Vernetzte Transportwege

Offene Plattform für Smart Logistik im Nutzfahrzeug

18. Oktober 2018, 14:00 Uhr | Von Dietmar Schnepp
Truck auf Straße mit Vernetzungsgrafik
© Laird

Künftig gehören Benachrichtigungskarten und Wartezeiten vor Postfilialen der Vergangenheit an, denn die fortschreitende Digitalisierung verändert auch den Warenstrom. Doch bis Roboter Waren an die Haustür liefern, sind einige Herausforderungen zu meistern – Verkehrsdichte, Hacker und »letzte Meile«.

Der Logistikmarkt in Deutschland boomt – Digitalisierung und Vernetzung bieten für Unternehmen große Chancen. Bereits heute zählt die Logistik in Deutschland zu den größten Wirtschaftsbereichen, nach der Automobilindustrie und dem Handel. Der europäische Logistikmarkt beläuft sich auf ungefähr eine Billion Euro und die Bundesrepublik trägt rund ein Viertel dazu bei. Die Nutzfahrzeuge sind dabei unverzichtbar, sowohl im Nah- als auch im Fernverkehr. Der Lastkraft­wagen-Transportmarkt hat in Europa ein Umsatzvolumen von 250 Mrd. Dollar/Jahr. In Deutschland lag der Anteil von Lkw am Güterverkehr in den vergangenen Jahren konstant bei 70 Prozent. Bis zu 500.000 Lkw-Touren werden so täglich von rund 60.000 Unternehmen absolviert – vorwiegend von mittelständischen Unternehmen.

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Online-Handel – Fluch und Segen

Der Online-Handel spielt in der Logistik eine große Rolle: Immer mehr Waren werden in Online-Shops bestellt und an Privathaushalte geliefert. Bereits 2016 wurden mehr als drei Milliarden Pakete an deutsche Haustüren zugestellt. Der Paket- und Logistikverband BIEK rechnet bis 2021 mit einer Zunahme des Paketaufkommens in Deutschland um 30 Prozent. Laut des Fraunhofer-Instituts wird sich das Paketaufkommen europaweit bis 2021 sogar fast verdoppeln. Dadurch entstehen neue Herausforderungen – gerade für die Logistikbranche. Eine davon betrifft die sogenannte »letzte Meile«, den Transport vom Depot bis zur Haustür des Kunden. Kleine Liefermengen und verteilte Anlieferpunkte sorgen dafür, dass sich die Waren hier kaum bündeln lassen. Zudem passiert es häufig, dass Bewohner nicht zuhause sind und so das Paket nicht entgegennehmen können. Lieferdienste müssen dann einen zweiten – teuren – Zustellungsversuch unternehmen. Untersuchungen haben ergeben, dass die letzte Meile mehr als 50 Prozent der Gesamtkosten verursacht und somit der größte Kostenfaktor bei Paketlieferungen darstellt.

Verkehrsdichte, Facharbeitermangel und Umweltsorgen

Neben dem Kostenfaktor ist auch die zunehmende Verkehrsdichte ein wachsendes Problem der Logistikbranche. Die steigende Zahl an Lieferfahrzeugen reiht sich zu der schon vorhandenen Masse an Pkw. Berechnungen zeigen, dass die Fahrzeuge mittlerweile schon 30 Prozent des Verkehrs innerhalb von Städten ausmachen – und in Stoßzeiten für 80 Prozent der Staus verantwortlich sind. Neben einer hohen Lärmbelastung für die Anwohner entsteht so auch eine hohe Abgasbelastung. Zudem sorgt der zunehmende Verkehr dafür, dass die Produktivität der Lieferdienste sinkt, da die Autos im Stau stehen und so vorgegebene Routen und Zeiten nicht einhalten können. Dadurch steigt der Kraftstoffverbrauch und die Fahrer häufen Überstunden an, die bezahlt werden wollen und den Unternehmen so zusätzliche Kosten verursachen. Zudem fehlt es in dicht besiedelten Gebieten an Haltezonen. Das Zustellen der Pakete wird deutlich erschwert und die in zweiter Reihe stehende Fahrzeuge werden oft zum Verkehrshindernis.

Auch Fachkräftemangel und fehlende Flottenkapazitäten machen sich bemerkbar, gerade in der Hochsaison vor Weihnachten. So schlugen die Speditionsunternehmen Dachser und Nagel vergangenes Jahr Alarm und sprachen von akuten Kapazitätsengpässen aufgrund von Arbeitskräfte- und Ladekapazitätsmangel.
Eine weitere Herausforderung an Logistikdienstleister stellt die Lieferung noch am selben Tag dar. Insbesondere bei Konzepten mit Lebensmitteln muss die Kühlkette lückenlos gewährleistet werden. Auch weitere Geschäftsmodelle setzen auf eine Lieferung am gleichen Tag – so sollen neue, urbane Zielgruppen erreicht werden. Um die komplexen Prozesse wirtschaftlich zu lösen und weiterhin zu optimieren, suchen Logistikunternehmen nach neuen Konzepten. Großes Potenzial ergibt sich durch die Vernetzung und Digitalisierung.

Vernetzte Lieferungen per Drohne oder Roboter

Drohnen könnten künftig die Pakete bis zur Haustür liefern.
Bild 1. Drohnen könnten künftig die Pakete bis zur Haustür liefern.
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Die Vernetzung bietet die Chance, weitgehend starre Wertschöpfungsketten zu dynamischen Wertschöpfungsnetzen zu transformieren. Vernetzte Logistik- und Produktionssysteme könnten deutlich flexibler auf kurzfristige Nachfrage-Änderungen oder Ausfälle innerhalb der Wertschöpfungskette reagieren. Mehrere Möglichkeiten befinden sich derzeit bereits in Testphasen, wie beispielsweise die Zustellung per Drohne (Bild 1).

Die Art der Paketauslieferung ist allerdings nur dann sinnvoll, wenn eine entsprechende Anlieferungsfläche zur Verfügung steht. So könnte die Drohne zum Beispiel ein Postfach anfliegen, es mithilfe eines Codes öffnen, das Paket hineinlegen und das Fach wieder schließen. Das Postfach müsste sich jedoch sehr nah an der Wohnung des Empfängers befinden, sodass er die Lieferung einfach abholen kann. Ein großer Vorteil für die Lieferanten wäre, dass eventuelle Mehrkosten für die mehrfache Anfahrt entfallen und Routen so planbarer und effizienter gestaltet werden könnten. Eine andere Zustellungsart, die einzelne Logistikunternehmen bereits erproben, ist die Lieferung per Roboter. Sie sollen vor allem in Innenstädten eingesetzt werden, wo die Lieferung schwierig und zeitintensiv ist – Ergebnis: Reduzierung von Staus und Verkehrslärm.

Eine weitere Alternative ist die Warenlieferung in den Kofferraum der Kundenfahrzeuge. Dabei muss zunächst der zu beliefernde Kofferraum genau lokalisiert werden, um beispielsweise auch die Zustellung auf dem Firmenparkplatz abwickeln zu können. Zudem müssen hier die Sicherheitskonzepte so ausgelegt sein, dass kein Missbrauch durch das Öffnen des Fahrzeugs entsteht.

Auch der Schienengüterverkehr ist auf der Suche nach weiteren Einsatzmöglichkeiten der Vernetzung. So hat beispielweise die Schweizer Güterbahn SCC Cargo die Waggons mit Sensoren ausgestattet, die genaue Informationen über Position und Zustand von Ladung und Waggon sammeln. Die Daten werden per Mobilfunk an einen Server gesendet und dem Bahnbetreiber zur Verfügung gestellt – jederzeitige Nachvollziehbarkeit und lückenlose Dokumentation des gesamten Transports.

Die Projekte lassen sich aber nur dann sinnvoll realisieren, wenn folgende Akteure miteinander vernetzt sind: Warenlager, Transporter sowie Drohne oder Roboter.

Offene Plattformen für umfassende Kommunikation

Die Vernetzung verbindet die unterschiedlichen Akteure miteinander.
Bild 2. Die Vernetzung verbindet die unterschiedlichen Akteure miteinander.
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Die komplexe Wertschöpfungskette der Logistik benötigt eine flexible Vernetzungsplattform, sodass Logistikunternehmen auch existierende mit neuen Kommunikationsprodukten verbinden können. Eine offene Plattform wird den Anforderungen gerecht – durch Flexibilität, Sicherheit und Verlässlichkeit ist eine schnelle Produkteinführung möglich. Wichtig ist dabei, dass die Plattform für die Anwender offene und flexible Software- und Hardware-Komponenten zur Verfügung stellt. So können sich Applikationsentwickler auf die Anforderungen komplexer Use-Cases konzentrieren, während die Plattform die Fahrzeugintegration ermöglicht und die Kommunikation des Fahrzeugs mit der Außenwelt sicherstellt.

Besonders in der Logistik ist das von großer Bedeutung, um die nachfolgenden Anforderungen der verschiedenen Akteure miteinander zu verknüpfen:

  • Lagermitarbeiter, die Waren effizient liefern müssen.
  • Transportfahrer, die umweltfreundlich und schnell Kundenwünsche erfüllen sollen.
  • Kunden, die ihre Waren innerhalb eines Tages zugestellt bekommen möchten.
Grafik unterschiedlicher Übertragungstechniken im Kraftfahrzeug.
Bild 3. Unterschiedliche Übertragungstechniken im Kraftfahrzeug.
© Quelle: Laird

Die zunehmende Vernetzung hilft, Waren umweltfreundlich und schnell zu liefern (Bild 2). Die drahtlose Vernetzung muss dabei robust und sicher sein. Das wird mit einer im Fahrzeug inte­grierten Vernetzungsplattform erreicht, die das Fahrzeug sowohl nach außen als auch nach innen sicher vernetzt und schützt. Gleichzeitig muss sie skalierbar sein, um unterschiedliche Fahrzeuge wie Gabelstapler, Roboter, Drohnen und auch Pkw und Lkw effektiv miteinander zu vernetzen – auch ohne Verbindung zum Internet. Daher muss für einen optimierten und autonomen Logistikverkehr neben Echtzeitdaten und einer schnellen Datenanalyse auch eine netz­unabhängige und permanente Verbindung zu anderen Fahrzeugen gewährleistet sein. Wichtig ist dabei, dass die Vernetzungsprodukte alle Übertragungstechniken inklusive Mobilfunk (von 2G bis künftig 5G), WLAN und Bluetooth berücksichtigen und die fahrzeuginterne Kommunikation über eine hohe Bandbreite verfügt (Bild 3).

Cyberkriminalität von Anfang an berücksichtigen

Die Logistik und die vernetzten Fahrzeuge sind bereits als lukrative Angriffsziele von Hackern auserkoren worden, sodass der effektive Schutz im Fokus der Logistik-Unternehmen stehen muss. Bereits aktuell wird deutlich, dass Malware für Mobilgeräte maßgeschneidert wird – so stehen Hacker und Sicherheitsexperten in einem ständigen Wettlauf gegeneinander. Erste Angriffe auf vernetzte Fahrzeuge über die vorhandenen Datenschnittstellen mit der Außenwelt waren bereits erfolgreich. Dabei konnte beispielsweise über eine drahtlose Verbindung auf den fahrzeugseitigen CAN-Bus zugegriffen werden – die Hacker konnten die Kontrolle über ein Fahrzeug übernehmen und während der Fahrt den Motor ausschalten. In anderen Fällen konnten die Kriminellen bereits Bremsen, Türverriegelung, Klimaanlage und Scheibenwischer kon­trollieren. Im Zuge der zunehmenden Vernetzung der Logistik werden die Schnittstellen und damit auch das Gefährdungspotenzial weiter zunehmen. Vernetzte Fahrzeuge müssen regel­mäßig mit Updates versorgt werden, um sie vor neu entstandenen Gefahren zu schützen. Doch das ist angesichts der zu erwartenden Vielzahl an vernetzten Geräten eine große Herausforderung.

Eine Möglichkeit, um kurzfristig zahlreiche Steuergeräte in Fahrzeugen auf Basis aktueller Erkenntnisse zu schützen, ist das Software-Update über die Mobilfunk-Schnittstelle – Over-the-Air (OTA). Das Verfahren bietet das Potenzial, Schwachstellen fortlaufend und schnell auszubessern, neue Funktionen zu integrieren und kryptografische Verfahren zu modernisieren – zur Ab­sicherung der Steuergeräte. Dabei übernimmt das mit einer Mobilfunkschnittstelle ausgestattete Steuergerät die Rolle des Vermittlers zwischen dem Back-End und den zu aktualisierenden fahrzeugseitigen Steuergeräten. Es nimmt alle Software-Pakete über die Luftschnittstelle entgegen und verteilt sie über CAN-Bus oder Ethernet an die jeweiligen Empfänger. Zudem kontrolliert und koordiniert das elektronische Steuergerät (Gateway-Kontrolleinheit) als »Master« den gesamten Aktualisierungsprozess.

Hierbei muss sichergestellt sein, dass der OTA-Prozess selbst sicher und schnell durchzuführen ist und kein zusätzliches Angriffspotenzial bietet. Denn die Folgen für Datenschutz und funk­tionale Sicherheit wären unabsehbar, würde die Aktualisierung eine manipulierte Software aufspielen. Eine Voraussetzung hierfür ist beispielsweise die kryptografische Absicherung der Luftschnittstelle – etwa durch eine Verschlüsselung durch das TLS-Protokoll. Die hierfür notwendigen Schlüssel und Zertifikate sind geheim und manipulationssicher in die Geräte integriert und dort in einem geschützten Speicherbereich abgelegt. Ein dediziertes Hardware-Security-Modul (HSM) unterstützt dabei, einen sicheren Speicher zu realisieren und kryptografische Verfahren sicher auszuführen.

Erste Schritte zur umfassenden Vernetzung

Die Logistik steht erst am Anfang der smarten Lieferkette. Laut einer Hermes-Befragung unter 200 Logistikentscheidern von deutschen Unternehmen haben erst acht Prozent den Digitalisierungsprozess ihrer Lieferkette begonnen. Eine aktuelle Trendstudie »IoT in Produktion und Logistik« des Marktanalyse- und Beratungsunternehmens PAC (im Auftrag der Deutschen Telekom und T-Systems) zeigt, dass erst vier Prozent der Betriebe »eine vollkommen vernetze Umgebung geschaffen« haben. Für die Befragung wurden 150 IT- und Business-Entscheider aus der Fertigungs- und Logistikbranche befragt. Die Studie beschäftige sich zudem mit den Motivationsfaktoren zur stärkeren Investition in IoT-Projekte. Dafür nannten die befragten Unternehmen folgende Gründe:

  • Effizienzdruck (77 Prozent)
  • Notwendige Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit (73 Prozent)
  • Erhöhung der Agilität und Flexibilität (71 Prozent)
IoT-Techniken gestalten die Logistikprozesse transparenter und effizienter.
Bild 4. IoT-Techniken gestalten die Logistikprozesse transparenter und effizienter.
© Laird

Wie die Studie weiter zeigt, sind Logistik-Unternehmen bereits heute deutlich besser vernetzt als Unternehmen anderer Branchen, wie beispielsweise der Produktion. Einerseits haben sie großes Interesse daran, Logistikprozesse mit IoT-Techniken transparenter und effizienter zu gestalten (Bild 4). Zum anderen streben sie hinsichtlich des Innovationsdrucks durch den Online-Handel nach neuen Lieferkonzepten.

Die Zahlen zeigen weiter, dass für viele Unternehmen die Digitalisierung ihrer Wertschöpfungskette wichtig ist – allerdings fehlen Erfahrungswerte und Best-Practice-Beispiele. Ohne Unterstützung oder Orientierungshilfe sind sich viele Unternehmen daher zu unsicher, um den Prozess anzustoßen. Auch die finanzielle Situation darf dabei nicht unberücksichtigt bleiben. Einzelne Logistikunternehmen können sich die große Investition nur bedingt leisten, langfristig ist sie jedoch für viele zu teuer. Daher wird die weitere Entwicklung stark von den großen Automobilkonzernen abhängen, die ganzheitlich ein starkes Interesse an vernetzten Fahrzeugen haben, auch auf dem Logistik-Markt. Schließlich wollen sie ihre vernetzten Fahrzeuge und Konzepte einsetzen – und auch verkaufen.

Der Autor

Dietmar Schnepp |  Laird Connected Vehicle Solutions
Dietmar Schnepp ist Diplom-Ingenieur Elektrotechnik der Technischen Universität Kaiserslautern und arbeitet als Produktdirektor für Vehicle Communication Devices bei Laird Connected Vehicle Solutions. Er verfügt über langjährige Erfahrung aus verschiedenen Funktionen in Forschung und Entwicklung im Bereich Embedded Software Development/Software Architektur, Programm Management und Innovationsprojekten.
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