Drohnen als Transportmittel der Produktionslogistik von morgen

„Um Materialien innerhalb von Produktionsbetrieben zu transportieren, werden derzeit immer häufiger so genannte fahrerlose Transportsysteme, kurz FTS, eingesetzt. Das sind Fördersysteme mit automatisch gesteuerten Fahrzeugen am Boden. Wenn diese gut in die Produktionslogistik eingebunden werden, dann lassen sich mit ihrer Hilfe Kosten reduzieren und logistische Prozesse effizienter gestalten“, sagt Prof. Dr. Christoph S. Zoller vom Institut für Produktion, der das Vorhaben gemeinsam mit Prof. Dr. Stephan Freichel und Prof. Dr. Franz Josef Weiper durchführt.

Mit Blick auf die zunehmende Komplexität innerhalb der Produktion bieten Werkshallen allerdings immer weniger Platz für Infrastrukturen wie FTS – das kann ein Problem darstellen: In kritischen Situationen, beispielsweise wenn Komponenten für defekte Bauteile oder Reparaturen benötigt werden, müssen Materialien schnell auf einem großen Gelände transportiert werden. Da der Platz am Boden sehr begrenzt ist und solche Prozesse schwer in die bestehenden Arbeitsabläufe passen, kann das zu umständlichen und langen Transportwegen und damit zu kritischen Versorgungsproblemen führen.

Autonome Navigation und flexible Stationen

Im Vorhaben „ProLAND“ arbeitet ein interdisziplinäres Team des Instituts mit den Projektpartnern daher an einer Lösung, mit der auch der Luftraum in und zwischen Produktionshallen als Transportweg genutzt werden kann. Dazu werden autonom navigierende Transportdrohnen entwickelt. Diese sind im Vergleich zu konventionellen Multikoptern hinsichtlich des Aufbaus stabiler und hinsichtlich der Traglast deutlich leistungsfähiger. So erlaubt es eine solche Drohne bis zu drei Kilogramm Zuladung zu transportieren. Als wichtiges Element des Produktionslogistiksystems werden zudem flexible Be- und Entladestationen konstruiert, um einen effizienten Materialfluss zu gewährleisten.

Bisher konnten bereits einige Teilprojekte des Vorhabens erfolgreich abgeschlossen werden: So wurden mehrere Drohnen-Prototypen entwickelt und getestet sowie Anforderungen an ein Leitsystem formuliert. Aktuell arbeiten die Projektpartner an der Indoor-Navigation der Drohne sowie dem Be- und Entladesystem. Letzteres wird zurzeit prototypisch aufgebaut. Dabei werden zwei verschiedene Ansätze verfolgt: Zum einen wird ein Paternosterregal konstruiert. Dieses soll mehrere Landeplattformen, Be- und Entladestation und Akkuladestation in einem System kombinieren und sich für den gleichzeitigen Einsatz mehrerer Drohnen eignen. Für den Fall, dass nur eine Drohne benötigt wird, um den Materialbedarf zu decken, wird ein Plattform-Aufzug mit nur einer Landefläche entwickelt.

Herausforderungen und Potenziale

Neben einer Einbindung dieser technischen Innovationen in ein modernes Logistik-Gesamtsystem sind vor allem auch arbeitsschutzrechtliche Anforderungen eine zentrale Herausforderung im Projekt. „Die Drohne muss gefahrenfrei in Produktionshallen fliegen können. Dazu wollen wir die Be- und Entladestationen abschirmen und sichere Flugkorridore einrichten, indem wir Netze als Schutzvorrichtung anbringen“, erklärt Prof. Dr. Franz Josef Weiper. Zudem müssen die Rotoren noch optimiert werden, um die Lärmemissionen zu reduzieren.

Autonom navigierende Transportdrohnen bieten nach Ansicht von Prof. Dr. Stephan Freichel ein enormes Potenzial: „Die Entwicklung solcher Drohnen für die Warendistribution zu Endkundinnen und -kunden wird bereits seit einigen Jahren vorangetrieben. Ein weiteres sehr interessantes Feld ist die autonome Versorgung mit wichtigen Gütern in Krisengebieten, welche mit Verkehrsmitteln nicht zugänglich sind.“ Es sei davon auszugehen, dass der Luftraum – sowohl Indoor als auch Outdoor – zunehmend für den Gütertransport genutzt werde.

Das Vorhaben

Das Projekt „Produktionslogistiksystem unter Verwendung von autonom navigierenden Transportdrohnen“ (ProLAND) wird am Institut für Produktion von Prof. Dr. Christoph S. Zoller geleitet. Kooperationspartner sind die die Tünkers-Nickel Dosiersysteme GmBH und die Westfälische Hochschule. Das Vorhaben wird vom Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) im Rahmen des Programms „Investitionen in Wachstum und Beschäftigung“ über zwei Jahre gefördert.