Sensors and Actuators

WMS Warehouse-Management System

WWS Warenwirtschaftssystem

WWW World Wide Web

1. Einleitung

Im Zuge der Globalisierung und des damit einhergehenden Wettbewerbsdrucks erlangen Trends wie Automatisierung und Digitalisierung eine immer größere Bedeutung. Diese Megatrends nehmen Einfluss auf Logistikprozesse und prägen sie auf vielfältiger Weise. Konkret bedeutet dies, dass sich der Konsum der Bevölkerung zukünftig weiter entwickeln und zunehmen wird. Von dem Konsumanstieg bzw. Wachstum sind insbesondere Entwicklungsmärkte betroffen. Dies lenkt den Blick auf die Ressourcenknappheit und den nachhaltigen Umgang mit Rohstoffen. Vor diesem Hintergrund ist einerseits der effiziente Umgang mit Ressourcen (Produktionsfaktoren) und andererseits die gleichzeitige Schaffung einer nachhaltigen Wertschöpfung wichtig, damit die hohen Anforderungen an die Globalisierung erfüllt werden können (Bauernhansl, 2014, S. 10 ff.). In diesem Zusammenhang rücken Softwareanwendungen im Bereich der Logistik in den Vordergrund (Bousonville, 2017, S. 1). Dieses Zukunftsthema betrifft alle Unternehmen mit logistischen Anwendungen, die eine Verbesserung ihrer Wettbewerbsfähigkeit und Effizienzsteigerung durch Flexibilisierung und Optimierung von Prozessabläufen in der Intralogistik durch cyber-physische Fördertechnik anstreben (Drossel, Ihfelfeldt, Langer, & Dumitrescu, 2018, S. 197 f.). Sowohl in der Logistik 4.0 als auch in der Vision Industrie 4.0 haben cyber-physische Systeme eine zentrale Funktion (Bendel, 2018a). Unter dem Begriff der cyber-physischen Systeme werden innovative Logistiklösungen zusammengefasst. Hierunter fallen auch smarte Robotertechniken und die Interaktion zwischen Mensch und Maschine, wobei die Maschine den Menschen durch die Abnahme von Arbeit entlastet. Fahrerlose Transportsysteme (FTS) spielen hierbei eine bedeutende Rolle, da sie aufgrund autonomer Navigation interne Logistikvorgänge effektiver abwickeln können (Wagner, 2018, S. 4 f.). In der Vision Industrie 4.0 sind Maschine, Mensch und Objekt miteinander vernetzt, Behälter und Pakete kommunizieren untereinander, alle Geräte sowie Pakete reagieren auf ihre Umgebung und treffen sogar eigenständig Entscheidungen (Günthner, et al., 2010). Daher sind cyber-physische Systeme sowie wandelbare Echtzeit-Logistiksysteme für die Umsetzung der Vision Industrie 4.0 unumgänglich (Seibold & Furmans, 2017, S. 3) und wichtig, um der zunehmenden Komplexität der Wertschöpfungsnetze gerecht zu werden (Günthner, et al., 2010). Auch der steigende und kontinuierliche Trend zur Produktion von individuellen Produkten, die wiederum mit sehr kurzen Produkt- bzw. Innovationszyklen einhergehen, übt einen starken Einfluss auf den intralogistischen Materialfluss aus. Demnach wird der Materialfluss ebenso komplexer und dynamischer, sodass Produktions- und Fördersysteme anpassungsfähig, wandlungsfähig, robust und zugleich kosteneffizient sein müssen (Tenerowicz & Fischer, 2013), um die individuellen Kundenanforderungen zu erfüllen. Die Schaffung einer zukunfts- und wettbewerbsfähigen Logistik erfordert neben dem Einsatz von intelligenten Technologien auch einen Paradigmenwechsel. Vor diesem Hintergrund ist nicht nur der Einsatz von Technologien relevant, sondern auch die Art und Weise des Einsatzes dieser Technologien. Dies bedeutet, dass beispielsweise starre, komplexe sowie zentral gesteuerte Systeme durch flexible, wandelbare und autoadaptive Systeme ersetzt werden. Erst dadurch besteht die Möglichkeit Materialflusssysteme einfacher zu erstellen, zu erweitern und zu modifizieren. Das Internet der Dinge, das eine innovative Steuerungsarchitektur darstellt, erfüllt die Anforderungen an wandlungsfähige Förder- bzw. Intralogistiksysteme und besitzt das Potential die Logistik künftig entscheidend zu beeinflussen (Günthner & ten Hompel, 2010, S. V f.).

Die vorliegende Arbeit beginnt zunächst mit einer Einleitung zum Thema Fördertechnik im Kontext von Industrie 4.0 (Kap. 1). Anschließend wird die Relevanz der Thematik erläutert (Kap. 1.1). Im Unterkapitel 1.2 wird auf die Fragestellung sowie Zielsetzung der Arbeit eingegangen. Das erste Kapitel wird mit der Erläuterung der Vorgehensweise der Recherche abgeschlossen (Kap. 1.3). Kapitel 2 beschäftigt sich mit den Grundlagen der Fördertechnik. Hier werden zunächst allgemeine Informationen zur Fördertechnik in der Logistik gegeben (Kap. 2.1). Anschließend werden die Anwendungsbereiche von Fördersystemen in der Intralogistik (Kap. 2.1.1) und im Transportwesen beschrieben (Kap. 2.1.2). Das zweite Kapitel schließt mit einer Zusammenfassung ab (Kap. 2.3). Kapitel 3 beginnt mit einer Einführung in die Vision Industrie 4.0 (Kap. 3.1). Als nächstes werden relevante digitale Basistechnologien (Kap. 3.2) sowie deren Anwendung in der Intralogistik und im Transport präsentiert (Kap. 3.3). Das dritte Kapitel wird abgerundet mit einer Zusammenfassung der vorgestellten Inhalte (3.4). In Kapitel 4 werden die industriellen Revolutionen von 1.0 bis 4.0 zusammenfassend dargestellt (Kap. 4), indem in den einzelnen Abschnitten detailliert auf die Entwicklung von autonomen sowie fahrerlosen Transportsystemen eingegangen wird (Kap. 4.1 bis Kap. 4.4). Das Kapitel 5 beginnt zunächst mit der Beschreibung aktueller Fördersysteme in der Intralogistik und im Transport (Kap. 5.1). Unter Abschnitt 5.2 werden sieben Optimierungskonzepte vorgestellt. Die Darstellung erfolgt in tabellarischer Form. Die Tabelle enthält neben dem Optimierungsvorschlag auch weitere wichtige Aspekte wie Ziel der Optimierung, Anwendung, Anforderungen an die neuen Systeme sowie Vor- und Nachteile der optimierten Fördersysteme (Kap. 5.2). Das fünfte Kapitel wird mit einer kurzen Zusammenfassung abgerundet (Kap 5.3). Im abschließenden Kapitel 6 wird die Arbeit mit einer Diskussion, die eine kritische Reflexion impliziert, und einem Ausblick abgeschlossen (Kap. 6).

1.1 Relevanz der Thematik

In Bezug auf den Materialfluss nimmt die Fördertechnik eine entscheidende Rolle ein. Primär regelt sie die Aufgabe, Lieferung, Aufbewahrung und anschließende Kommissionierung von Gütern in der Prozesskette aller Vorgänge hinsichtlich der Produktion, Bearbeitung und Disposition von Waren. Hierbei ist die Intralogistik geprägt durch gegenwärtige innovative technische Entwicklungen wie beispielsweise die moderne Computertechnologie. Daher stellt die zunehmende Digitalisierung und die Vernetzung von Prozessen ein zentrales Thema in der Fördertechnik dar (Hofmann S. , 2019a). Unter dem Begriff der Digitalisierung wird allgemein die Verbesserung vorhandener Prozesse oder das Schaffen von neuen Produkten sowie Prozessen auf Basis innovativer Informationstechnologien verstanden (Groß & Pfennig, 2019, S. 38). Digitalisierung in Bezug auf die Förderlogistik bedeutet vielmehr die Vernetzung von Mensch und Maschine und die Selbststeuerung von Maschinen. Potenziale der Digitalisierung in der Logistik sollten demnach effizient ausgeschöpft werden, um modulare und standardisierte Fördersysteme, die sich problemlos an neue Materialflusssysteme anpassen, zu gestalten (Heistermann, Mallée, & ten Hompel, 2017). Durch die mangelnde oder nicht fortschrittliche Technik bei Fördersystemen entstehen ungewollt Maschinenausfälle und Stillstände, die sich kostspielig auf Unternehmen auswirken. Um diesen Problemen entgegenzuwirken, sollte eine smarte und mitdenkende Logistik geschaffen werden. Intelligente Geräte könnten somit eigenständig Entscheidungen treffen und dadurch einen stetigen Gütertransport bewirken. Darüber hinaus könnte eine frühzeitige Diagnose von Maschinenfehlern durch beispielsweise Predictive Maintenance enorme Kosteneinsparungen einbringen. Daher sind flexible sowie anpassungsfähige intralogistische Fördersysteme äußerst relevant (Hofmann S. , 2019a). Auch die Absatzzahlen für Fördersysteme wie Flurförderzeuge verzeichnen jährlich einen Anstieg im Kontext von Industrie 4.0. Beispielsweise stieg im Jahre 2017 in Europa der Absatz von Flurförderzeugen um ca. 50.000 Stück an und in der asiatischen Region sogar um 100.000 Stück (Statista, 2019).

1.2 Fragestellung und Zielsetzung der Arbeit

Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, durch eine mögliche Integration logistischer Basistechnologien, Optimierungspotenziale hinsichtlich aktueller Fördersysteme auf theoretischer Basis aufzuzeigen. Davon ausgehend zielt die Arbeit darauf ab, erste Konzeptideen für die Gestaltung wettbewerbsfähiger Fördersysteme zu entwickeln. Damit soll eine Diskussionsgrundlage geschaffen bzw. aufrechterhalten werden, um neue Optimierungsmöglichkeiten in der Fördertechnik entsprechend der Vision Industrie 4.0 zu diskutieren und zu erweitern. In der Diskussion wird darüber hinaus für eine kritische Begleitforschung zu dieser Thematik plädiert, die neben betriebswirtschaftlichen Aspekten auch soziale und ökologische Aspekte in den Blick nimmt. Denn mit globalen Digitalisierungs- und Automatisierungsentwicklungen gehen auch gesellschaftliche und umweltbezogene Veränderungen bzw. Konsequenzen einher.

Der Arbeit liegen folgende Fragestellungen zugrunde, die literaturbasiert und konzeptionell bearbeitet werden:

- Wie können herkömmliche Fördersysteme durch einen verbesserten Einsatz von Basistechnologien optimiert werden? Wie kann das technologische Optimierungspotenzial in der Fördertechnik ausgeschöpft werden?
- Sind die vorgeschlagenen Optimierungsideen disruptiv? Entsprechen sie der Vision Industrie 4.0?
- Sind die vorgeschlagenen Konzeptideen in der Praxis umsetzbar?
- Welche Auswirkungen hat die Implementierung der verbesserten Lösungen auf die Förderlogistik?

1.3 Vorgehensweise der Recherche

Für die vorliegende Arbeit wurde eine intensive Literaturrecherche durchgeführt und zwei Suchmethoden miteinander kombiniert. Zunächst wurde eine intensive Recherche in folgenden Datenbanken vorgenommen: Bibliotheken der FH und TU Dortmund, Google Scholar, Statista, WISO Wirtschaftswissenschaften & Praxis, Gabler Wirtschaftslexikon und Springer. Die Recherche erfolgte unter Verwendung mehrerer Suchbegriffe (Freitextsuche), die mit booleschen Operatoren (AND, OR und NOT) verbunden wurden, wie beispielsweise „Logistik“ AND „Fördertechnik“, „Digitalisierung“, „Industrie 4.0 AND Logistik 4.0“, „Fördersysteme OR Fahrerlose Transportsysteme“, „Intralogistik AND Transport“. Anschließend wurden die Referenzlisten der eingeschlossenen Literatur nach weiteren relevanten Quellen durchsucht (Schneeballsuche). Da der Fokus der vorliegenden Arbeit auf der Einwirkung von innovativen Basistechnologien auf aktuelle Fördersysteme lag, bezog sich die Recherche auf englisch- und deutschsprachige Literatur mit überwiegendem Bezug zur innerbetrieblichen und außerbetrieblichen Förderlogistik, die zwischen 2000 und 2019 veröffentlicht wurde. Alle für die Logistik relevanten Bücher und Publikationen mit dem Schwerpunkt zu den Themenbereichen Transport und Intralogistik wurden recherchiert und heruntergeladen bzw. ausgeliehen. Davon ausgehend wurden Literatur und Publikationen ohne relevanten Bezug zum Thema Materialfluss und Fördertechnik ausgeschlossen. Literatur mit Bezug zum Thema Fördertechnik wurde in die Recherche eingeschlossen. Auf Basis der eingeschlossenen Literatur sowie Zielsetzung und Fragestellungen der Arbeit wurde eine Gliederung erarbeitet. Nach Erstellung der Gliederung wurde diese mit der betreuenden Professorin besprochen, sukzessive verbessert und finalisiert.

Zunächst wurden alle für die Gliederung und zur Beantwortung der Fragen relevanten Aspekte aus der recherchierten Literatur systematisch herausgearbeitet, exzerpiert und unter Berücksichtigung der wissenschaftlichen Zitierregeln wiedergegeben. Im Hauptteil (Kap. 5) wurde zusätzlich auf Webseiten der Hersteller von Fördersystemen nach aktuellen Lösungen gesucht und aus Bereichen der autonomen, der fahrerlosen, der stetigen und unstetigen Systeme aktuelle Beispiele extrahiert und mit entsprechenden Abbildungen veranschaulicht. Anschließend wurde näher analysiert, durch welche Technologien Optimierungen hinsichtlich der vorgestellten Systeme hervorgerufen werden können. Leitend war hierfür die Frage, wie innovative Basistechnologien auf bestehende Fördersysteme einwirken bzw. um diese ergänzt werden können. Die Ergebnisse aus dieser theoretischen Analyse wurden zusammenfassend und zwecks besserer Übersichtlichkeit in eine tabellarische Form überführt. In der Diskussion wurden die recherchierten Ergebnisse hinsichtlich der zugrundeliegenden Fragestellungen gebündelt ausgewertet und im Hinblick auf zukünftige Entwicklungen und Entwicklungsfortschritte zum Thema Digitalisierung in der Fördertechnik reflektiert.

2. Grundlagen der Fördertechnik

Im folgenden Abschnitt wird eine kurze Zusammenfassung über die Grundlagen der Fördertechnik gegeben. Zunächst wird eine definitorische Zuordnung und Erklärung des Begriffs vorgenommen. Anschließend werden die wichtigsten Modelle und Anwendungsbereiche der Fördertechnik kursorisch vorgestellt.

Fördertechnik – Begriffserklärung

Die Fördertechnik lässt sich den Disziplinen des Maschinenbaus zuordnen und befasst sich allgemein mit der Grundkonzeption, Interpretation, Planung und Organisation von Fördermitteln zur Beförderung von Stück-, Massen- und Schüttgut. Diese Form der Fördertechnik beinhaltet jedoch nicht den Transport von Flüssiggütern in Form von Gasen und flüssigen Substanzen, diese sind in der Regel Teil des Anlagenbaus, welcher zum Fachbereich der Verfahrenstechnik gehört (Hofmann S. , 2019a; Martin, 2016, S. 59). Die integrierten Gebiete des Maschinenbaus implizieren beispielsweise Maschinenelemente, die Antriebstechnik, den Stahlbau und die Steuerungstechnik im Hinblick auf organisierte Transporte von Gütern, die über kurze Strecken erfolgen. Allgemeiner formuliert, bezeichnet die Fördertechnik die Technik des Fortbewegens sowohl von Gütern auch als von Personen in beliebige Richtungen mit limitierter Entfernung. Die Beförderung von Personen sowie Gütern über längere Strecken wird in den Bereich der Verkehrstechnik zugeordnet. Die Fördertechnik wird hierbei grundsätzlich nach vertikaler oder horizontaler Förderung unterschieden. Die vertikale Förderung beinhaltet Anlagen der Fördertechnik, die sowohl in der internen Logistik (Intralogistik) als auch in anderen Branchen z. B. zur Beförderung von Produktströmen nach oben oder nach unten eingesetzt werden. Zu dieser Kategorie gehören Hebezeuge, wie beispielsweise Kräne, Aufzüge, Gabelstapler oder Seilzüge u. v. m. Im Gegensatz zur Vertikalförderung umfasst die Horizontalförderung alle waagerechten und geneigten Bewegungen. Hierzu zählen u. a. Regalförderer, Rolltreppen oder schienengeführte Förderer, wie Loren (Böge & Böge, 2015, S. K 3 f.), wobei die deutsche gesetzliche Unfallversicherung (DGUV) Regalförderer u. Ä. aufgrund ihrer Gebundenheit an Regalsysteme in Form von Schienenführung von den Flurförderzeugen ausschließt (BGHM, 2013, S. 11).

Die TU Chemnitz definiert den Begriff der Fördertechnik wie folgt: „ Fördertechnik ist die Technik des Fortbewegens von Arbeitsgegenständen und Personen durch technische Hilfsmittel in beliebiger Richtung und über begrenzte Entfernungen. Sie schließt auch die Lehre von den Fördermitteln und den durch sie gebildeten Systemen ein.“ (TU Chemnitz, 2019)

Beschaffenheit und Arten der Fördermittel

Laut Böge & Böge sind Fördermittel äquivalent mit Fördermaschinen, die Material in eine Richtung bewegen. Unter den Fördermaschinen fallen u. a. Kräne, Hänge- und Rollenbahnen sowie Flurförderzeuge, die im Wesentlichen die Aufgabe haben, Güter zu transportieren, verteilen, sammeln oder zu lagern bzw. in Regale einzulagern. Die zum Gesamtgebiet der Fördertechnik gehörende Materialflusstechnik besteht aus einem Verbund von Fördermitteln zu komplexen Systemen, wodurch zusätzlich neben fördertechnischen Aufgaben auch Tätigkeiten, wie die Bearbeitung, Montage, Prüfung von Material oder Pack- und Versandtätigkeiten durchgeführt werden (Böge & Böge, 2015, S. K 3). Im weiteren Sinne definiert der Materialfluss die Logistikkette von Lieferanten bis hin zum Kunden und beschäftigt sich mit der technischen, organisatorischen sowie wirtschaftlichen Förderung von Gütern. Der Materialfluss und die Fördertechnik sind quasi eng miteinander verbunden, denn zu den Systemelementen der Materialflussanlagen zählen die Förder-, Steuerungstechnik und Informationsflussmittel (refa.de, 2019). Laut der VDI-Richtlinie 3300 beinhaltet der Materialfluss die Verkettung sämtlicher Prozesse in räumlicher, zeitlicher und organisatorischer Weise bei der Bearbeitung, Gewinnung und Disposition von Waren innerhalb dezidierter Bereiche. Unternehmen differenzieren somit den innerbetrieblichen Materialfluss und den externen Güterfluss (Martin, 2016, S. 22). Allerdings ist der Teilprozess Transport von Material und Gütern mittels Fördermittel des Materialflusses für diese Arbeit relevant. Die untenstehende Grafik gibt eine detaillierte Übersicht über die Abgrenzung der Bereiche Fördertechnik, Materialflusstechnik und Logistik.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Abgrenzung Fördertechnik, Materialflusstechnik und Logistik

Quelle: Muchna et al., 2018, S. 153

Relevante Anwendungsbereiche der Fördertechnik

Ein weiteres Merkmal der Fördertechnik ist, dass es viele vielfältige Anwendungsbereiche gibt, in denen sie eingesetzt wird. Vor allem findet sie Anwendung in der Möbelindustrie, Metall- und Aluminium verarbeitenden Industrie, in der Automobilindustrie, im Transport sowie in der Logistik u. v. m.; überall da, wo der Fokus auf der konstanten Beförderung und Bereitstellung von diversen Produkten, Waren oder Gütern zur richtigen Zeit und am richtigen Ort zu geringen Kosten liegt. In vielerlei Hinsicht ist die Fördertechnik bezüglich des Materialflusses unverzichtbar. Das Hauptanwendungsgebiet stellt die Logistik bzw. die Intralogistik, die die Organisation, Steuerung, Durchführung sowie Optimierung des innerbetrieblichen Material- und Warenflusses, der Informationsflüsse sowie des Warenumschlags in Handel, Industrie und öffentlichen Einrichtungen umfasst, dar (VDMA, 2019; Ullrich, 2014, S. 17).

In den folgenden Abschnitten wird die Anwendung der Fördertechnik in der Logistik etwas detaillierter in den Blick genommen.

2.1 Fördertechnik in der Logistik

Maßgebende Gründe für die frenetische Entwicklung der Fördertechnik stellen unter anderem die Dynamik in der Massenproduktion, Automation, die konstante Lohnkostenerhöhung, sowie die Entlastung von schwerer physischer Tätigkeit dar. In diesen Bereichen haben Fördermittel einen sehr hohen Stellenwert und sind in der Produktion und Distribution von Gütern speziell in der Logistikbranche unerlässlich (Pfeifer, 1977, S. 1; Griemert & Römisch, 2018, S. 1). Die Fördertechnik, die die Gesamtheit aller Transport-, Lager -und Umschlagprozesse in technischem wie im wirtschaftlichen Aspekt umfasst, ist ein wesentlicher Bestandteil der Logistik. Insbesondere ist die Fördertechnik in der Intralogistik, welche einen Teilbereich der Unternehmenslogistik bildet, wichtig. Denn eine rechtzeitige Bereitstellung der richtigen Güter, in der richtigen Menge und Qualität, zur richtigen Zeit und am richtigen Ort erfordert einen reibungslosen Ablauf der Logistikprozesse mit entsprechenden Fördermitteln (Logistik Heute, 2019a; Martin, 2016, S. 9). Sohrt et al. beschreiben Intralogistik als einen Prozess, aus dem ein störungsfreier Ablauf resultiert. Dabei umfasst die Intralogistik die Organisation, Durchführung und Optimierung innerbetrieblicher Materialflüsse in Unternehmen mittels technischer Systeme und Dienstleistungen (Sohrt, et al., 2017, S. 22). Intralogistik wird zusätzlich als technische Logistik zu der auch Lagertechnik, Hebezeuge, Flurförderzeuge, Stetigförderer, Kräne, Robotik, Logistiksoftware, Steuerungs-, Identifikations-, Sortier-, Kommissionier-, Palettier-, und Verpackungstechnik gehören, bezeichnet (Muchna, Brandenburg, Fottner, & Guthermuth, 2018, S. 153). Somit ist Intralogistik als ein klar abgegrenzter, komplexer Teilbereich der Logistik anzusehen, der alle Aktivitäten innerhalb des Netzwerkes umfasst, mit Ausnahme des weiträumigen Transports über Straßen, Schienen, zu Wasser und in der Luft (Arnold, 2006, S. 3). Die Intralogistik nimmt Aufgabenbereiche der Beschaffungs-, Produktions- und Distributionslogistik ein. Signifikante operative Funktionen der Intralogistik wie das Umschlagen, Kommissionieren, Lagern, Transportieren sowie Verpacken können als Materialflussfunktionen betrachtet werden. Diese Funktionen können aus logistischer Perspektive in Bezug auf ihre operativen, dispositiven und administrativen Ebenen in Transport- /Umschlaglogistik, Lager-/Kommissionierlogistik, Entsorgungslogistik und Informationslogistik differenziert werden (Martin, 2016, S. 9). Diese Arbeit beschränkt sich auf Teilgebiete der Logistik hinsichtlich fördertechnischer Mittel insbesondere auf die Disziplinen der Intralogistik sowie des Transportwesens von Gütern über kurze sowie längere Entfernungen.

2.1.1 Fördertechnik in der Intralogistik

Wesentliche Aspekte der Intralogistik setzen sich zusammen aus dem Prozessumgang von Gütern besonders in den Bereichen des Wareneingangs und -ausgangs, der Lagerhaltung und Kommissionierung, des Transportwesens sowie die Bereitstellung und Übergabe dieser Informationsströme und die Datendarstellung, die eine unterstützende Funktion der Verfolgung einnimmt. Die Auswahl sowie die Anwendung von Mitteln zur Kommunikation von Daten fallen ebenfalls unter dieses umfangreiche Themengebiet. Darüber hinaus fokussiert die innerbetriebliche Logistik auch den Gebrauch von Fördermitteln wie Hebezeuge, Flurförderfahrzeuge, Stetigförderer und u. a. den Einsatz von Sensoren und Aktoren, die eine Verknüpfung zwischen Informations- und Leistungssysteme zur Ermöglichung beiderseitiger Interaktion dieser Systeme darstellen (Ullrich, 2014, S. 18; Logistik KnowHow, 2013c). In erster Linie bezieht sich die Fördertechnik auf die Intralogistik, den innerbetrieblichen Transport, den Warenumschlag sowohl an Häfen als auch an Bahnhöfen. Eine Vereinfachung der Intralogistikprozesse wie die Planung, Montage oder die Inbetriebnahme der Fördermaschinen bedarf eines periodischen Einsatzes modularer Systembaukästen, die durch Flexibilität an die jeweilige Fördertätigkeit angepasst werden soll (Aßmann, 2019, S. 1). Dies ist deshalb notwendig, um einerseits zahlreiche Anwendungen mit Standardelementen zu verwirklichen und andererseits mittels der Einsatzfähigkeit dieser Elemente in vielfältigen Funktionen die Ermöglichung einer Speziallösung in Kombination mit anderen Elementen zu gewährleisten (Menne, 2019). Eine fördertechnische Tätigkeit findet permanent infolge einer Fraktionierung in die zu bezwingenden Förderstrecken, zu bewegenden Fördergüter und in die erforderlichen Fördermittel statt (Aßmann, 2019, S. 1). Resultierend aus den technologischen sowie ökologischen Forderungen fixiert sie sowohl temporär auch als lokal die Ortsveränderung des Förderguts, sodass die Förderanlage respektive -maschine die Aufgabe der Ortsveränderung intendiert (Griemert & Römisch, 2018, S. 8). Unter Fördermittel sind eingesetzte Hilfsmittel, Maschinen sowie Geräte, die in die Kategorie der Fördertechnik einzuordnen sind und überwiegend in der Intralogistik zum Gebrauch kommen, zu verstehen. Die Auswahl des Fördermittels bzw. Systembaukastens bezüglich der Erledigung einer Förderaufgabe ist relevant, denn so wie sich nicht jedes Fördermittel im Hinblick auf eine Förderaufgabe für jedes Fördergut unter Beachtung von Menge, Zeit und Beschaffenheit gleicherweise eignet, kann auch nicht jede Förderstrecke durch jedes Fördermittel ausgeführt werden (Aßmann, 2019, S. 1). In diesem Zusammenhang werden die Begriffe Förder- sowie innerbetriebliche Verkehrsmittel oft synonym verwendet, die generell der Raumüberbrückung innerhalb einer Unternehmung dienen (Ehrmann, 2012, S. 254 ff.). Das eigentliche Ziel eines Fördermittels ist die Gewährleistung einer optimalen Nutzung in Bezug auf reduzierte Transportkosten, geringe Leerfahrten, kurze Auftragszeiten u. v. m. (Muchna, Brandenburg, Fottner, & Guthermuth, 2018, S. 96).

Hierbei werden Fördermittel nach den bedienten Freiheitsgraden, nach ihrer Förderrichtung und nach ihrer temporären Arbeitsweise unterschieden. Die Unterscheidung nach bedienten Freiheitsgraden erfolgt in linienbedienende Fördermittel wie Förderbänder (Freiheitsgrade 1), in flächenbedienende Transportmittel wie Regalförderzeuge (Freiheitsgrade 2) und folglich in raumbedienende Fördermittel wie Gabelstapler (Freiheitsgrade 3). Die Einteilung in Förderrichtung differenziert sich durch schwach geneigte und horizontale, durch stark geneigte und letztendlich durch vertikale Förderer (Böge & Böge, 2015, S. K 4). Und im Hinblick auf die zeitliche Arbeitsweise können Fördermittel generell in Stetigförderer und Unstetigförderer eingeteilt werden.

Stetigförderer

Stetigförderer sind durch einen ständigen Transportgutstrom gekennzeichnet, sodass sie ununterbrochen über einen längeren Zeitraum arbeiten und vollautomatisch ohne jegliches Bedienpersonal laufen. Aufgrund ihrer Ortsgebundenheit eignen sie sich daher für eine längerfristige Verwendung. Eine Verlegung an einen anderen Standort kann daher nur eingeschränkt erfolgen (Logistik KnowHow, 2013a). Des Weiteren ist er aufgrund seines Antriebes und seiner simplen Bauweise sehr energieeffizient und betriebssicher konstruiert. An fast allen Stellen der Transportstrecke kann die Be- oder Entladung der Stetigförderer sogar im laufenden Betrieb stattfinden. Stetigförderer bieten weitere zahlreiche Vorteile. Beispielsweise ist ihre Automatisierung im Vergleich zu Unstetigförderern aufgrund ihres variablen oder konstant bleibenden Tempos einfacher zu realisieren. Aus diesem Grund finden sie in verschiedenen Bereichen der Intralogistik mit Bezug auf Automatisierungsprozesse häufiger Anwendung. Ihre Verwendungsmöglichkeit ist enorm vielfältig, da sie für Schütt- oder Stückgut sowohl in unterschiedlichen Massenströmen als auch für diverse Entfernungen bei festgelegten Strecken eingesetzt werden kann. Sie wird daher in allen Wirtschaftszweigen wie im Bergbau, in der Metallverarbeitung sowie in Kraftwerken eingesetzt. Stetigförderer können nach verschiedenen Aspekten wie z. B. nach der Art des Transportguts oder nach der Art der Kraftübertragung unterschieden werden. Eine mögliche Einteilung nach der Art des Guts ist beispielsweise, die Unterscheidung von Stetigförderern in

- Stetigförderer nur für Schüttgut,
- Stetigförderer nur für Stückgut oder
- Stetigförderer sowohl für Stück- als auch für Schüttgut (vgl. hierzu auch Abbildung 2) (Martin, 2016, S. 134 f.; Griemert & Römisch, 2018, S. 213).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Stetigförderer nach der Art des Transportguts

Quelle: Eigene Darstellung in Anlehnung an Martin, 2016, S. 134 ff.; Griemert & Römisch, 2018; S. 213 ff.; ten Hompel et al., 2018, 133 ff.

Ein Beispiel für einen stetigen Förderprozess stellt der Bandförderer (eine Einteilung der Bandförderer in Gurt- und Stahlbandförderer möglich), der mit gleichbleibender Geschwindigkeit läuft, dar. Dabei ist der Förderstrom abhängig von der Aufgabe des Förderguts und das Tempo kann in Abhängigkeit mit der Aufgabe stark variieren (Muchna, Brandenburg, Fottner, & Guthermuth, 2018, S. 175). Rollenbahnen, Umlaufförderer, Rutschen und Kettenförderer stellen ebenfalls Beispiele für Stetigförderer dar (Logistik KnowHow, 2013b; Arnold & Kai, 2007, S. 190).

Unstetigförderer

Die Gruppe der Unstetigförderer hingegen erfüllt die Aufgabe, Güter von einer Aufnahmestelle zu einer Abgabestelle zu transportieren. Dies geschieht allerdings diskontinuierlich in gesonderten Intervallen; d. h. sie werden nur bei einem akuten Transportauftrag in Anspruch genommen (Muchna, Brandenburg, Fottner, & Guthermuth, 2018, S. 175, 205). Ihr Betrieb zeichnet sich durch Leerfahrten, durch Stillstandzeiten aufgrund der Be- und Entladungsphase sowie durch Fahrten, die im Anschluss erfolgen, aus. Die Aufnahme oder Abgabe der Last kann ausschließlich an speziellen Stellen des Betriebes vorgenommen und lediglich im Stillstand vollzogen werden (Logistik KnowHow, 2013a). Unstetigförderer stellen schienengebundene oder -freie, flurgebundene oder -freie Fördermittel dar, wobei die Steuerung öfter der manuellen Art entspricht, sodass hohe Betriebskosten entstehen. Im Vergleich zu Stetigförderern ist die Automatisierung der Unstetigförderer mit einem hohen Aufwand verbunden, dennoch zeichnen sich unstetige Transportmittel durch eine hohe Flexibilität hinsichtlich beispielsweise der veränderbaren Transportaufgabe aus (Martin, 2016, S. 221). Unstetigförderer sind jedenfalls an Ladehilfsmittel (LHM)¹, die das Gut innehaben, gebunden. Das Stück- oder Schüttgut muss also in LHM abgefüllt sein, um die Aufgabe des Transports zu gewährleisten (Martin, 2016, S. 62 ff.). Es existieren eine Reihe von Unstetigförderern wie ortsfeste Hebezeuge, schienengebundene Hängebahnen, Krane oder Flurfördermittel und schienenfreie Krane oder Flurfördermittel (Martin, 2016, S. 221). Eine detaillierte Übersicht über Unstetigförderer gibt die nachfolgende Abbildung.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Systematik der Unstetigförderer

Quelle: Eigene Darstellung in Anlehnung an Martin, 2016, S. 221

Wichtige Fördertechnologien im Überblick

Auf eine ausführliche Darstellung der einzelnen Modelle von Stetig- sowie Unstetigförderern wird in der vorliegenden Arbeit aufgrund von Kapazitätsgründen verzichtet. Die wichtigsten Fördertechnologien sind zum einen Regalbediengeräte (RBG), die sich durch den Einsatz zur Warenentnahme und -eingabe in Hochregallägern kennzeichnen. Sie gehören der Gruppe der schienengeführten Unstetigförderer an. Zum anderen gibt es auch Shuttle-Systeme, die eine RGB ähnliche Funktion ausüben, jedoch auf horizontaler Ebene, in dem sie viele Picks in möglichst kurzer Zeit schienengebunden ausführen. Am häufigsten in der Industrie verwendete Fördertechnologien sind Flurförderzeuge wie der Gabelstapler oder der Hubwagen, die sich oft schienenfrei bewegen, um einen optimalen innerbetrieblichen Materialfluss zu gewährleisten (Hofmann S. , 2019a).

2.1.2 Fördertechnik im Transportwesen

Quelle: Eigene Darstellung in Anlehnung an Martin, 2016, S. 221

Im vorangegangenen Abschnitt wurde der Transport im Zusammenhang mit der Fördertechnik in der Intralogistik dargestellt. Im folgenden Abschnitt soll das Transportwesen detaillierter betrachtet werden.

Neben der Lagerhaltung stellt der Transport eine wichtige Kernfunktion in der Logistik dar. Angesichts weltweiter Globalisierungsprozesse wird dem Transport eine immer wichtigere Bedeutung beigemessen, da er eine Schlüsselrolle für den wirtschaftlichen Erfolg von Volkswirtschaften sowie für das weltweite Gesellschaftssystem einnimmt (Gleißner & Femerling, 2016, S. V). Transporte ereignen sich in Transportsystemen. Bestandteile eines Transportsystems sind Transportobjekt, verwendete Transporttechnik sowie der Transportprozess oder -organisation (Transportkette) (Phol, 2018, S. 169). Transportleistungen resultieren aus der Leistungserbringung, die auch mit Leertransporten erfolgen können, in einem Transportsystem und führen eine Raumveränderung von Gütern und Personen herbei. Grundsätzlich können keine Veränderungen des transportierten Gutes im Zuge eines Transportvorgangs vorgenommen werden, aber aufgrund von Reifeprozessen können durchaus Veränderungen des Transportgutes erfolgen. Unterschiedliche Akteure wie Frachtführer, Spediteure oder Paketdienstleister u. v. m. können Transportleistungen mithilfe von Transportmitteln erbringen. Transporte können jedoch auch vollautomatisch durch fahrerlose Transportsysteme (FTS) realisiert werden. Das Verständnis von Transport ist sehr heterogen. Dies hängt einerseits mit der inhaltlichen Funktionsvielfalt des Transportbegriffs und andererseits mit dem synonymen Gebrauch von Verkehr und Transport zusammen. Im allgemeinen Sinne bezeichnet Transport die Raumüberbrückung von Gütern, Waren und Personen. Im engeren Sinne wird zwischen innerbetrieblichem und außerbetrieblichem Transport unterschieden (Gleißner & Femerling, 2016, S. 1, 5 f., 68; Martin, 2016, S. 99). Der außerbetriebliche Transport beinhaltet die Raumüberwindung von Gütern anhand von außerbetrieblichen Fördermitteln vom Werk des Lieferanten bis hin zum Kunden. Der innerbetriebliche Transport hingegen bezieht sich auf die Raumveränderung von Waren oder Gütern innerhalb eines Unternehmensbereichs mithilfe von innerbetrieblichen Transportmitteln (Muchna, Brandenburg, Fottner, & Guthermuth, 2018, S. 78). Daraus lässt sich ableiten, dass die Fördertechnik sowohl innerbetrieblich als auch außerbetrieblich variiert und für beide Bereiche größtenteils diverse Transportmittel eingesetzt werden, die in den folgenden Abschnitten näher betrachtet werden.

2.1.2.1 Fördertechnik im innerbetrieblichen Transport

Die innerbetriebliche Raumüberwindung korrespondiert mit der Funktion des Transportierens, die ebenfalls eine logistische Funktion des MF darstellt und in verschiedenen Formen wie z. B. horizontal, vertikal oder geneigt ausgeführt werden kann. Unter Transportvorgänge fallen auch logistische Tätigkeiten wie der Umschlag, die Übergabe, Aufnahme, Abgabe, Disposition, das Sammeln, die Sortierung sowie die Kommissionierung, die durch Transportmittel realisiert werden (Martin, 2016, S. 99 ff.). Ortsfeste Fördermittel sind innerbetriebliche Fördermittel, die besonders in Lager- oder Umschlagvorrichtungen Verwendung finden (Gleißner & Femerling, 2016, S. 6). Das Flurförderzeug stellt eines der wichtigsten Fördermittel im innerbetrieblichen Transport dar. Seine besonderen Merkmale sind das Fahren auf Boden oder Flur, seine freie Lenkbarkeit sowie das Ziehen, Schieben und ggf. Heben von Lasten. Diese sind in der „DGUV Vorschrift 68“ durch die Berufsgenossenschaftliche Vorschrift fixiert. In der Flurfördertechnik finden insbesondere Flurfördermittel mit einer entsprechenden Kennzeichnung Anwendung. Laut der engeren Definition in § 2 Absatz 1 durch die Berufsgenossenschaftliche Vorschrift müssen hauptsächlich Flurförderzeuge einerseits (1) mit Rädern auf Flur laufen sowie frei lenkbar sein, andererseits (2) zum Schieben, Ziehen oder Befördern von Lasten fähig und (3) zur innerbetrieblichen Applikation geeignet sein. Flurförderzeuge mit Hubeinrichtungen sind vor allem durch das Heben, Stapeln oder durch das Einlagern in Regale sowie die autarke Aufnahme und das Absetzen der Güter gekennzeichnet (BGHM, 2013, S. 11). Der geläufigste unter den Flurförderzeugen ist der Gabelstapler entwickelt im Jahre 1917 von dem Amerikaner Eugene Clark. Damals war er benzinbetrieben, besaß keine Bremse und konnte ca. zwei Tonnen Last tragen. Heute gibt es eine Vielzahl von unterschiedlichen Flurförderzeugen, die sich in ihrem Antrieb, in ihrer Art der Steuerung und Räder, in ihrer Hubhöhe und Fahrbewegung klassifizieren (Kirchheim & Dibbern, 2019, S. 41). Das Fahren eines Flurförderzeugs bedarf zudem einer Ausbildung, die durch die BGV und DGUV geregelt ist (Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung - DGUV, 2007, S. 4 f.; BGHM, 2013). Darüber hinaus gibt es technische Rahmenbedingungen, die Flurförderzeuge trotz ihrer unterschiedlichen Diversität miteinander verbinden. Die Standsicherheit der Flurförderzeuge beispielsweise beinhaltet nach DIN ISO 5053 die Fähigkeit des Standhaltens; d. h. Kräften, die aufgrund des Transports oder Aufnahme einer Last entstehen können, entgegenzuwirken oder in diesem Fall Standsicherheit zu bewahren (Deutsches Institut für Normung, 1994). Die Standsicherheit wird nach der grundlegenden Anordnung in DIN ISO 22915 geprüft. Dabei ergeben sich für jedes geprüfte Förderzeug zu befolgende Werte wie zum einen den Lastschwerpunktabstand, der den Abstand vom Gabelrücken bis zum Mittelpunkt der Last auf dem Gabelrücken bezeichnet. Hierbei wird von der gleichmäßigen Verteilung der Last auf dem Gabelrücken ausgegangen, so dass die Last die Form eines Würfels einnimmt. Und zum anderen die Nenntragfähigkeit, die das Maximum des zu tragenden Gewichts der Last beschreibt (Kirchheim & Dibbern, 2019, S. 41 ff.; Martin, 2016, S. 235 ff.).

Diverse Flurfördermittel im Überblick

Des Weiteren gibt es weitere Arten von Flurförderzeugen mit entsprechenden Funktionen. Ein Horizontaltransport kann mittels Handgabelhubwagen, Deichselwagen oder Schlepper, Fahrzeuge, die zum Ziehen und Schieben geeignet sind, oder Wagen, die die Funktion des Hebens nicht besitzen, erfolgen. Neben einer horizontalen Förderung kann additional eine vertikale Bewegung nötig sein, die unter dem Begriff des Umschlagens einer Ware, verstanden wird. Die Höhe der zu aufnehmenden oder abzugebenden Last ist ebenso entscheidend für die Auswahl des Fördermittels; es können in diesem Zusammenhang nicht stapelnde mit geringem Hub (Hubwagen) oder stapelnde Flurförderzeuge zum Einsatz gebracht werden. Gabelstapler, Schubstapler, Mehrwegstapler oder Seitenstapler eigenen sich für das Lagern und Stapeln von Waren, worunter generell die Einbringung von Gütern in eine oder mehrere Ebenen übereinander verstanden wird (Kirchheim & Dibbern, 2019, S. 41 ff.).

Kommissioniergeräte

Weiterhin existieren auch spezielle Fahrzeuge für die Kommissionierung von Waren, die zu den wichtigsten Prozessen im Lager zählt. Einerseits gibt es manuell gesteuerte Kommissioniergeräte nach dem Prinzip der statischen Bereitstellung wie die Elektro-Flurförderzeuge. Diese bewegen Kommissionierer zu den Bereitstellorten, wo die manuelle Entnahme des Gutes erfolgt. Zudem gehören Horizontalkommissionier-, Vertikalkommissionier-Fahrzeuge, Kommissionier-Dreiseitenstapler und das Kommissionier-Regalfahrzeug. Andererseits bestehen Regalbediengeräte (RBG), die einer vollautomatischen Steuerung ausgelegt sind, wobei die Ware im Gegensatz zu der statischen Bereitstellung zum Kommissionierer gebracht wird. Die schienengeführten RBG bewirken eine Entnahme des Ladeobjekts vom Lagerplatz und stellen diese dem Bediener zur Verfügung. Bediengeräte unterschiedlicher Ausführungen sind u. a. Paletten-RBG, Behälter-RBG, die dann wiederum in verschiedenen Ausführungen vorkommen. Folglich kann auch eine Kommissionierung anhand der Robotertechnik erfolgen, wobei der Prozess der Kommissionierung vollautomatisiert durch Roboter erfolgt (Martin, 2016, S. 398 ff.).

2.1.2.2 Fördertechnik im außerbetrieblichen Transport

Der Transport, der sich vom Lieferanten bis hin zum Kunden bzw. über unterschiedliche Lager oder Werke ausstreckt, wird als ein außerbetrieblicher Transport bezeichnet (Phol, 2018, S. 169). Ortgebundene Transportmittel sind Fahrzeuge, die für Transporte zwischen Netzknoten zuständig sind. Unterschieden wird hier zwischen dem Straßengüter-, Schienengüter-, Luftverkehr und die Schifffahrt, die alle als Verkehrsträger charakterisiert werden (Muschkiet & Ebel, 2013, S. 125).

Straßengüterverkehr

Der Straßengüterverkehr stellt den bedeutendsten Verkehrsträger mit rund 650.000 km Kraftverkehrsstraßen in Deutschland dar. Daneben gibt es verschiedene Arten von Güterverkehr, wie z.B. der gewerbliche Güterverkehr, der einen entgeltlichen Transport von Gütern mit Fahrzeugen darlegt. Die Ausführung von Transporten durch Industrieunternehmen mit eigenen Kraftfahrzeugen wird als Werkverkehr bezeichnet. Eine Vielfalt von diversen Fahrzeugen mit unterschiedlichen Nutzlastklassen oder Volumenmaßen etc. sind im Güterverkehr disponibel. Um die Nutzungsmöglichkeiten eines LKWs zu erhöhen, werden sogenannte Ladehilfsmittel wie feste und austauschbare Gefäße herangezogen. Im Vergleich zu anderen Formen des Gütertransports nimmt der Straßengüterverkehr aufgrund der enorm hohen Flexibilität bezüglich der verschiedenen und wechselnden Tätigkeiten des Verladers eine besondere Funktion ein. Er gehört zu den Verkehrsträgern mit der höchsten Logistikaffinität (Gleißner & Femerling, 2016, S. 9 ff.). Einerseits besteht die Möglichkeit beim Straßengüterverkehr die Güter von Haus zu Haus zu liefern. Darüber hinaus werden LKWs für den Prozess der Vor- oder Nachtransporte von Haupttransportmitteln wie das Flugzeug eingesetzt, welcher auch als kombinierter oder gebrochener Verkehr bezeichnet wird, wobei beim kombinierten Verkehr im Unterschied zum gebrochenen Verkehr nicht zwangsläufig ein Wechsel von Transportmitteln stattfindet; es wird lediglich versucht, eine sinnvolle Kombination verschiedener Transportmittel aufgrund der Vereinfachung von Gütern beim Verladeprozess zu effizieren. Das System des kombinierten Verkehrs intendiert, möglichst geringe Umschlagoperationen zu verursachen (Phol, 2018, S. 180 f.). Insbesondere kennzeichnet sie sich durch ihre hohe Anpassungsfähigkeit im Hinblick auf Terminvereinbarungen sowie an individuelle Transportbedürfnisse. Darüber hinaus deckt der LKW als flexibelstes Verkehrsmittel die größte Fläche des Verkehrsnetzes ab und eignet sich daher sehr gut für kurze und eilbedürftige Strecken (Leitner, 2015, S. 5; Muschkiet & Ebel, 2013, S. 125). Anderseits bietet der LKW geringe Ladekapazität im Gegensatz zu den anderen Verkehrsträgern und ist anfälliger für äußere Einflüsse wie z. B. wetterbedingte Einflüsse. Zudem ist der Kraftstoffverbrauch des LKWs relativ hoch und stellt wegen der verursachten hohen Emission und des Lärms eine große ökologische Belastung dar (Muschkiet & Ebel, 2013, S. 125; Leitner, 2015, S. 5 f.).

Schienengüterverkehr

Schienenfahrzeuge sind Transportmittel im Eisenbahnverkehr. Eine Reihe von Güterwagons in verschiedenen Spezialbauformen passend zu unterschiedlichen Transportobjekten sind neben Lokomotiven verfügbar. Der Schienengüterverkehr eignet sich sowohl für Massengütertransport als auch den kundenspezifischen bzw. personenbezogenen Transport. Im Hinblick auf den kundenspezifischen Transport wird zwischen dem Wagenladungs-, Teilladungs- und kombiniertem Verkehr differenziert. Der Wagenladungsverkehr beinhaltet eine größere Gütermenge, die geschlossen in einem Standardwagen befördert wird. Teilladungsverkehr bedeutet, dass Teilladungen unterhalb der Wagenladung liegen. Bei dem Transport von LKW, Wechselbrücken und Anhängern in Form von Huckepackverkehr wird der kombinierte Verkehr bezeichnet (Gleißner & Femerling, 2016, S. 11 ff.; Phol, 2018, S. 178). Der Huckepackverkehr, der eine mehrgliedrige Transportkette darstellt, setzt sich aus dem schlichten Transport von Straßenfahrzeugen i. d. R. in der Reihenfolge Straße – Schiene – Straße anhand des Eisenbahnverkehrs zusammen (Wirtschaftslexikon24.com, 2017). Der Huckepackverkehr impliziert i. e. S. die Verladung von Lastzügen sowie Sattelanhängern auf besonderen Eisenbahnwagen. Der Hauptlauf wird durch die Bahn d. h. die Fahrt ins Zielgebiet übernommen und anschließend führt der LKW den Nachlauf aus, also die Fahrt zum Endpunkt (Gleißner & Femerling, 2016, S. 41). Der Schienenverkehr zeichnet sich insbesondere durch die Beförderung von Massengütern und die Abhängigkeit von externen Einflüssen (hohes Verkehrsaufkommen) aus. Weitere Vorteile sind der günstigere, schnellere im Gegensatz zum LKW nachhaltigere bzw. umweltfreundlichere Transport innerhalb längerer Strecken. Darüber hinaus kann der Gefahrengütertransport mittels Eisenbahn erfolgen. Nachteile für den Schienentransport ergeben sich aus der starken Bindung an Fahrpläne, des Transports Station-zu-Station und höhere Kosten im Vergleich zum LKW infolge des höheren Verpackungsaufwands (Phol, 2018, S. 178). Gegenüber den anderen Verkehrsträgern hat der Schienenverkehr im Laufe der Zeit seine Monopolstellung auf Massentransportmärkten verloren, jedoch aufgrund von zunehmenden Umweltaspekten und sich verstärkten Engpässen im Straßensystem gewinnt er wieder an Bedeutung in der Wirtschaft (Gleißner & Femerling, 2016, S. 15 f.).

Schiffsgüterverkehr

Der größte Teil ca. 90 % des Welthandels wird mittels der Seeschifffahrt realisiert, wodurch ein kostengünstigerer Gütertransport von größeren Volumina über längere Entfernungen abgewickelt werden kann. Ein wichtiger Aspekt im Schiffsverkehr ist die zunehmende Containerisierung von Güterversendungen, welche sowohl im ökonomischen als auch im ökologischen Sinne für eine positive Entwicklung beiträgt und somit weltweit eine zentrale Rolle einnimmt (Phol, 2018, S. 174 ff.). Denn die Standardisierung der Container macht die Umladung von Waren auf einen anderen Verkehrsträger überflüssig, wodurch das Umsetzen von einem Transportsystem auf ein anderes binnen kürzester Zeit gewährleistet wird. Beim Schiffsverkehr wird zwischen Binnen- und Seeschifffahrt unterschieden. Wobei Binnenschiffe in erster Linie nicht verderbliche Massengüter und Seeschiffe zudem Handelsgüter transportieren (Leitner, 2015, S. 8). In Bezug auf den Schiffsverkehr werden vor allem Kostenvorteile und eine große Ladekapazität erzielt. Aus ökologischer Sicht sind die Umweltbelastung sowie der Treibstoffverbrauch mit 1,3 l Diesel pro 100 km verhältnismäßig gering. Die Erreichbarkeit infolge der Abhängigkeit vom Wasserstraßennetz stellt einen wesentlichen Nachteil dar und erfordert daher die Durchführung von ca. 50 % der Transporte im gebrochenen Verkehr; in jedem Fall sind sozusagen Vor- und Nachtransporte durch andere Verkehrsmittel erforderlich. Zudem unterliegt der Schiffsverkehr besonderen Verpackungserfordernissen und einer langwierigen Transportdauer (Gleißner & Femerling, 2016, S. 16 ff.; Muschkiet & Ebel, 2013, S. 125).

Luftverkehr

Abschließend lässt sich der Luftfrachttransport anführen, der als jüngstes Transportmittel gilt und kontinuierlich in seiner Bedeutung zunimmt (Leitner, 2015, S. 9), welche auf den Aufbau globaler Logistikketten mit dezentralisierten Produktions- und Distributionsstrukturen zurückzuführen ist. Hochwertige Güter wie Autoteile oder elektronische Mobiltelefonteile werden zunehmend mit dem Luftverkehr abgewickelt (Gleißner & Femerling, 2016, S. 20). Besondere Wettbewerbsvorteile des Flugzeuges bestehen u. a. in der enormen Transportgeschwindigkeit auf langen Strecken (Phol, 2018, S. 179), die den Transport leicht verderblicher und eilbedürftiger Handelswaren wie dringend benötigte Arzneimittel begünstigt (Leitner, 2015, S. 9), in der Transportsicherheit sowie -häufigkeit (Phol, 2018, S. 179). Die relativ kurze Transportzeit ist äußerst profitabel für Unternehmen, da daraus eine geringe Kapitalbildung und somit auch geringere Kapitalkosten resultieren (Leitner, 2015, S. 10).

2.3 Zusammenfassung

Die Fördertechnik, die im Allgemeinen die Aufgabe besitzt, sowohl Güter als auch Personen fortzubewegen, stellt eine wichtige Technik in allen Wirtschaftszweigen dar und gewinnt unter dem Aspekt der fortschreitenden Digitalisierung zunehmend an Relevanz. Die Anwendungsgebiete der Fördertechnik sind zahlreich, denn sie findet in allen Industriezweigen Anwendung. Das Hauptanwendungsgebiet der Fördertechnik stellt die Intralogistik dar (vgl. Kapitel 2.). Für die starke und schnelle Entwicklung der Fördertechnik haben insbesondere rapide Veränderungen in der Massenproduktion sowie die steigende Tendenz zur Automatisierung von Maschinen beigetragen. Damit die Logistik, aber auch die Intralogistik, die die Organisation, Durchführung und Optimierung innerbetrieblicher Materialflüsse anhand technischer Systeme umschließt, funktionieren kann, bedarf sie einer koordinierten Fördertechnik (vgl. Kapitel 2.1). Fördermittel in der Intralogistik bilden Maschinen, Hilfsmittel und Geräte ab, um eine Vereinfachung der innerbetrieblichen Prozesse zu gewährleisten. Sie zielt vor allem darauf ab, eine optimale Nutzung hinsichtlich geringerer Transportkosten etc. hervorzurufen. Für die Lösung von fördertechnischen Aufgaben können unterschiedliche Fördermittel eingesetzt werden, denn nicht jedes Fördermittel eignet sich für jedes Gut oder für alle Strecken. Fördermittel unterscheiden sich nach bedienenden Freiheitsgraden, nach ihrer Förderrichtung sowie nach ihrer zeitlichen Arbeitsweise. Ein wichtiger Aspekt ist die Unterscheidung der Fördermittel nach ihrer Stetigkeit und Unstetigkeit. Wobei Fördermittel hinsichtlich ihrer Stetigkeit durch einen permanenten Transportgutstrom und bezüglich ihrer Unstetigkeit durch ein diskontinuierliches Arbeiten in einzelnen Intervallen gekennzeichnet sind (vgl. 2.1.1). Der Transport als einer der wichtigsten Kernfunktionen in der Logistik kann sowohl innerbetrieblich als auch außerbetrieblich betrachtet werden. Aus der innerbetrieblichen Perspektive ist unter dem Transport die Raumveränderung von Gütern innerhalb eines Unternehmens, Lagerhauses oder Werks zu verstehen. Der außerbetriebliche Transport dagegen definiert die Raumüberbrückung von Waren vom Lieferanten zum Kunden. Für beide Arten des Transports sind unterschiedliche Fördermittel zu verwenden (vgl. 2.1.2). In Hinblick auf innerbetriebliche Transportmittel sind schienenfreie und schienengebundene Fördermittel zu unterscheiden. Das schienenfreie Flurförderzeug gilt als wichtigstes Fördermittel im innerbetrieblichen Transport. Besondere Eigenschaften des Flurfördermittels sind ihre freie Lenkbarkeit, die Fähigkeit des Schiebens, Ziehens oder Befördern der Last und folglich ihre Qualifikation zur innerbetrieblichen Anwendung. Am meisten benutzte innerbetriebliche Fördermittel ist der Gabelstapler, der im Rahmen technischer Bedingungen die Standsicherheit erfüllen muss und eine dezidierte Nenntragfähigkeit vorschreibt (vgl. 2.1.2.1). Der außerbetriebliche Transport beinhalt ortgebundene Transportmittel, zu dem der Straßengüter-, der Schienengüter-, der Luftverkehr und die Schifffahrt zählen. Der bedeutendste Verkehrsträger ist der Straßengüterverkehr aufgrund seiner hohen Flexibilität hinsichtlich der Terminvereinbarungen sowie seiner Abdeckung der größten Fläche des Verkehrsnetzes. Die Eisbahn eignet sich insbesondere für Massengüter, da sie im Vergleich zum LKW Kostenvorteile bietet, allerdings in den meisten Fällen auf Vor- und Nachtransporte des LKWs angewiesen ist. Anhand des Schiffsverkehrs wird der größte Teil des Welthandels abgewickelt, wobei die Containerisierung eine große Rolle einnimmt und schnelle sowie effiziente Transporte gewährleistet. Der Transport über Luftfracht ermöglicht Unternehmen eine schnelle sowie weltweite Anbindung von Warenströmen, die insbesondere durch die Transportgeschwindigkeit realisiert wird (vgl. 2.1.2.2).

Die Digitalisierung der Logistik, wovon die Transportmittel und Transportprozesse eines Unternehmens, die unternehmensinterne Infrastruktur und das Lieferanten- sowie Kundennetzwerk stärker betroffen sind, bewirkt durch den Einsatz von digitalen Technologien (die im folgenden Abschnitt näher erläutert werden) positive Veränderungen in der gesamten Branche. Sie trägt insbesondere dazu bei, dass Prozesse wie die Steuerung, Organisation, Durchführung sowie Abwicklung effizienter, transparenter und agiler erfolgen können (Zuschlag, 2019).

3. Digitale technologische Entwicklungen

Der zunehmende Globalisierungstrend führte in der vergangenen Zeit zu einer rasanten Beschleunigung vieler Prozesse auf den Ebenen der Informationsverwaltung, Kommunikation und des Transports. Aufgrund der Flexibilität vieler Kunden und Hersteller sind heute Fragen hinsichtlich der räumlichen Entfernung von Arbeitsprozessen nicht mehr von großer Bedeutung. Gleichzeitig lässt sich auch eine Tendenz konstatieren, dass aufgrund der Internationalisierung steigende Anforderungen wie beispielsweise eine zunehmende Anlagenkomplexität und -effizienz u. v. m. an die Maschinentechnik, Prozessorganisation sowie an Produzenten der Fördertechnik zur Leistungserbringung gestellt werden. Aktuelle Entwicklungen im Bereich der Fördertechnik sind relativ fortgeschritten. Jedoch können sie mit dem heutigen Stand der Technik sowie der internationalen Vernetzung, welche den globalen Handel sehr vereinfacht und transparent abbildet, den Kundenanforderungen nur bedingt gerecht werden (Petermann & Kaverinski, 2011). Die Informationstransparenz stellt den Kunden aber auch eine Vergleichbarkeit von Kosten für Produkte zur Verfügung, wodurch ein erhöhter Wettbewerbsdruck entsteht (Hahn-Woernle C. , 2010, S. 9 f.). Somit stehen Unternehmen vor der Herausforderung, die steigende Komplexität von Kundenanforderungen unter Berücksichtigung internationaler Standards im fortschreitenden digitalen Zeitalter zu bewältigen (Petermann & Kaverinski, 2011). Folglich haben all diese Aspekte enorme Auswirkungen auf die Warenverteilung, -haltung sowie Produktion, da Kunden aufgrund ihrer Flexibilität lediglich im Bedarfsfall Bestellungen aufgeben, welche wiederum zu einer Reduzierung der Menge pro Lieferung führt, aber dafür insgesamt die Anzahl der Lieferungen steigert. Im Vergleich zu früher sind heute mehrere KEP-Dienstleister in den Prozess der Warenverteilung involviert, sodass weltweit Transporte hinsichtlich See, Luft und Land deutlich wachsen (Hahn-Woernle C. , 2010, S. 9 f.). Dies erfordert auch zugleich eine permanente Entwicklung und Forschung Bereich der Fördertechnik, um den vielfältigen Anforderungen nach dem aktuellem Stand der Technik mittels neuartiger Projekte mit probater Technik gerecht zu werden (KIT - Karlsruher Institut für Technologie, 2018). Dementsprechend ist als Folge der Globalisierung ein massiver Zuwachs des Güterumschlags an logistischen Knotenpunkten mit weltweiter Relevanz zu beobachten sowie damit einhergehende die Infrastruktur betreffende Maßnahmen an Häfen, um anhand moderner Fördertechnik vor allem eine erhöhte Transparenz zu gewährleisten (Hahn-Woernle C. , 2010, S. 9 f.).

Im Folgenden wird daher auf verschiedene Aspekte der Digitalisierung, auf aktuelle, disponible, signifikante, digitale Basistechnologien hauptsächlich im Bereich der logistischen Fördertechnik und ihrer Anwendung nacheinander eingegangen.

3.1 Industrie 4.0 – Eine Vision vom Internet of Things (IoT)

Die unter dem Begriff Industrie 4.0 bekannte vierte industrielle Revolution beschreibt ein zentrales Thema der gegenwärtigen Zeit. Im Allgemeinen wird darunter Digitalisierung der Produktion verstanden, wobei sich bislang keine allgemeingültige Definition aufstellen lässt, sondern nur Teilbereiche der Industrie 4.0 beschrieben werden (Hänisch, 2017, S. 9 f.). Experten verbinden mit dem Begriff der Industrie 4.0 eine vernetzte Technik, die eine autarke Selbstorganisierung von Fabriken hervorruft. Des Weiteren wird darunter auch das vollkommen automatische Zusammenfinden von Fertigungseinheiten verstanden, um Produkte, die größtenteils von Kunden selbst konfiguriert werden, herzustellen. Damit hat die Selbstorganisation von Fertigungseinheiten auch erhebliche Auswirkungen auf die Förder- und Materialflusstechnik (Katterfeld, 2014). Die Basis der vierten industriellen Revolution bilden vor allem technische Möglichkeiten des 21. Jahrhunderts, die anhand kombinierter Verwendung von KI und moderner Vernetzungstechnologie realisiert werden können (VDE, 2017). Das IoT als technologischer Hintergrund, das eine Fusion der physischen Welt mit der digitalen Welt des Internets herbeiführt, ermöglicht zudem auch einen Informationsaustausch in einer völlig neuen Dimension in den Netzwerken der Wertschöpfung (Ruile, 2019, S. 140). Die Industrie 4.0, die in erster Linie auf die Verbesserung von Prozessen und Kapazitätsauslastung, schnellere Umsetzung von individuellen Kundenwünschen sowie auf geringere Produktions- und Personalkosten abzielt, findet aufgrund der technologischen Fortschritte zunehmend mehr Anwendung und Realisierung in der industriellen Umwelt (Statista, 2019). Dementsprechend strebt die Industrie 4.0 primär nach einer Optimierung der Produktionssteuerung für eine smarte Fabrik an, die nur durch eine effiziente Organisierung der logistischen Prozesse sichergestellt werden kann. Der weiterhin enorme Innovationsstoß führt zu verkürzten Technologie- und Produktlebenszyklen, sodass logistische Systeme reaktionsfähiger, adaptiver und flexibler werden müssen, um zukünftig vollständig autonome Systeme zu etablieren (Ruile, 2019, S. 140 f.). Ein effizienter und wandelbarer MF bedarf somit eines modularen Aufbaus, denn die Steuerung von Förderelementen soll nicht mehr zentral erfolgen, sondern sich durch Anpassungsfähigkeit kennzeichnen, um auf unerwartete Ereignisse reagieren zu können (IPH, 2019). Vor diesem Hintergrund werden in den folgenden Abschnitten relevante Technologien im Detail behandelt. Eine Übersicht über Zusammenhänge zwischen IoT und für die Logistikindustrie relevante Basistechnologien vermittelt die nachfolgende Abbildung 4.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Zusammenhang zwischen IoT und digitale Basistechnologien in der Logistik

Quelle: Eigene Darstellung in Anlehnung an das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, 2015

3.2 Relevante digitale Basistechnologien

Im fortschreitenden digitalen Zeitalter bedarf die Entwicklung und Optimierung von Fördertechnik einer Reihe von Basistechnologien, um einerseits eine Verknüpfung der realen und digitalen Welt anhand von relevanten Basistechnologien zu gewährleisten und andererseits hauptsächlich transparentere Prozesse auf allen Ebenen der Logistik zu schaffen. In der Logistik existieren zahlreiche Basistechnologien wie Echtzeitlokalisierungssysteme, drahtlose Kommunikationssysteme, komplexe Telematiksysteme, Funkkommunikation, vernetzte Sensorik, Cloud Computing, cyber-physische Systeme, Big Data Analytics u. v. m., die Transport- und Intralogistikprozesse verbessern (Dünkler, 2015). Im Folgenden werden die relevantesten Basistechnologien vorgestellt.

3.2.1 Funktechnologien

Funktechnologien in der Industrie sind weit verbreitet und ihr Bedarf steigt tendenziell. Ihre Grundfunktion besteht vor allem im Austausch von Daten. Die Übertragung von Daten erfordert eine Verbindung zwischen Sender und Empfänger. Smart Devices wie das Tablet oder das Smart Phone stellen typische Funkempfangseinheiten dar (Bölderl-Ermel, 2010, S. 2). Drahtgebundene Systeme dominieren zwar derzeit in der Industrie (VDE, 2017), aber die Kommunikation in großen Anlagen profitiert dennoch von drahtlosen Netzwerken (Bölderl-Ermel, 2010, S. 2). Der Hauptgrund für den Einsatz von Funksystemen zur Anbindung akritischer mobiler Systeme bilden das Monitoring (Überwachung von Vorgängen) oder die Telemetrie (Übertragung von Messwerten / Daten auf drahtgebundener oder drahtloser Methode). Die Produktion von individuellen Produkten im Rahmen der Industrie 4.0 fordert mehr Flexibilität. Daher wird die Kommunikationsfähigkeit aller Komponenten vorausgesetzt, die durch verstreute Intelligenz über Funk sinnvoll zu realisieren ist, wodurch auch eine Steigerung der Mobilität in der Produktion bewirkt wird. Auf diese Weise kann die Produktion wiederum hochflexibel sowie dynamisch funktionieren. Somit tragen funkbasierte Systeme maßgeblich zur Verwirklichung von Industrie 4.0 bei (VDE, 2017). Drahtlose Technologien sind von großer Bedeutung für die Automatisierung in der Industrie. Durch die geschaffene Flexibilität können kritische Informationen schnell erfasst und anschließend verstreut werden. Zugleich können Kosten in Form von reduzierter Verkabelung gesenkt werden. Außerdem können flexible Kommunikationsansätze mit dezentralen Systemen oder Geräten erfolgen und somit neue Applikationsfelder wie beispielsweise die Positionsbestimmung von bewegten Einheiten oder zur Identifikation erschlossen werden (Hildebrandt & Tumdi, 2010). Funktechnologien weisen je nach Frequenz verschiedene Reichweiten auf. Diese können variieren von wenigen Zentimetern wie bei NFC oder reichen bis zu vielen Kilometern wie bei dem GPS. Funkwellen können aufgrund von Gegenständen, wie die Materialbeschaffenheit und -zusammensetzung, unterschiedlich gedämpft werden, sodass die Reichweite geschwächt wird und negative Effekte zur Folge hat. Negative Effekte umfassen die Absorption, wobei das Signal komplett verschluckt wird, die Reflexion, die das Signal zurückwirft, die Brechung, worunter die Umlenkung des Signals in eine andere Richtung verstanden wird und die Streuung, die das Signal vervielfältigt (Elektronik Kompendium, 2019a).

Aufgrund zahlreicher Bedürfnisse der Industrie etablierten sich im Laufe der Zeit neben dem WLAN, als bekanntestes Netzwerk, auch andere Funktechnologien wie der Mobilfunkstandard GSM / GPRS, ZigBee, Bluetooth, WirelessHART, WISA, RFID, NFC, GPS etc. (Bölderl-Ermel, 2010, S. 2).

Mobile Übertragungstechnologien unterscheiden sich zwischen Computer- und Mobilfunktechnologie. Die sukzessiven Technologien stammen aus dem Bereich der klassischen Computernetze und charakterisieren sich folgendermaßen (Kollmann, 2019, S. 14):

- Das WLAN, gekennzeichnet durch eine relativ hohe Reichweite, bildet ein lokales Funknetz ab. Datenübertragungsraten von bis zu 867 Mbit/s sind nach dem neuesten Standard der IEEE möglich und mithilfe von Mehrfachverbindungen wie das MIMO können sogar bis zu 1,3 Gbit/s realisiert werden. Üblich ist auf freier Fläche eine Übertragungsreichweite von 30 bis 100 Meter (Osterhage, 2018, S. 7 ff.).
- Bluetooth basiert auf einer Funktechnik, die die simultane drahtlose Kommunikation zwischen mehreren mobilen Endgeräten besonders bei kurzen Entfernungen ermöglicht. Darüber hinaus ist die Kompatibilität zwischen diversen Bluetooth-Geräten unterschiedlicher Hersteller garantiert, sodass problemlos ein Datenaustausch unter jeglichen Geräten möglich ist. Es kann eine Übertragungsgeschwindigkeit von maximal 24 Mbit/s erzielt werden. Der ohnehin effiziente Stromverbrauch, der aufgrund der neuesten Technologie Bluetooth 4 auf einen minimalen Stromverbrauch optimiert wurde, stellt einen zentralen Vorteil dar (Kollmann, 2019, S. 14 f.).
- ZigBee stellt einen Funkstandard zwischen Geräten und Sensoren dar, der im Gegensatz zu Bluetooth einen noch geringeren Stromverbrauch aufweist und insbesondere für eine lokale energieeffiziente Datenkommunikation entwickelt wurde (Steffen & Augel, 2007, S. 44). Die Verbreitung von ZigBee ist limitiert, weil einerseits keine Interoperabilität mit Geräten anderer Produzenten besteht und andererseits sind ZigBee Standards so umfangreich, sodass diese keine umfassende Unterstützung der Geräte leisten müssen. Die Datenrate bei ZigBee beträgt bis zu 250 Kbit/s. Obwohl die Anwendungsgebiete von ZigBee vielfältig sind und überwiegend bei der Smart Home Steuerung und bei der Vernetzung von Anlagen zur Überwachung eingesetzt werden, ist die ZigBee Lösung insgesamt als kontraproduktiv einzustufen, da keine Interoperabilität vorhanden ist (Elektronik Kompendium, 2019b).
- Die RFID-Technologie basiert auf der Datenübertragung ähnlich wie die klassische Audio-ID-Technik durch Barcode, der durch eine optische Abtastung von Hell-Dunkel-Felder für eine Datenübertragung sorgt. Beim RFID erfolgt der Datenaustausch über Funk. Dieser Austausch verläuft zwischen dem Transponder (RFID-Label / RFID-Tag), der den Datenträger darstellt, und dem Scanner (Lese- / Schreibsystem), wobei eine Transformation kleiner Datenmengen von 1 Bit bis ca. 30 Kilobyte gewährleistet wird (Elektronik Kompendium, 2019d). Auf einem hochdünnen Mikrochip, der ein zentrales Element des Transponders ist, findet die Abspeicherung von Daten statt. Elektromagnetische Wellen aktivieren automatisch den Transponder, sobald er im Empfangsbereich des Scanners ist. Ein Koppelelement sorgt dann für die eigentliche Übertragung von Informationen an den Scanner. Im Hinblick auf die Datenübertragung sind verschiedene Frequenzbereiche von Transpondern, die keiner internationalen Standardisierung, sondern nationalen Regelungen unterliegen, zu unterscheiden. Dabei wird in LF (Low Frequency), HF (High Frequency), UHF (Ultra High Frequency) und MW (Microwave) unterteilt (Franke & Dangelmaier, 2006, S. 8 ff.). Diese Technologie findet hauptsächlich Anwendung in der Logistik zur Warenidentifikation und Pulkerfassung. Unter Pulkerfassung wird die gleichzeitige Erfassung von mehreren Gegenständen durch ein Lesegerät verstanden. Hinsichtlich der Erfassung von Waren können Objekte, Verpackungen, Behälter usw. mit informationsbeinhaltenden Transpondern, die Produktname, Datum, EPC-Nummern etc. beinhalten, versehen werden, um diese Objekte im Nachhinein schneller zu identifizieren und den Arbeitsprozess zu beschleunigen (Schiessle & Schreier, 2018). Somit perfektioniert die Pulkerfassung die Prozesse in der Logistik und trägt für einen rapiden Materialfluss bei. Die Logistik profitiert vor allem von der Beschleunigung komplexer Arbeitsprozesse, intelligenter Warenlagerung, leichten Nachvollziehbarkeit von Produktbewegungen sowie von einer volldigitalisierten Protokollierung. Weitere Vorteile sind darin begründet, dass zwischen Scanner und Transponder kein Sichtkontakt bestehen muss, damit ein Datenaustausch stattfinden und die Speicherung eines höheren Datenvolumens auf den Mikrochip des Transponders erfolgen kann. Nachteile des RFID Chips bestehen insbesondere in der fehlenden Standardisierung. Der Einkaufspreis pro Tag liegt im Durchschnitt bei 0,50 €, wobei die Kosten günstiger ausfallen können, je etablierter RFID ist (Scherf, 2019).

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¹ Lager-, Transport- und Ladehilfsmittel illustrieren Ladungsträger, die Hilfsmittel zur Bildung homogener logistischer Einheiten umfassen und die Voraussetzung für einen mechanischen sowie automatisierten Materialfluss (MF) bilden. Dabei werden nicht unterfahrbare und unterfahrbare Transport- und Lagerhilfsmittel voneinander abgegrenzt. Kleinladungsträger, wie beispielsweise Kisten, Kästen oder kleine Behälter, die zum Teil einer Norm oder einem Standard entsprechen, zählen zu den nicht unterfahrbaren Transport- und Lagerhilfsmitteln. Unterfahrbare Transport- und Lagerhilfsmittel, auch Großladungsträger sind Paletten, große Behälter und Ladegestelle gekennzeichnet durch tragende, umschließende oder geschlossene Eigenschaft. Diese verhelfen einerseits der Zusammenfassung von Stückgut in Form von Kisten, Kleinbehälter etc. zu einer größeren Einheitsladung und andererseits wird dadurch nicht unterfahrbares Gut unterfahrbar gemacht, wodurch ein rationales Lagern sowie Transportieren entsteht (Martin, 2016, S. 62 ff.; Griemert & Römisch, 2018, S. 319 ff.).