Zebra Technologies

ROBOTIK für effiziente und automatisierte WARENLÄGER

Warenlager: Situation 2023

Robotik in Warenläger

Mit der weltweiten jährlichen Zunahme des Onlinehandels um bis zu 50 Prozent werden neue Warenläger benötigt. 55 Prozent der Entscheidungsträger in der Logistik planen 2023 zusätzliche Flächen für Warenläger zu errichten. Gleichzeitig weitet sich der Fachkräftemangel aus. Autonome Mobile Roboter (AMR) sind eine Lösung für diese Herausforderungen.

Daniel Dombach, Director T&L Industries EMEA bei Zebra Technologies, spricht im Interview über digitale Warenläger und AMR.

Robotik powered by Zebra Technologies

Robotik powered by: Zebra Technologies

Warenläger nehmen in Größe und Häufigkeit zu. Ein weiterer Trend ist nach Near-Shoring, die Verlagerung von Lagerkapazitäten in das europäische Ausland.

Im ersten Pandemiejahr 2020-21 stieg die Anzahl der Warenläger in Deutschland um 10 Prozent. Dies setzt einen seit 2018 dokumentierten Trend fort. Die Grundfläche pro Lagergebäude nimmt dabei gleichzeitig zu. Das flache Distributionszentrum mit Sortierungs-, Kommissionierungs-, Verpackungs- und Verteilungsfunktionen auf enorm großer Grundfläche findet immer mehr Verbreitung. Das 2017 fertiggestellte Amazon Logistikzentrum im nordrheinwestfälischen Werne beispielsweise verfügt über eine Grundfläche von 100.000 Quadratmeter. Lagergebäude in der Hamburger Speicherstadt wie das M28 am Sandtorkai hingegen verfügen auf sechs Stockwerken lediglich über 4.188 Quadratmeter.

Die immer größeren Lagergebäude sind räumlich konzentriert auf Agglomerationen mit sehr guter Transportinfrastruktur. Autobahnen, Flug- und Seehäfen sind die bevorzugten Transportwege.

In einer Befragung der Logistikbranche 2022 gaben 72 Prozent der Entscheidungsträger an, aufgrund des erhöhten Onlinehandels ihre Lagerkapazitäten ausbauen zu wollen. 55 Prozent möchten weitere Lagerhallen errichten und 50 Prozent nach Standorten im Ausland suchen.

In Mitteleuropa sind Lagerflächen in den Stadtzentren und auf der grünen Wiese rar. Investitionskräftige Akteure kaufen oder bauen ihre bestehenden industriellen Lagerflächen daher in Bulgarien, Ungarn, der Slowakei, der Tschechische Republik, Polen und Rumänien aus. Es wird damit gerechnet, dass die Nachfrage nach freien Lagerflächen jedes Jahr um mehr als 1 Million Quadratmeter steigt. Der polnische und der rumänische Markt wachsen besonders rasant, wobei sich die Nachfrage jedes Jahr fast verdoppelt. Polen fungiert schon jetzt als Tor nach Europa für den Handel aus China.

Die Niederlande setzen ihre Dominanz in der Logistik fort. In der Metropolregion "Randstad" im westlichen Teil der Niederlande befinden sich die großen Häfen von Amsterdam und Rotterdam sowie der internationale Flughafen Schiphol. Diese Region ist das Zentrum der logistischen Aktivitäten in Europa.

Neu errichtete Läger verfügen oft über einen höheren Automatisierungsgrad als ältere Gebäude, die für Automatisierung nicht ausgelegt sind. Vollautomatische Systeme senken die operativen Kosten und erhöhen die Produktivität. Fehler werden vermieden, Ressourcen geschont und Unfallgefahren minimiert, wenn die Mehrheit der Abläufe im Warenlager automatisiert ist.

Das Amazon-Zentrum in Werne, Deutschland

Das Amazon-Zentrum in Werne, Deutschland. Es ist so groß wie 14 Fußballfelder.

Lagerroboter

Der Markt für Lagerroboter wird bis 2027 voraussichtlich einen Wert von 23,09 Milliarden USD mit einer jährlichen Wachstumsrate von 15,3 Prozent erreichen.

Die Auftragslage ist hervorragend, aber der Facharbeitermangel ist hoch. Weitere Probleme sind der Digitalisierungsrückstand und der hohe derzeitige Kostendruck.

Der Mitarbeitermangel erhöht den Digitalisierungs- und Automatisierungsdruck

Der Mitarbeitermangel erhöht den Digitalisierungs- und Automatisierungsdruck. Die Arbeit im Warenlager stellt hohe körperliche Anforderungen. Schwere Lasten müssen gehoben und lange Wegstrecken zurückgelegt werden.

Seit 2017 herrscht in der Lagerlogistik ein starker Mitarbeitermangel. Laut Bundesagentur für Arbeit gibt es pro Arbeitssuchendem in der Logistik 208 freie Facharbeiterstellen (Stand: Februar 2023). Mehr als 55.000 Lastwagenfahrer werden gesucht. Die Logistik- und Lagerhaltungsbranche weist zudem eine hohe Fluktuationsrate bei Mitarbeitern auf. Bei den Festangestellten liegt sie bei 59,5 Prozent pro Jahr. Die bestehenden Mitarbeiter sind häufig überarbeitet. Logistikunternehmen stehen vor der doppelten Herausforderung, Mitarbeiter zu finden und sie dann zu halten.

Die steigende Nachfrage durch Zunahme des Onlinehandels erzeugt die Notwendigkeit, schnellstmöglich auf digitale Prozesse umzustellen. In der Warehouse Vision Study 2022 gaben ungefähr ein Viertel (21 Prozent) der Befragten an, im Warenlager vollkommen ohne digitale Datenerfassung zu arbeiten. Die gesamte Warenlogistik ist hier papierbasiert. Entscheidungsträger möchten bis 2027 nur noch 5 Prozent der Prozesse papierbasiert durchführen. Die verbesserte Mobilität im Warenlager ist für 41 Prozent von ihnen das wichtigste kurzfristige Ziel.

Liegen die Prozessschritte digital vor, besteht die Möglichkeit zur Automation. Damit ließe sich die Produktivität erhöhen und auf einen fehlerfreien Betrieb 24/7 ausdehnen. Softwareseitig können im Warenmanagementsystem (WMS) Bestandsführung, Kommissionierung und Transport automatisiert werden. Hardware-seitig sind umfangreiche Installationen von Fördertechnik, einem System zur digitalen Warenerfassung – möglicherweise mit RFID – und Transportfahrzeuge notwendig. Autonome Fahrzeuge und Roboter erhöhen die Effizienz von Logistikprozessen enorm.

Aufgrund der steigenden Inflation und der aktuellen geopolitischen Rahmenbedingungen sind die Energiekosten in Europa 2022 stark gestiegen. Dies erzeugt einen massiven Kostendruck für Logistikunternehmen, den sie nun abbauen müssen. Die Beleuchtung der Hallen beispielsweise macht einen maßgeblichen Anteil des Energieverbrauchs aus. LEDs sparen 80 Prozent der Energiekosten gegenüber Halogen- oder Leuchtstoffröhren. Mit der Addition notwendiger Investitionen für Digitalisierung und Automatisierung steigt der Kostendruck gewaltig.

Roboter-Lösungen von Zebra

Insbesondere Autonome Mobile Roboter (AMR) unterstützen dabei, Logistikprozesse produktiver und effizienter zu gestalten. Trend-Analysten erwarten, dass AMR in den nächsten Jahren autonome Fahrzeuge (AGV) und Gabelstapler ersetzen werden. Mit der Übernahme des Robotik-Spezialisten Fetch Robotics hat Zebra 2021 das Lösungsportfolio für die Lagerlogistik um zahlreiche AMR erweitert.

Die FlexShelf-Serie von Zebra umfasst drei verschiedene Konfigurationen von Regalen auf einem Fahrgestell mit den Ausmaßen 61,1 x 52,8 cm. Kisten und Behälter können je nach Bedarf in unterschiedlichen Höhen angebracht werden. FlexShelf gewährleistet ein Höchstmaß an Genauigkeit und Sicherheit bei der Inventur und im Kommissionierungsvorgang. Kommissionierer können sich schneller bewegen und die einzigartigen Pick-to-Light- und Put-to- Side-Funktionen nutzen.

Der FlexShelf- Roboter verfügt über einen interaktiven, handschuhfreundlichen Touchscreen, einen integrierten Barcode-Scanner und NFC-Leser und einen USB-Hub für den Anschluss eigener Peripheriegeräte.

Bei den CartConnect-AMR handelt es sich um relativ kleine Fahrgestelle.

Sie fahren unter zu bewegende Kisten, Behälter, Kartons und kleinere palettierte Lasten bis zu 272 kg, heben sie an und verbringen sie an den gewünschten Zielort. Zwei 2D-Lasersensoren und eine 3D-Kamera mit 360°-Rundumsicht gehören zur Ausstattung. Der kleinere runde AMR CartConnect100 hat einen Durchmesser von 57,3 cm und kann sich auf der Stelle drehen. Der CartConnect500 misst 145,2 x 102,5 cm und dient insbesondere zur Beförderung von kleinen Regalen und Paletten.

Die AMR Freight500 und Freight1500 erweitern die möglichen AMR-Anwendungen um das Element ‚Lastentransport’. Der Freight500 ist für Kisten und kleinere Paletten bis zu einem Gewicht von 500 Kilogramm geeignet, während der Freight1500 Paletten bis 1.500 Kilogramm transportieren kann. Beide sind mit Sensoren und 3D-Kameras ausgerüstet, so dass es nicht zu Zusammenstößen kommen kann. Mit diesen AMR lässt sich der Einsatz von Gabelstaplern stark reduzieren.

Inventuren bedeuten Stillstand und Ausfallzeiten. Um diese zu vermeiden, wurde der TagSurveyor erschaffen. Er ist ein Roboter, der automatisiert alle RFID-Tags im Warenlager mehrmals täglich mit hoher Genauigkeit in Echtzeit ausliest. Die Reporting-Tools des TagSurveyor liefern verwertbare Erkenntnisse über abweichende Bestandszahlen.

Die AMR von Zebra & Fetch Robotics sind in Warenlagern vielseitig einsetzbar. Sie assistieren Facharbeitern und erlauben es, das Lager flexibel zu organisieren und zu skalieren.

AMR von Zebra & Fetch Robotics

Ein FlexShelf unterwegs zum Kommissionierer. Er wird entweder etwas entnehmen oder weitere Artikel in die Behälter legen.

Der TagSurveyor

Der TagSurveyor liest Tags auf sehr hohen Regalen vom Boden bis zur Decke komplett aus.

Die Roboter-Produktpalette von Zebra & Fetch Robotics

Die Roboter-Produktpalette von Zebra & Fetch Robotics.

Anwendungsfälle

Der CartConnect100

Der CartConnect100 bewegt sich auf eine Abholzone zu, in der zwei Regale zur Weiterbeförderung bereit stehen.

Der amerikanische Elektronikhersteller Waytek verzeichnete 2020 einen enorm großen Auftragszuwachs. Die bestehende Fördertechnik im Warenlager erwies sich als unzureichend zur Bewältigung der Nachfrage. Waytek nahm mehrere CartConnect100 und die dazugehörigen Materialwägen in Betrieb und implementierte die FetchCore Enterprise Software. Dreizehn Prozent der Grundfläche wurden frei, denn im Vergleich zu Förderbändern sparen AMR viel Platz ein. Der tägliche Durchsatz stieg um 25 Prozent.

Das 37.000 Quadratmeter große zentrale Distributionszentrum von Wärtsilä in Kampen, Niederlande, enthält mehr als 85.000 einzelne Artikel.

Die VirtualConveyor-Materialtransportlösung und AMR von Fetch Robotics wurden in den Lagerarbeitsablauf eingeführt, um den Punkt-zu-Punkt-Materialtransport zu vereinfachen. Die AMR übernahmen die sich wiederholenden Aufgaben des Warentransports. Die Lösung erspart den Mitarbeitern des Vertriebszentrums mehr als 30 Laufkilometer pro Tag. Ihre Produktivität stieg und sie können sich auf lohnendere und erfüllendere Aufgaben konzentrieren.

Austin Lighthouse in Texas ist eine gemeinnützige Organisation, die Ausbildung und Arbeit für Menschen mit Sehbehinderungen anbietet.

250 der 450 Mitarbeiter sind blind. Im Warenlager werden 500.000 Aufträge pro Jahr bearbeitet. Täglich treffen 20 Lkw-Ladungen ein. Mit steigendem Wettbewerbsdruck wurde es notwendig, die Bearbeitungsgeschwindigkeit für Aufträge zu erhöhen. Der CartConnect100 empfahl sich durch seine besondere Barrierefreiheit wie Text-zu-Sprache RFID-Handhelds, die angeschlossen werden können, einem Sprachsystem für die Entnahme von Kisten und benutzerdefinierten Geräuschen für die Wegführung der Roboter.

Die Produktivität wurde um das 2,5-fache gesteigert und die Mitarbeiter müssen nun weniger Wegstrecken zurücklegen.

Ryder System, Inc. ist ein amerikanisches Logistikunternehmen. Steigende Arbeitskosten und wachsende Kundenerwartungen erforderten 2020 Veränderungen im Kommissionieren und Transportieren von Lieferungen. Die Lösung war eine Lagerautomatisierung auf Abruf, die flexibel genug ist, um innerhalb von Stunden in Betrieb genommen zu werden, und die sich an verschiedene Arbeitsabläufe in den intelligenten Warenlagern anpassen lässt.

Ryder nutzt Freight1500 und HMIShelf und konnte eine 25-prozentige Produktivitätssteigerung und 20-prozentige Zeiteinsparung allein durch die Verringerung der Fahrtzeiten im Lager erzielen.

Der Freight1500

Der Freight1500 wird von einem Lageristen beladen und verbringt die Waren dann an den per Software bestimmten Ort.

Akzeptanz von Robotern

Saugerroboter als Serviceroboter

22 Prozent der Haushalte in Deutschland nutzten 2022 einen Saugerroboter als Serviceroboter.

Der Roboter P-Care

Der Roboter P-Care hilft Menschen mit Unterstützungsbedarf in ihrem Alltag und assistiert dem Pflegepersonal.

Die komplette Kollaboration, bei der Mensch und Roboter Hand in Hand zusammenarbeiten, ist noch nicht möglich. Derzeit kooperieren Roboter und Mensch, das heißt, sie führen voneinander getrennte Arbeitsschritte durch. Ein AMR, der im Warenlager eingesetzt werden soll, kann Aufgaben beispielsweise nur ausführen, nachdem er von Menschen dafür vorbereitet wurde.

„Es dauert 15 Minuten, um die Karte einzurichten, die der Roboter als Grundlage für die Navigation nutzt“, erklärt Melonee Wise, Geschäftsführerin von Fetch Robotics, in einem Interview. Der Roboter wird mit einem Joystick durch das Lager gefahren.

Die Lasersensoren des Roboter registrieren Objekte, die sofort in der Karte erscheinen und durch die Bediener verschiedenen Zonen zugewiesen werden. Es werden Zonen definiert, die der AMR nicht befahren soll, Zonen mit Geschwindigkeitsbegrenzung und Abladestellen. Die Karte ist komplett, wenn die Rundfahrt im Warenlager beendet ist. Drei Tage müssten laut Wise zusätzlich für das Training des Roboters und der Mitarbeiter eingeplant werden.

Die größte Akzeptanz finden Roboter, die bei körperlich schweren Arbeiten assistieren.

70 Prozent der Befragten in einer Studie des Fraunhofer-Instituts für Arbeitswirtschaft und Organisation (IAO) und Statista gaben an, dass Roboter in Zukunft schwere körperliche Arbeiten allein verrichten sollen. Ebenfalls hohe Zustimmungswerte (39 Prozent) findet die Aussage, Roboter sollten repetitive Tätigkeiten allein ausführen. Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter können sich 52 Prozent der Befragten im Feld ‚Kreativität und Problemlösen‘ vorstellen. Kommunikation und Teamarbeit werden am wenigsten als Aufgabenfelder für Roboter wahrgenommen.

Große Verbreitung in der Industrie und in Privathaushalten finden Serviceroboter. In der Industrie unterstützen sie vor allem in der Intralogistik und in der Produktion. AMR werden nach gängiger Betrachtungsweise zu den Servicerobotern gezählt. In privaten Haushalten werden vor allem Staubsaugerund Rasenmähroboter eingesetzt.

Sehr bekannt und kontrovers diskutiert sind Pflegeroboter. Sie sollen eine Hilfestellung für Fachpersonal sein und zur Erhöhung der Lebensqualität der Bewohner in Pflegeheimen beitragen. Sicherheitsstandards für Roboter, die dabei sehr wichtig sind, werden von der ISO-Arbeitsgruppe ISO/TC 299 „Robotik“ definiert. Roboter mit humanoidem Äußerem sind hauptsächlich in diesem Bereich anzutreffen.

INTERVIEW MIT DANIEL DOMBACH
Interview

Digitalisierung und Automatisierung sind sehr kluge Antworten

AMRs von Zebra assistieren in Warenlagern. Welche Sorgen Logistiker umtreiben und ob Robotik eine Antwort auf die drängendsten Fragen der Branche ist, bespricht Anja Van Bocxlaer, Chefredakteurin RFID im Blick mit Daniel Dombach.

Daniel Dombach ist Director T&L Industries EMEA bei Zebra Technologies

Ein Teil der Läger werden immer noch traditionell und papierbasiert betrieben. Laut der aktuellen Warehouse Vision Study 2022 beläuft sich der Anteil auf 21 Prozent. Ein Großteil der Arbeitsprozesse findet dort analog statt. Wachstum und Skalierung sind so nur schwer zu erreichen, denn die Digitalisierung ist die Voraussetzung für alle weiteren Optimierungsschritte.

Weiterhin werden veraltete Software- und Managementsysteme genutzt, die für Mitarbeiter schwer zu bedienen sind. Für jüngere Mitarbeiter und Digital Natives trägt das zur fehlenden Attraktivität von Jobs in der Lagerlogistik bei.

Massiv. Nur, wenn alle Arbeitsabläufe mit digitaler Technologie erfasst und alle Daten aufgenommen werden, kann Sichtbarkeit in der Supply Chain gewährleistet werden. Ohne digitale Instrumente sind weder Auskunft über den Warenbestand noch über den Lagerort spezifischer Waren möglich.

Ich sehe darin ein großes Problem, weil es die Qualität des Kundenservice beeinträchtigt. Ohne Digitalisierung können die kurzen Lieferzeiten, an die Kunden heute gewöhnt sind, nicht geleistet werden. Und lange Lieferzeiten können einen Kauf direkt verhindern. Die Mitarbeiterbindung bleibt weiterhin ein Problem.

Ein Mittel dagegen sind neue mobile Geräte. Sie besitzen einen größeren Leistungsumfang, sind für Mitarbeiter leichter zu bedienen und tragen letztlich zur Mitarbeiterzufriedenheit bei. Das wirkt den hohen Fluktuationsraten im Warenlager entgegen. Roboter spielen dabei ebenfalls eine wichtige Rolle.

Lagerarbeiter haben in Bezug auf Roboter Angst, ihren Arbeitsplatz zu verlieren. In der Warehouse Vision Study 2022 befürworten Mitarbeiter den Einsatz von Robotern jedoch mehrheitlich (81 Prozent), wenn sie dabei helfen, den Arbeitsalltag und Arbeitsabläufe besser zu gestalten, wenn sie körperlich schwere Arbeiten übernehmen und ihnen Laufstrecken abnehmen. Dann können Mitarbeiter komplexere Aufgaben übernehmen, die andere Kompetenzen verlangen. Insofern unterstützen Roboter die Zufriedenheit der Mitarbeiter und die Mitarbeiterbindung.

Mit Sicherheit. Facharbeiter werden im Warenlager immer benötigt. Selbst wenn alles hochgradig automatisiert ist und Roboter mehr können und dürfen als heute, wird nach wie vor Personal benötigt, das die Roboter pflegt, die Steuerung übernimmt und Planung, Kommunikation und Teamleitung übernimmt. Es werden deswegen immer Menschen im Warenlager arbeiten.

Ich denke nicht. Seit Jahren arbeiten die meisten Logistikunternehmen am Rand der Überlastung. Entscheidungsträger fragen sich, wie sie ihre Prozesse so verbessern können, dass sie schneller, effizienter, genauer und auf einer guten Kostenbasis arbeiten. Das Wachstum im Onlinehandel hat diese Situation zugespitzt.

Wenn der Onlinehandel weiterhin so wächst wie in den vergangenen Jahren, und das wird er aller Voraussicht nach, dann sind Digitalisierung und Automatisierung sehr kluge Antworten.

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