Bis 2025 wird der weltweite Markt für unbemannte Luftfahrzeuge voraussichtlich einen Wert von 63 Milliarden Dollar übersteigen (gegenüber einem Wert von 4,4 Milliarden Dollar im Jahr 2018). Obwohl in Deutschland nur 19.000 von insgesamt fast 500.000 Drohnen kommerziell genutzt werden, macht der kommerzielle Drohnenmarkt mit 404 Millionen Euro den größten Anteil des insgesamt 574 Millionen Euro großen Marktes in Deutschland aus.
Es lohnt sich derzeit vor allem, einen genaueren Blick auf den wachsenden Drohneneinsatz im Bereich von Industrie- und Inspektionslösungen zu werfen, der aktuell 28% der kommerziellen Drohnennutzung ausmacht:
Drohnen für Remote Maintenance
Der Einsatz von Drohnen in der Industrie dreht sich in erster Linie um das Sammeln von Sensordaten und hochwertigen Bildern von Geräten und Anlagen, die häufige Überwachungen und Wartungen erfordern. Dazu gehören beispielsweise Übertragungsleitungen, Kraftwerke, Ölplattformen oder Windturbinen. Um die oft sehr heterogenen Inspektionsdaten zu analysieren, greifen Unternehmen häufig auf Machine-Learning-Modelle in der Cloud zurück. Auf diese Weise können sie den Verschleiß von Maschinen und Ausrüstung bewerten oder den Projektfortschritt auf großen Baustellen verfolgen, ohne dabei Mitarbeiter ökologischen, physischen oder chemischen Gefahren auszusetzen.
Die wichtigsten Anforderungen, damit Drohnen Inspektionen durchführen und die Fernwartung kritischer Infrastrukturen erleichtern können:
- Erfassung von Bildern und Sensordaten in Vermessungsqualität
- Nutzung von Sensor- und Videodaten zur Objektverfolgung, Navigation und Kollisionsvermeidung
Diese Anforderungen werden durch eine Kombination aus Hardware, Software und Verbindungstechnologien erfüllt:
- Hardware. Neben 4K-Kameras, die auch bei hoher Geschwindigkeit und großer Höhe hochauflösende Videos aufzeichnen, enthalten Drohnen Beschleunigungsmesser, Gyroskope, GPS-Empfänger und inertiale Messeinheiten. Branchenspezifische Drohnen-Modelle nutzen zusätzlich LiDAR sowie Wärme- und Infrarotsensoren, um Objekte zu erkennen und Hindernissen auszuweichen.
- Software. Die Softwarekomponenten von Wartungsdrohnen umfassen eingebettete Systeme, mobile Anwendungen, Cloud-Infrastruktur, Dashboards und Web- oder Desktop-Anwendungen. Diese ermöglichen es den Drohnen, Video- und Sensordaten zu erfassen und an Cloud-Anwendungen und Bodenstationen weiterzuleiten. Eine Reihe von Technologien wandeln digitale Bilder in 2D- und 3D-Karten um, um menschliche Techniker bei der Identifizierung von Mustern in großen Datenmengen zu unterstützen. Zu den wichtigsten Technologien gehören Photogrammetrie, Bildstitching, simultane Lokalisierung und Kartierung (SLAM) und Anwendungen aus dem Bereich des Machine Learning. Darüber hinaus lassen sich Drohnen-Management-Plattformen in Unternehmensanwendungen integrieren : Lager- und Workflowsysteme können davon ebenso profitieren wie die Ressourcenplanung und das Digital Asset Management.
- Netzwerk-Infrastruktur. Wartungsdrohnen können sowohl im Freien als auch in Gebäuden ohne GPS-Empfang eingesetzt werden. Für den Datenaustausch mit Bodenkontrollsystemen oder Cloud-Servern stützen sich die Drohnen auf drahtlose Netzwerktechnologien wie Bluetooth, Wi-Fi und neuerdings auch 5G.
Bei der Wahl eines Technologie-Stacks, der den Betrieb von Drohnensystemen unterstützt, sollten Industrieunternehmen mehrere Faktoren beachten, darunter
- Batteriekapazität. Eine kommerzielle Drohne sollte eine Flugzeit von mindestens 15 Minuten haben. Das Gewicht der Drohne, extreme Wetterbedingungen und eine hohe Rechenleistung der verbauten Komponenten verhindern, dass die Drohnen länger im Einsatz bleiben.
- Genauigkeit der Luftbilddaten. Um genaue Karten und Modelle zu erstellen und fehlerhafte Komponenten mit größerer Präzision aufzuspüren, sollten Industriedrohnen hochwertige Sensoren, robuste Datenanalyselösungen und fortschrittliche Algorithmen und Computer-Vision-Techniken verwenden. Dies kann die Kosten für die Entwicklung und Implementierung maßstabsgetreuer Drohneninspektionssysteme erhöhen.
Zusätzliche Herausforderungen könnten mit der Erfüllung der Vorschriften für das Fliegen von Drohnen im Freien verbunden sein. Dazu gehören besonders die Vorschriften der Europäischen Union für die Flugsicherheit (EASA), die in ganz Europa allgemein gelten.
Welche Vorteile gibt es?
Im Vergleich zur Vermessung mit Hubschraubern und bodengestützten Inspektionen können Drohnen Anlageninspektionen schneller durchführen und entsprechende Kosten um bis zu 30% zu senken. Auch im Bereich der Fernwartung könnten Drohnen die Kosten für den Außendienst um 10 bis 40 % senken, indem sie teilweise persönliche Besuche von Technikern ersetzen und Wartungsteams darüber informieren, wo genau Reparaturen erforderlich sind und welche Werkzeuge vor Ort benötigt werden.
Hier spricht unser EU Office Head Benjamin Groiß mit Adrian Karl von Inspection2 über drohnenbasierte Remote Maintenance:
Welche Industriezweige können von Remote Maintenance besonders profitieren?
- Baubranche: Große Bauprojekte laufen häufig bis zu 20% länger als ursprünglich veranschlagt und übersteigen das ursprüngliche Budget um bis zu 80%. Um diese Zahlen zu verbessern setzen Ingenieurs- und Bauunternehmen Drohnen ein, um Baustelleninspektionen effizienter durchzuführen. In Deutschland regeln unter anderem das Arbeitsschutzgesetz und die Baustellenverordnung die nötigen Sicherheitsvorkehrungen und verlangen vom Bauherrn eine Gefährdungsbeurteilung für jede Baustelle. Je nach Größe des Baugebiets kann dieser Prozess zwischen 10 Stunden und einigen Tagen dauern. Drohnen helfen den Technikern, dieselbe Menge an Arbeit in nur 15 Minuten zu erledigen. Drohnenbilder können außerdem zur Erstellung von 3D-Modellen von Gebäuden und städtischer Infrastruktur verwendet werden.
- Energie und Versorgungsunternehmen: 2018 umfasste das Stromnetz in Deutschland insgesamt 1.851 Kilometer an Stromkreislänge, für den Betrieb und die Wartung sind die Energieversorger verantwortlich. Besonders die regelmäßig notwendige Wartung von Strommasten und Versorgungsleitungen ist arbeits- und kostenintensiv, da bisher vor allem Industrie-Kletterer oder Hubschrauber eingesetzt werden müssen. Der Einsatz von Drohnen für Inspektionsflüge kann in diesem Bereich eine Kostenersparnis von etwa 40% erzielen. Neben der Kostensenkung bieten Drohnen außerdem die Möglichkeit, Umspannwerke und Kraftwerke zu inspizieren, ohne sie abzuschalten, wodurch das Risiko von Stromausfällen minimiert wird.
- Erneuerbare Energien. Anlagen für erneuerbare Energien machen ein Drittel der weltweiten Stromkapazität aus. Deutschland, der weltweit viertgrößte Produzent von Solarenergie, hat eine installierte Kapazität von 49 Gigawatt (GW). Solarkraftwerke erfordern häufige Inspektionen und Wartungen, jüngste Studien in diesem Einsatzgebiet zeigen, dass Drohnen bei der Identifizierung defekter Anlagenteile 95% effizienter sein können als menschliche Arbeitskräfte. Ein weiteres Beispiel kommt aus der Windkraftindustrie, wo durch Drohnen unterstützte Wartungskontrollen die Ausfallzeiten der Turbinen um 75% reduzieren. Besonders der aufwendige Einsatz von Industrie-Kletterern lässt sich durch programmierte Drohnen erheblich reduzieren.
Was ist zu beachten?
Unabhängig davon, ob Sie sich entscheiden, auf drohnenbasiertes Remote Maintenance eigenständig umzusetzen oder mit einem Drittanbieter zusammenarbeiten, ist es wichtig, die Herausforderungen und Ziele Ihres Unternehmens zu identifizieren.
Da die Drohnen-Technologie noch relativ am Anfang steht, müssen Sie möglicherweise ein qualifiziertes Business-Analyse-Team einstellen, um die Interessengruppen Ihres Unternehmens aufeinander abzustimmen. Es ist auch notwendig, die Kosten für die Einführung und Wartung einer Drohnenflotte und der zugrunde liegenden Datenanalyse-Infrastruktur zu bewerten.
Als nächstes müssen Sie sicherstellen, dass Ihre Drohnenpiloten über die nötigen EASA-Zulassungen, also den geeigneten Drohnen-Führerschein, verfügen.
Zu guter Letzt sollte außerdem die Sicherheit aller zum Einsatz kommenden Technologien genau geprüft werden. Drohnen sind oft Teil des Internet of Things und damit wie jedes IoT-Gerät anfällig für Cyberkriminalität. Ein unbefugter Zugriff kann besonders bei empfindlichen Einsatzgebieten wie Stromnetzen, Kraftwerken und High-End-Geräten ernste Folgen haben.
Was kommt als nächstes?
2020 ist ein Wendepunkt für die Drohnen-Industrie. Durch den globalen Lockdown beginnen immer mehr Unternehmen und Organisationen damit,Technologien für industrielle Inspektionen, Fernwartung von Geräten und Infrastrukturen sowie für die öffentliche Sicherheit zu suchen. Drohnen können dabei eine zentrale Rolle spielen.
Der aktuelle Anstieg in der kommerziellen Nutzung von Drohnen lässt sich auf mehrere Faktoren zurückführen:
- Sinkende Kosten für Hardware-Komponenten
- Wachstum von IoT-Plattformen, die es Unternehmen ermöglichen, Infrastrukturen für Datenspeicherung und Analyse in der Cloud einzurichten
- Eine langsame, aber stetige Expansion der 5G-Netze in den USA und Europa
- Die Entwicklung von technischen Anforderungen und Vorschriften, die zur sicheren Integration von Drohnen in den internationalen Luftraum beitragen
Und obwohl wir noch ein paar Jahre von autarken, KI-betriebenen Drohnen entfernt sind, stehen die Chancen gut, dass die Drohnen bald mit menschlichen Spezialisten zusammenarbeiten werden, um die weitere Digitalisierung des Industriesektors zu beschleunigen.