Article in yearbook 2019

Digitization and Automation Logistic

Abstract:

Logistics is crucial for all agricultural production processes, which explains their cross-sectional function. The position of agricultural transports has been redefined through the new version of the Road Transport Act and the Federal Highway Toll Act, which changes the technical focus, particularly for contractors. This can also be seen in the trend towards agricultural trucks, with developments in the area of soil-protecting tires and agricultural body systems. The trend towards digitalization in agriculture is evident in logistics with the increase in management systems for navigation, control, data exchange, documentation and simulation. AI systems are also being used more and more here. In the field of agricultural robotics, the first transport systems for field use in special crop cultivation are used.

Long version

Entwicklung der logistischen Rahmenbedingungen

Nach der Diskussion über die Sonderregelungen für landwirtschaftliche Transporte in den letzten Jahren ist in diesen Bereich wieder etwas mehr Ruhe und Struktur eingekehrt.

In dem zum 1. Januar 2019 in Kraft getretenen Bundesfernstraßenmautgesetz (BFStrMG) sind die Ausnahmenregelungen für die Land- und Forstwirtschaft definiert [1]. Dabei wird auf die Ausnahmeregelungen im Güterkraftverkehrsgesetz (GüKG) verwiesen [2]. Danach sind alle Land- und Forstwirte, wenn sie Transporte für eigene Zwecke oder im Rahmen der Nachbarschaftshilfe mit land- oder forstwirtschaftlichen (lof) Fahrzeugen durchführen, grundsätzlich von der Maut befreit. Die dabei verwendete Fahrzeugbauart spielt keine Rolle. Bei Maschinenringen gilt diese Mautfreiheit nur bei Einsatz von lof Zugmaschinen oder Zugmaschinen im Umkreis von 75 km.

Neu ist in dieser Regelung ist auch, dass Lohnunternehmer, Biogasanlagen, Landmaschinenwerkstätten, -händler, -hersteller, usw. mit betrachtet werden. Wenn von ihnen mit lof Fahrzeugen bis 40 km/h bauartbedingter Höchstgeschwindigkeit (bbH) lof typische Transporte durchgeführt werden, sind diese mautfrei. Bei untypischen Transporten ist auch in dieser Fahrzeugklasse Maut fällig. Bei lof Fahrzeugen mit über 40 km/h bbH sind diese bei Leerfahrten mautfrei und bei Ladungsfahrten mautpflichtig. Transportfahrten mit anderen Fahrzeugtypen sind in dieser Gruppe generell mautpflichtig. [3; 4]

Transportfahrzeuge

Zugmaschinen

Das Themengebiet optimaler Reifendruck beim Befahren von Acker und Straße ist weiterhin aktuell bei landwirtschaftlichen Zugmaschinen und Transportfahrzeugen [5]. Nachdem in den letzten Jahren einige technische Lösungen im Bereich Traktorreifen vorgestellt wurden, sind nun auch Reifentypen für Agrar-LKW vorhanden, die einen niedrigen Reifeninnendruck auf dem Feld, aber auch Fahrgeschwindigkeiten über 65 km/h auf der Straße erlauben [6]. Dadurch ist es nun möglich, die auf der Straße im Vergleich zu Traktoren wesentlich energieeffizientere LKW-Technik bei landwirtschaftlichen Transporten auch auf dem Feld, mit Anpassung an die Bodenverhältnisse, einsetzen zu können [7].

Bei der Reifenstruktur entwickelt sich für Zugmaschinen und Geräte der landwirtschaftliche Transportreifen heraus. Er kann sich über die Reifeninnendruckregelung an die Fahrbedürfnisse von Acker und Straße anpassen. Bei der Profilierung ist diese so gestaltet, dass entsprechende Traktion im Acker und gute Abrolleigenschaften auf der Straße vorhanden sind. Auch die Haltbarkeit ist auf beide Einsatzgebiete ausgelegt. [6; 8; 9]

 

Bild 1: Hochgeschwindigkeits-Flotations-LKW-Reifen [7]

Figure 1: High Speed Flotation Truck Tire [7]

 

Zur optimalen Nutzung der Reifenpotentiale werden vermehrt Sensoren angeboten, die den Reifeninnendruck während des Einsatzes erfassen und an den Fahrer übermitteln. So kann dieser einfach angepasst werden. [9]

Aktuell sind Lösungen auf dem Markt, bei denen der Landwirt auf dem Smartphone oder im Farmmanagementsystem den je nach Anwendung optimalen Reifeninnendruck berechnen kann. Hierzu fließen auch Daten zu Bodenbeschaffenheit, Bodenfeuchte, Fahrzeugkonfiguration und Betriebsanforderungen mit ein, um den Bodenschutz zu gewährleisten [8; 9] und Szenarien bzgl. Verdichtungsrisiko zu simulieren [10].

Transporter

In der Anhängertechnik geht die Entwicklung zum Leichtbau und der mehrschichtigen Nutzung weiter [11]. Nachdem in den letzten Jahren immer mehr spezielle Entladungssysteme angeboten wurden, werden diese nun vermehrt in ein Fahrzeug integriert. So werden z. B. Anhänger als Schubboden und Kipper [12] angeboten. Außerdem zeigt sich, dass typische landwirtschaftliche Transportanhänger auch als Sattelauflieger für den Einsatz mit LKW angeboten werden [12 bis 15].

Arbeitserleichterung ist auch ein durchgehendes Thema in der Agrarlogistik. Hierbei werden vielfach bestehende Systeme weiter verbessert und optimiert. Dies reicht von selbstständig regelnden ALB Ventilen (Automatisch-Lastabhängiger Bremskraftregler) in Abhängigkeit von der Zuladung [12 bis 14] über 6/2 Wegeventile, die den hydraulischen Stützfuß mit der hydraulischen Heckklappe kombinieren, um sie über ein doppelwirkendes Steuergerät bedienen zu können [12], bis zu zentralen Bordwandverriegelungen [15].

Die Ladungssicherung spielt besonders beim Transport landwirtschaftlicher Stückguter wie Strohballen eine entscheidende Rolle. Hierfür werden zum einen feste Gittersysteme angeboten [14]. Ein neues System arbeitet mit automatischen Gurten. Diese können am Anhänger variabel platziert werden. Schwingen an der Vorder- und Rückwand legen dabei die Gurte über die Ladung. Anschließend werden diese automatisch gespannt. Dieses Sicherungssystem funktioniert auch bei Teilbeladung und nicht präzise positionierten Ballen und ermöglicht eine regelkonforme Ladungssicherung in weniger als 60 Sekunden. [7; 16]

Bild 2: Automatischer Allround-Vergurtungswagen [16]

Figure 2: Automatic Allround-Belt-Wagon [16]

 

Umschlagtechnik

Auch im Bereich der Umschlagtechnik lässt sich die schon aufgezeigte Entwicklung zum Agrar-LKW erkennen. Bestehende Feldumschlagsysteme werden auf diese Technik hin optimiert. Bei getrenntem Feld/Straße-Transport von Kartoffeln werden immer häufiger Feldüberladestationen genutzt, mit denen das Erntegut nochmals von loser Erde und Beimengungen gereinigt werden kann. Überladewagen, die bei der Getreideernte zu deutlichen Leistungssteigerungen geführt haben, werden für Kartoffeln trotz des wachsenden Angebots an Kartoffelrodern mit Überladebunker kaum genutzt. Gründe dafür dürften die zusätzliche Fallstufe und die damit verbundenen Qualitätsrisiken sein. [17]

Der bestehende Trend, durch die Integration von Sensorik Systeme neu zu strukturieren, zeigt sich auch in der Umschlagtechnik. So werden Frontlader inzwischen mit Wiegesystemen, Durchfahrtshöhenerkennung und Laderegelungssystemen ausgestattet. [18]

Transportroboter

Die Agrarlogistik wird auch von der allgemeinen Strömung hin zur Agrarrobotik geprägt. Besonders im Sonderkulturbau werden verschiedene autonome Robotereinheiten angeboten, die den Ernteguttransport auf der Fläche durchführen. [19 bis 23] Dies reicht von Weintrauben im Steillagenweinbau [24], über Äpfel im Plantagensystem [25] bis zu Spargel [26] und Erdbeeren [27]. Besonders ist hierbei, dass sie häufig als Serviceroboter mit direkter Interaktion mit dem Menschen fungieren. Dies macht den Aspekt Sicherheit besonders wichtig. [28; 29]

Um die eher geringen Transportleistungen auszugleichen werden dabei mehrere Transportroboter als Schwarm eingesetzt. Dabei stimmen sich die einzelnen Roboter untereinander ab, um die einzelnen Transportpunkte optimal versorgen zu können. [30; 31]

Dem Einsatz im Ackerbau stehen aktuell noch die größeren Transportmengen pro Fläche und die notwendigen Technikkonzepte im Weg. [32]

Informationstechnologie in der Agrarlogistik

Die Digitalisierung zeigt sich auch in der Agrarlogistik weit verbreitet. [33; 34] Hierbei kann man unterteilen in die Management- und Navigationssysteme, die aktuell bereits im Einsatz sind, und die Forschung an KI-Anwendungen zur autonomen Steuerung von Prozessen.

Planung von Ernteprozessen ist ein Schwerpunkt der Agrarlogistik. [35 bis 37] Die meisten Anwendungen sind hierbei in der Getreideernte zu finden, da hier mit der gewissen zeitlichen Flexibilität bei der Verknüpfung von Mähdrescher und Überladewagen gute Planungsmöglichkeiten bestehen. [36] Bei der Silomais- und Grünguternte sind die Logistikketten zeitlich enger miteinander verknüpft und zeitaktuelle Veränderungen müssen eingepflegt werden, was die Anwendung von Logistikmanagementsystemen erschwert. Bei der Hackfruchternte sind die Fahrspuren durch die Reihenstruktur vorgegeben, weshalb hier weniger Planungsbedarf auf der Fläche besteht. Die Logistikplanung fokussiert sich hier weniger auf den einzelnen Schlag [38; 39] als vielmehr auf die Prozessreihenfolge. [7; 40]

Im Bereich der Datenweitergabe zwischen den einzelnen Prozesspartnern, wie z. B. Landwirt und Getreidehandel, ist die Rückverfolgbarkeit zur Dokumentation der Lebensmittelsicherheit und Nachhaltigkeit entscheidend. [41; 42] Die Problematik hierbei sind meist die unterschiedlichen Softwaresysteme, die durch nicht vorhandene oder unterschiedliche Standards den Datenaustausch erschweren. Im häufiger wird deshalb in diesem Bereich die Blockchain Technologie eingesetzt um Manipulationen zu verhindern. [43 bis 47]

Im Bereich der Navigationssoftware wird diese anwendungsfreundlicher, indem dem Anwender Einstellungsaufgaben durch selbststrukturierende Systeme abgenommen werden. Über die Analyse von GNSS Positionsdaten können die verschiedenen landwirtschaftlichen Prozesse erkannt werden und so z. B. Transportdaten auf Feld und Straße automatisiert unterschieden, erfasst und dokumentiert werden [48].

Neben neuen digitalen Angeboten spielt auch die Akzeptanz der Systeme in der Praxis eine entscheidende Rolle. Eine Untersuchung bei Lohnunternehmern zeigt, dass hier ein entsprechender Bedarf beim Finden eines Schlages und der Anfahrtsplanung besteht. Die bestehenden Navigationssoftwaresysteme bewerten sie aber nur teilweise positiv, da ihnen zusätzliche Informationen wie Gewichtsbeschränkungen, Brückenhöhen und Straßenbreiten fehlen. [49]

Auf verschiedenen Ebenen der Agrarlogistik wird Künstliche Intelligenz eingesetzt, um einen digitalen Zwilling des Prozesses zu erstellen, diesen zu optimieren und wieder zurück zu spiegeln. [50] Beispiele dafür sind 3D-Kameras, die beim Ankoppeln von Arbeitsgeräten unterstützen [51] oder Systeme, die das rückwärtige Rangieren von Transportanhängern unterstützen [52]. Dieser Trend wird sich in den nächsten Jahren fortsetzen.

Zusammenfassung

Zusammenfassend zeigt sich, dass der landwirtschaftliche Logistiksektor einer kontinuierlichen Weiterentwicklung unterworfen ist. Dabei spielt besonders die Digitalisierung eine entscheidende Rolle. Hierbei werden neue Systeme wie Künstliche Intelligenz oder Blockchain genutzt. Auch die Robotik verbreitet sich mit ersten Transportrobotern im Sonderkulturanbau. Auf technologischer Seite werden Logistiksysteme weiter optimiert und noch bestehende Systemlücken geschlossen.

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Autorendaten

Prof. Dr. agr. Heinz Bernhardt ist Leiter des Lehrstuhls für Agrarsystemtechnik an der Technischen Universität München.

 

Keywords:
digital logistics, agricultural trucks, agricultural transport robots
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Bernhardt, Heinz: Logistic. In: Frerichs, Ludger (Hrsg.): Jahrbuch Agrartechnik 2019. Braunschweig: Institut für mobile Maschinen und Nutzfahrzeuge, 2020. – pp. 1-10

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