Zirka 70.000 Pkw-Stellpl?tze, j?hrlich rund 1.000 Autoschiffe, dazu Tausende Autozüge und -Lkw: Mit j?hrlich 1,7 Millionen umgeschlagenen Pkw (2022) z?hlt der BLG AutoTerminal Bremerhaven zu den weltweit gr??ten. Genau hier erfolgten die Tests in den Forschungsvorhaben ?Isabella“ und ?Isabella 2.0“. Sie haben sich mit der Prozessplanung und -steuerung des Automobilumschlags in H?fen mithilfe von mathematischer Optimierung, Simulation und künstlicher Intelligenz (KI) besch?ftigt. Auch ?Isabella 2.0“ wurde nun erfolgreich abgeschlossen. Beteiligt waren jeweils die Partner BLG LOGISTICS, 28Apps Software (Bremen) sowie das BIBA – Bremer Institut für Produktion und Logistik an der Universit?t Bremen.
Das Leistungsangebot auf dem BLG-Terminal umfasst nahezu alle Dienstleistungen der Fahrzeuglogistik, von der Lagerung und technischen Aufbereitung der Autos bis hin zu deren Umschlag. Die Planung und Steuerung der hochkomplexen und -dynamischen Prozesse des Autoumschlags in Binnen- und Seeh?fen lassen sich mit dem ?Isabella“-System grunds?tzlich effektiver und effizienter gestalten, so das Ergebnis der Forschungen. Das System bietet Optionen zur Erh?hung der Umschlagszahlen, zur Reduzierung der Schiffsliegezeiten und zur besseren Platzausnutzung – und damit zur Sicherung der Konkurrenzf?higkeit und von Arbeitspl?tzen.
Unterstützung vom Terminal
Laut Projektpartner BLG seien die entwickelten L?sungen zukunftstr?chtig und die Anwendung in der Praxis werde derzeit diskutiert. Ein wichtiger Faktor sei auch gewesen, dass das Terminal-Personal bereits w?hrend der prototypischen Prüfungen des Systems in das Projekt eingebunden war. In die F&E-Arbeit waren Erfahrungen der operativen Anwender:innen vor Ort eingeflossen sowie Arbeitspsycholog:innen involviert.
Schnelle Anpassung an aktuelle Bedingungen
Das intelligente Planungs- und Steuerungssystem hat die Bewegungen der Pkw in See- und Binnenh?fen im Fokus und integriert dabei die zeitkritischen Prozesse der externen Verkehrstr?ger Zug, Lkw und Schiff mit deren Be- und Entladung. Mithilfe von mobiler Datenerfassung und Echtzeitstatusmeldungen erm?glicht der Steuerungsalgorithmus individuelle Zuweisungen von Fahrauftr?gen in Echtzeit, die Routenoptimierung für die Fahrpersonal-Shuttlebusse und so eine schnelle Anpassung an aktuelle Bedingungen.
Eine interaktive, digitale Oberfl?che visualisiert das Terminalgel?nde dreidimensional: Ein Multitouch-Tisch zeigt das Abbild des virtuellen Modells vom Terminal, dessen digitalem Zwilling. Dieser unterstützt Planung sowie Steuerung und führt zu besseren Ergebnissen. Auf dem Tisch lassen sich verschiedene Detaillierungsebenen und alle relevanten Planungsinformationen wie die Terminalbelegung anzeigen. Das Isabella-System kann unterschiedliche Planungsszenarien simulationsbasiert bewerten und die Ergebnisse über den Tisch darstellen.
Mobile Apps für einfache Anwendung
Die Zuweisung der Auftr?ge erfolgt digitalisiert, die Zuordnung der Auftr?ge für die Fahrzeugbewegungen auf dem Terminal geschieht abh?ngig vom Standort der Fahrzeuge sowie der einzelnen Fahrer:innen. Dafür wurde ein Steuerungsalgorithmus entwickelt und innerhalb einer Simulationsumgebung geprüft. In dem realen System erfolgt die Kommunikation zwischen dem Steuerungssystem und dem Personal am Autoterminal über mobile Apps. Für die Ermittlung der genauen Standorte der Fahrer und Fahrzeuge wurde zu geeigneten Ortungssystemen geforscht. Zudem braucht es überall einen zuverl?ssigen Datenempfang. Dafür haben die Projektpartner in Zug und Lkw zum Beispiel den neuen Mobilfunkstandard 5G genutzt sowie zudem ein lokales Kommunikationsnetzwerk für den Datenempfang in Schiffen. Hier wurde prototypisch ein Mesh-WLAN evaluiert. Es weist gute Reaktionszeiten, ?bertragungsgeschwindigkeiten und Reichweiten im ganzen Schiffsrumpf auf.
Was bisher nicht m?glich war
Für die logistische Leistungsf?higkeit des Systems wurden Methoden der Sensitivit?tsanalyse genutzt, um das ideale Verh?ltnis von Pkw-Fahrer:innen auf dem Terminal zu den Shuttles zu ermitteln. Für die Zuweisungen von Fahrauftr?gen an Fahrpersonal und Shuttles wurde ein Optimierungsalgorithmus entwickelt, der die operativen Unsicherheiten eines Terminals mit abbilden kann. Ein klassischer Optimierungsalgorithmus erfordert in der Regel viel Rechenzeit, da viele Optionen durchgespielt werden müssen. Ein neuronales Netz führt deutlich schneller zu Ergebnissen. Daher wurde in einem zweiten Schritt mittels eines neuen KI-Ansatzes ein rechenzeiteffizienteres Abbild des Optimierungssystems geschaffen. So lassen sich erstmals Optimierungsprobleme samt Nebenbedingungen abbilden. Das erlaubt schnellste Anpassungen an aktuelle Situationen.
Virtual Reality unterstützt das Personal
Die im Projekt entwickelte Schulungsumgebung beziehungsweise -anwendungen nutzen die Virtual Reality (VR), zum Beispiel per VR-Brillen. So kann unter anderem neues Fahrpersonal zu verschiedenen Szenarien seiner künftigen Aufgaben geschult werden, auch mit virtuellen Fahrten über den Terminal. Andere Schulungseinheiten thematisieren h?ufige Fehlerquellen und beantworten Fragen wie die zu den Ablageorten von Fahrzeugschlüsseln in den vielen unterschiedlichen Pkw-Modellen auf dem Terminal.
Praxisorientiertes Zusammenspiel von Forschung, Entwicklung und Anwendung
In den beiden Projekten hat das BIBA zur Planung und Steuerung eines Automobilterminals unter operativen Bedingungen geforscht und insbesondere einen leistungsstarken Optimierungsalgorithmus für die Steuerung der Fahrzeugbewegungen entwickelt. BLG LOGISTICS als Anwendungspartner hat sein Praxiswissen nebst Daten eingebracht und mit den Autoterminals Bremerhaven, Hamburg und Kelheim die Testumgebung zur Erprobung gestellt. Hier k?nnten nun nach Projektende und in weiterer Zusammenarbeit Entwicklungen aus den Isabella-Projekten im Produktivbetrieb genutzt werden. Technologie- und Entwicklungspartner 28Apps-Software hat für die Umsetzung des Konzepts die Softwarel?sungen für die virtuelle Schulungsumgebung, den Multitouch-Tisch und die technische Umsetzung des Optimierungsalgorithmus entwickelt.
Eckdaten zu den Projekten ?Isabella“ und ?Isabella 2.0“
Die insgesamt 6-j?hrigen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten umfassten zwei Projekte: ?Isabella“ (?Automobillogistik im See- und Binnenhafen: Interaktive und simulationsgestützte Betriebsplanung, dynamische und kontextbasierte Steuerung der Ger?t- und Ladungsbewegungen“) und ?Isabella 2.0“ (?Automobillogistik im See- und Binnenhafen: Integrierte und anwenderorientierte Steuerung der Ger?t- und Ladungsbewegungen durch künstliche Intelligenz und eine virtuelle Schulungsanwendung“). Die beiden Isabella-Projekte hatten einen Gesamtumfang von 7,3 Millionen Euro und wurden vom Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV, zuvor BMVI) im Programm für Innovative Hafentechnologien (IHATEC) mit gesamt 5,1 Millionen Euro gef?rdert sowie vom Projekttr?ger T?V Rheinland begleitet.
Sabine Nollmann
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Fragen beantwortet:
Prof. Dr.-Ing. Michael Freitag
Gesch?ftsführer und Leiter
BIBA - Bremer Institut für Produktion und Logistik GmbH
Tel.: +49 421 218-50 002
E-Mail: freprotect me ?!biba.uni-bremenprotect me ?!.de
