Automatisierung von Containerterminals - Erfolgsfaktoren für das Management der Automatisierung von Straddle Carriern

Sebastian Eberlein, Stephan Oelker, Serge Jacovis, Vanessa Beckmann und Michael Freitag

Die strukturelle Bedeutung von Containerterminals für den Produktions- und Logistikstandort Deutschland ist hoch. Die Effizienz der Terminalprozesse ist dabei ein zentraler Faktor für die Wettbewerbsfähigkeit der Terminalbetreiber. An vielen Containerterminals der deutschen Nordseeküste kommen hierfür die als flexibel geltenden, jedoch mit Risiken behafteten bemannten Portalhubwagen (engl. straddle carrier, SC) zum Einsatz. Im Rahmen des Forschungsprojekts STRADegy wurden durch eine Kombination aus Pilotanlage und Emulation sowohl die Zuverlässigkeit als auch die Wirtschaftlichkeit der Automatisierung von SC in norddeutschen Containerterminals untersucht. Parallel zur Entwicklung des automatisierten SC-Systems wurden Leitfäden für die Einführung der Technologie erstellt. Der vorliegende Beitrag stellt daraus zentrale Erkenntnisse für ein erfolgreiches Management der Automatisierung vor.

Hafenbetreiber sehen sich derzeit mit Abschwächungen im Mengenwachstum, Spitzenlasten durch immer größer werdende Schiffe, einer durch Allianzen verursachten Marktkonzentration, immer strenger werdenden Umweltgesetzen und mit den Herausforderungen und Chancen, die sich in diesem Umfeld aus der Digitalisierung der Lieferkette ergeben, konfrontiert. Die Effizienz der Terminalprozesse ist dabei ein zentraler Faktor für die Wettbewerbsfähigkeit [1]. An vielen Containerterminals der deutschen Nordseeküste kommen hierfür bemannte Portalhubwagen (engl. straddle carrier, SC) zum Einsatz (Bild 1). SC sind individuell steuerbar, nicht an Fundamente oder vorgegebene Fahrstraßen gebunden und gelten daher als äußerst flexibel [2]. Bei bemannten SC ergeben sich jedoch auch Nachteile wie Sicherheitsrisiken für Personal, Betriebsmittel und Frachtgut sowie relativ hohe Kosten. Generell geht eine Automatisierung zwar mit erhöhten Kapitalkosten und einer erschwerten Ausnahmenbehandlung einher, hat aber auch das Potenzial zu verbesserter Produktivität, geringeren Personal- und Betriebskosten und einer erhöhten Sicherheit und Zuverlässigkeit zu führen [3]. Laut einer Studie von McKinsey [4] können Betriebskosten um 25 bis 55 Prozent und Produktivitätssteigerungen in Höhe von 10 bis 35 Prozent erzielt werden, bislang seien viele Automatisierungsprojekte jedoch sogar durch Produktivitätsrückgänge gekennzeichnet. Zentrale Faktoren für ausbleibende Erfolge bestehen in fehlender Qualifikation der Mitarbeiter, schlechter Datenqualität, Silodenken und aufwändiger Ausnahmenbehandlung [4].

Im Rahmen des Forschungsprojekts STRADegy wurden daher sowohl die Zuverlässigkeit als auch die Wirtschaftlichkeit der Automatisierung von SC untersucht. Im Projekt wurde ein aus drei Schritten bestehender Planungsansatz verfolgt. (1) Auf dem Containerterminal Wilhelmshaven (CTW) wurde eine Pilotanlage errichtet, die die Durchführung prototypischer Experimente unter möglichst realen Umgebungsbedingungen ermöglichte. Die Pilotanlage umfasste vier vollautomatisierte SC (Auto-SC) sowie Containerbrücken, LKW-Übergabeplätze und Güterverkehrskräne zur Evaluation der Wasser- und Landseite. (2) Aufbauend auf der Pilotanlage wurde durch einen simulations- bzw. emulationsbasierten Ansatz die Eignung des Systems für die operativen Bedingungen untersucht. (3) Im dritten Schritt wurde die Wirtschaftlichkeit der Automatisierung durch eine ganzheitliche Kostensimulationsstudie bewertet.

Parallel dazu wurden Leitfäden für die Einführung der neuen Technologie erstellt. Dieser Beitrag stellt daraus zentrale Erkenntnisse für ein erfolgreiches Management der Automatisierung vor. Im Folgenden werden die grundlegenden Zusammenhänge erläutert und zentrale Erfolgsfaktoren von Automatisierungsprojekten dargestellt. Dies wird ergänzt durch eine Diskussion der Herausforderungen hinsichtlich Projektplanung. Abschließend werden die Herausforderungen eines Rollouts und geeignete Lösungsansätze des Wissensmanagements beschrieben.


Bild 1: Autonome SC (1-über-3) im Einsatz auf dem Testgelände
des Containerterminal Wilhelmshaven (© Eurogate).

Straddle-Carrier-Containerterminals

Ein Containerterminal stellt Standort, Equipment, Fläche und Betriebsabläufe für den Containerumschlag zwischen maritimen und hinterlandseitigen Transportsystemen zur Verfügung [5]. Für die Umschlagsprozesse auf den Containerlagerplätzen und deren Schnittstellen stehen verschiedene Lösungen zur Verfügung (vgl. z. B. [2]). Eine Variante stellen bemannte SC dar. SC sind Flurförderzeuge für den horizontalen und vertikalen Transport von ISO-Containern. Sie sind zwischen 10 und 16 Meter hoch, ihr Gewicht kann im beladenen Zustand 100 Tonnen übersteigen und sie erreichen Geschwindigkeiten von ca. 30 km/h. Auf einem reinen SC-Terminal übernehmen die SCs sowohl den horizontalen als auch den vertikalen Transport von Containern auf dem Hafenterminal. Der Aufbau eines typischen Containerterminals mit einem reinen SC-System ist in Bild 2 dargestellt (in Anlehnung an [6]).

In der SC-Automatisierung liegt großes Potenzial. So können beispielsweise durch ein optimiertes Fahrverhalten Energie- und Instandhaltungskosten reduziert und Verfügbarkeiten sowie Lebensdauern gesteigert werden. Automatisierte SCs in verschiedenen Ausbaustufen gibt es bereits in Brisbane, Sydney, Los Angeles, Auckland und Melbourne [3]. Dabei handelt es sich jedoch teilweise nur um sogenannte Shuttle Carrier, die lediglich 2-über-1 stapeln können und in der Regel daher nicht die Stapelfunktion auf dem Terminal übernehmen. Ein Großteil der Automatisierungsprojekte im Hafenbereich sind darüber hinaus Neubauprojekte [3]. Im vorliegenden Projekt wurde jedoch die Umsetzbarkeit von 3-über-1-fähigen SC sowohl für den vertikalen als auch den horizontalen Transport sowie für deutlich größere und bereits bestehende Containerterminals untersucht.

Erfolgsfaktoren der Automatisierung

Die Automatisierung einer SC-Flotte gehört zu den aufwändigeren Automatisierungsvorhaben mit Investitionen im zwei bis dreistelligen Millionenbereich. Insbesondere für die unter hohem Wettbewerbsdruck stehenden Terminalbetreiber ist daher die Kenntnis der Erfolgsfaktoren essentiell. Schraft und Kaun [7] beschreiben zehn Erfolgsfaktoren für Automatisierungsvorhaben. Die aktive Verankerung des Projekts im Management und bei allen Betroffenen sowie die Mitarbeitermotivation stellen dabei die mit Abstand wichtigsten Kriterien dar. Weitere Faktoren für eine erfolgreiche Automatisierung sind zudem die umgehende Projektrealisierung, die Nutzung beherrschter und adäquater Automatisierungstechnologien sowie ein ausreichendes internes Know-how. McKinsey [4] beschreibt fünf Prinzipien, mit denen vorhandene Barrieren durchbrochen werden können: (1) Schaffung von automatisierungsfähigen Strukturen und Prozessen, (2) Erstellung eines umfassenden Projektverwaltungs- und Kommunikationsplans, (3) Definition klarer Zielvorstellungen und Überwachung der Zielerreichung, (4) Entwicklung eines zwischen externen und internen Kompetenzen balancierten Technologie-Ökosystems und (5) Verknüpfung des automatisierten Systems mit externen Daten und Systemen.

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